Pasivna kuća – 4. dio -Energetski učinkoviti prozori i vrata

U izvješću Međunarodne agencije za energiju objavljenom u Financial Timesu  u rujnu ove godine stoji da je emisija plinova s učinkom staklenika u padu zbog recesije, što je prilika da se gospodarski rast prestane temeljiti na iskorištavanju fosilnih goriva.

Pad emisije CO2 2008. godine najviši je u zadnjih 40 godina, više nego u krizi 1981., prenosi Financial Times. “To su nove okolnosti jer su promijenjene energetske potrebe i odgođena brojna ulaganja u energetiku utemeljenu na fosilnim gorivima”, navodi glavni ekonomist IEA-e Fatih Birol. “To ima smisla jedino ako se iskoristi jedinstvena prilika i potpiše klimatski sporazum u Kopenhagenu”, rekao je Birol, dodavši kako se nada da bi taj sporazum mogao potaknuti na ulaganja u obnovljive izvore energije. Očekuje se da će na međunarodnoj konferenciji, koja se treba održati u Kopenhagenu od 7. do 18. prosinca (op.a. ovaj tekst je pripreman početkom prosinca), biti donesene važne odluke na svjetskoj razini o klimi nakon 2012., posebice potpisan sporazum koji bi trebao stupiti na snagu nakon isteka prve faze Kyotskog protokola u siječnju 2012. kako bi se ograničilo ispuštanje plinova sa stakleničkim učinkom. (Hina)

k28-urednistvo-00-200.jpgKada se situacija zakomplicirala?

Početkom  19 st., razvojem industrije te potrebom za sve većom količinom energije, raste potražnja za fosilnim gorivima iz kojih uglavnom potrebnu energiju dobijamo. Čovjek je počeo značajnije utjecati na Zemlju u cjelini, a time i na sastav atmosfere.
Naime, s korištenjem tih goriva raste i emitiranje CO2 stakleničkog plina, a cca 50% tog plina zadržava se u atmosferi. Efekt staklenika ima vrlo važnu ulogu u zagrijavanju Zemljine površine. Riječ je o globalnoj pojavi koja je posebno izražena u nekoliko posljednjih desetljeća. Nezahvalne su prognoze procjena temperature na površini Zemlje u narednom periodu, međutim prema nekim procjenama, temperatura bi se do 2100. godine povisila između 1 do 5°C. Za usporedbu, u dvadesetom stoljeću temperatura se povećala za 0,6 do 0,7°C. Kada se u drugoj polovici dvadesetog stoljeća vidjelo da aktivnost čovjeka uzrokuje promjene klime, počele su se osnivati brojne organizacije koje su se bavile problemom okoliša. Međunarodna klimatska politika počinje se sustavno voditi 1979. godine održavanjem Prve svjetske konferencije o klimi u Genevi, kada je usvojen Svjetski klimatski program (World Climatic Programme – WCP). Godine 1988. Generalna je skupština Ujedinjenih naroda proglasila klimatske promjene “zajedničkom brigom čovječanstva”. Na trećoj konferenciji država potpisnica o klimi u Kyotu 1997. godine, usvojen je Kyotski protokol, što je rezultat pokušaja vlada svijeta da se dogovore o smanjenju emisija stakleničkih plinova HRKorak409.inddusprkos teških pregovora, pa i opstrukcija nekih moćnih država. Hrvatska je 27.04.2007. godine kao 170. zemlja svijeta, raticifirala protokol iz Kyota te tim činom pred sebe stavila velike zahtjeve za smanjenjem emisije CO2, a također smo u predpristupnom razdoblju za punopravno članstvo u EU preuzeli obveze da ćemo do 2020 godine za 20% poboljšati energetsku učunkovitost, kao i za 20% povećati proizvodnju iz OIE (obnovljivih izvora energije) te da ćemo za 20% smanjiti emisiju stakleničkih plinova u odnosu na referentnu 1990 godinu.

slika 1: karta svijeta s potpisnicama Kyotskog sporazuma

Kako i zašto postići uštedu energije?

