Stedljive Kuce

http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetalji.aspx?tekstid=1306

Da li je pove?ana termi?ka masa u pasivnim solarnim ku?ama opravdana?

16.09.2010. | Scott Gibson | Green Building Advisor



Veoma ?esto, na pomen zelene gradnje i ekoloških ku?a sa nekim u Srbiji, pomene se kako smo imali literaturu još 1970-ih i kako je ovaj ili onaj dosta radio na temu pasivnih solarnih ku?a. Po tom principu sun?eva toplota zagreva ku?u kroz velike staklene površine okrenute ka jugu i toplota se skladišti u termi?koj masi šljunka, betona, zemlje ili kamena.

Me?utim, stvar je u tome da do danas ne postoji ozbiljni prora?uni koji bi potvrdili stvarnu efikasnost ovog sistema u odnosu na potrošen materijal i prate?u problematiku.

Materijali sa velikom specifi?kom gustinom predstavljaju odli?nu termi?ku masu koja je bitan element pasivnih solarnih ku?a. Armiranobetonske me?uspratne konstrukcije, zidovi, šljunak u bazi ku?e, Trombov zid (vidi linkove na kraju teksta) i sl. zadržavaju toplotnu energiju ?ime se umanjuju nagle promene temperature u objektu.

U ovom konceptu naro?iti zna?aj imaju armiranobetonske me?uspratne konstrukcije. Betonska konstrukcija, cementna košuljica, kamene plo?e i sl. mogu zadržavati toplotnu energiju koja dolazi kroz prozore sun?evim zracima, ili iz cevi podnog grejanja (hla?enja) instaliranih u košuljici.

Ovo su ve? dobro poznati na?ini koriš?enja mase betona u podu prostorija, me?utim, neki gra?evinci u SAD ve? dugo primenjuju još jedan pristup iskoriš?avanju termi?ke mase betona.

Naime, kutijasta me?uspratna armiranobetonska konstrukcija ili dupli zidani zid mogu biti posmatrani kao cevovodi KGH sistema... Tavanica se izvodi kao konstrukcija od dve paralelne armiranobetonske plo?e (podne i plafonske), sa AB-rebrima koje ih povezuju u sredini. Temeljna plo?a može imati cevi u sebi (kao na fotografiji ispod).



Kroz dobijene kanale (poput kanala dobijenih spajanjem elemenata u polumontažnoj tavanici – TM, LMT, itd.) može se puštati topao ili hladan vazduh, zavisno od temperature koja treba da se postigne u prostoriji. Vazduh predaje temperaturu betonskoj masi koja je zatim predaje vazduhu u prostoriji.

Bruce Brownell je ?ovek za koga kažu da je ?itav život posvetio projektovanju, poboljšanjima i gra?enju ku?a sa ovakvim sistemom za regulaciju temperature. Na sajtu njegove firme Adirondack Alternate Energy (link na kraju teksta) detaljnije su opisani na?ini na koji se ku?a zagreva pomo?u ovakvih "cevovoda".

Mali ventilator vra?a topao vazduh iz najviših zona u ku?i kroz cevi sve do ispod najnižeg poda. Odatle ponovo dopire do prizemlja i kruži dalje kroz ku?u u kojoj ukupna termi?ka masa betona iznosi od 70 do 100 tona.

Po njegovoj tvrdnji temperatura u ovakvim ku?ama ne može da padne ispod nule tokom oštre zime a vlažnost vazduha zadržava se na 45-50% tokom zimskih meseci. Promena temperature u enterijeru kre?e se oko 6°C, tvrdi se na sajtu Brownell-ove kompanije.



Naravno, s obzirom da se vazduh vra?a u ponovno kruženje, prolazi tri puta kroz filter za sat vremena što eliminiše najve?i deo prašine.

Firma Adirondack tvrdi da je izgradila preko 300 ovakvih ku?a. Na linku na kraju teskta možete pogledati više detalja njegovog projekta Kosmer Solar House (sa fotografijama).

