SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET Livija Šperanda DIPLOMSKI RAD Zagreb, studeni 2018.

Транскрипт

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET Livija Šperanda DIPLOMSKI RAD Zagreb, studeni 2018.

2 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET OPTIMIZACIJA GRAĐEVNIH DIJELOVA ZA GRADNJU ZG0E Livija Šperanda Kolegij : Građevinska fizika Mentor : doc.dr.sc. Bojan Milovanović JMBAG autora: Zagreb, studeni 2018.

3

4 ZAHVALA Zahvaljujem mentoru doc.dr.sc. Bojanu Milovanoviću za vodstvo tijekom ovog rada, od oblikovanja same ideje, a onda i do ostvarenja projekta. Posebna zahvala mojim roditeljima Marceli i Tomislavu na neizmjernoj podršci, strpljenju i razumijevanju tijekom cijelog perioda obrazovanja. Hvala braći i sestrama, djedu i baki, te rodbini koji su bili oslonac i motivacija u teškim trenucima. Želim se zahvaliti i svojim prijateljima i kolegama koji su doprinijeli ovom uspjehu, osobito Ivi Pašalić kao velikoj inspiraciji i osobi koja je dijelila sa mnom sve teškoće i radosti.

5 IZJAVA O IZVORNOSTI Izjavljujem da je moj diplomski rad izvorni rezultat mog rada te da se u izradi istog nisam koristio drugim izvorima osim onih koji su u njemu navedeni. Slažem se da se ovaj rad u elektronskom obliku objavi na javnoj internetskoj bazi sveučilišne knjižnice u sastavu sveučilišta te kopira u javnu internetsku bazu završnih radova Nacionalne sveučilišne knjižnice te u Hrvatskoj znanstvenoj bibliografiji CROSBI. U Zagrebu, studeni Livija Šperanda, univ.bacc.ing.aedif.

6 SADRŽAJ SAŽETAK... 8 SUMMARY UVOD DEFINICIJE I OPĆI POJMOVI REGULATIVA I CILJEVI ENERGETSKE POLITIKE Zakon o gradnji (NN 153/13, 20/17) Zakon o energetskoj učinkovitosti (NN 127/14) Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 128/15, NN 70/2018, NN 73/2018) KLJUČNI FAKTORI ZA IZGRADNJU ZG0E Orijentacija Oblik zgrade Optimalna razina toplinske izolacije Toplinski izolirani prozorski okviri s visokom kvalitetom stakla Rješavanje toplinskog mosta Zrakonepropusnost Ventilacija s povratom topline ALGORITAM ZA PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GRIJANJE I HLAĐENJE TE PRIMJENU VENTILACIJSKIH I KLIMATIZACIJSKIH SUSTAVA PREMA HRN EN ISO Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje, QH,nd Godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje, QC,nd Toplinski gubici Toplinski dobici PROZIRNE POVRŠINE PROJEKT ZGRADE GOTOVO NULTE ENERGIJE Namjena i lokacija zgrade Situacija Meteorološki parametri Konstrukcija Površina i volumen prostorija Ovojnica zgrade Definiranje slojeva građevinskih dijelova zgrade... 45

7 8. Prozirne površine DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, ALUMINIJSKOG OKVIRA I ALUMINIJSKIH LETVICA. 49 DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, ALUMINIJSKOG OKVIRA I TEFLONSKIH LETVICA DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, PVC OKVIRA I ALUMINIJSKIH LETVICA DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, PVC OKVIRA I TEFLON LETVICAMA TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, ALUMINIJSKOG OKVIRA S ALUMINIJSKIM LETVICAMA TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, ALUMINIJSKOG OKVIRA S TEFLON LETVICAMA TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, PVC OKVIRA S ALUMINIJSKIM LETVICAMA TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, PVC OKVIRA S TEFLON LETVICAMA Termotehnički sustavi Sustav grijanja PODNO GRIJANJE Sustav pripreme potrošne tople vode Sustav hlađenja Ventilacija PRORAČUN ENERGETSKE BILANCE ZGRADE ZAKLJUČAK LITERATURA DODACI Popis slika: Popis tablica:... 98

8 SAŽETAK Cilj ovog diplomskog rada jest prikazati sve parametre koji utječu na energetsku bilancu kod zgrade, kako se kvalitetnim idejnim arhitektonskim projektom može utjecati na energetsku učinkovitost, te isplativost gradnje pasivnih kuća. Provest će se proračun potrebne energije za grijanje i hlađenje za novu zgradu gotovo nulte energije. Model zgrade osmišljen je za obiteljsku namjenu smještenu u kontinentalnom dijelu Hrvatske, u Aljmašu. Eksperimentalni dio ovog rada predstavljat će variranje orijentacije zgrade, promatrat će se utjecaj vrste i veličine prozirnih građevnih dijelova u odnosu na neprozirne kao i zaštita od sunca. Veliku važnost kod projektiranja niskoenergetske zgrade ima sam oblik. Jednostavnijim arhitektonskim oblikom moguće je smanjiti transmisijske gubitke koji se odvijaju preko vanjske ovojnice zgrade (plašta koji dijeli vanjski i unutrašnji prostor). Također, izolacija mora biti kontinuirana, pravilno projektirana slojevima koji štite unutrašnji prostor, te pravilno izvedena da nema toplinskih mostova. Prozirne površine predstavljaju velik izazov kod smanjenja potrošnje energije, te će se u ovome radu prikazati nekoliko kombinacija čije ćemo karakteristike na kraju usporediti i vidjeti optimalnu za navedeni sustav. Ključne riječi: ZG0E, niskoenergetska zgrada, orijentacija zgrade, prozori ZG0E, energetska učinkovitost zgrada 8

9 SUMMARY The aim of this graduate thesis is to show all the parameters that affect the energy balance of the building, as a quality design project can influence the energy efficiency and costeffectiveness of building passive houses. Calculation of the required energy for heating and cooling will be performed for a new building with almost zero energy. The building model was designed for family purposes located in the continental part of Croatia, in Aljmaš. The experimental part of this paper will represent the variation of the orientation of the building, the effect of the type and size of transparent building parts will be observed in relation to opaque as well as sun protection. Of great importance, when designing a low-energy building, is the shape. With a simpler architectural shape, it is possible to reduce the transmission losses occurring through the outer shell of the building (a loop that divides the outer and inner space). Also, the insulation must be a continuous, properly designed layer that protects the interior space and is properly constructed without thermal bridges. Transparent surfaces represent a major challenge in reducing energy consumption, and this paper will show several combinations whose characteristics will eventually be compared and seen optimally for the given system. Key words: nzeb (nearly zero energy building), low energy building, building orientation, nzeb windows, energy efficiency of buildings 9

10 1 UVOD Čovjekov odnos prema okolišu, iako u namjeri da se postigne bolja kvaliteta života, doveo je do niza globalnih, regionalnih te lokalnih ekoloških problema. Problemi kao što su: onečišćenje zraka, vode i tla te smanjenje bioraznolikosti, dovode do zaključka kako neke stvari moramo promijeniti. Izvori energije dijele se na obnovljive i neobnovljive. Neobnovljivi izvori kao što su nafta i plin svojim izgaranjem zagađuju okoliš. Njihove su zalihe ograničene, a cijene relativno visoke. U građevinskom sektoru prepoznat je izniman potencijal za uštedu energije primjenom načela o energetskoj gradnji o kojem ćemo govoriti u ovome radu. Rješavanje problema energetske neučinkovitosti javnih zgrada čini okosnicu Direktive o energetskoj učinkovitosti zgrada (2010/31/EU) koja predstavnicima javnog sektora postavlja obvezu da od godine sve zgrade javne namjene moraju biti izgrađene po principu gotovo nulte energije (engl. nearly Zero Energy Buildings, nzeb) dok obveza energetske obnove po nzeb principima na snagu stupa početkom godine. Energetski gotovo nulta gradnja bazira se na integraciji visokog stupnja energetske učinkovitosti i sustava obnovljivih izvora energije, što preostale energetske potrebe takvih zgrada čini neznatnim (gotovo nultim). [1] Kako potrošnja energije u kućanstvu najviše odlazi na grijanje samog sustava, potrebno je vidjeti kojim parametrima možemo to promijeniti. Na slici 1. prikazani su postotci potrošnje energije u kućanstvu u Hrvatskoj. Kod zgrada javnog sektora, postotci se nešto razlikuju, ali i dalje grijanje predstavlja velik udio potrošnje čijim smanjenjem ujedno utječemo na smanjenje troškova održavanja. Slika 1. Struktura potrošnje energije u kućanstvima u Hrvatskoj [2] 10

11 Toplinska zaštita i štednja energije, korištenje obnovljivih izvora i zaštita okoliša postaju temeljem održivog razvoja. Sve se više obraća pozornost na toplinsku izolaciju kuća i zgrada. Osim uštede na grijanju i hlađenju te toplinskoj i električnoj energiji, omogućuje se ugodniji prostor za život i stanovanje. Prema Vodiču za energetski efikasnu gradnju (2005.), kroz prozore se gubi i do 70 % ukupnih toplinskih gubitaka zgrade. Najbolji način da se utječe na to predstavlja izgradnja kvalitetne izolacije vanjske ovojnice zgrade. Vanjska ovojnica zgrade dijeli unutarnji prostor od okoline. Jedan od glavnih zadataka vanjske ovojnice jest da zadrži temperaturu koja je čovjeku ugodna za život. Prozori su dio vanjske ovojnice zgrade koji imaju ulogu puštanja Sunčevog svjetla u zgradu, provjetravanje prostora, zaštita od atmosferilija, pogled i doticaj s okolinom. Kroz njega se propušta dnevna svjetlost i njegova energija dok istovremeno služi kao zaštita od vanjskih utjecaja. Prozori prenose toplinu vođenjem, strujanjem, zračenjem. Pri tome se prijelaz topline ostvaruje kroz reške između okvirnica doprozornika i krila, sljubnicu doprozornika i zida, kroz materijal okvirnice i staklo. U nadolazećim poglavljima objasnit ćemo osnovne pojmove i definicije vezane uz gradnju zgrade gotovo nulte energije, prikazati parametre koji utječu na energetsku učinkovitost, predstaviti ideju obiteljske kuće i primjenu navedenog. Razradit ćemo 64 kombinacije zgrade ovisno o orijentaciji, vrsti prozora i samoj veličini otvora. Analizirat ćemo potrebnu energiju za grijanje i hlađenje objekta, koristeći suvremene termotehničke sustave. 11