HRKorak409.inddPoboljšanje energetske učinkovitosti zgrada te samim tim i smanjenje energetskih potreba potrebno je učiniti iz više razloga. Kao prvo riječ je o ograničenosti prirodnih resursa (nafte, plina, kruta goriva), poštivanju Kyoto protokola a ne smijemo niti zaboraviti sigurnost opskrbe energijom (situacija s dobavom plina iz Rusije prošle zime). Ne smijemo smetnuti s uma da je kod nas cijena energije za sada još uvijek jeftinija nego u EU, međutim cijena će u budućem periodu sigurno rasti, te još više financijski opterećivati vlasnike zgrada.

U Republici Hrvatskoj ukupni utrošak energije vidljiv je iz dijagrama (slika 2).

Na energiju u kućanstvima uvećano za tercijalni sektor, trošimo oko 41% ukupne energije. Nadalje, pregledom strukture utroška energije u kućanstvu (slika 3), možemo uočiti da 62% potrebne energije trošimo na grijanje. Riječ je o značajnom postotku, a možemo puno utjecati na to da gubitke te energije smanjimo. Gubitke možemo smanjiti korištenjem građevinskih materijala s boljim karakteristikama toplinske provodljivosti, povećanom toplinskom izolacijom, kvalitetnijom gradnjom te ugradnjom energetski učinkovitih prozora i vrata.

Gubitci energije kroz prozore po procjenama u U.S. kreću se na razini 30% energije za grijanje i hlađenje zgrada, pa ukoliko kumulativno pomnožimo navedene gubitke, dolazimo do podatka da kroz prozore gubimo 5,7% ukupno utrošene energije (slika 4).
Podatak je još značajniji ako znamo da Hrvatska uvozi više od 50% potrebne energije (slika 5), te da se predviđa rast potrošnje od 2,5% godišnje.

k28-urednistvo-02-300.jpgslika 5: odnos energije dobivene iz vlastite potrošnje u odnosu na uvezenu, za RH

Prozori i vrata
Prozori i vrata su najzahtjevniji građevinski proizvodi jer pred njih stavljamo puno zahtjeva:

  • providnost i neprovidnost ovisno o našoj potrebi
  • svjetlopropusnost zimi, a svjetlonepropusnost ljeti
  • želimo da zadržavaju toplinu kuće, ali da istovremeno propuštaju toplinu sunca
  • trebaju biti pomični, ali sigurni od provale
  • otvaraju se, a moraju dobro brtviti
  • lagani, ali dovoljno čvrsti

Ukoliko su prozori loše kvalitete tada:

  • gubimo dobar osjećaj ugode
  • moguća pojava kondenzata i plijesni
  • gubimo energiju kroz prozore
  • energetski opterećujemo društvo
  • ekološki opterećujemo Zemlju

Ako želimo imati kvalitetan prozor, potrebno mu je povećati učnikovitost, što znači da mu moramo smanjiti gubitke, a povećati dobitke.

k28-urednistvo-04-300.jpgGubitci i dobici prozora i vrata
Razmatrajući gubitke i dobitke prozora i vrata trebamo imati u vidu sve elemente koji su prisutni (slika 6), a to su:
U – faktor prolaza topline (W/m2K)
g – sunčani dobitak
Uf – faktor prolaza kroz okvir (frame)
Ug – faktor prolaza kroz staklo (glass)
Uw – faktor prolaza cijelog prozora (window)
Ψ – linijski gubitci
Ψugradnje – gubitci ugrađenog prozora

HRKorak409.inddSolarni dobitak (slika 7) je vrijednost koju dobijemo kada od ukupne insulacije odbijemo:

  • solarni gubitak zasjenjenja
  • solarni gubitak okvira prozora
  • solarni gubitak stakla

Definiran je zemljopisnim položajem građevine (potrebno je prilikom projektiranja voditi računa da prostorije u kojima se obitava (dnevni boravci, blagovaonice, spavaće sobe) budu okrenuti prema jugu te da imaju veće staklene površine kako bi solarni gubitak bio što veći), položajem u prostoru (planine, susjedne zgrade, drveće), konstrukcijom ostakljenja i prozorskog okvira te zasjenjivanjem prozora.