Kana?anin Don Roscoe tako?e je izgradio više ovakvih ku?a koje se zasnivaju na pasivnom solarnom principu. U Novoj Škotskoj, Kanada, gradio je te ku?e sa otvorima za vazduh od 13cm u me?uspratnoj konstrukciji visine 20cm (pasivne solarne ku?e iz ovog dela sveta možete pogledati na linku na kraju teksta).

Gde su dokazi?

Me?utim, postoji ozbiljna sumnja me?u ostalim stru?njacima da termi?ka masa zaista predstavlja dovoljno efikasan toplotni resurs. Pored pitanja: koliko je održivo u jednu ku?u sipati tone materijala, postavlja se i pitanje stvarnog povra?aja energije.

Stvar je u tome što ne postoji nijedan dokaz da je mogu?e efikasno preneti temperaturu sa vazduha na beton ili kamen u dovoljnoj meri da bi to bilo efikasnije od Passivhaus sistema ili ku?a sa laganijom konstrukcijom ali boljom zaptivenosti i savremenim mašinskim KGH instalacijama.



Daniel Ernst je me?u prvima insistirao na nau?nim podacima koji bi potvrdili ili opovrgli efikasnost ovakvih sistema, a naro?ito na to koliko se zaista temperature u ku?i dobija kroz prozore. On tvrdi da nije mogu?e da sistem radi tako kako pri?aju:

- Znate li i za jednu studiju koja bi potvrdila efikasnosti? Postoje li ta?na merenja? Higrotermi?ki modeli? Dokumentacija? - pita on.

- Bez obzira na tip klime, ku?e ili prozora ne možete pasivnim solarnim dizajnom zagrevati vazduh koji zatim treba da zagreje 70 do 100 tona termi?ke mase u nekoj primetnoj meri. Fizika i prora?uni ne poklapaju se sa ovim.

Neki ?ak podse?aju i da, ve? onog trenutka kada imate ventilator u sistemu, to više nije pasivna solarna ku?a (ve? ima neku vrstu KGH sistema, jedan takav je na ilustraciji levo), a neki i na to da plo?a može imati otvore ili pukotine.

Pa opet, ima i onih koji priznaju da je Brownell ve? veoma dugo posve?en zelenoj gradnji i da aktivno u praksi radi na poboljšanju sistema u ku?ama koje gradi. Oni dodaju i da je ?udno to što se ve? na sam pomen njegovog imena pobornici za zelenu gradnju povuku: zar ne možemo ni da pri?amo o tome?, pitaju oni.

James Morgan iz Severne Karoline ima primedbu na koriš?enje ovolike termi?ke mase:

- Zelena gradnja je optimalno koriš?enje materijala. Sagradio sam preko 350 energetski efikasnih ku?a i mislim da je potencijal termi?ke mase precenjen – i dodaje - Nije mi jasno kako je mogu?e da toliko profesionalaca pri?a o termi?koj masi kada ova pri?a izgleda da ima smisla samo u nekoliko veoma specifi?nih klimatskih uslova (topli suvi dani, hladne suve no?i, i tako tokom ve?eg dela godine).

- Ovo je klasi?na po?etni?ka greška koju su pravili mnogi graditelji prve zelene gradnje 1970-ih godina - kaže Robert Riversong:

Neki od ranih eksperimenata, uklju?uju?i i prolaz vazduha kroz pod i izme?u duplih zidova i duple krovne plo?e (ku?a u ku?i) ili preterana termi?ka masa, odavno su prevazi?eni savremenim detaljnijim i preciznijim shvatanjem termodinamike i gra?evinskih sistema slaže se ve?ina graditelja.

Na kraju, i da se pasivne solarne ku?e rade kao zaptivene do te mere da mogu da se nadaju zagrevanju pomo?u sun?eve toplote, one moraju imati izmenjiva?e toplote, ali i strogu kontrolu kvaliteta vazduha - a to je ve? ozbiljan KGH sistem.

