četvrtak, 28. travnja 2016.

Učinkovito trošenje energije kod zgrada

                      
  1. Zahtjevi za građevinu
Građevine  koje je čovjek gradio  od  prapovijesti do danas imale su  različite konstruktivne elemente primjerice: nakupljeno kamenje (piramide) stupove i grede (grčki hramovi) lukovi i svodovi kod mostova ili crkava. Moderno građevno inženjerstvo počinje 1743. kada je papa Benedikt XIV. pozvao tri matematičara, znanstvenika i isusovca Ruđera Boškovića te Jacquiera i Le Soara da pokušaju riješiti pukotine nastale na kupoli katedrale Svetog Petra. Oni su podastrli pismeno stručnjačko mišljenje (slično  certifikatu) na osnovi ispitivanja o uzroku nastalih pukotina te predložili ugradnju  pet vlačnih  metalnih ringova kojima su učvrstili kupolu. Bilo je to rađanje znanstvene discipline statike. Može se reći, kako je na taj način znanost ušla u graditeljstvo koje je dotad počivalo na iskustvima starih  graditeljskih majstora. Danas praksa, teorija i zakoni definiraju zgradu kao jedinstveni proizvod preko temeljnih zahtjeva za građevinu: 1. mehanička otpornost i stabilnost, 2. sigurnost u slučaju požara, 3. higijena, zdravlje i okoliš, 4. sigurnost i pristupačnost tijekom uporabe, 5. zaštita od buke 6. gospodarenje energijom i očuvanje topline 7. održiva uporaba prirodnih izvora.  U povijesti graditeljstva  u Hrvatskoj vjerojatno će pisati kako se 1936. godine počelo proizvoditi tzv. heraklit,  drveno-cementne ploče koje su se ugrađivale na fasade, stropove i podove kao toplinski izolator čuvaju u zgradi toplinu stvarajući čovjeku i životinji toplinsku ugodu. Isto tako izum polimera polistirena 1930. pa poslije i ekspandiranog polistirena - stiropora 1954. u tvrtki BASF u Njemačkoj odigrao je veliku ulogu u graditeljstvu oko očuvanja topline u zgradama.
Kuća Pinculić potrošnja energije prije  45313 kWh/a,

ista kuća sada s 6965 kWh/a = ušteda od 38348 kWh/a je primjer učinkovitosti.

B. Gospodarenje energijom i očuvanje topline
Prvo, valja zapamtiti neke podatke o energiji. Uvozimo 50% energije koju trošimo na: stanovanje i  zgradarstvo 41 %, transport 31 %, i industriju 28 %. U zgradama javnog i stambenog sektora trošenje energije raspoređeno je ovako: grijanje prostora od 52 do 57 %, priprema tople vode od 9 do 25%, hlađenje oko 4 %, električni uređaji, rasvjeta i uredska oprema od 11 do 16 %. Od stanova  u kojima se danas troši energija 47% je građeno od 1919.  do 1970. godine i u njima se troši godišnje toplinske energije od 230 do 250 [kWh/ (m2·a)] iz čega proizlaze analize kako tu postoji potencijal od 30 % ušteda do 2020. Drugo, energetska učinkovitost ovisi najviše o primjeni toplinske zaštite u zgradama, a prema njihovom obliku i načinu gradnje specifična godišnja potrebna toplinska energija za grijanje i hlađenje može se spustiti na razinu od 51 do 95 [(kWh/ (m2·a)]
Gospodarenje energijom i očuvanje topline u zgradama uređeno je Uredbom EU br. 244/2012 i ranijim direktivama Europskog  parlamenta iz kojih proizlaze  HR-zakoni,  propisi i HR-norme koje su koncentrirane u Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama koji važi od 1. siječnja 2016.

