OSNOVE ZGRADARSTVA I IZVEDBE ZGRADE
Tipologija izgradnje i podjela zgrada prema razdoblju gradnje i energetskim potrebama
U prošlom broju časopisa Korak (rujan, 2013.) pokrenuli smo serijal napisa o energetskom certificiranju. Ideja je kako energetskim certifikatorima ponuditi dodatne informacije radi lakšeg djelovanja na terenu, tako i investitorima, vlasnicima objekata (stanova, kuća, zgrada) pružiti informacije čemu služi certificiranje, odnosno što se dobije certificiranjem !
Nastavno dajemo pregled izvedbi zgrada u Hrvatskoj kroz povijest. Naime, ovisno o vremenskom razdoblju kada je objekt građen, znatno ovisi da li se i koliko računa vodilo o energetskoj uštedi. Svaki vlasnik nekretnine će svoju nekretninu prepoznati u niže navedenom tekstu. Iako ste vjerojatno svjesni nedostataka u pogledu energetske učinkovitosti svog objekta, tekst će samo potvrditi Vaše spoznaje.
Sa stajališta energetske potrošnje, razdoblje izgradnje izuzetno je važan parametar. Podjela zgrada u ovisnosti o starosti i vrsti gradnje je područje kojemu nije posvećena dovoljna pažnja i o kojemu će, u budućnosti, trebati puno više voditi računa. Zbog karakteristika gradnje i nedostatka propisa o toplinskoj zaštiti, u razdoblju najveće stambene izgradnje od 1950. do 1980. godine, izgrađen je niz stambenih i nestambenih zgrada koje su danas veliki potrošači energije, s prosječnom godišnjom potrošnjom energije za grijanje od preko 200 kWh/m2a. Razdoblje izgradnje kao i razdoblje eventualne obnove zgrade prvi su i osnovni podatak koji ćemo provjeriti prilikom provođenja energetskog pregleda zgrade. Taj nam podatak puno govori o karakteristikama izgradnje i tipovima konstrukcija koje su korištene u pojedinom razdoblju izgradnje. Također nam govori o eventualnom postojanju toplinske zaštite, ovisno o zakonodavnom okruženju u području toplinske zaštite u odnosu na razdoblju izgradnje.
Prema starosti i vrsti gradnje, a u ovisnosti o zakonodavnom okruženju, postojeće zgrade u Hrvatskoj možemo podijeliti u karakteristične grupacije:
• zgrade građene prije 1940. godine
• zgrade građene u razdoblju od 1940. do 1970. godine
• zgrade građene u razdoblju od 1970. do 1987. godine
• zgrade građene u razdoblju od 1987. do 2006. godine
• novogradnja usklađena s Tehničkim propisom o uštedi toplinske energije i toplinskoj zaštiti u zgradama NN 79/05 s obveznom primjenom od 1. srpnja 2006. godine, te Tehničkim propisom o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti zgrada NN 110/08, NN 89/09.
U analizi energetskih svojstava zgrade i karakteristika energetske potrošnje bitan je podatak o namjeni zgrade i specifičnostima energetske potrošnje vezano uz njenu namjenu.
Osnovna podjela zgrada prema namjeni je na stambene i nestambene zgrade
Stambene zgrade
Osnovna karakteristika postojeće izgradnje u Hrvatskoj je neracionalno velika potrošnja svih oblika energije, prvenstveno energije za grijanje, ali porastom standarda sve više i za hlađenje zgrada. Energetska potrošnja namijenjena za grijanje, pripremu tople vode i kondicioniranje zraka predstavlja najznačajniji dio energetske potrošnje u zgradama. Ako se postojeće zgrade izgrađene nakon donošenja zahtjeva u pogledu toplinske zaštite zgrada u okviru norme HRN U.J5.600: Toplinska tehnika u građevinarstvu, tehnički uvjeti za projektiranje i građenje zgrada iz 1987. godine, prihvate kao uvjetno zadovoljavajuće sa stajališta toplinske zaštite i uštede energije, čak i u tom slučaju oko 83% naseljenih zgrada u Hrvatskoj ima nezadovoljavajuću toplinsku zaštitu, s prosječnom potrošnjom energije za grijanje prostora od 150 do 200 kWh/m2a.
