Stedljive Kuce

http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetaljiURL/Modelovanje_energetski_efikasnih_zgrada_-_od_idejnog_arhitektonskog_re%C5%A1enja.aspx?ban=820&tekstid=943

Modelovanje energetski efikasnih zgrada - od idejnog arhitektonskog rešenja

14.01.2010. | D. Baji? dim, M. Vu?i?evi? dim. | Build magazin


Vertikalne prepreke na isto?noj fasadi

Danas, kada je na tržištu prisutno na desetine programskih paketa koji pružaju mogu?nost projektovanja održivih zgrada (sustainable buildings), prava je jeres ne koristiti ih. Mogu?nosti koje nude ovi programi se pružaju prakti?no u beskona?nost, a ve?ina njih je prili?no laka i intuitivna za koriš?enje.

Prilika za sve

Kada znamo da se ovakvi programi u svetu koriste u poslednjih desetak godina (a u zemljama liderima u ovoj oblasti i duže), pravo je pitanje zašto njihovo koriš?enje nije više prisutno na našim prostorima? Odgovornost je sigurno na prvom mestu na projektantima koji ne pokazuju dovoljno inicijative za ove programe, niti dovoljno upu?uju arhitekte u mogu?nosti koje ovi mo?ni alati nude.

Sa druge strane, ni država nije pokazala volju da se uklju?i u savremene tokove u smislu uštede energije (energetski efikasnih zgrada) i smanjenja emisije CO2 u vidu subvencija i sli?no.

Izuzev ?lana 4. novog Zakona o planiranju i izgradnji objekta, gde osim naslova nema ni re?i o efikasnosti, nema drugih zakona koji se bave ovom problematikom. Ipak, i pojava ovog šturog ?lana, izradom kvalitetnih podzakonskih akata, može biti po?etak jedne pozitivne tendencije.

Kako može?

Iz iskustva koje je primenjivo u ve?ini slu?ajeva pri?a ide ovako: arhitekta projektuje objekat, tako što, naj?eš?e, vrlo kasno uklju?uje projektante drugih struka. Gra?evinski omota? objekta direktno uti?e na mnoge aspekte objekta uklju?uju?i: termi?ku ugodnost, dnevno osvetljenje, blještanje, energetsku efikasnost, potencijal za prirodnu ventilaciju i nivo buke.

Koliko je važan uticaj dnevnog svetla govori i podatak da u Holandiji i Nema?koj zdravstveni standardi zabranjuju postojanje radnog mesta koje je više od 6 metara udaljeno od prozora.

Baš zato je zna?ajno da od samog po?etka projekta budu uklju?eni projektanti svih struka. Koliko imamo zgrada sa fasadom projektovanom da bude energetski efikasna i pruži termi?ku ugodnost kao osnovne zahteve? Ne mnogo. Veliki broj novih zgrada ima fasade koje su u celini od stakla. Jedine zgrade koje opravdavaju stakleni omota? su staklenici – pravljeni za biljke, a ne za ljude.

Ve?i deo života provodimo u zgradama, pa bi trebalo i da ih projektujemo tako da su u funkciji korisnika – i sa strane komfora i sa strane utroška energije. Dakle, projektovanje bi trebalo da po?ne iznutra, a ne spolja. Prvi korak treba da bude definisanje uslova koje treba da ispunjava prostor u kome ?e korisnik boraviti, a zatim se ceo projektni tim angažuje na razvoju rešenja fasade zgrade koja ?e najbolje zadovoljiti te uslove – tako da bude i efikasna, ali i atraktivna.

Optimizacija fasade zahteva malo sofisticiraniji pristup od pukog zadovoljenja koeficijenata prolaza toplote. Danas su inženjerima na raspolaganju alati za analizu razli?itih rešenja fasade kao npr. analiza senke, termi?ke ugodnosti i analize dnevnog osvetljenja. Ovi alati omogu?avaju donošenje odluka na osnovu dobijenih podataka iz simulacija – umesto naga?anjem, i izbegavanje situacije u kojoj se problem rešava znatno kasnije (tako što ?e se npr. predimenzonisati instalacije grejanja i hla?enja).



Tehnologija proizvodnje prozora jeste napredovala, ali je koeficijent prolaza toplote stakla i dalje 3-5 puta ve?i od standardnog izolovanog zida. Ne treba zaboraviti ni da su istok, zapad, sever i jug izloženi razli?itim spoljnjim uticajima tokom dana tako da i fasade razli?ito orijentisane treba da imaju razli?ite karakteristike – zgrada ne mora da izgleda identi?no sa svake strane.

U stvarnosti se naj?eš?e susre?emo sa objektima ?iji je izgled arhitekta osmislio sa vrlo malo osvrta na optimizaciju u smislu energetske efikasnosti.