C. Tehnički propis i algoritam za provedbu proračuna
Kako bismo mogli nabavljati (i zaduživati se) naša Vlada kao i svaki vlasnik zgrade mora znati kolika je godišnja potrebna toplinske energija za grijanje i hlađenje QHC  (kWh/a)  za stanovanje i rad u zgradama. No, racionalno gospodarenje energijom ipak je prvenstveno zadaća svakog potrošača koji  se mora podučavati i priklanjati današnjim izazovnimtrenucima, kada nam po pitanju energije i održivosti nestaje tlo pod nogama. Pitajmo se, kako pomažemo državi.
Tehnički propis (članak 7) zadržava dosta termodinamskih zakona i pojmova iz građevne fizike prema kojem se utvrđuju tehnički zahtjevi: 1. najvećom dopuštenom godišnjom potrebnom toplinskom energijom za grijanje po jedinici ploštine korisne površine zgrade, 2. najvećom dopuštenom godišnjom isporučenom energijom po jedinici ploštine korisne površine zgrade, 3. najvećom dopuštenom godišnjom primarnom energijom po jedinici ploštine korisne površine zgrade, 4. najvećim dopuštenim koeficijentom transmisijskog toplinskog gubitka po jedinici oplošja grijanog dijela zgrade, 5. sprečavanjem pregrijavanja prostorija zgrade zbog djelovanja sunčeva zračenja tijekom ljeta, 6. dopuštenom zrakopropusnošću ovojnice zgrade, 7. najvećim dopuštenim koeficijentima prolaska topline pojedinih građevnih dijelova ovojnice grijanog dijela zgrade i pojedinih građevnih dijelova između grijanih dijelova zgrade različitih korisnika, 8. smanjenjem utjecaja toplinskih mostova, 9. najvećom dopuštenom kondenzacijom vodene pare unutar građevnog dijela zgrade, 10. sprečavanjem površinske kondenzacije vodene pare, 11. učinkovitošću tehničkog sustava grijanja, hlađenja, ventilacije, klimatizacije i pripreme potrošne tople vode, 12. najvećom dopuštenom godišnjom potrebnom energijom za rasvjetu zgrade, osim obiteljskih kuća i višestambenih  zgrada, 13. razredom učinkovitosti sustava automatizacije i upravljanja zgrade, 14. udjelom obnovljivih izvora energije u ukupnoj potrošnji primarne energije, ako ovim propisom nije drukčije određeno.
Certifikatori koriste različite  algoritme za  proračunavanje toplinskih tokova u zgradama. Najpoznatiji je propisan u normi HRN-EN-ISO-13790
Proračun  godišnje potrebne toplinske energije za grijanje Q H,nd  izračunava se po jednadžbi:

Q H,nd = QTr + QVe –η H ,gn (Qint + Qsol) [kWh]  koji se vidi u  grafičkom prilogu