12 2 DEFINICIJE I OPĆI POJMOVI Toplinska provodljivost, λ [W/(mK)]- svojstvo građevinskih materijala da provode toplinu uslijed temperaturne razlike na dvije granične površine elementa. Ovisi o vrsti materijala, njegovoj gustoći, homogenosti, vlažnosti, temperaturi, te atmosferskom tlaku. [3] Prijenos topline- proces prelaska topline s područja više temperature na područje niže temperature. [4] Načini prijenosa: Kondukcija (vođenje)- toplinska se energija prenosi sa mjesta više temperature titranjem i sudarima susjednih atoma na mjesta niže temperature. Vođenje je karakteristično za krutine i fluide kada miruju. Konvekcija (strujanje)- izmjena topline miješanjem, karakteristično za fluide. Radijacija (zračenje)- jedini prijenos topline za koji nije potreban medij. Elektromagnetski valovi prenose toplinu uglavnom u infracrvenom dijelu spektra (0, μm). Prijenos valova moguć je i kroz vakuum. Toplinska izolacija- svojstvo građevnog elementa zgrade da u određenoj mjeri smanji prenošenje topline, zaštiti tijelo građevine uslijed vlage i topline, smanji potrebnu energiju za grijanje i hlađenje, te pruži korisnicima higijensku i udobnu mikroklimu. [3] Zgrade gotovo nulte energije (ZG0E)- građevine koje troše vrlo malo energije te preostalu potražnju zadovoljavaju obnovljivim izvorima energije proizvedenima u neposrednoj blizini potrošnje. [5] Najveće dopuštene vrijednosti za zgrade gotovo nulte energije grijane i/ili hlađene na temperaturu 18 C ili višu, za obiteljsku kuću u kontinentalnoj klimi[6]: Godišnja potrebna primarna energija po jedinici ploštine korisne površine zgrade za stvarne klimatske podatke: Eprim= 45 kwh/(m 2 a) Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje po jedinici ploštine korisne površine zgrade za stvarne klimatske podatke: 12

13 Q''H, nd= 40,5 kwh/(m 2 a) za fo 0,2 Q''H, nd= 32,39+40,58 kwh/(m 2 a) za 0,2<fo<1,05 Q''H, nd= 75 kwh/(m 2 a) za fo>1,05 Faktor oblika zgrade fo- odnos između ukupne vanjske površine i grijanog volumena zgrade koju ta površina okružuje. [6] Ovojnica zgrade- ugrađeni dijelovi zgrade koji odvajaju unutrašnjost zgrade od vanjskog okoliša. [6] Toplinski most- manje područje u ovojnici grijanog dijela zgrade kroz koje je toplinski tok povećan radi promjene proizvoda, debljine ili geometrije građevnog dijela. [6] Razlikujemo linijske i točkaste toplinske mostove. Primarna energija, Eprim [kwh/(m 2 a)]- oblik energije uzet iz prirode bez pretvorbe ili procesa transformacije. To je energija sadržana u kemijskom potencijalu fosilnih goriva, drva ili biomase, nuklearnoj energiji, kinetičkoj energiji vjetra, potencijalnoj energiji vodenih tokova ili toplinskoj energiji geotermalnih izvora. Izvori primarne energije mogu biti obnovljivi (Sunce, vjetar, drvo, biomasa, biogoriva, geotermalna energija, energija mora ) ili neobnovljivi (nuklearna energija, fosilna goriva- nafta, plin, ugljen...) [7] Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje, QH,nd [kwh/a]- proračunski određena količina topline koju je sustavom grijanja potrebno dovesti tijekom jedne godine u zgradu za održavanje unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja grijanja zgrade. [6] Godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje, QC,nd [kwh/a]- proračunski određena količina topline koju je sustavom hlađenja potrebno odvesti tijekom jedne godine iz zgrade za održavanje unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja hlađenja zgrade. [6] Energetska učinkovitost- suma isplaniranih i provedenih mjera čiji je cilj korištenje minimalno moguće količine energije tako da razina udobnosti i stopa proizvodnje ostanu sačuvane. [8] Energetski certifikat- izdaje se za zgradu ili njezin poseban dio za koji je potrebno koristiti energiju za održavanje unutarnje projektne temperature u skladu s njezinom namjenom. [9] 13

14 3 REGULATIVA I CILJEVI ENERGETSKE POLITIKE Kao što je navedeno u uvodu, sektor građevinarstva prepoznat je kao veliki potrošač energije, a samim time i proizvođač visokih količina CO2. Stoga se Europska unija pobrinula da se donesu razne direktive i zakoni koji bi smanjili štetan utjecaj u svrhu poboljšanja kvalitete života. U zemljama Europske unije, zgrade troše oko 40% energije, što uzrokuje 36% emisije CO2 plinova. [10] Kasniji podaci o ukupnoj energiji u Hrvatskoj, godišnji pregled za godinu, pokazuje smanjenje potrošnje energije za 0,9% primjenom načela koja su donesena ranije. Regulative, koju ćemo navesti u nastavku, treba se pridržavati i dalje kako bi smanjenje potrošnje energije, te smanjenje proizvodnje štetnih plinova bilo osjetno. Energetska učinkovitost, održiva gradnja, korištenje recikliranih resursa zajedno s obnovljivim izvorima energije postaju prioritetni smjerovi suvremenog procesa gradnje. U prošlom stoljeću, godine sastavio se Kyoto protokol [11] međunarodni sporazum o klimatskim promjenama, potpisan s ciljem smanjivanja emisije ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova. Hrvatska je potpisala protokol godine kao jedna od 170 zemalja potpisnica. No, to je bio samo početak razvitka regulativa vezanih uz energetsku učinkovitost, održivu gradnju i korištenje obnovljivih izvora energije. Europska unija usvaja Direktivu o energetskom svojstvu zgrada 2002/91/EC (EPBD- Energy Performance Building Directive). Direktiva je nastala godine kao jedna od mjera za poticanje korištenja obnovljivih izvora energije, te je nametnula obvezu štednje energije u zgradama. Ovu Direktivu Republika Hrvatska usvojila je pristupom Europskoj uniji. Najbitniji zahtjevi Direktive uspostava su minimalnih standarda energetske učinkovitosti, uvođenje energetskog certificiranja zgrada, te uspostava redovite inspekcije zgrada i njihovih sustava godine Direktiva je nadopunjena (Direktiva 2010/31/EU), a sektor graditeljstva dobio je ključnu ulogu u energetskoj politici i politici zaštite okoliša. Nova Direktiva sadržavala je strože zahtjeve vezane za energetska svojstva zgrada, a zahtijeva od zemalja članica da pripreme nacionalne planove za povećanje broja energetskih zgrada gotovo nulte energije. Europska unija godine izmjenjuje Direktivu 2010/31/EU najnovijim paketom mjera vezanih za veće korištenje čiste energije i novih pametnih tehnologija pod nazivom Čista energija za sve Europljane (tzv. Zimski paket ). [12] U njemu se Europska unija obvezuje na smanjenje emisija CO2 za 40% do godine kao i otvaranje novih radnih mjesta vezanih za energetsku održivost. Kao tri glavna cilja ističu se: postizanje vrlo visokih energetskih ušteda, vodstvo na području obnovljivih izvora energije u svijetu te pravedan odnos prema 14

15 potrošačima. Korištenjem novih pametnih tehnologija, korisnici će lakše kontrolirati vlastitu potrošnju energije u skladu s udobnošću življenja. Također, pružit će im se preciznije informacije o potrošnji energije i njenim troškovima. Republika Hrvatska implementirala je EU Direktivu 2002/91/EC o energetskim svojstvima zgrada u zakonodavni okvir temeljem Akcijskog plana za implementaciju [13] usvojenog godine, kroz Zakon o prirodnom uređenju i gradnji (NN 76/07, 38/09, 55/11, 90/11) [14] i Zakon o učinkovitom korištenju energije u neposrednoj potrošnji (NN 152/08) [15] te nizom tehničkih propisa i pravilnika. Također, uvelo se i energetsko certificiranje zgrada, što je dovelo do postavljanja uvjeta stručnog osposobljavanja ljudi za njihovu provedbu, propisali su se minimalni zahtjevi za nove i postojeće zgrade te uvela metodologija proračuna energetskih svojstava zgrada. [16] Metodologijom provođenja energetskog pregleda zgrada [17] propisani su izgled i sadržaj energetskog certifikata, klasifikacija zgrada u energetske razrede i metodologija izračuna. Ovime su se definirale obveze investitora i vlasnika zgrade, način vođenja registra certifikata, ali i uvjeti i mjerila za osobe koje provode energetske preglede, program njihova obrazovanja i stručnog osposobljavanja. Prošle godine (2017.), na snagu su stupili zakoni, pravilnici i tehnički propisi kojima se regulira područje energetske učinkovitosti, pa tako i energetskog certificiranja i pregleda zgrade. Kako u ovom radu obrađujemo područje izgradnje nove zgrade, u nastavku ćemo navesti zakone koji se tiču toga. Zakon o gradnji (NN 153/13, 20/17) Zakon o gradnji [9] regulira projektiranje, građenje, uporabu i održavanje građevina te provedbu upravnih postupaka radi osiguranja zaštite i uređenja prostora u skladu s propisima koji reguliraju prostorno uređenje. U Zakonu se nalaze temeljni zahtjevi za građevinu, od kojih su gospodarenje energijom i očuvanje topline te održiva uporaba prirodnih izvora noviji zahtjevi potaknuti rješavanjem ekoloških problema. Jedno od poglavlja jest i energetsko svojstvo zgrade koje nalaže da svaka zgrada, ovisno o vrsti i namjeni, mora biti projektirana, izgrađena i održavana tako da tijekom uporabe ispunjava propisane zakone energetske učinkovitosti, mora biti osigurano individualno mjerenje potrošnje energije, energenata i vode 15