Trend staklenih zgrada, koji je sve prisutniji i u doma?oj arhitekturi, poslednih godina uzima maha, pri ?emu niko ne obra?a pažnju da li baš kompletna fasada treba da bude od stakla? Da li je zaposlenom na sedmom spratu poslovne zgrade neophodan živopisan pogled dok se saginje ispod stola da napuni mobilni telefon? Da li je dnevna svetlost koja prodire ispod nivoa stola toliko neophodna?

Ukratko: zgrada na prvom mestu treba da bude u funkciji njenih korisnika, pa tek onda na red dolazi atraktivan izgled koji je prodaje. Sa porastom cene svih energenata, sve više korisnika npr. poslovnog prostora mnogo više pažnje ?e obratiti na to koliki ?e ra?un za struju sti?i na kraju meseca, a manje na privla?nu staklenu fasadu. Kad jednom u?e u zakup prostora – treba tu i da ostane!

Od A do B

Kao i pri konvencionalnom projektovanju inicijator mora biti arhitekta kao vo?a projekta. Nakon prvih ideja o objektu, definisanja oblika i orijentacije u vidu po?etnih skica i osnova, arhitekta treba da uklju?i konsultanta za analizu dnevnog osvetljenja. Analiza dnevnog osvetljenja kao jedan od prvih koraka u procesu energetske optimizacije objekta ima za cilj definisanje optimalne veli?ine prozora.

Na linku na kraju teksta - Besplatni softveri za 3D modelovanje energetski efikasnih zgrada, potražite više informacijama o softverima koji se mogu koristiti za energetsko modelovanje zgrada.

U interesu korisnika je da prozori budu što ve?i da bi što više dnevne svetlosti (koja je najprijatnija) prodiralo u zgradu i na taj na?nin se izbegla upotreba vešta?kog svetla kad god je to mogu?e - što ?ini zna?ajne uštede u potrošnji energije. Sa druge strane, veli?ina prozora dominatno uti?e na toplotno optere?enje zgrade (zra?enje Sunca) u letnjem periodu, tako da bi bilo poželjno da budu što manji.

Izrada 3D modela i analiza dnevnog osvetljenja

Prema inicijalnim arhitektonskim osnovama, pristupa se, u odgovaraju?em programskom paketu, izradi 3D termodinami?kog modela objekta (slika 1). Zatim se definišu karakteristike zastakljenja važne za analizu dnevnog osvetljenja, na prvom mestu koeficijent zasen?enja. To je opti?ka veli?ina koja pokazuje koli?inu svetlosti koja biva propuštena kroz staklo.

Nakon toga se u model unose i postoje?i okolni objekti, ukoliko postoje, zbog njihovog potencijalnog uticaja na intenzitet dnevnog osvetljenja u objektu (slika 2).

Prema standardima i preporukama se za date vrste prostora (vidi tab.1) usvaja željeni nivo dnevnog osvetljenja i vrši se analiza svake prostorije koja je od interesa. Softver može vršiti analizu za bilo koji datum i sat, tako da je u ovoj fazi najve?a nedoumica za koji se trenutak u toku godine opredeliti.

Kao o?igledni projektni dani name?u se svakako 21. jun i 21. decembar. Rezultati analize za ova dva datuma ?e dati maskimalan, odnosno minimalan nivo dnevnog osvetljenja.

Pored toga što dnevno osvetljenje varira tokom godine, varira i tokom dana. Prostorije orijentisane ka istoku dobi?e najviše svetla ujutru, a prostorije orijentisane ka zapadu – popodne.

Program tako?e omogu?uje i izbor vremenskih prilika – tako da su na raspolaganju razli?ite opcije: obla?an dan, sun?an dan, ?isto nebo itd. Program može vršiti analizu za ravan koja je na bilo kojoj visini od površine poda – naj?eš?e se analiza radi za standardnu vrednost 0.8m (standardna visina radnog stola).


Slika 1 – Prikaz analize uticaja sunca na senku 3D termodinami?kog modela
(21. Mart, 09:00)


Slika 2 – Prikaz uticaja postoje?eg objekta na novoprojektovani
(21. Mart, 09:00)


Slika 3 – Analiza dnevnog osvetljenja za spava?u sobu: ?isto nebo
(21. Mart, 15:00h)

Nakon odabira svih parametara pristupa se simulaciji dnevnog svetla za odre?enu prostoriju. Simulacija obi?no traje petnaestak minuta za standardne prostore, dok za komplikovanije geometrije može da traje i sat vremena.

Na slici 3 prikazan je rezultat analize dnevnog osvetljenja za jednu sobu, koja ?e istovremeno biti i radna i spava?a. Vidimo da su vrednosti dnevnog osvetljenja uz prozor gde ?e biti radni sto, preko 300 lux-a što je dovoljno za ?itanje i pisanje, dok je intenzitet dnevnog svetla u ostatku sobe, i na mestu gde ?e biti krevet oko 100 lux-a, što je sasvim dovoljno.