Iz provedenih analiza možemo zaključiti da je u razdoblju najveće izgradnje u Hrvatskoj, od 1946. do 1990. godine, izgrađen velik broj zgrada koje danas predstavljaju velike energetske potrošače, i potrebno ih je sustavno obnavljati. Porastom standarda života, te rastom samačkih kućanstava, dodatno raste i potrošnja energije u tim zgradama. Danas se više ne postavlja pitanje troškova energetske obnove, već troškova ako se ništa ne učini po tom pitanju. Potencijal energetske obnove postojećeg sektora zgrada je izrazito velik, a aktivnosti u smjeru obnove mogu potaknuti niz gospodarskih aktivnosti te tako doprinijeti gospodarskom i razvoju industrije, zapošljavanju i većoj konkurentnosti cijelog gospodarstva. Energetsku obnovu zgrada treba sustavno planirati i usmjeriti je na onaj dio sektora koji će ostvariti najveće energetske uštede uz nužno povećanje standarda. Također, s obzirom da se jednom obnovljena zgrada vjerojatno idućih 20-30 godina neće obnavljati, takve energetske obnove treba provoditi u skladu s niskoenergetskim principima i uz primjenu obnovljivih i alternativnih energetskih sustava.
Nestambene zgrade
Nestambene zgrade nisu tako dobro statistički obrađene i evidentirane kao stambene zgrade. Podaci o današnjoj nestambenoj izgradnji, dostupni su putem izdanih građevnih dozvola, pa možemo analizirati odnos novoizgrađenog stambenog i nestambenog fonda zgrada. U razdoblju od 1996. do 2008. godine zabilježen je pad broja izdanih dozvola za stambene zgrade i porast broja izdanih građevinskih dozvola za nestambene zgrade, pa je danas prosječni odnos 60% stambena i 40% nestambena izgradnja. Podaci o nestambenim zgradama, posebno o zgradama javne namjene postat će vrlo bitni pri uvođenju obvezne energetske certifikacije zgrada, kao i obveze javnog izlaganja energetskog certifikata koja se uvodi za zgrade javne namjene.
Nestambene zgrade vrlo se razlikuju po potrošnji energije u ovisnosti o starosti te u ovisnosti o tipologiji i načinu korištenja zgrade, tj. namjeni zgrade te je za procjenu energetskog potencijala važna analiza po tipovima energetske potrošnje.
Zgrade građene prije 1940. godine
Osnovno obilježje gradnje u ovom razdoblju je gradnja tradicionalnim tehnikama i materijalima, bez primjene toplinske zaštite. Toplinska zaštita zgrada je dio građevinske fizike koja je relativno mlada znanost. Vezana je uz naglu pojavu novih materijala u graditeljstvu, energetsku krizu te uz razvoj svijesti o potrebi uštede energije i zaštite okoliša. Nedovoljna toplinska izolacija dovodi do povećanih toplinskih gubitaka zimi, hladnih obodnih konstrukcija, oštećenja nastalih kondenzacijom (vlagom), te pregrijavanja prostora ljeti. Posljedice su oštećenja konstrukcije, te neudobno i nezdravo stanovanje i rad. Zagrijavanje takvih prostora zahtijeva veću količinu energije što dovodi do povećanja cijene korištenja i održavanja prostora, ali i do većeg zagađenja okoliša. Zagađenje okoliša opet ima utjecaj na oštećenje građevina i na život i zdravlje ljudi. U tradicionalnom graditeljstvu zaštitna uloga vanjske ovojnice zgrade bila je iskustveno prenošena ovisno o primjenjenom materijalu koji je zadovoljavao nosivost i pružao određenu toplinsku zaštitu. Toplinska zaštita nije bila predmet koji je usmjeravao izbor konstrukcije, a ušteda energije, prema današnjem shvaćanju, bila je nepoznata.