16 s mogućnošću daljinskog očitanja za pojedine posebne dijelove zgrade. Ustanovljen je redoviti pregled sustava grijanja i hlađenja u zgradi. Ovim zakonom utvrđena je obvezna energetska certifikacija zgrada, tko može provesti i potpisati energetski certifikat, koliko dugo vrijedi, koje su obveze investitora i vlasnika građevine, provedba izobrazbe za osobe koje stječu pravo obavljati preglede. Time se obvezuju svi sudionici na uštedu energije i toplinsku zaštitu tako da u odnosu na lokalne klimatske prilike potrošnja energije bude jednaka propisanoj razini ili nižoj od nje, a da za osobe koje borave u zgradi budu osigurani zadovoljavajući toplinski uvjeti. Zakon o energetskoj učinkovitosti (NN 127/14) Zakon o energetskoj učinkovitosti [18] uređuje područje učinkovitog korištenja energije, donose se planovi na lokalnoj, regionalnoj i nacionalnoj razini (Nacionalni akcijski plan, Akcijski plan energetske učinkovitosti, Godišnji plan energetske učinkovitosti), te se definiraju mjere i obveze energetske učinkovitosti. Obuhvaćene su obveze distributera i opskrbljivača energije, posebice djelatnost energetske usluge, utvrđivanje ušteda energije te prava potrošača u primjeni mjera energetske učinkovitosti. Svrha ovog Zakona jest smanjenje negativnih utjecaja na okoliš iz energetskog sektora, poboljšanje sigurnosti opskrbe energijom, zadovoljavanje potreba potrošača energije, te ispunjavanje međunarodnih obveza Republike Hrvatske u području smanjenja stakleničkih plinova. U članku 18. ovog Zakona, regulira se način obračuna potrošnje energije na temelju stvarne potrošnje energije jer su istraživanja [19] pokazala kako se proračunske vrijednosti razilaze od stvarnih. Odstupanja su se javljala zbog toga što se nisu uzimali u obzir kućanski aparati, broj korisnika i njihov životni stil i sl. Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 128/15, NN 70/2018, NN 73/2018) Ovim se tehničkim propisom propisuju tehnički zahtjevi o racionalnoj uporabi energije i toplinske zaštite građevnog dijela zgrade, tehničkih sustava grijanja, ventilacije, hlađenja, pripreme potrošne tople vode i rasvjete koje treba ispuniti prilikom projektiranja i građenja novih zgrada, ali i tijekom uporabe zgrada koje se griju na unutarnju temperaturu višu od 12 C. [20] Definiran je sadržaj projekta zgrade, sadržaj iskaznice energetskih svojstava zgrade, održavanje zgrade u odnosu na racionalnu uporabu energije i toplinsku zaštitu. Ovim se propisom provodi Direktiva 2010/31/EU Europskog parlamenta i Vijeća od o 16

17 energetskim svojstvima, navedeni su minimalni zahtjevi za energetska svojstva novih zgrada, ali i postojećih na kojima se provode veće ili manje rekonstrukcije, minimalni zahtjevi za dijelove zgrade koji čine ovojnicu, tehnički sustavi zgrade koji se ugrađuju ili zamjenjuju modernijim, elaborat tehničke, ekološke, ekonomske primjenjivosti alternativnih sustava za opskrbu energijom za nove zgrade i kod veće rekonstrukcije postojeće zgrade. Ovo ljeto, 2018., Ministarstvo graditeljstva i prostornog uređenja donijelo je neke izmjene i dopune gore navedenog Tehničkog propisa. [21] Članak 13. odnosi se na zrakopropusnost, te određuje da se ispitivanje vrši na novoj ili rekonstruiranoj postojećoj zgradi prema HRN EN ISO 9972:2015, metodom određivanja A, prije tehničkog pregleda zgrade. Prilikom ispitivanja, za razliku tlakova između unutarnjeg i vanjskog zraka od 50 Pa, izmjereni protok zraka, sveden na obujam unutarnjeg zraka, ne smije biti veći od vrijednosti n50=3,0 h -1 kod zgrada i pojedinih toplinskih zona zgrada bez mehaničkog uređaja za ventilaciju, odnosno n50=1,5 h -1 kod zgrada ili pojedinih toplinskih zona zgrada s mehaničkim uređajem za ventilaciju. Članak 14. određuje minimalne udijele obnovljivih izvora energije u ukupnoj isporučenoj energiji za rad termotehničkih sustava: 25% iz sunčeva zračenja ili 30% iz plinovite biomase ili 50% iz čvrste biomase ili 70% geotermalne energije ili 50% iz topline okoline ili 50% iz kogeneracijskog postrojenja s visokom učinkovitošću u skladu s posebnim propisom. 17

18 4 KLJUČNI FAKTORI ZA IZGRADNJU ZG0E Postoji nekoliko načina kojima možemo utjecati na smanjenje potrošnje ukupne energije održavanja građevine: 1. Orijentacija Zgradu gotovo nulte energije (ZG0E) potrebno je orijentirati tako da na najbolji mogući način iskoristi dobitke Sunčeva zračenja. Količina prikupljenih dobitaka ovisit će o godišnjem dobu i kretanju sunca te orijentaciji pročelja. Istočno je pročelje najintenzivnije obasjano prije podne, dok je zapadno u drugoj polovici dana. Tijekom zimskog razdoblja, južno pročelje jače je izloženo suncu od ostalih strana. Prilikom projektiranja, potrebno je rukovoditi se preporukama vezanim na orijentaciju pojedinih prostorija unutar stana obzirom na strane svijeta, čime se postiže kvalitetniji i ugodniji boravak u svakoj prostoriji, ovisno o njenoj namjeni. Primjerice, radnu sobu, kuhinju, kupaonicu poželjno je staviti na istočnu stranu, dok se za dnevni boravak i blagovaonicu preporuča južna strana. Smatra se da je spavaće sobe najbolje postaviti na sjever jer se u njima i tako provodi vrijeme noću, a preko dana nije izložena nepoželjnom zagrijavanju. [6] 2. Oblik zgrade Glavnu postavku u ZG0E predstavlja ograničavanje transmisijskih gubitaka. Transmisijski gubici zapravo su toplinski gubici zbog prolaza topline kroz plašt zgrade koji se sastoji od zida, krova i prozora, a smanjuje ih toplinska izolacija. Do njih dolazi po cijelom plaštu zgrade. Stoga je vrlo važno da je vanjskih površina zgrade što manje u odnosu na njen volumen. Odnos između površine i volumena izražava se tzv. faktorom oblika fo. On je najpovoljniji kada je građevina kompaktna i jednostavnog oblika. [22] U usporedbi sa samostojećom obiteljskom kućom, zgrade u nizu daju povoljniji faktor oblika. Na slici 2. prikazani su koeficijenti oblika geometrijskih tijela s jednakim volumenom. [23] 18

19 Slika 2. Koeficijent oblika geometrijskih tijela s jednakim volumenom 3. Optimalna razina toplinske izolacije Odnosi se na osiguranje izvrsne toplinske zaštite ovojnice zgrade i bitna je za postizanje visoke razine energetske učinkovitosti. Većina gubitaka topline u konvencionalnim zgradama gubi se kroz ovojnicu: vanjske zidove, krov i pod. Inverzija principa javlja se u ljeto i u toplijim klimatskim zonama: uz elemente vanjske zaštite od sunca i energetski učinkovitih kućanskih aparata, toplinska izolacija osigurava da toplina ostaje vani, držeći unutrašnjost ugodno svježom. [4] 4. Toplinski izolirani prozorski okviri s visokom kvalitetom stakla Najčešće su u praksi upotrebljavani prozori s trostrukim staklom. Južno orijentirani prozori privlače više sunčeve energije no što oslobađaju toplinsku energiju iz interijera zgrada. Tijekom toplijih mjeseci, Sunce se nalazi više na obzoru tako da otvori privlače manje topline. Ipak je vanjsko sjenčanje važno kako bi se spriječilo nepotrebno pregrijavanje. 5. Rješavanje toplinskog mosta Toplina će putovati iz grijanog prostora prema negrijanom, slijedeći put manjeg otpora. Toplinski mostovi slabe su točke u strukturi građevine koji dopuštaju da više energije prođe kroz ovojnicu, no što bi trebalo. Izbjegavanje toplinskih mostova u dizajniranju i izgradnji odličan je način da se izbjegne nepotrebni gubitak topline. Od iznimne je važnosti pažljivo planiranje veza građevnih dijelova, prvenstveno međukatne konstrukcije i temelja. 19

20 6. Zrakonepropusnost Hermetična ovojnica obuhvaća cijeli unutarnji prostor i tako sprečava gubitak energije, oštećenja nastala od vlage i propuh. Kako bi se ona postigla, pasivne kuće projektiraju se s neprekinutim, hermetičnim slojem. Posebna pozornost treba se obratiti na spojevima i njihovim detaljima. 7. Ventilacija s povratom topline Ventilacija osigurava bogatu i dosljednu opskrbu svježeg i čistog zraka oslobođenog prašine i peludi, ali pritom reducira gubitke. Do 90% topline iz otpadnog zraka može se vratiti putem izmjene topline i kvalitetne izolacije. Ovi sustavi obično su vrlo tihi i jednostavni za korištenje. 20

21 5 ALGORITAM ZA PRORAČUN POTREBNE ENERGIJE ZA GRIJANJE I HLAĐENJE TE PRIMJENU VENTILACIJSKIH I KLIMATIZACIJSKIH SUSTAVA PREMA HRN EN ISO Cilj ovog rada prikazati je kako orijentacija i vrsta prozora utječe na godišnje potrebnu toplinsku energiju za grijanje i hlađenje jedne obiteljske kuće. Za proračun takvih energija koristit ćemo se algoritmom za proračun potrebne energije za grijanje i hlađenje koji je temeljen na normi HRN EN ISO Navedenim algoritmom koristi se programski paket KI Expert kojim ćemo provesti proračun. U nastavku, pojasnit ćemo princip proračuna, temeljne formule kojima se koristi, te potrebne ulazne podatke. Algoritam za proračun potrebne energije za primjenu ventilacijskih i klimatizacijskih sustava kod grijanja i hlađenja prostora zgrade zgradama temelji se na normama na koje upućuje pravilnik koji se odnosi na energetsko certificiranje zgrada. Proračun obuhvaća sustave s mehaničkom ventilacijom/klimatizacijom te sustave grijanja/hlađenja prostora putem ogrjevnih i rashladnih tijela (sobni sustavi). [24] U prvom dijelu Algoritma, kao integralni dio proračuna potrebne toplinske energije za grijanje i hlađenje, opisan je postupak određivanja protoka zraka u zgradi uslijed infiltracije, otvaranja prozora te zraka dovedenog mehaničkom ventilacijom, kao i njihove međusobne interakcije. Algoritam započinje s izračunom toplinske energije na izlazu iz sustava predaje toplinske energije u prostor i završava izračunom toplinske energije na ulazu u sustav proizvodnje toplinske energije. Temeljem toga se kao krajnji rezultat računaju isporučena i primarna energija. Proračun je potrebno provesti iterativnim putem jer ulazne veličine u proračun ovise o kasnije izračunatim veličinama (toplinskim gubicima). Podaci vezani uz proračun: Klimatski podaci: e - srednja vanjska temperatura za proračunski period [ C] SS- srednja dozračena sunčeva energija za proračunski period [MJ/m 2 ] Proračunski parametri: int - unutarnja proračunska temperatura pojedinih temperaturnih zona [ C] n- broj izmjena zraka svake proračunske zone u jednom satu [h -1 ] 21