Kondenzacija

k28-urednistvo-06-300.jpgKada razgovaramo o prozorima, neizostavna tema je i kondenzacija (slika 8). Koeficijent prolaska topline (U-vrijednost) je vrijednost prolaska topline kroz građevinski materijal ili građevinsku konstrukciju. Toplinska izolacija je bolja ukoliko je U-vrijednost manja. S obzirom da prozor ima znatno veću U-vrijednost od dobro izoliranog zida pa je temperatura unutarnje površine prozora niža od temperature zida, na prozorima se lakše pojavljuje kondenzacija. Nadalje, u svakom domaćinstvu nastaje vodena para uslijed obavljanja svakodnevnih poslova, disanja ili zbog sušenja građevinske konstrukcije. Zrak može apsorbirati određenu količinu vlage a koja ovisi o temperaturi. Što je temperatura viša, zrak može primiti više vodene pare i obratno kod niže temperature dolazi do zasićenja zraka vlagom, pa se višak vlage negdje mora kondenzirati, a to je ponovno na mjestima gdje je temperatura prostora (površine) manja od temperature zraka.

slika 8: pojava kondenzacije na prozorima

S obzirom da u pasivnoj kući zbog energetske uštede nije poželjno otvaranje prozora radi provjetravanja (ventiliranja) prostora, potrebno je ugraditi ventilacijski sustav (o kojem smo pisali u prošlom broju Koraka – Korak 3/2009) radi kontinuirane izmjene zraka.

Učinak kondenzacije je višestruko štetan, od opasnosti za zdravlje stanara, razvoja plijesni i gljivica, pa do razaranja materijala radi smrzavanja i korozije.

Ispitivanje prozora

k28-urednistvo-07-300.jpgPostoji nekoliko metoda za provjeru termičkih osobina prozora koje se primjenjuju u praksi.

slika 9: Hot box metoda – laboratorijsko ispitivanje termičkih osobina uzorka prozora

Hot box metoda je laboratorijsko ispitivanje pravog uzorka (slika 9), pomoću kojeg je moguće vrlo točno određivanje termičkih osobina. Uključuje sve osobine materijala i geometrijskiih oblika, a mjerenje daje ukupnu U-vrijednost po presjeku profila. Obzirom da je to laboratorijsko ispitivanje moramo imati skupu opremu, a cijeli postupak dugo traje. Uzorak koji mjerimo je smješten između hladne i tople strane komore za mjerenje. Nekoliko desetaka senzora mjeri temperaturu po cijeloj površini mjernog uzorka  i šalje centralnom računalu na obradu. Rezultat će biti prikazan kao prosječna U-vrijednost. Negativna strana ove metode je visoka cijena ispitivanja te da bi izvršili ispitivanje moramo imati uzorak, pravi proizvod (kasnije ćemo vidjeti da je moguće ispitivanje bez proizvoda).

HRKorak409.inddTermografija je postupak ispitivanja (snimanja) termičkih karakteristika beskontaktnom, pasivnom metodom. Zahvaljujući toj metodi locirate toplinske mostove i vlažne zone (slike 10 i 11)

Do ispravnog profila prozora i ostakljenja dolazi se teoretskim putem, a na bazi teorije izrađuje se eksperimentalan prozor koji možemo ispitivati u laboratoriju te utvrditi njegova svojstva. Postupak je vrlo skup i dugotrajan s obzirom na činjenicu da je potrebno više puta ponavljati eksperiment, tako da u modernom projektiranju i kontruiranju prozora značajnu ulogu imaju računalne simulacije.