gdje su: QTr – izmjenjena toplinska energija transmisijom (kWh); QVe – potrebna toplinska energija za ventilaciju/klimatizaciju (kWh); η H,gn – faktor iskorištenja toplinskih dobitaka (-); Qint – unutrašnji toplinski dobici zgrade (ljudi, uređaji, rasvjeta) (kWh); Qsol – toplinski dobici od Sunčevog zračenja (kWh). Pasivno korištenje sunčeve energije je bitno za smanjenje potrošnje goriva. Ljeti valja zasjeniti prozore kako ne bi došlo do pregrijavanja prostora. U tehničkom propisu (tablica 8) naveden je zahtjev za racionalnu uporabu energije i toplinsku zaštitu zgrade kojim se utvrđuje najveća dopuštena godišnja potrebna toplinska energija za grijanje po jedinici ploštine korisne površine zgrade Q’’H,nd [kWh/(m2·a)], najveća dopuštena godišnja isporučena energija po jedinici ploštine korisne površine zgrade Edel [kWh/(m2·a)] te najveća dopuštena godišnja primarna energija po jedinici ploštine korisne površine zgrade Eprim [kWh/(m2·a)] na temelju troškovno optimalnih razina. Pojam troškovno optimalna razina iz Tehničkog  propisa vidi se najljepše iz ovoga primjera; Amortizacija troškova za ugradnju toplinskih fasada ETICS s EPS pločama od 6 cm iznosi 6,9 godina s godišnjim troškovima grijanja od 2,57 €/(m2·a) dok kod 10 cm amortizacija iznosi 6,7 godina, a grijanje 1,78 €/(m2·a).
 Važno  je znati kod zgrada  kakav imaju ili  će imati oblik koji se definira količnikom između volumena i oplošja ovojnice i naziva se  faktor oblika zgrade f0. Faktor oblika zgrade f0=A/V (m-1) je važna značajka, jer objedinjuje volumen prostora V (m3) koji treba grijati i oplošje ovojnice A (m2) na koje  se ugrađuje toplinska zaštita za sprečavanje toplinskog toka koji je zapravo gubitak topline. Faktor oblika zgrade je prva veličina kojoj arhitekt mora posvetiti pažnju. Jer, ako se izgradi zgrada koja je nepovoljnog oblika (kocka, valjak, prizma, piramida), nepovoljnog tlocrta i istaka balkona (toplinski most)  onda će to biti vječni arhitektonski grijeh. U istom volumenu čovjek može stanovati, a oplošje zgrade mu može biti različito za 60 %; To dalje znači da  će i troškovi gradnje i grijanja biti 60 % veći. Ilustrativni podatak: za gradnju obiteljske kuće potrebno je primarne energije 638 kWh/m2.
  Budući da se najviše topline gubi transmisijom (prijelaz i prolaz) QTr kroz ovojnicu zgrade (fasada, prozori, pod i strop) onda se to izračunava po jednadžbi:
                                                    QTr=A ·U· t· (Θa - Θu)
Gdje je: 1.oplošje grijanog dijela zgrade A (m2), što je zapravo ukupna ploština[i] građevnih dijelova koji razdvajaju grijani dio zgrade od vanjskog  prostora, tla ili negrijanih dijelova zgrade (ovojnica ili  grijanog dijela zgrade), zatim 2. koeficijent prolaska topline U [W/(m2·K)], koji se određuje za neprozirne građevne dijelove prema normi HRN EN ISO 6946:2008. Koeficijent prolaska topline U objedinjuje toplinska svojstva građevnog materijala i vrstu obodnih konstrukcija  (zida, poda stropa krova) zgrade. Koeficijent U[ii] je bitan za minimalnu toplinsku zaštita koja je propisana (tablicom 1 prilog B). Primjerice, za  fasadni zid to iznosi od 0,3 do 0,6 [W/(m2·K)],   3. Vrijeme korištenja uređaja za grijanje ili hlađenje  t  (h). Grijanje ili hlađenje u našim krajevima može trajati i do  pet ili šest mjeseci, za što je potrebna određena količina topline koju sustavom grijanja treba tijekom jedne godine dovesti u zgradu za održavanje unutrašnje projektne temperature Θu (0C) u zgradi tijekom razdoblja grijanja zgrade; Najvažniji utjecaj, na što čovjek ne može djelovati, na godišnju potrebu energije je vanjska temperatura Θv.  4. Razlika temperatura (mjerna jedinica0C),  unutrašnjeg i vanjskog prostora  je isto utjecajan  faktor za određivanje godišnje potrebne toplinske energija za grijanje i hlađenje zgrade. Kod energetskog certificiranja zgrada, za proračun QH,nd koristiti se tzv. kvazistacionarni proračun na bazi mjesečnih vrijednosti prema normi HRN EN ISO 13790. Godišnja vrijednost potrebne toplinske energije za grijanje izračunava se kao suma pozitivnih mjesečnih vrijednosti. Naime, formula koju sam naveo je primjerena za stacionarno stanje prolaza topline kroz ovojnicu zgrada, primjerice tiho vrijeme bez vjetra i sunca.
Problematika racionalne  uporabe energije u zgradama spaja veliki broj tehničkih struka  iz građevinarstva, elektrostrojarstva i meteorologije, koja bi trebala biti jasna i vlasnicima i kupcima neke zgrade. Zato su osnovane mnoge tvrtke za energetsko certificiranje zgrada (uključeno legalizacija i etažiranje) u kojima rade stručnjaci po Pravilniku o energetskom pregledu zgrade i energetskom certificiranju (NN 48/14, 150/14) koji poznaju struku i zakone te izdaju dokument Iskaznicu energetskih svojstava zgrade.  Obično trošak certificiranja iznosi od 1200 do 1900 kuna za obiteljske kuće. Ako automobil ima  kao osobni dokument  prometnu dozvolu onda i zgrada (stan, obiteljska kuća) treba imati isto, budući da su približno jednaka trošila energije. Ljudi, kroz auto i kuću godišnje troše pojedinačno oko 10.000 kWh/a. Društvo kroz industrijski način života putem proizvodnje i korištenje dobara utječe na okoliš najviše kroz hranu, automobile, kuće i stanove. Iskaznica potrebne energije za grijanje zgrade je sastavni dio dokumentacije o održavanju i unapređivanju bitnih zahtjeva za građevinu. Iskazana je najveća dopuštena godišnja potrebna toplina za grijanje po jedinici ploštine korisne površine zgrade [kWh/(m2a)] i obujma grijanog dijela zgrade [kWh/(m3a)]. Obvezno se prilaže dokumentaciji potrebnoj kod tehničkog pregleda zgrade, a potvrđuju je svojim žigom projektant i izvođač. Iskaznica mora biti dostupna na uvid kupcima, najmoprimcima i drugim ovlaštenim korisnicima zgrade ili njenog dijela.