22 Podaci o zgradi: A k - ploština pojedinih građevnih dijelova zgrade (vanjski zidovi, zidovi između stanova, zidovi prema garaži/tavanu, zidovi prema negrijanom stubištu, zidovi prema tlu, stropovi između stanova, stropovi prema tavanu, stropovi iznad vanjskog prostora, stropovi prema negrijanom podrumu, podovi na tlu, podovi s podnim grijanjem prema tlu, kosi krovovi iznad grijanih prostora, ravni krovovi iznad grijanih prostora) [m 2 ] A f - površina kondicionirane zone zgrade s vanjskim dimenzijama [m 2 ] A K - ploština korisne površine zgrade [m 2 ] A- ukupna ploština građevnih dijelova koji razdvajaju grijani dio zgrade od vanjskog prostora, tla ili negrijanih dijelova zgrade (omotač grijanog dijela zgrade) [m 2 ] V e - bruto obujam, obujam grijanog dijela zgrade kojemu je oplošje A [m 3 ] V - neto obujam, obujam grijanog dijela zgrade u kojem se nalazi zrak (određuje se koristeći unutarnje dimenzije ili prema izrazu V 0, 76 V e za zgrade do tri etaže ili V 08, V e u ostalim slučajevima) [m 3 ] f - udio ploštine prozora u ukupnoj ploštini pročelja Podaci o termotehničkim sustavima: -načini grijanja zgrade -izvori energije koji se koriste za grijanje i pripremu tople vode (PTV) -vrsta ventilacije (prirodna, prisilna) -vođenje i regulacija sustava grijanja -karakteristike unutarnjih izvora topline Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje, QH,nd Kao što je već navedeno u pojmovima, godišnja potrebna toplinska energija za grijanje predstavlja onu energiju dobivenu proračunom koju je potrebno dovesti sustavom grijanja 22

23 tijekom jedne godine kako bi se održala unutarnja projektna temperatura u zgradi tijekom grijanog razdoblja. [25] Potrebna toplinska energija za grijanje dobiva se izrazom: Q Q Q [kwh] HRN EN (3) H,nd,cont H,ht H,gn H,gn gdje su: Q H,nd,cont Q H,ht QH,gn - potrebna toplinska energija za grijanje pri kontinuiranom radu [kwh] - ukupno izmijenjena toplinska energija u periodu grijanja [kwh] - ukupni toplinski dobici zgrade u periodu grijanja (ljudi, uređaji, rasvjeta, Sunčevo zračenje) [kwh] H,gn - faktor iskorištenja toplinskih dobitaka [-] Proračunska zona označava područje koje se promatra, a dijeli se na grijano i negrijano područje, ovisno o namjeni. Obiteljska kuća koju ćemo promatrati u ovome radu u cjelini je potrebno zagrijavati i hladiti, stoga će se cijela površina tretirati kao jedna zona. Unutarnja proračunska temperatura zone za obiteljsku kuću u sezoni grijanja zimi iznosi 20 C, dok je za hlađenje u području kontinentalne Hrvatske ona 22 C. [25] Proračun QH,nd,cont uključuje i slijedeći izraz: [kwh] Q Q Q Q Q H,nd,cont Tr Ve H,gn int sol gdje su: QTr - izmijenjena toplinska energija transmisijom za proračunsku zonu [kwh] QVe - potrebna toplinska energija za ventilaciju/klimatizaciju za proračunsku zonu [kwh] H,gn - faktor iskorištenja toplinskih dobitaka [-] Qint - unutarnji toplinski dobici zgrade (ljudi, uređaji, rasvjeta) [kwh] Qsol - toplinski dobici od Sunčeva zračenja [kwh] 23

24 Izmijenjena toplinska energija transmisijom i ventilacijom proračunske zone za promatrani period računa se pomoću koeficijenta toplinske izmjene topline H [W/K]: Q Q HTr t [kwh] HRN EN (16) 1000 Tr int,h e HVe t [kwh] HRN EN (20) 1000 Ve int,h e gdje su: H Tr - koeficijent transmisijske izmijene topline proračunske zone [W/K] HVe - koeficijent ventilacijske izmijene topline proračunske zone [W/K] int,h - unutarnja postavna temperatura grijane zone [ C] e,m - srednja vanjska temperatura za proračunski period (sat ili mjesec) [ C] t- trajanje proračunskog razdoblja [h] Izrazi su nešto drugačiji za građevine koje su podijeljene u dvije ili više zona. Trajanje sezone grijanja određuje se iz udjela broja dana u mjesecu koji pripada sezoni grijanja. Parametar potreban za izračun granična je vrijednost omjera toplinskih dobitaka i gubitaka: y a H 1 H,lim [-] ah 24

25 Godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje, QC,nd Godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje QC,nd računski je određena količina topline koju sustavom hlađenja treba tijekom jedne godine dovesti u zgradu za održavanje unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja hlađenja zgrade. [25] Potrebna toplinska energija za hlađenje proračunske zone: Q Q Q [kwh] HRN EN (5) C, nd C, gn C, Is C, ht Q C, nd Q C, gn -potrebna toplinska energija za hlađenje [kwh] -ukupni toplinski dobici zgrade u periodu hlađenja: ljudi, rasvjeta, uređaji, solarni dobici [kwh] QC, ht -ukupno izmijenjena toplinska energija u periodu hlađenja [kwh] C, Is -faktor iskorištenja toplinskih gubitaka kod hlađenja [-] Proračun potrebne toplinske energije za hlađenje QC,nd [kwh/a]: Q Q Q Q Q [kwh] C, nd int sol C, Is Tr Ve Qint -unutarnji toplinski dobici zgrade: ljudi, rasvjeta i uređaji [kwh] Q sol Q Tr -toplinski dobici od Sunčeva zračenja [kwh] -izmijenjena toplinska energija transmisijom za proračunsku zonu [kwh] QVe -potrebna toplinska energija za ventilaciju/klimatizaciju za proračunsku zonu [kwh] Vrijeme rada sustava hlađenja s normalnom postavnom vrijednošću iznosi td = 24 h/d za stambene zgrade za sustave bez prekida rada tijekom noći, a za sustave s prekidom rada tijekom noći iznosi td = 17 h/d (od 06:00 do 23:00 sati). Godišnja vrijednost potrebne toplinske energije za hlađenje proračunske zone QC,nd,a [kwh/a], izračunava se kao suma pozitivnih mjesečnih vrijednosti: Q Q L / d [kwh/a] HRN EN (69) C, nd, a C, red, i C, m, i C, m, i m, i i 25

26 gdje su: L C. m. i d mi, se prema: -broj dana rada sustava hlađenja u i-tom mjesecu [d/mj] -ukupni broj dana u i-tom mjesecu [d/mj] C, red, i -bezdimenzijski redukcijski faktor koji uzima u obzir prekide u hlađenju i računa Sustavi bez prekida tijekom vikenda: C, red, i 1 Co, Sustavi s prekidom tijekom vikenda: C, red 1 3 yc 1 fc, day f C, day HRN EN (70) -udio dana u tjednu tijekom kojih hlađenje radi s normalnom postavnom vrijednošću unutarnje temperature (pr. hlađenje u pogonu 5 dana od 7 u tjednu 5/7=0,71) C, red,min C, day f C, red,max 1 Za stambene zgrade, što je i primjer ove obiteljske kuće, fc, day 1. Trajanje sezone hlađenja određuje se iz mjesečne vrijednosti potrebne energije za hlađenje i udjela broja dana u mjesecu koji pripada sezoni hlađenja. Parametar potreban za proračun granična je vrijednost: y 1 C 1 C lim a a C [-] HRN EN (15) Toplinski gubici Prijelaz topline događa se uslijed različitih temperatura vanjskog zraka i zraka unutar zgrade. Kao što II. zakon termodinamike kaže, toplina prelazi s područja više temperature na područje niže temperature. Prilikom velikih promjena temperatura u materijalima, događaju se različite degradacije, kao što su: pojava površinske kondenzacije, oštećenja građevnog dijela konstrukcije uslijed djelovanja vlage-gljivice, plijesan, korozija armature, otpadanje žbuke i dr. Kako bismo spriječili pojavu navedenih šteta, te smanjili gubitak topline iz unutrašnjosti grijanog prostora u vanjski okoliš, odnosno ulazak topline iz vanjskog okoliša u unutrašnjost 26

27 hlađenog prostora, potrebno je projektirati, ali i pravilno izvesti, energetski učinkovitu vanjsku ovojnicu. Toplinske gubitke dijelimo na dva tipa: -transmisijske toplinske gubitke koji nastaju zbog provođenja topline kroz građevne dijelove prema vanjskom okolišu, tlu ili susjednim prostorijama s različitim temperaturnim opterećenjima kao posljedica njegove provodljivosti. Prema algoritmu koeficijent transmisijske izmjene topline HTr određuje se za svaki mjesec prema izrazu[24]: HTr=HD+HU+HA+Hg,m [W/K] HRN EN (17) gdje su: HD-koeficijent transmisijske izmjene topline prema vanjskom okolišu [W/K] HU-koeficijent transmisijske izmjene topline kroz negrijani prostor prema vanjskom okolišu [W/K] HA-koeficijent transmisijske izmjene topline prema susjednoj zgradi [W/K] Hg,m-koeficijent transmisijske izmjene topline prema tlu za proračunski mjesec [W/K] -ventilacijske toplinske gubitke koji nastaju kao posljedica strujanja zraka kroz ovojnicu zgrade i između pojedinih njezinih dijelova/prostorija. Ventilacijski gubici smanjuju se zrakonepropusnom ovojnicom, a navedeno postižemo dobro zabrtvljenom stolarijom i svim pripadnim probojima na ovojnici zgrade. Koeficijent ventilacijske izmjene topline HVe određuje se pojedinačno za period grijanja i period hlađenja[22]: Period grijanja: HVe=HVe,inf+HVe,win+HH,Ve,mech [W/K] gdje su: HVe,inf-koeficijent ventilacijske izmjene topline uslijed infiltracije vanjskog zraka [W/K] HVe,win- koeficijent ventilacijske izmjene topline uslijed otvaranja prozora [W/K] HH,Ve,mech-koeficijent ventilacijske izmjene topline uslijed mehaničke ventilacije/klimatizacije kod zagrijavanja zraka [W/K] Period hlađenja: HVe=HVe,inf+HVe,win+HC,Ve,mech [W/K] HC,Ve,mech-koeficijent ventilacijske izmjene topline uslijed mehaničke ventilacije/klimatizacije kod hlađenja zraka [W/K] 27