Računalne simulacije su omogućene u novije doba razvojem računala i programskih alata. One daju uvid u ponašanje sustava, učinkovitije su jer se brže i jeftnije dolazi do rezultata, mogu se korigirati ulazni parametri kako bi se utvrdio način ponašanja, te kada smo zadovoljni rezultatom nakon više uzastopnih pokušaja (ušteda vremena i novca), simulaciju potvrđujemo eksperimentom. Dobiveni rezultati uključuju ukupne karakteristike proizvoda, ali možemo dobiti i rezultate u bilo kojoj točki presjeka. Slikovna prezentacija rezultata omogućuje nam da bolje shvatimo procese koji su se zbivali tokom ispitivanja (slika 12). Vrlo velika prednost računalnih simulacija je ispitivanje bez proizvoda. Tek kada smo dobili zadovoljavajuće rezultate možemo definirati proizvodnju, nabaviti potrebne materijale, alate i stojeve. Preciznost računalne simulacije možete vidjeti iz sljedećeg primjera. 1997. godine u CWCT (Centre for HRKorak409.inddWindow and Clading Technology) rađena je usporedba mjerenih i izračunskih rezultata na četiri panela (vidi tabelu 1):

Ista usporedba rađena je 2000. godine u Danskoj, Technical University of Denmark. Uspoređivani su izračunati rezultati za ostakljenje (5 programskih alata) i za okvir prozora (3 programska alata) sa stvarnim izmjerenim podacima. Zaključak je da svi programski alati zadovoljavaju te se mogu koristiti za određivanje energetskih osobina prozora.

k28-urednistvo-08-300.jpgk28-urednistvo-11-400.jpgIz slike 12 vidljiv je izgled profila na računanoj simulaciji.

slika 12a: prikaz rasporeda temperature kroz profil prozora
slika 12b: prikaz toplinskog toka, odnosno gubitak topline kroz profil prozora

Prilikom konstruiranja prozorskog profila vrlo značajna funkcija je slika gubitaka topline. Ona nam zorno prikazuje gdje su toplinski mostovi, gdje nam bježi toplina i na osnovu toga možemo koristiti rješenja koja će smanjiti gubitak topline.

Zrakotijesnost

Pojmom zrakotijesnosti označavamo intenzitet nekontroliranog protoka zraka kroz konstrukciju u zgradi ili iz nje zbog tlačne razlike. Nekontrolirani protok zraka pojavljuje se u fugama te loše izvedenim konstrukcijama, na spojevima dvaju ili više materijala. Posebnu pažnju treba posvetiti svim probojima vanjske ovojnice (prozori, vrata, proboji cijevi za vodu, ventilaciju …). Kod pasivne gradnje, vanjska ovojnica zgrade ne smije propuštati nekontroliranu izmjenu zraka. Dozvoljena izmjena je n50<0,6 h-1.

k28-urednistvo-12-200.jpgslika 13: izmjenjicač topline s rekuperatorom

k28-urednistvo-13-200.jpgS druge strane u zgradi postoji biološka potreba za zrakom od 30 m3/h po osobi, a već smo spomenuli da je i zbog pojave kondenzacije potrebno kontrolirano prozračivanje prema potrebi korisnika, koje osiguravamo ventilacijskim sustavom. Na ulazu svježeg zraka u ventilacijski sustav postavljaju se filteri za prašinu i pelud, a rekuperacijom se vanjski zrak, putem najčešće pločastih rekuperatora, predgrijava toplinom otpadnog zraka, te time ponovno štedimo energiju. Kontroliranje zrakotijesnosti odnosno mjerenje propusnosti zraka u objektu vrši se Blower Door testom (slika 14).

Na ulazna vrata ugrađuje se zrakonepropusno mjerna oprema. Sva vrata i prozori na objektu moraju biti zatvoreni, uključuje se ventilator koji proizvodi nadtlak u vrijednosti od 50 Pa. Visina razlike tlaka određuje se regulacijom broja okretaja ventilatora. Kroz nepropusnu konstrukciju zrak prodire prema van, a naknadno dovedena količina zraka predstavlja mjeru zračne propusnosti. Niskoenergetski objekti imaju stupanj izmjene zraka 1, to znači da se volumen zraka koji se nalazi u objektu izmjenjuje jedanput u sat vremena kod spomenutog nadtlaka od 50 Pa. Kod pasivnih objekata ta vrijednost mora biti manja od 0,6.

slika 14: Blower Door – kontroliranje zrakotijesnosti, odnosno mjerenje propusnosti zraka u objektu

Darko Turković, razvoj-voditelj projekta, Troha-dil d.o.o.
Dubravko Martinić, dipl.ing.stroj., urednik časopisa Korak

PODIJELI