Prvi propisi o toplinskoj zaštiti u Hrvatskoj doneseni su 1970. godine. Zato je kod analize toplinskih karakteristika postojećih zgrada bitan podatak o godini izgradnje ili veće rekonstrukcije zgrade. Kod zgrada građenih prije 1970. godine, nisu se radili nikakvi proračuni gubitaka topline i uštede energije. Zgrade su se gradile iskustveno, zadovoljavajući statiku konstrukcije. Starije zgrade izvodile su se kao zidana konstrukcija od pune opeke ili kamena, debljine zida 30, 45, 60 cm kod gradnje starim formatom opeke (29/14/6,5-7,5 cm), te 25, 38 ili 50 cm pa i više kod gradnje novim formatom opeke (25/12/6,5 cm). Toplinska izolacija nije se koristila. Stropovi su uglavnom drveni ili masivni od opeke, kamenih ili betonskih elemenata (rebričasti betonski strop). Takve starije zgrade masivnih debelih zidova, zbog velike debljine konstrukcije i relativno niskog stupnja zagrijavanja prostora, nisu imale tako velike toplinske gubitke, kao novije lake betonske konstrukcije bez toplinske zaštite. Međutim, uvođenjem standarda grijanja prostora na temperaturu višu od 18°C, kroz takve zidove gubi se znatan dio toplinske energije i pojavljuje problem vlage. Vrijednosti koeficijenta prolaska topline za takve vanjske zidane konstrukcije, ne zadovoljavaju zahtjeve današnjih propisa. Zidovi u tlu kod starih zgrada izvodili su se kao i vanjski zidovi od opeke ili kamena. Podrumski prostori su uglavnom bili pomoćni prostori građevine koji se nisu grijali. Najčešće provjetravani podrum služio je kao tampon prostor između tla i prostora prizemlja. Vlaga koja je bila neminovna, isušivala se u prostoru podruma ne šteteći ostalim konstrukcijama. Najčešće neizolirani pod nije stvarao problema u pomoćnim negrijanim prostorima građevine. Podovi su najčešće bili izvedeni na sloju nabijene zemlje. Kao hodna obloga koristile su se drvene kocke ili opekarski elementi položeni u nasip. Podovi prizemnih prostorija na tlu izvodili su se najčešće s drvenim slijepim podovima u nasipu. Podovi na tlu u slučaju grijanih prostora ne zadovoljavaju zahtjeve današnjih propisa. Hladni podovi grijanih prostora često su izloženi i pojavi kondenzacije na njihovoj gornjoj površini.
Strop prema negrijanom tavanu najčešće se izvodio kao drveni strop s podgledom (žbuka na daščanoj oplati), nasipom šute i gornjom daščanom oplatom kao podom tavana, ili opekarski elementi položeni u sloj pijeska. Strop iznad negrijanog prostora je uglavnom strop podruma i najčešće se izvodio kao svođeni strop od opeke ili kamena s nasipom i plivajućim drvenim podom, položenim u taj nasip. Podgled svoda uglavnom se žbukao. Krov kod starih građevina najčešće se nije izolirao jer se izvodio iznad negrijanog tavanskog prostora. Tavan kod tradicionalne gradnje služi kao međuprostor između vanjskog i unutarnjeg grijanog prostora. Problem se pojavljuje kod prenamjene tavanskog prostora u grijani stambeni prostor. Prozori i vrata kod starih građevina izvodili su se uglavnom drveni, ustakljeni s jednim ili dva stakla po krilu. Ugrađivali su se kao jednostruki ili dvostruki prozori s dva krila na razmaku većem od 10 cm. Takvi prozori uzrokuju velike gubitke topline kroz vanjsku ovojnicu, kako uslijed transmisije tako i zbog prolaza zraka kroz nebrtvljene reške. Prosječni gubici topline kod takvih starih zgrada kreću se uglavnom između 180 i 250 kWh/m2 godišnje. Analize pokazuju da se povećanjem toplinske izolacije vanjske ovojnice, prvenstveno vanjskog zida, te zamjenom prozora, gubici topline smanjuju najmanje na 60-90 kWh/m2godišnje, što je ušteda u potrošnji energije za oko 70%.