28 Toplinski dobici Osim proračuna toplinskih gubitaka, prema Algoritmu, potrebno je provesti i proračun toplinskih dobitaka. Toplinske dobitke dijelimo na dva tipa[22]: Q Q Q [kwh] HRN EN (8) H, gn sol int -dobici od Sunčeva zračenja Qsol [kwh]- dolaze kroz prozirne površine zgrade (ostakljenja ili stijene s prozirnom toplinskom izolacijom). Ukupna količina dobitaka ovisi o orijentaciji prozirnih dijelova, njihovoj veličini, lokaciji zgrade i zaklonjenosti objektima iz okoliša (pr. drvećem, susjednim zgradama). Osim toplinskih karakteristika same prozirne površine, u obzir je potrebno uzeti i moguće zasjenjenje te upadni kut Sunčevih zraka. U ovom radu promatrat ćemo obiteljsku kuću koja je samostojeća, te u blizini nema zgrada koje bi ju zaklanjale. Prozirne površine varirat ćemo ovisno o toplinskim karakteristikama koje ćemo objasniti u jednom od narednih poglavlja. Također, promatrat ćemo i utjecaj povećanja prozirne površine, te orijentaciju. Što se tiče zasjenjenja, svi prozori u proračunu imat će naprave s vanjske strane-rolete. Faktor umanjenja naprave za zaštitu od Sunčeva zračenja Fc [-] prema Algoritmu [24] iznosi 0,30. Prema tehničkom propisu koji se odnosi na racionalnu uporabu energije i toplinsku zaštitu u zgradama, računska vrijednost stupnja propuštanja ukupne energije kroz ostakljenje g [-] za dva tipa ostakljenja koja ćemo mi promatrati iznose kao što je navedeno u tablici 1.: Tablica 1. Prikaz stupnja propuštanja ukupne energije kroz ostakljenje g Tip ostakljenja Dvostruko izolirajuće staklo s jednim staklom niske emisije (Low-e obloga) Trostruko izolirajuće staklo s dva stakla niske emisije (dvije Low-e obloge) [-] 0,6 g 0,5 -unutarnji toplinski dobici Qint [kwh]- nastaju pri radu uređaja u zgradi, ali i od ljudi. Kod proračuna, uzima se u obzir broj stalnih korisnika građevine. Specifični unutarnji dobici računaju se s vrijednošću 5W/m 2 ploštine korisne površine za stambene prostore, kao što je u našem slučaju, dok za nestambene on iznosi 6W/m 2. [24] 28

29 Rezultati proračuna: Izlazni rezultati proračuna prema HRN EN ISO mjesečni su podaci za svaku zonu i ukupni sezonski podaci: 1) Režim grijanja - transmisijski toplinski gubici - ventilacijski toplinski gubici - unutarnji toplinski dobici (ljudi, rasvjeta, uređaji) - ukupni toplinski dobici od Sunčeva zračenja - faktor iskorištenja toplinskih dobitaka za grijanje - broj dana grijanja u mjesecu/godini - potrebna toplinska energija za grijanje svedena na grijani prostor 2) Režim hlađenja - ukupna izmijenjena toplina transmisijom - ukupna izmijenjena toplina ventilacijom - unutarnji toplinski dobici (ljudi, rasvjeta, uređaji) - ukupni toplinski dobici od Sunčeva zračenja - faktor iskorištenja toplinskih gubitaka za hlađenje - broj dana hlađenja u mjesecu/godini - potrebna toplinska energija za hlađenje svedena na hlađeni prostor 29

30 6 PROZIRNE POVRŠINE Prozori su dio vanjske ovojnice zgrade koji imaju ulogu propuštanja Sunčevog svjetla u zgradu, provjetravanje prostora, te zaštitu od atmosferilija. Prozori prenose toplinu vođenjem, strujanjem i zračenjem. Pri tome se prijelaz topline ostvaruje kroz reške između okvirnica doprozornika i krila, sljubnicu doprozornika i zida, kroz materijal okvirnice i staklo. (Slika 3.) Slika 3. Prikaz prolaska topline kroz prozor [25] Gubici kroz prozore dijele se na transmisijske i ventilacijske. Transmisijski gubici nastaju prolaskom topline kroz prozor, a ventilacijski nastaju prilikom provjetravanja. Ukupni gubici jednaki su zbroju transmisijskih i ventilacijskih, a u prosjeku njihov zbroj je preko 50% ukupnih toplinskih gubitaka zgrade. Kroz prozore se gubi oko deset puta više topline nego kroz zidove, stoga je jasno kolika je uloga prozora u energetskoj učinkovitosti zgrade. 30

31 Za energetsku učinkovitost prozora najvažniji je faktor prolaska topline prozora Uw (wwindow). Uw vrijednost odnosi se na cijeli prozor što znači da se u njoj nalaze U-vrijednosti za ostakljenje Ug (glazing), te za okvir Uf (frame). Na ukupnu vrijednost Uw također utječe linearni koeficijent prolaska topline ψg i veličina prozora. [25] Uw pokazuje kolika količina topline prolazi kroz prozor površine 1 m² kod razlike u temperaturi između dva prostora od 1 K. Ugvrijednost ovisi o vrsti plina za ispunu međuprostora, razmak stakla i broj istih. Tako će za troslojno staklo vrijednost Ug biti manja nego kod dvoslojnog stakla. Prostor između stakala može biti ispunjen argonom ili kriptonom. Na vrijednost ψg za kutni spoj ostakljenja uglavnom utječe materijal koji je korišten za izolacijski poveznik. U ovom radu promatrat ćemo učinak aluminijskih letvica i onih izrađenih od teflona (''topli rub''). Kod manjih dimenzija pogoršava se U-vrijednost, veći prozori postižu bolju vrijednost. To je zato što je U-vrijednost ostakljenja bolja od U-vrijednosti okvira. Tako se većom staklenom površinom postiže bolja izolacijska vrijednost. Za izračun koeficijenta provodljivosti pojedinog prozora koristili izraz naveden niže, prema normi HRN EN ISO , a izraz glasi: Uw Ag - površina stakla Ug - koeficijent prolaska topline ostakljenja Af - površina okvira Uf - koeficijent prolaska topline okvira L - dužina Ψg - koeficijent dužinskog prolaska topline A U A U L g g A g f A f f g Kako prolazak topline ovisi o materijalu, u ovome radu usporedit ćemo aluminijske okvire s PVC okvirima, dvostruko i trostruko izolirano staklo s low-e premazima, te letvice između stakala izrađene od aluminija i teflona. Na zgradi se nalazi 5 različitih dimenzija prozora. Za svaku vrstu izražena je dimenzija otvora, visina okvira bf, površina ostakljenja Ag, površina okvira Af, postotak okvira u odnosu 31

32 na veličinu stakla, te koeficijent prolaska topline Uw. Najpovoljnija dozvoljena vrijednost U- koeficijenta za otvore na omotaču stambenih zgrada (prozore i balkonska vrata) iznosi Uw=1,60 W/m²K. Iz tablica vidimo da Uw vrijednost varira ovisno o dimenziji prozora. Na prozorima manjih dimenzija Uw vrijednost veća je nego na onima većih dimenzija. To je zbog toga što staklo s premazima ima kvalitetnija izolacijska svojstva od samog okvira. Vrijednost koeficijenta prolaska topline ostakljenja Ug ovisi o vrsti plina za ispunu međuprostora, razmaku stakla i broju istih. [26] Tipične U-Vrijednosti za izolirana stakla su: - 2-slojno izolirano staklo 24 mm punjeno plinom argonom: 1,1 W/m 2 K - 3-slojno izolirano staklo 36 mm punjeno plinom argonom: 0,7 W/m 2 K - 3-slojno izolirano staklo 44 mm punjeno plinom argonom: 0,6 W/m 2 K - 3-slojno izolirano staklo 36 mm punjeno plinom kriptonom: 0,5 W/m 2 K Koeficijent prolaska topline kroz okvir Uf za aluminij kreće se u rasponu od 1,5-3,2 W/m 2 K. Raspon je takav jer razlikujemo profile bez i sa prekinutim toplinskim mostom. Na slijedećim slikama možemo vidjeti navedene presjeke okvira. a) b) Slika 4. a) Profil bez prekinutog toplinskog mosta, b) Profil s prekinutim toplinskim mostom [27] PVC okviri mijenjaju svoj Uf koeficijent ovisno o broju komora od kojih se sastoje. Vrijednosti variraju u rasponu od 0,9-1,4 W/m 2 K. Primjer takvog profila s više komora prikazan je na slici. 32

33 Slika 5. PVC prozor- višekomorni profil [27] Stakla niske emisije (low-e) jesu stakla kod kojih se u proizvodnji na površinu deponira osobito selektivan broj molekula oksida koji reflektiraju samo toplinsko zračenje (IC-zrake). Kroz stakla niske emisije gubi se manje topline jer se dio energije vraća u natrag u pravcu iz kojeg ona dolazi. Na slici prikazana je shema protoka topline dvostrukog stakla s jednim lowe premazom. Premaz u zimskim uvjetima potpuno propušta infracrvene zrake, a tijekom ljetnih mjeseci ponaša se poput filtra i sprječava prolaz toplinskog zračenja kroz staklo. Kako pritom potpuno propušta svjetlost, u nekim slučajevima prozoru ne treba nikakvo sjenilo. Kemijskim sastavom i postupkom nanošenja tog sloja na staklo se unaprijed određuje granica na kojoj filter postaje propustan, a podesiva je između 0 C i 70 C. Primjenom ovih stakala u graditeljstvu, uštede na energiji su znatne, a mogu dostići i do 50% energije za klimatizaciju. 33

34 Slika 6. Shema protoka topline dvostrukog stakla s jednim low-e premazom [27] Stakla s niskom emisijom kontroliraju gubitak energije. Na slici možemo vidjeti kako upadom Sunčeva zračenja prikupljamo besplatnu toplinsku energiju, a nisko emisivnim depozitom ne dopuštamo da ona u potpunosti ode natrag, nego se akumulira, a time dolazimo do smanjenja potrebe za grijanjem što čini ovaj princip štednim. Slika 7. Princip stakla s nisko emisivnim premazom [27] 34

35 Prednost low-e stakla je i to da se može u proizvodnji mijenjanjem udjela nanesenih materijala proizvoditi staklo točno za određena klimatska područja. Razlika u cijeni običnog i pametnog stakla je 20%, no energetska bi ušteda mogla brzo nadoknaditi povećane troškove ulaganja. Druga razina pametnih stakala zahtjeva još jedno svojstvo - samočišćenje. Nanese li se na staklo tanak sloj titanovog oksida, na površini će se odvijati redoks-proces, pri čemu se organske nečistoće na površini stakla uglavnom razlažu na CO2 i vodu. Debljina sloja vanadijevog dioksida je oko 100 nanometara, a njegovo nanošenje na staklenu površinu tijekom proizvodnje stakla jamči mu jednak vijek trajanja. Sa stakla ga neće ukloniti nikakvi vremenski utjecaji, uništiti ga može samo razbijanje stakla. Približne vrijednosti linearnog koeficijenta prolaska topline ψg za aluminijski i teflonski (''topli rub'') odstojnik (letvicu između stakala): - Aluminijski odstojnik: 0,08 W/Mk - Topli rub odstojnik: 0,04 W/Mk Promatrat ćemo još dva parametra koja utječu na kvalitetu prozora, a to su: temperatura ruba stakla Tsi i faktor temperature frsi. Temperatura površine u prostoriji nije samo parametar za prosuđivanje udobnosti u pogledu topline, već može poslužiti i za ograničenje rizika od stvaranja kondenzata i plijesni. Pritom se treba rukovoditi bezdimenzionalnim kvocijentom temperaturnih razlika, odnosno temperaturnim faktorom f prema EN ISO Izraz kojim dolazimo do faktora temperature glasi: f Rsi si i e e gdje su: frsi - temperaturni faktor [-] si - temperatura površine na strani prostorije [ C] e - temperatura vanjskog zraka [ C] i - temperatura zraka u prostoriji [ C] Temperatura ruba stakla mjeri se s unutrašnje strane prostorije, dok je vanjska temperatura - 10 C, a vanjska +20 C. Vidjet ćemo u tablicama niže da je kod dvoslojnog stakla ta vrijednost 35