U slu?aju da je nivo osvetljenja bio nedovoljan na mestu radnog stola ili ostatku sobe, opet se vra?amo na model i modifikujemo ga tako što – ili pove?avamo veli?inu prozora, ili se uvodi dopunski prozor na istom ili drugom zidu (ili krovu – ako je to mogu?e), a postoje?i se po potrebi i smanjuje.

Postupak se ponavlja dok se ne dobiju željene veli?ine intenziteta dnevnog svetla na radnoj površini. U toku optimizacije, mogu se varirati i vrednosti koeficijenta zasen?enja zastakljenja po potrebi (Tabela 1).

Tabela 1 – Preporu?ene vrednosti nivoa osvetljenja za neke karakteristi?ne prostore

prolazi:
– sporedni i malo frekventni prolazi
– sporedne podrumske prostorije i nusprostorije bez posebne namene 60 lux

prolazi:
– glavni i frekventni prolazi
– hodnici i stepeništa
– kotlarnice i toplotne
– podstanice 120 lux

radne prostorije:
– radionice
– biblioteke
– ?itaonice 300 lux

spava?e sobe:
– opšte osvetljenje 50 lux
– uzglavlje 200 lux

dnevne sobe:
– opšte osvetljenje 100 lux
– ?itanje, šivenje 500 lux

radne sobe 300 lux
de?ije sobe 100 lux

Analiza se može vršiti i za prostore koje nemaju prozor, tako što ?e se razmatrati uticaj uvo?enja dnevnog svetla posredstvom svetlosnih tunela (solar tubes).

Po završetku analize dnevnog svetla pristupa se analizi omota?a objekta.

Optimizacija gra?evinskog omota?a

Analiza se obavlja u nekoliko koraka. Prvo je neophodno definisati po?etne vrednosti za: vrstu i debljinu svih slojeva spoljnjih i unutrašnjih zidova, poda i krova, tip i vrstu zastakljenja – dakle, definisati sve elemente omota?a zgrade njihovim fizi?kim veli?inama. Sa ovim inicijalnim vrednostima ?e se u?i u analizu.

Za svaku prostoriju je neophodno definisati temperaturu leti i zimi kao i željeni broj izmena vazduha. Program nudi i mogu?nost unošenja broja ljudi koji borave u svakoj od prostorija kao i koli?ine toplote koje oni odaju. Projektant elektro instalacija obezbe?uje podatke o koli?ini odavanja toplote osvetljenja i svih drugih elektri?nih ure?aja u sobi.

Zatim se unose i režimi rada osvetljenja – od koliko do koliko sati se o?ekuje da ?e svetlo biti uklju?eno, kao i režimi boravka ljudi – u kom periodu ?e ljudi boraviti u prostoriji. Kada se svi navedeni parametri definišu može se pristupiti termodinami?koj simulaciji ponašanja objekta.

Anketa na sajtu Gradjevinarstvo.rs – Koju vrstu energenta koristite u ovoj grejnoj sezoni? (uzorak 1129 ispitanika)

Odgovori Rezultati Procenat
?vrsto gorivo 452 40,04
Te?no gorivo 18 1,59
Gas 233 20,64
Elektri?na energija 216 19,13
Solarna energija 29 2,57
Daljinsko grejanje 134 11,87
Kombinovano 47 4,16

Za ovu vrstu analize neophodni su i meteorološki podaci za mesto gradnje objekta – datoteka meteoroloških podataka (weather file). Ova datoteka sadrži razli?ite ?asovne podatke relevantne za datu lokaciju: temperaturu po suvom i vlažnom termometru, relativnu vlažnost, brzinu i pravac vetra, sun?evo zra?enje itd. – sve podatke koje program uzima u obzir pri prora?unu.

Za ve?inu svetskih gradova ova datoteka meteoroloških podataka ve? je uklju?ena u program. Beograd nije na spisku, ali meteorološki fajl za Beograd, kao i za mnoge druge svetske gradove kojih eventualno nema, može se besplatno preuzeti sa sajta www.eere.energy.gov (U.S. Department for Energy – Ministarstvo energetike SAD).

Rezultat ove simulacije je izveštaj koji sadrži potrošnju energije na godišnjem nivou, kao i potrebnu koli?inu toplote za grejanje zimi i hla?enje leti. Zatim se parametri koji su za dati objekat od interesa (na primer debljina izolacije spoljnih ili ukopanih zidova, propustljivost sun?evog zra?enja prozora i sl.) menjaju, a proces simulacije ponavlja.