Zgrade građene u razdoblju od 1940. do 1970. godine
Osnovno obilježje gradnje u ovom razdoblju je s jedne strane primjena tradicionalnih tehnika i materijala opisanih u prethodnom poglavlju, a s druge strane početak primjene novih materijala i statički tanjih, laganijih konstrukcija, a sve prije pojave prvih propisa o toplinskoj zaštiti zgrada. Ovo je razdoblje gradnje karakteristično i po velikoj i ubrzanoj gradnji, te izgradnji zgrada koje danas predstavljaju najveći problem u smislu energetske potrošnje. Pojava novih materijala, statički laganijih i tanjih konstrukcija većih raspona, velikih ostakljenih površina, a loših toplinskih karakteristika, te bez primjene toplinske zaštite, karakterizira ovo razdoblje izgradnje. Novi materijali i njihova raznolikost rezultirali su i promjenom koncepcije konstrukcija. Armirani beton dopušta statički „tanke” konstruktivne elemente koji bez toplinske izolacije imaju velike toplinske gubitke. Velike staklene površine ostakljene su jednostrukim ostakljenjem. Prva naftna kriza sedamdesetih godina prošlog stoljeća, ubrzala je prihvaćanje činjenica da su izvori fosilnih goriva sasvim sigurno ograničeni i da je energente potrebno racionalno koristiti. Ubrzo nakon toga mnoge industrijski razvijene zemlje donose prve zakone i propise o štednji energije za zagrijavanje građevina. Većina europskih zemalja danas ima regulirano područje toplinske zaštite i uštede energije koje se trenutno usklađuje s dokumentima prihvaćenim na razini EU-a.
Zgrade građene u razdoblju od 1970. do 1987. godine
Tehnički napredak u proizvodnji materijala za zidanje, upotreba betona i armiranog betona, te gradnja „tankih” konstrukcija koje zadovoljavaju statički proračun, ali nemaju nikakav energetski koncept, ima za posljedicu izgradnju velikog fonda zgrada koji je sa stajališta toplinske zaštite i uštede energije izuzetno nepovoljan. Takva gradnja počinje već 50-tih godina prošlog stoljeća, a u razdoblju od 1970. do 1980 godine vrlo je česta izgradnja vitkih skeletnih konstrukcija ili poprečnih betonskih nosivih zidova, a ispuna između nosive konstrukcije radi se često kao stolarski element s izuzetno lošim toplinskim karakteristikama. Česti su i prefabricirani betonski parapetni paneli, bez ikakve toplinske zaštite. Osnovna karakteristika gradnje u razdoblju od 1970. do 1987., a s obzirom na toplinsku zaštitu, je s jedne strane usvajanje prvih propisa o toplinskoj zaštiti zgrada i početak skromnog korištenja toplinske izolacije, a s druge strane gradnja statički vitkih, tankih konstrukcija, velikih staklenih površina i zapravo toplinski vrlo loših objekata. Prvi propisi o toplinskoj zaštiti zgrada u Republici Hrvatskoj doneseni su 1970. godine (Pravilnik o tehničkim mjerama i uvjetima za toplinsku zaštitu zgrada – Službeni list SFRJ 35/70). U njemu je određena podjela državnog teritorija na tri građevinsko klimatske zone. Za svaku zonu su propisane najveće dopuštene vrijednosti koeficijenta prolaza topline k (W/m2K) (danas U) za pojedine elemente vanjske ovojnice zgrade. Počinje skromna primjena toplinske izolacije u debljinama 2-4 cm. Istovremeno se razvija industrija građevinskih materijala, kao i primjena armiranog betona, zahvaljujući kojem konstrukcija zgrada postaje sve tanja i sve lakša. Statika zgrade je zadovoljena, a energetski koncept ne postoji. Nikakva ili vrlo stidljivo primjenjena toplinska izolacija karakteristična je za gradnju sve do 1980. godine. Koriste se uglavnom prozori s izo staklom, ali vrlo loših profila, bez prekinutog toplinskog mosta, te s lošim brtvljenjem. Površina staklenih ploha se povećava.