D. Podaci iz prakse
Prijedlog mjera za energetsku obnovu vanjske ovojnice (vidi slike) i sufinanciranje mjera energetske obnove od strane Fonda za zaštitu okoliša ienergetsku učinkovitost, izradila je tvrtka " Arhitektika projekt" d.o.o. iz Samobora, pod vodstvom ovlaštenog certifikatora  Ivana Bortas.  To je obiteljksa kuća mojeg kuma Marijana Pinculića kod koje su vanjski zidovi zidani klasičnom opekom od 25 cm. Kuća je građena 1950 godine s balkonom koji je tada bio jako moderni elementi zgrada. U ovom slučaju certifikatom se  sugerira skidanje balkona, koji je kao toplinski most poprilično pridonosi nepotrebnom gubitku topline. Zgrada novim mjerama dobiva toplinsku zaštitu cjelokupne ovojnice tako da se na fasadne zidove ugrađuje ETIC fasada s d=15 cm od samogasivog ekspandiranog polistirena. Energetske uštede i smanjenje utjecaja na okoliš su ogromne,  jer se godišnja potrošnja energije od 45313 (kWh/a) snizila na 6965  (kWh/a) a emisija CO2  će se smanjiti od 22 t na 3,3 t. Investicija od 75000 kn (udio Fonda 30%) se otplaćuje (amortizira) za 6,77 godina. Certifikatori postaju zapravo liječnici zgrada. Kuća  Pinculić iz razreda G prevedene-postala je "zdravija"  u razred B što je navedeno u Iskaznici energetskih svojstava
                                             
Jedan od najčešćih načina zadovoljavanja uvjeta uštede energije i toplinske zaštite vanjskih zidova je ugradnja toplinskih fasada ili povezanog sustava za vanjsku toplinsku izolaciju. Proizvođači materijala za toplinske fasade HUPFAS izdali su priručnik iz kojeg se mogu vidjeti mnogi detalji izrade toplinskih fasada. Prema hrvatskim normama HRN EN 13499 i HRN EN 13500, definicija ETICS-a je sljedeća: sustav izveden na gradilištu koji se sastoji od tvornički proizvedenih elemenata. Isporučuje se od proizvođača kao potpuni sustav i sadrži minimalno sljedeće sustavu prilagođene komponente: mort za lijepljenje i/ili mehaničko pričvršćenje, toplinsko-izolacijski materijal, mort za armaturni sloj, staklenu mrežicu, završno-dekorativnu žbuku. Sve komponente sustava odabiru se ovisno o specifičnosti sustava i podloge.Veliki dio  radnog vijeka provodio sam od 1968. u Samoborki (koja slavi110.Obljetnicu utemeljenje) na  istraživanju  morta i sustava za toplinsku zaštitu pod nazivom "SAMOTERM".
Država treba novčanim olakšicama poticati investitore i vlasnike na ugradnju toplinskih izolatora (smanjenje vrijednosti U koeficijenta) što može biti do 40 % u udjelu troškova rekonstrukcije fasada kako bi se uvozilo manje energije. Važno! Izbježive gubitke energije valja smanjivati do maksimuma. Ne trošiti energiju tamo gdje nije nužno i ne u intenzitetu ili snazi koja nije potrebna. Primjerice, možete čitati i uz specijalnu svjetiljku od 40 W s koncentričnim ili  usmjerenim svjetlosnim snopom. Također, treba obrazovati ljude o gospodarenju energijom u javnim zgradama. To se provodi preko agencija koje organiziraju tečajeve. Više vidi Gospodarenje Energijom (ISGE) UNDP na web-stranici Ministarstva graditeljstva RH.



[i] Ploština=geometrijsko svojstvo ograničene  plohe, mjerna veličina za površinu. Mjerna jedinica je  četvorni metar (m2)
[ii] Za grubu procjenu: U=1 W/(m2K)  je energetska potreba izražena kroz 10 L lož. ulja potrebna za  izgaranje u pećima stvarajući toplinu koja prolazi kroz 1 m2 konstrukcija  ovojnica  zgrada  npr. fasada u grijaćoj sezoni npr. u Zagrebu.
[iii] Obiteljska kuća jest stambena zgrada s najviše tri samostalne uporabne cjeline stambene namjene i koja ima građevinsku (bruto) površinu manju ili jednaku 600 m2

2 komentara:

  1. Prvi sastanak povjerenstva, čiji sam bio član, za izradu Tehničkog pravilnika o toplinkoj zaštiti zgrada 2002 godine
    https://drive.google.com/file/d/0Bx2OBiuARHLzRWFaejNmNjM0aHM/view?usp=sharing

    OdgovoriIzbriši
  2. https://drive.google.com/file/d/0Bx2OBiuARHLzRWFaejNmNjM0aHM/view?usp=sharing

    OdgovoriIzbriši