Linkovi:

* Adirondack Alternate Energy - http://www.aaepassivesolar.com

* Kosmer Solar House - http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/post/2010/03/solar-serdar-solar-house-how-it-works

* Solar Nova Scotia - http://www.solarns.ca/ship.php

* original teksta - http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/green-building-blog/can-you-heat-house-air-ducts-concrete-floor

* Trombov zid - preko pola veka deo pasivne solarne arhitekture - http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetaljiURL/Trombov_zid_-_preko_pola_veka_deo_pasivne_solarne_arhitekture.aspx?ban=820&tekstid=877

* Nabijena zemlja - savremena interpretacija drevnog materijala - http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetaljiURL/Nabijena_zemlja_-_savremena_interpretacija_drevnog_materijala.aspx?ban=820&tekstid=878

Kako imam nesto iskustava zelim da prenesem saznanja koja sam stekao.

Termicka masa sama za sebe nije izvor energije niti toplote.

Kao akumulator toplote koja se dovodi vazduhom sistem je prilicno neefikasan ali je gotovo besplatan, radi 24 sata/365 dana i osim pocetne investicije u jednoj dobro izolovanoj zgradi ne stvara dodatne gubitke u grejnom sistemu.

Ja koristim neke principe od pomenutih i jednom delu kuce, tacnije na jednom spratu u delu koji je namenjen opstoj upotrebi - dnevnom boravku.

Moje resenje je usmeravanje aktivno zagrejanog toplog vazduha preko velike termicke mase koja je pasivni regulator jacine grejanja.

Izvor zagrejanog vazduha je toplotna pumpa, a termicka masa je montazna medjuspratna konstrukcija sa debljim slojem betona/cementne kosuljice koja je oblozena keramickom zavrsnom oblogom.

Moje iskustvo je da je potrebno oko 4 puta jace pocetno grejanje po snazi od termickog proracuna fizike i da je u pocetku upotrebe prostorije dosta nekomforno.

Ali jednom kada se prenese toplota sa vazduha na pod i u njemu se akumulira pocinje da se dogadja efekat podnog grejanja odnosno pod celom povrsinom postaje reemiter grejanja sto se oseca kao povecana udobnost narocito kada se sedi tj. miruje.

Bez apsolutno ikakvog grejanja temperatura poda je oko 14 C pri spoljnih -5 C pa sve do negde -9 C.
Temperatura u prostoriji nikada nije pala ispod 11 C pa cak ni pri spoljnih -17 C.

Pri uslovu pocetka zagrevanja potrebno je uloziti oko 7 kW toplote (pocetno, posle opada sa porastom temperature poda) u obliku toplog vazduha u trajanju oko 60 - 80 sati da bi se pod zagrejao sa 14 C na 23 C.

Drugim recima, usled jako velike termicke inercije nije komforno paliti i gasiti grejanje.

Nakon dostizanja te ravnotezne temperature nadalje je potrebno samo oko 0,8 do 1,1 kW dovodjenja toplim vazduhom za stabilno odrzavanje 23 C i to pri spoljnih -5 C.

To se odnosi na povrsinu prostorije od 46 m2.

Slicno kako se veoma sporo zagreva tako se pod veoma sporo i hladi tako da je sasvim udobno i nekih 5-10 sati nakon totalnog iskljucivanja bilo kakvog grejanja.

Inace, po proracunu gradjevinske fizike kuca kao celina ima toplotnu inerciju (teoretski) nekih 260 sati a prema programskom paketu "novolit".

Osim poda termicku inerciju povecavaju i zidovi cija je osnova 290 mm debele opeka (spoljni zidovi) odnosno 190 mm (unutrasnji zidovi) oblozeni gips kartonskim plocama debljine 12,5 mm.

Naravno, spoljni zidovi su prilicno debelo izolovani sa spoljne strane.

Moj zakljucak te teme - termicka akumulacija je neefikasna toliko da ne moze biti u nasoj klimi bitan faktor zimi koji utice na potrosnju energije i jedino efikasno resenje je primena toplotne izolacije.

Proracun gradjevinske fizike se uglavnom ponasa u praksi kako je predvidjeno u velikoj meri i stoga podaci na papiru treba da budu dobar orijentir u proceni sta ce zaista biti u praksi.