Cilj ovog iterativnog postupka je da se ta?no uvidi kojim ?e se merama posti?i koje, i što je još zna?ajnije, kolike uštede. Sa druge strane, ušteda u eksploataciji treba da dâ podatak i o opravdanosti investicije. Drugim re?ima: lako ?ete ubediti investitora da treba da ugradi izolaciju ve?e debljine ili prozore boljih karakteristika ako pred njega iza?ete sa konkretnim podacima o uštedi.

Zaštita od sun?evog zra?enja

Da bi si smanjila potrošnja energije potrebna za održavanje termi?kih uslova ugodnosti neophodno je inkorporirati odre?ene prepreke (tzv. brisoleji – brise soleil) u fasadu. Uloga ovih prepreka je da propuštaju sun?evo zra?enje zimi kada je to poželjno, a spre?aju prodor direktnog sun?evog zra?enja leti (dovodi do pregrevanja prostrorija u zgradi) istovremeno propuštaju?i dovoljno dnevne svetlosti u prostor.

Postavljanje prepreka na ispravan na?in jedna je od vrlo efikasnih a malo investiciono zahtevnih mera. Prepreke mogu biti u vidu plo?a, rebara i sl., a uticaj na zgradu se može ustanoviti varijacijom ugla i odstojanja od fasade pod kojim se postavljaju i ponavljanjem simulacije. Mogu?a je ugradnja i pokretnih prepreka, kada se preko odgovaraju?ih senzora i automatike pomeraju tako da uvek obezbe?uju dovoljno dnevnog svetla, ali i štite od sun?evog zra?enja i preteranog upada dnevnog svetla – blještanja.

Neka od opštih pravila za postavljanje prepreka su: da na isto?noj i zapadnoj fasadi (slika gore desno) budu vertikalne da bi mogle da štite fasadu od sunca koje je pod niskim uglom (ujutru i predve?e), dok se na južnoj fasadi preporu?uju horizontalne prepreke (slika dole desno).

Da bi prepreke na pravi na?in obavljale svoju funkciju, u fasadu ih treba inkorporirati na na?in da štite od sun?evog zra?enja, ali da ne blokiraju pogled i prodor dnevne svetlosti. Kada se sa arhitektom usaglasi po?etni oblik i raspored prepreka, pristupa se njihovoj implementaciji u 3D termodinami?ki model.

Variranjem oblika i veli?ine prepreka dolazi se do optimalnog rešenja. Na kraju, dobijanje bilo kakvih rezultata o uštedi energije primenom ove mere kao i pore?enje dobijenih rezultata za razli?ite paramtere je nemogu?e bez primene programskih alata za energetske dinami?ke simulacije.

Efikasni sistemi


Horizontalne prepreke na isto?noj fasadi

Analiza se, dalje, može sprovoditi i pore?enjem efikasnosti razli?itih sistema grejanja i hla?enja. Mogu?e je vršiti provere koriš?enja npr. geotermalnih, zemnih ili vazdušnih toplotnih pumpi, pa uporediti potrošnju energije ako se kao osnovni energent koristi struja ili gas.

Kako je cena struje u Srbiji trenutno 3-4 puta manja od realne tržišne cene u svetu, svaka analiza ove vrste u Srbiji je još uvek apsurdna jer je njen rezultat o?igledan – najefikasnije je grejati se na struju?!

Analiza strujanja

Ono što neki od ovih programskih paketa tako?e nude je i tzv. CFD (Computational Fluid Dynamics) – numeri?ka analiza strujanja. Ovaj alat se u projektovanju instalacija prvenstveno koristi za simulaciju strujanja vazduha u prostoru i ima za rezultat raspodelu brzina i temperatura vazduha u prostoru radi npr. postizanja najvišeg nivoa termi?ke ugodnosti korisnika.

Uz pomo? ovog alata mogu?e je npr. razmatrati primenu koriš?enja prirodne dnevne i no?ne ventilacije. Pored toga, CFD se može koristiti i za mnoge druge namene – ali to je ve? tema za sebe.

Zaklju?ak

Priliku, koju projektanti imaju za poboljšanje energetske efikasnosti novoprojektovanih (ali i postoje?ih!) objekata, uz pomo? programskih paketa, treba koristiti i promovisati jer omogu?uju zna?ajne uštede utroška energije kao i kreiranje prostora koji ?e biti ugodan za korisnike.

Najavljeno poskupljenja struje, koje ?e cenu struje približiti svetskom nivou, sigurno je i motiv više. Može se o?ekivati i od države, da podrži energetski efikasne zgrade, kroz razli?ite vrste olakšica, koje bi zasigurno dovele do masovnije upotrebe ovih programa.

Linkovi:

* Besplatni softveri za 3D modelovanje energetski efikasnih zgrada - na linku ovde http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetaljiURL/Besplatni_softveri_za_3D_modelovanje_energetski_efikasnih_zgrada.aspx?ban=820&tekstid=980