Zgrade se tada grade uz zadovoljavanje minimalnih uvjeta statike i toplinske izolacije. Standard grijanja međutim raste. Armirano betonske konstrukcije zidova izvode se ili bez izolacije, ili s 2-4 cm izolacije tipa heraklit, drvolit ili okipor koja se stavlja u oplatu kod betoniranja. Parapeti su često betonski prefabrikati. Armirano betonski zidovi izvode se u minimalnim statičkim debljinama od 16 i 18 cm, rijeđe 20 cm. Zidane konstrukcije izvode se uglavnom od šuplje blok opeke 19 cm, (ili pune opeke 25 cm) koja obostrano ožbukana jedva zadovoljava tadašnje minimalne uvjete za toplinsku izolaciju. Ne posvećuje se gotovo nikakva pažnja rješavanju detalja karakterističnih toplinskih mostova. To često rezultira pojavom vlage i plijesni na unutrašnjim uglovima kuća. Krovovi se često izvode kao ravni krovovi s betonskom pločom i minimalnom izolacijom. Toplinski gubici zgrada iz ovog razdoblja često su veći od onih na starijim zgradama, građenim prije 1970. godine, te iznose i preko 300 kWh/m2godišnje.
Mjere sanacije ne razlikuju se puno u odnosu na sanaciju starijih zgrada, s tom prednosti što se izolacija uglavnom bez problema može izvoditi s vanjske strane. I u ovom slučaju ekonomski najisplativije je sanirati krov ili strop prema negrijanom tavanu, te vanjski zid i prozore. S obzirom na velike staklene površine koje karakteriziraju gradnju tog razdoblja, zamjena prozora može rezultirati vrlo velikim uštedama. S druge strane gledano, velike staklene površine povećavaju troškove sanacije. Potrebno je kod svake sanacije ispitati kvalitetu prozorskih profila i stakla, te eventualno ugraditi toplinski kvalitetnije staklo i dobro zabrtviti profile. Puno se može postići, uz mala ulaganja i toplinskom izolacijom niša s radijatorima i kutija za roletu, te ugradnjom roleta, žaluzina i sl.
Godine 1980. su doneseni novi zahtjevi u pogledu toplinske zaštite zgrada u okviru norme JUS U.J5.600: Toplinska tehnika u građevinarstvu i tehnički uvjeti za projektiranje i građenje zgrada kojima su vrijednosti dopuštenih koeficijenata prolaska topline U(k) smanjene za cca 30%. Novo, pooštreno i dopunjeno izdanje doneseno je 1987. godine pod nazivom HRN U.J.5.600. Osim ove norme u primjeni su i sljedeće norme iz područja toplinske tehnike u građevinarstvu: HRN U.J5.510 (1987), HRN U.J5.520 (1980), HRN U.J5.530 (1980). Važno je naglasiti da je bitna novost u Propisima iz 1987. godine u ograničavanju toplinskih gubitaka, ne samo kroz pojedine elemente vanjske ovojnice već i za zgradu kao cjelinu. Da bi se to zadovoljilo koeficijenti U moraju biti i znatno manji od dopuštenih.