36 niža nego kod troslojnog stakla. Povoljna vrijednost za udobnost u prostoriji bliža je navedenoj unutrašnjoj temperaturi. Što je temperatura površine stakla niža (hladnija), stvara se hladniji zrak u neposrednoj blizini prozora, a time potiče strujanje koje smanjuje udobnost boravka u prostoriji. [26] Aluminijski prozorski okviri imaju veliku postojanost oblika, što je je od bitne važnosti kod velikih prozorskih okvira i veliku postojanost na vremenske utjecaje (npr. sol). Oni ne stare i laki su za održavanje. No, on ima veliku toplinsku vodljivost, tako je presudno njegovo unutarnje punjenje koje mora biti dobar toplinski izolator kao što je npr. drvo. Plastični (PVC) prozorski okviri imaju bolju toplinsku zaštitu od aluminijskih, ali imaju problematičan vijek trajanja i nisu prihvatljivi sa ekološkog aspekta jer njihova proizvodnja i reciklaža zagađuju okoliš (zato što najčešće sadrže kadmij, omekšivače i sredstva za zaštitu od požara). Prednost im je lako održavanje u odnosu na drvene prozorske okvire. Iz tih razloga usporedit ćemo navedene vrste okvira, te pronaći optimalnu varijantu za klimu u kojoj se zgrada nalazi, te njenu namjenu. 36

37 7 PROJEKT ZGRADE GOTOVO NULTE ENERGIJE 1. Namjena i lokacija zgrade Projektom će se prikazati utjecaj raznih parametara na obiteljsku kuću. Radi se o prizemnici koja se proteže na približno 100 m 2. Zgrada je postavljena kao samostojeća, a ni u blizini se ne nalaze građevine koje bi ju zaklanjale. Mjesto izgradnje smješteno je na istoku kontinentalne Hrvatske u Aljmašu. 2. Situacija Zemljište se nalazi u Aljmašu u ulici Čauševac. Na slici 8. možemo vidjeti stariju postojeću konstrukciju koja će se srušiti. Nova konstrukcija predviđa se na istom mjestu s time da će se promatrati utjecaj orijentacije kuće, rotirat ćemo tlocrtno rješenje na osnovne četiri strane svijeta. Građevina je okružena poljima, a na sjeveru podalje nalazi se rijeka Dunav. Slika 8. Lokacija građevine (preuzeto iz katastra) 37

38 3. Meteorološki parametri Meteorološke veličine koje je potrebno primarno analizirati za primjenu u energetski efikasnom projektiranju zgrada su: temperature zraka, vlažnost zraka, oborine, strujanje zraka, sunčevo zračenje. U programskom paketu KI Expert nalaze se referentni klimatski podaci za Osijek, koji je blizu Aljmaša pa podatke za njega možemo uzeti mjerodavnim. Osnovni klimatski podaci prikazani su u tablicama niže: Tablica 2. Temperature zraka [ C] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God min -16,1-14,3-8,8-0,1 7 8,4 13,7 11,2 7,9-0, ,1 m 0,2 2,2 6, ,5 20,6 22,1 21,7 16,3 11,6 6,3 1,1 11,6 max 11,6 13,7 17,5 22,5 25,8 29,4 31,5 29,1 27,9 21,2 17, ,5 Tablica 3. Relativna vlažnost zraka [%] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God m Tablica 4. Tlak vodene pare [Pa] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God m Tablica 5. Brzina vjetra [m/s] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God > 1,6 1,9 2,1 2,1 1,8 1,6 1,5 1,5 1,4 1,6 1,6 1,7 1,7 38

39 Tablica 6. Sunčevo zračenje [MJ/m 2 ] S I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God E,W I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God N I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII God

40 4. Konstrukcija Nosivi zidovi projektirani su od porobetona marke Ytong debljine 25cm, dok su pregradni zidovi debljine 12cm napravljeni od istog materijala. Stropne konstrukcije izvedene su kao bijeli strop. Nisu predviđeni spušteni stropovi. Konstrukcija je prizemnica s kosim krovom i bez podruma. 5. Površina i volumen prostorija Sve prostorije u kući potrebno je zagrijavati i hladiti, stoga su u tablici 7. istaknute korisne površine, a obujam zgrade smatramo obujmom grijanog zraka, odnosno neto obujmom. Tablica 7. Površine i volumeni prostorija PROSTORIJA POVRŠINA [m 2 ] VOLUMEN [m 3 ] Spavaća soba 1 11,64 32,01 Spavaća soba 2 11,17 30,72 Kupaonica 1 4,49 12,35 Hodnik 9,04 24,86 Dnevni boravak, kuhinja, blagovaonica 35,53 97,71 Spremište/praonica 5,32 14,63 Kupaonica 2 3,76 10,34 Radna prostorija 17,78 48,90 UKUPNO 98,73 271,52 40

41 Slika 9. Tlocrt obiteljske kuće 41

42 Slika 10. Krovište obiteljske kuće 42

43 Slika 11. Presjek A-A obiteljske kuće 6. Ovojnica zgrade Ovojnica zgrade jesu ugrađeni dijelovi zgrade koji odvajaju unutrašnjost zgrade od vanjskog okoliša. [6] Najveći utjecaj na kvalitetu zgrade u smislu energijske učinkovitosti ima ovojnica zgrade, ne samo upotreba najkvalitetnijih materijala s najboljim izolacijskim svojstvima, nego i izvedba detalja, pravilna ugradnja, redoslijed i tretiranje pojedinog sloja. [30] 43

44 Potrebno je grijati sve prostorije, osim tavana, tako da u ovojnicu ulaze svi zidovi, pod na tlu i stop. Oplošje grijanog dijela: A) ( ) 305= cm 2 = 58,87 m 2 Otvori: ( )+( )+( )+(80 205)= cm 2 = 8,32 m 2 Rolete 1,86 m 2 A=58,87-8,32-1,86=48,69 m 2 B) ( ) 305= cm 2 = 24,86 m 2 Otvori: 0 B=24,86 m 2 C) ( ) 305= cm 2 = 58,87 m 2 Otvori: ( )+( )+( )+(80 205)= cm 2 = 11,8 m 2 Rolete 1,92 m 2 C=58,87-11,8-1,92= 45,15 m 2 D) ( ) 305= cm 2 = 24,86 m 2 Otvori: (60 60)+( )= cm 2 = 1,8 m 2 Rolete 0,54 m 2 D=24,86-1,8-0,54= 22,52 m 2 Kako bismo povećali razinu svjetlosti unutar zgrade te solarne dobitke, promotrit ćemo na koji način utječe povećanje dimenzija otvora na potrebnu energiju za grijanje i hlađenje. Oplošje grijanog dijela (površina prozora uvećana 20%): A) 58,87 m 2 Otvori: ( )+( )+( )+(80 205)= cm 2 = 9,66 m 2 Rolete 1,86 m 2 A=58,87-9,66-1,86=47,35 m 2 B) 24,86 m 2 Otvori: 0 B=24,86 m 2 C) 58,87 m 2 44

45 Otvori: ( )+( )+( )+(80 205)= cm 2 = 13,83 m 2 Rolete 1,92 m 2 C=58,87-13,83-1,92=43,12 m 2 D) 24,86 m 2 Otvori: (60 72)+( )= cm 2 = 2,16 m 2 Rolete 0,54 m 2 D=24,86-2,16-0,54=22,16 m 2 Pod na tlu (grijani dio): cm 2 = 126,08 m 2 Izloženi opseg poda na tlu: =5490 cm 2 = 54,9 m 2 Ukupni volumen Ve (bruto površina H): 126,08 3,05= 384,54 m 3 Površina krova: cm 2 = 171,27 m 2 Volumen krova (negrijano): ( ,89 188)/3= ,77 cm 3 = 79,01 m 3 Ukupno oplošje ovojnice (zidovi, pod, strop)= 141,22+126,08+125,12=392,42m 2 Faktor oblika zgrade: 419,62/384,54= 1,09 7. Definiranje slojeva građevinskih dijelova zgrade Za nosivu konstrukciju odabran je porobeton marke Ytong, a podrazumijeva asortiman elemenata za zidanje različitih dimenzija. Materijal odlikuju razne karakteristike kao što su - vrhunska toplinska izolacija, iznimna nosivost, požarna otpornost, protupotresnost te višenamjenska upotreba. YTONG je jednostavan za obradu te omogućuje veoma brzu gradnju. Objekti građeni YTONG-om su trajni, sigurni i zdravi. [31] Mineralna vuna odabrana je kao izolacijski materijal iz mnogih razloga: njena toplinska provodljivost kreće se u području između 0,03 i 0,045 W/mK, kemijski je neutralna, ne mrvi se, ne stari, postojana je pri visokim temperaturama, te pruža dobru zvučnu izolaciju. [28] Otporna je na mikroorganizme i insekte, a jedno od važnijih svojstava joj je i paropropusnost što omogućuje zgradi disanje pa ne dolazi do pojave vlage, gljivica ni plijesni. 45

46 Tablica 8. Zidovi iz grijanog prostora prema van (nosivi) Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 vapneno-cementna žbuka 2 0,02 2 porobeton 25 2,273 3 polimer-cementno ljepilo armirano staklenom 0,5 0,006 mrežicom 4 Knauf Insulation ploča za kontaktne fasade 20 5,714 FKD-S thermal 5 polimer-cementno ljepilo 0,5 0,006 6 Rofix Silikaputz silikatna završna žbuka 0,2 0,003 Uw=0,12 W/m 2 K Tablica 9. Pregradni zidovi u grijanom prostoru- ne čine ovojnicu Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 vapneno-cementna žbuka 2 0,02 2 porobeton 12 1,091 3 vapneno-cementna žbuka 2 0,02 Uw=0,72 W/m 2 K Tablica 10. Pod na tlu (suhe prostorije) Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 drvo-tvrdo-bjelogorica 1,5-2 Rofix mort za lijepljenje i armiranje 0,3-3 cementni estrih 9-4 PE-folija (pričvršćena metalnim spojnicama) 0,015-5 Knauf Insulation podna ploča NaturBoard TP 5 1,429 6 bitumenska ljepenka 0,5 0,022 7 beton s laganim agregatom 10 0,143 8 ekstrudirana polistirenska pjena XPS 12 3,636 9 armirani beton 25 0, pijesak, šljunak, tucanik (drobljenac) 20 0,247 Uw=0,17 W/m 2 K 46