Vazduh je jako los transporter toplote i usled toga je sam proces zagrevanja termicke mase prilicno spor ali prednost vazduha je da je besplatan, ima ga uvek i svuda, ne moze da se zamrzne, ne moze da curi, ne moze da napravi neke stetne efekte, a uvek ima tacno poznate i predvidive osobine.

Zanimljiv nau?ni ?lanak u vezi izgradnje pasivne ku?e na podru?ju grada Beograda, i tu piše koliko bi dodatno koštala pasivna ku?a u odnosu na obi?nu, troškovi za grejanje, a tu piše i o termi?koj masi (Trombe-ov zid)......

Slozio bih se da je zanimljiv clanak, ali nauke tek u tragovima ?

Proracuna toplotnih gubitaka nema ni u naznakama, nisu dati nikakvih parametri klime niti unutrasnje temperature u brojkama uslovi na koje se odnose pretpostavljeni iznosi u kWh, nema nikakvih podataka niti o pretpostavljenim solarnom zracenju.

Gradjevinska fizika zaobidjena.

Meni upada u oci posebno dijagram slika 4a i 4b.

U nasoj klimi je sasvim ocigledno da je pretpostavka da ce nocu u 3 ujutru biti solarnih dobitaka Trombovog zida u startu pogresna.

Vec u samom tekstu objasnjava se da je kada je temp vazduha Trombovog zida manja od unutrasnje, a to je definitvno slucaj nocu, onemogucena cirkulacija vazduha i razmena toplote spolja/unutra.

Ne vidim na osnovu cega se pretpostavlja da ce nocu u 3 sata ujutru toplotni dobitak Trombovog zida biti (27,94 kWh-7,78 kWh= 20,16 kWh za ceo dan) uopste postojati i tako drasticno uticati na toplotno hladjenje kuce.

U nasoj klimi potpuno je nerealno ocekivati da ce Trombov zid biti zagravan prosecno 2 sata Sunca dnevno a onda 22 sata zagrevati okolinu, odnosi se na decembar ili januar kada je i inace u pasivnim kucama grejanje osnovni sistem za nadoknadu termickih gubitaka zgrade.

Drugo sto mi deluje neozbiljno je sistem lake montazne kuce kombinovati sa Trombovim zidom koji je van samog objekta.

Sam po sebi sistem lake gradnje podrazumeva da se zeli izbeci akumulacija toplote odnosno termicki kapacitet i potpuno je suprotan od primene Trombovog zida (ili slicnog sistema velike termicke mase).

Dalje, ne vidi se na osnovu cega je pretpostavljeno i odredjeno da je potrebno cak 5 kW rashladne noci za hipoteticki pasivni objekat povrsine ukupno 170 m2.

Iz prakse, to deluje kao debelo predimenzioniran rashladni kapacitet jedne takve zgrade.


Ako je ovo pretpostavljeni podatak za potrosnju gasa za jednu grejnu sezonu, nesto debelo ne stima.

Uz prosecnu energetsku vrednost 1 m3 gasa od 9,5 kWh, podatak da za grejanje 1 (jedan) m2 podne povrsine prosecne kuce treba 34.485,00 Kwh energije je apsurdan.

Pasivna kuca trosi reda 15-tak kWh energije.

Najobicnija prosecna srpska kuca bez ikakve izolacije trosi do 300 kWh za celu grejnu sezonu po 1 m2 podne povrsine. A i toliko je bas mnogo i cesto je potrosnja energije manja od toga uz obicnu suplju ciglu/blok opeku.

Kako se statistikom doslo do neverovatnih 34485 kWh u odnosu na uobicajenih 300 kWh odnosno 15-tak kWh za pasivnu kucu a sve za 1 m2 podne povrsine po sezoni grejanja trebalo bi posebno razmotriti.

U nasoj klimi sa prosecno 3 - 4 dana u januaru Sunca i 27 - 28 dana bez Sunca pridavati Trombovom zidu osobinu glavnog grejnog sistema je mislim vrlo "hrabro".