Zgrade građene u razdoblju od 1987. do 2006. godine
Unatoč svjetskim trendovima i naglašene potrebe štednje energije u zgradama, Hrvatskoj je trebalo gotovo dvadeset godina do usvajanja novog tehničkog propisa i strožih zahtjeva glede toplinske zaštite i uštede toplinske energije u zgradama. Svi projekti i sva izgradnja u razdoblju od 1987. godine do danas, ima u prosjeku istu toplinsku kvalitetu, a godišnje toplinske potrebe kreću se u prosjeku od 100 do 150 kWh/m2godišnje. Gradi se svim dostupnim materijalima na tržištu, a primjenjena toplinska izolacija je takva da zadovoljava postojeće propise. Od toplinsko izolacijskih materijala najčešće se koriste kamena vuna i polistiren, u debljinama 4, 5, 6 rijeđe 8 cm za vanjski zid, te 8 do 12 cm za kosi krov u kontinentalnom dijelu Hrvatske, dok u primorskom dijelu i manje, uz čestu primjenu toplinske žbuke, bez dodatne toplinske izolacije. Bitnog napretka u toplinskoj zaštiti zgrada u razdoblju od 1987. do 2006. godine nema. 1. srpnja 2005. godine usvojen je novi Tehnički propis o uštedi toplinske energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 79/05) s obveznom primjenom od 1. srpnja 2006. godine. Tehnički propis o uštedi toplinske energije i toplinskoj zaštiti u zgradama predstavlja veliki napredak u toplinskoj zaštiti zgrada, a obuhvaća i novogradnje i rekonstrukcije postojećih zgrada.
Aktivnosti na povećanju energetske učinkovitosti povećanjem toplinske zaštite zgrada treba usmjeriti na zgrade građene prije 1987. godine. U zgradama građenim u razdoblju od 1987. do 2006. godine potrebno je dodatnim preporukama za uštedu energije – regulacija, štedna rasvjeta, itd. i manjim zahvatima na ovojnici zgrade smanjiti potrošnju energije. Ono što treba svakako učiniti je usmjeriti sve snage na povećanje energetske učinkovitosti, toplinsku zaštitu i uštedu energije novih zgrada, kako zakonskom regulativom, tako i promocijom i podizanjem svijesti o uštedi energije i zaštiti okoliša.
Pri svakoj rekonstrukciji treba pažljivo optimirati energetske sustave u što bolju energetski učinkovitu cjelinu. Nove zgrade potrebno je planirati integralno i detaljno razmatrati energetski koncept.
Suvremena izgradnja
Tehnički propis o uštedi toplinske energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 79/05) predstavlja veliki napredak u toplinskoj zaštiti zgrada, a obuhvaća i novogradnje i rekonstrukcije postojećih zgrada. Propis definira maksimalno dopuštenu godišnju potrošnju za zgrade u kWh/m2, odnosno kWh/m3, koja je vezana uz faktor oblika zgrade, tj. odnos površine oplošja grijanog prostora zgrade i volumena koji taj prostor zatvara (f0=A/Ve (m-1), gdje je A-oplošje – zbroj površina pročelja, poda i stropa, a Ve-volumen grijanog dijela zgrade). Koeficijent prolaska topline za prozore i balkonska vrata kod zgrada koje se griju na temperaturu 18°C i više, ograničen je na maksimalno U =1,80 W/m2K.
Kako je Hrvatska tek nedavno usvojila napredniji standard toplinske zaštite, osnovna preporuka kod gradnje novih zgrada je pokušati dodatno poboljšati tu toplinsku zaštitu i analizirati mogućnost niskoenergetske arhitekture. Svi europski trendovi kreću se u tom smjeru i nije teško pretpostaviti da će se i naši propisi za novogradnju vrlo skoro ponovno morati usklađivati sa sve strožim europskim propisima. Uzimajući u obzir životni vijek zgrade, apsolutno je opravdano projektiranje novih niskoenergetskih zgrada. Uvođenjem energetske certifikacije zgrada, to postaje i marketinški zanimljivo.