47 Tablica 11. Pod na tlu (vlažne prostorije i terasa) Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 keramičke pločice 1-2 Rofix mort za lijepljenje i armiranje 0,1-3 tekući hidroizolacijski premaz 0,02-4 cementni estrih 9-5 PE-folija (pričvršćena metalnim spojnicama) 0,015-6 Knauf Insulation podna ploča NaturBoard TP 5 1,429 7 bitumenska ljepenka 0,5 0,022 8 betons s laganim agregatom 10 0,143 9 ekstrudirana polistirenska pjena XPS 12 3, armirani beton 25 0, pijesak, šljunak, tucanik (drobljenac) 20 0,247 Uw=0,17 W/m 2 K Tablica 12. Strop Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 vapneno-cementa žbuka 1 0,014 2 porobeton 15 1,364 3 cementni mort 2 0,013 4 polietilenska folija 0,025 0,001 5 Knauf Insulation podna ploča NaturBoard TP 12 3,429 6 polietilenska folija 0,15 0,008 7 cementni estrih 5 0,031 Uw=0,19 W/m 2 K 47

48 Tablica 13. Kosi krov- ne čini ovojnicu Rbr. MATERIJAL DEBLJINA [cm] TOPLINSKI OTPOR R [m 2 K/W] 1 vapneno-cementa žbuka 2 0,02 2 porobeton 15 1,364 3 HOMESEAL LDS 5 parna kočnica 0,02-4 Heterogeni sloj (20%rog, 80% Knauf 18 - Insulation Unifit 035) 5 Knauf Insulation ploča za kose krovove 8 2 TERMO 6 eurotop 135/135 sk 0,02-7 dobro provjetravani sloj zraka (letve, 6 - kontraletve) 8 crijep (krovni) glina 2 - Uw=0,15 W/m 2 K 48

49 8. Prozirne površine U ovom poglavlju prikazat ćemo promjenu prolaska topline ovisno o materijalu okvira i letvica, te broju stakala. Slike su preuzete iz programa Sommer Informatik WinUw za svaku vrstu koju promatramo u radu. [30] DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, ALUMINIJSKOG OKVIRA I ALUMINIJSKIH LETVICA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 12. Prikaz dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i aluminijskih letvica 49

50 Ag, Af [m2] Uw [W/m2K] Tablica 14. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i aluminijskih letvica gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE Al POVRŠINA A1 DIMENZIJE [m 2 ] bf [m] Ag [m 2 ] Af [m 2 ] frame ratio [%] Uw [W/(m 2 K)] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,580 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,812 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,594 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,855 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,402 Tsi [ C] 4,70 frsi 0,49 b f-visina okvira, A g-površina ostakljenja, A f- površina okvira, frame ratio- postotak ostakljenja u odnosu na okvir Tablicu 14. prati dijagram niže, zelenom bojom označili smo površinu ostakljenja, plavom površinu okvira, a žutom koeficijent provodljivosti. Vrijednosti koeficijenta provodljivosti koje ne zadovoljavaju normu obojane su svijetlo crvenom P1 P2 P3 P4 P5 VRSTE PROZORA POVRŠINA OSTAKLJENJA Ag POVRŠINA OKVIRA Af KOEFICIJENT PROVODLJIVOSTI Uw Slika 13. Prikaz odnosa površine ostakljenja i okvira s koeficijentom provodljivosti 50

51 Na slici 13. možemo vidjeti na koji način površina ostakljenja i okvira utječe na koeficijent provodljivosti. Što je površina ostakljenja manja, koeficijent Uw raste. Površina otvora najveća je kod staklene stijene P5, udio površine okvira prozora ondje je najmanji, time dobivamo i najnižu vrijednost koeficijenta provodljivosti. Vrijednosti iz dijagrama odnose se na aluminijski okvir s aluminijskim letvicama, dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, ali odnosi vrijede i za druge vrste prozora. Tablica 15. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i aluminijskih letvica, dimenzije prozora povećane za 20% gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,548 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,790 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,553 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,826 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,381 Tsi [ C] 4,70 frsi 0,49 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Kako u ovom slučaju imamo aluminijski okvir, koji je najlošiji izolator kada ga uspoređujemo s PVC i drvenim okvirima, koeficijenti Uw kod prozora pozicija P2 i P4 (istaknute vrijednosti crvenom bojom u tablici) ne zadovoljavaju normu. Također, temperatura na površini stakla s unutarnje strane Tsi prilično je niska vrijednost, bliža je vanjskoj temperaturi, što znači visoku toplinsku provodljivost koja nije povoljna za udobnost i izolacijska svojstva zgrade. No, kasnije ćemo vidjeti mogu li oni zadovoljiti kriterije za niskoenergetske zgrade, što se tiče potrebne energije za grijanje i hlađenje. 51

52 DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, ALUMINIJSKOG OKVIRA I TEFLONSKIH LETVICA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 14. Prikaz dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i teflonskih letvica 52

53 Tablica 16. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i teflonskih letvica gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,395 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,551 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,403 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,586 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,276 Tsi [ C] 10,80 frsi 0,07 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 17. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i teflonskih letvica, površine otvora povećane za 20% gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,374 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,534 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,337 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,563 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,264 Tsi [ C] 10,80 frsi 0,07 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Za slučaj dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, aluminijskog okvira i teflonskih letvica, sve Uw vrijednosti zadovoljavaju propisane. Vidimo da je koeficijent prolaska topline najniži kod najveće staklene stijene. Također, temperatura na površini Tsi više je nego dvostruko veća u odnosu na cijeli aluminijski okvir, što ovaj okvir čini povoljnijim odabirom. Vidimo da odstojnik (letvica) od teflona čini veliku razliku. 53

54 DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, PVC OKVIRA I ALUMINIJSKIH LETVICA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 15. Prikaz dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i aluminijskih letvica 54

55 Tablica 18. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i aluminijskih letvica gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,337 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,440 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,343 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,454 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,256 Tsi [ C] 5,30 frsi 0,51 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 19. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i aluminijskih letvica, površine otvora povećane za 20% gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,322 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,433 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,324 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,445 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,254 Tsi [ C] 5,30 frsi 0,51 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Kod prozora s dvostrukim staklom s jednim low-e premazom, PVC okvira i aluminijskih letvica koeficijenti provodljivosti topline Uw niži su nego kod aluminijskih okvira, no aluminijski odstojnik čini temperaturu površine na unutrašnjosti niskom. 55

56 DVOSTRUKO STAKLO S JEDNIM LOW-E PREMAZOM, PVC OKVIRA I TEFLON LETVICAMA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 16. Prikaz dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i teflon letvicama 56

57 Tablica 20. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i teflon letvica gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,227 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,286 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,231 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,296 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,181 Tsi [ C] 10,40 frsi 0,68 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 21. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor dvostrukog stakla s jednim low-e premazom, PVC okvira i teflon letvica, povećanih površina otvora za 20% gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,219 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,281 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,220 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,289 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,175 Tsi [ C] 10,40 frsi 0,68 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Kao što smo vidjeli ranije, PVC okvir predstavlja bolji izolator od aluminija, a također i teflon letvica. Ovom kombinacijom dobili smo najniže Uw vrijednosti što se tiče dvostrukog ostakljenja. Isto tako, temperatura na rubu viša je od prethodnih. 57

58 TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, ALUMINIJSKOG OKVIRA S ALUMINIJSKIM LETVICAMA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 17. Prikaz trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira s aluminijskim letvicama 58

59 Tablica 22. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira i aluminijskih letvica gꓕ 0,5 OKVIR Al LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,329 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,651 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,347 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,719 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,084 Tsi [ C] 7,00 frsi 0,57 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 23. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira i aluminijskih letvica, površina otvora uvećana 20% gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,287 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,618 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,293 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,674 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,058 Tsi [ C] 7,00 frsi 0,57 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Kod trostrukog stakla s dva low-e premaza koeficijenti Uw znatno su niži od dvostrukog stakla s jednim low-e premazom. No aluminijski okvir i dalje predstavlja problem, pogotovo kod prozora manjih dimenzija, te on opet odstupa od najviše dopuštene vrijednosti. Temperatura površine viša je u odnosu na dvostruko staklo. 59

60 TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, ALUMINIJSKOG OKVIRA S TEFLON LETVICAMA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 18. Prikaz trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira s teflon letvicama 60

61 Tablica 24. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira i teflon letvica gꓕ 0,5 OKVIR Al LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,136 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,380 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,149 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,439 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,953 Tsi [ C] 12,80 frsi 0,76 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 25. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, aluminijskog okvira i teflon letvica, povećane dimenzije prozora 20% gꓕ 0,6 OKVIR Al LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,105 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,350 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,110 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,400 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,936 Tsi [ C] 12,80 frsi 0,76 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Trostruko staklo s dva low-e premaza, aluminijskog okvira i teflonskih letvica daje vrlo dobra izolacijska svojstva i vrijednosti koeficijenata toplinske provodljivosti za sve dimenzije koje imamo u zgradi. Također, temperatura na unutrašnjoj strani stakla, za ovaj slučaj, daje optimalnu vrijednost. U analizi dobivenih rezultata potrebne energije za grijanje i hlađenje vidjet ćemo hoće li nam ova kombinacija dati najpovoljnije rješenje. 61

62 TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, PVC OKVIRA S ALUMINIJSKIM LETVICAMA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 19. Prikaz trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira s aluminijskim letvicama 62

63 Tablica 26. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira i aluminijskih letvica gꓕ 0,5 OKVIR PVC LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,091 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,287 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,102 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,326 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,942 Tsi [ C] 6,80 frsi 0,65 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 27. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira i aluminijskih letvica, površine povećane 20% gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE Al DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,065 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,267 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,069 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,300 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,934 Tsi [ C] 6,80 frsi 0,56 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Troslojno staklo s dva low-e premaza, PVC okvira i aluminijskih letvica daje zadovoljavajuće vrijednosti koeficijenta provodljivosti topline, no aluminijski odstojnik utječe na smanjenje izolacijskih svojstava, što vidimo po nižoj vrijednosti temperature na površini Tsi. 63

64 TROSTRUKO STAKLO S DVA LOW-E PREMAZA, PVC OKVIRA S TEFLON LETVICAMA PRESJEK MATERIJALA IZOTERME PROLAZAK TOPLINE TEMPERATURA Slika 20. Prikaz trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira s teflon letvicama 64

65 Tablica 28. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira i teflon letvica gꓕ 0,5 OKVIR PVC LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,2 0,13 0,88 0, ,976 P2 0,6 0,8 0,13 0,18 0, ,126 P3 1,4 1,0 0,13 0,84 0, ,984 P4 0,6 0,6 0,13 0,12 0, ,160 P5 4,0 2,0 0,13 6,28 1, ,864 Tsi [ C] 11,90 frsi 0,73 POVRŠINA A1 Uw [W/(m 2 K)] Tablica 29. Prikaz Uw koeficijenata za svaki otvor trostrukog stakla s dva low-e premaza, PVC okvira i teflon letvica, površine povećane 20% gꓕ 0,6 OKVIR PVC LETVICE teflon DIMENZIJE bf Ag Af frame ratio [m 2 ] [m] [m 2 ] [m 2 ] [%] P1 1,2 1,4 0,13 1,11 0, ,957 P2 0,6 0,96 0,13 0,24 0, ,108 P3 1,4 1,2 0,13 1,07 0, ,960 P4 0,6 0,72 0,13 0,16 0, ,137 P5 4,8 2,0 0,13 7,67 1, ,852 Tsi [ C] 11,90 frsi 0,73 POVRŠINA A2 Uw [W/(m 2 K)] Za trostruko staklo s dva low-e premaza, PVC okvira i teflon letvica, dobivene su još niže, odnosno povoljnije vrijednosti toplinske provodljivosti, a vrlo je dobra i temperatura površine Tsi. 65

66 TEMPERATURA Tsi [ C] Na slijedećem dijagramu prikazane su temperature površine stakla s unutarnje strane prozora. Kao što smo već ranije naveli, Tsi mjerimo pri vanjskoj temperaturi od -10 C te unutarnjoj 20 C. Iz dijagrama vidimo da najniže vrijednosti dobivamo kada se radi o aluminijskoj letvici, te da ona predstavlja opasnost od toplinskog mosta. Uslijed lokalno povećanog odvođenja topline, pada temperatura površine na unutrašnjoj strani građevinskog elementa. Time raste rizik povećanja vlažnosti. Do toga dolazi kada temperatura površine unutrašnje strane građevinskog elementa u području toplinskog mosta padne ispod temperature rošenja zraka površine. Posljedica je nastajanje kondenzata na površini građevinskog elementa. Pod određenim rubnim uvjetima (vlažnost, temperatura, dostava hranjivih tvari, trajanje izloženosti) može doći do stvaranja plijesni. To ne predstavlja samo optički nedostatak, već može izazvati i zdravstvene poteškoće, npr. alergijske reakcije. [33] Al Al teflon teflon Al PVC Al PVC LETVICE/OKVIR DVOSTRUKO STAKLO TROSTRUKO STAKLO Slika 21. Ovisnost temperature Tsi o vrsti okvira i letvica 66

67 FAKTOR TEMPERATURE frsi[-] Određivanje faktora temperature frsi prikazali smo u poglavlju 8. Prema EnEV građevinske elemente zgrada koje se grade treba izvesti prema zahtjevima na minimalnu toplinsku zaštitu, u skladu s prihvaćenim pravilima tehnike. DIN definira minimalnu toplinsku zaštitu kao mjeru koja u svakoj točki unutrašnje površine osigurava higijensku klimu prostora, stoga se navodi kretanje kondenzata kroz unutrašnje površine vanjskih građevinskih elemenata koje su smanjene radi toplinskih mostova, i to i u cjelini i u uglovima. Pritom je temelj uobičajena upotreba kod dobrog grijanja i prozračivanja. Kao što je već spomenuto, u području toplinskog utjecaja toplinskih mostova mogu se pojaviti značajno niže temperature gornje površine. Moguće su posljedične pojave-povišenje udjela kondenzata, kao i nastajanje plijesni. Stoga temperatura površine u prostoriji nije samo parametar za prosuđivanje udobnosti u pogledu topline, već može poslužiti i za ograničenje rizika od stvaranja kondenzata i plijesni. Pritom se treba rukovoditi bezdimenzionalnim kvocijentom temperaturnih razlika, odnosno temperaturnim faktorom frsi prema EN ISO [32] Na dijagramu vidimo prikaz faktora za prozore kao i za građevne dijelove. Što se tiče iznosa za građevne dijelove faktor temperature mora biti veći od 0,7. Prozori su izuzeti iz toga. Za njih vrijedi E DIN EN ISO ,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Al Al teflon teflon Al PVC Al PVC zid pod strop kosi krov OKVIRI PROZORA/GRAĐEVNI DIJELOVI DVOSTRUKO STAKLO TROSTRUKO STAKLO GRAĐEVNI DIO Slika 22. Prikaz faktora temperature za pojedini okvir prozora dvostrukih i trostrukih ostakljenja, te građevnih dijelova 67

68 TRANSMISIJSKI GUBICI OTVORA [W/K] TRANSMISIJSKI GUBICI GRAĐEVNIH DIJELOVA [W/K] Na slijedećem dijagramu prikazani su transmisijski gubici kroz prozore. Varijante za koje vrijede gubici prikazani su u tablici niže. Odabrali smo prikazati V49-V56 jer smo njima dobili najpovoljnije vrijednosti potrebnih energija za grijanje i hlađenje V49 V50 V51 V52 V53 V54 V55 V56 OTVORI 40,873 36,341 37,228 34,208 34,711 30,221 31,038 28,011 GRAĐEVNI DIO 19,558 19,558 19,558 19,558 19,558 19,558 19,558 19,558 0 OTVORI GRAĐEVNI DIO Slika 23. Prikaz transmisijskih gubitaka kroz otvor Tablica 30. Varijante V49-V56 V49 V50 V51 V52 V53 V54 V55 V56 J-S J-S J-S J-S J-S J-S J-S J-S 2STR 2STR 2STR 2STR 3STR 3STR 3STR 3STR 1LOW-E 1LOW-E 1LOW-E 1LOW-E 2LOW-E 2LOW-E 2LOW-E 2LOW-E 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 Al PVC Al PVC Al PVC Al PVC Al Al teflon teflon Al Al teflon teflon Najviše transmisijske gubitke imamo kod dvostrukog ostakljenja aluminijskih okvira i aluminijskih letvica. Najpovoljniji slučaj odgovara varijanti trostrukog ostakljenja PVC okvira i teflonskih letvica. Razlika između najgore i najbolje kombinacije iznosi 12,862 W/K što je 32% manje gubitaka. Transmisijski gubici kroz građevne dijelove znatno su manji od onih kod otvora zbog vrlo kvalitetnih materijala kojima se zgrada izolira. 68

69 KOEFICIJENT PROVODLJIVOST Uw [W/m2K] Pogledajmo utjecaj letvice na Uw vrijednost prozora. Na dijagramu smo prikazali PVC prozore dvostrukog stakla za svaku različitu veličinu prozora koje predviđamo projektom. Koeficijent provodljivosti niži je kod prozora s teflonskim letvicama 8-14% od onog s aluminijskim ovisno o veličini otvora, udjelu ostakljenja i okvira. 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0, VRSTA PROZORA PVC Al PVC teflon Slika 24. Utjecaj vrste letvice na koeficijent provodljivosti Nadalje, promotrimo utjecaj ostakljenja na koeficijent provodljivosti na slici 25. Prikazane vrijednosti odnose se na PVC okvire s teflonskim letvicama koje nude povoljnija izolacijska svojstva od aluminijskih. Najizraženiju razliku vidjet ćemo na stupcu 5 koji se odnosi na najveću staklenu stijenu, gdje je udio okvira mnogo manji u odnosu na udio stakla. Kod takvih površina, vrlo je važno izabrati staklo koje ima niži koeficijent provodljivosti. Pogledamo li stupac 2 ili 4, gdje su površine prozora manje u odnosu na ostale, vidjet ćemo da dvostruko staklo ima veći Uw za oko 12%, dok je kod P5 trostruko ostakljenje nižeg Uw za skoro 28%. 69

70 KOEFICIJENT PROVODLJIVOSTI Uw[W/m2K] KOEFICIJENT PROVODLJIVOSTI Uw [W/m2K] 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0, VRSTA PROZORA 2STR 3STR Slika 25. Utjecaj vrste ostakljenja na koeficijent provodljivosti Na slici 26. prikazan je utjecaj površine na koeficijent provodljivosti. Ranije smo već spomenuli kako se Uw smanjuje povećanjem ostakljenja, jer je staklo bolji izolator od okvira, no vidimo kako nisu izražene posebne razlike. Površina A2 veća je u odnosu na A1 20%, a koeficijent Uw razlikuje se 1,5-2%. 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, VRSTA PROZORA POVRŠINA A1 POVRŠINA A2 Slika 26. Utjecaj površine prozora na koeficijent provodljivosti 70

71 9. Termotehnički sustavi Termotehnički sustavi jedni su od ulaznih podataka u Algoritmu za grijanje i hlađenje, a pod tim pojmom podrazumijevamo opremu za grijanje, hlađenje, ventilaciju, klimatizaciju i pripremu potrošne tople vode zgrade. Sustav grijanja Sustav za grijanje predstavljaju elementi: izvor topline, ogrjevno tijelo, razvod cijevi, regulacija te opskrba energentom koji služe za ostvarivanje osjećaja toplinske ugodnosti zgrade. Kod obiteljskih kuća, sustave možemo podijeliti prema energentu, načinu zagrijavanja te izvedbi ogrjevnih tijela. Podjela prema energentu temelji se na izvoru energije koji se koristi za pretvorbu u toplinu, a oni su slijedeći: -električni -plinski (zemni plin, ukapljeni, naftni ) -loživo ulje -kruta goriva (drvena sječka, peleti, ugljen ) -toplina iz okoliša Sustav grijanja prema načinu zagrijavanja može biti[34]: Pojedinačni (lokalni)- ložište ili generator topline nalazi se u grijanoj prostoriji. Toplina se prenosi zračenjem i konvekcijom. Ogrjevna tijela mogu biti: grijalice na kruta goriva, uljne peći, ali i električni uređaji kao npr. dizalica topline. Daljinskog izvora- ložište je u centralnoj toplani iz koje se toplinom snabdijeva jedna ili više grupa građevina, stambeni blokovi ili gradske četvrti. 71

72 Centralni- generator topline smješten je na jednom mjestu u građevini, dok su ogrjevna tijela smještena u pojedinačnim prostorijama. Sustav centralnog grijanja sastoji se od: generatora topline (kotao, dizalica topline, uređaj za pretvorbu Sunčeve energije ili uređaj za korištenje drugih izvora topline), dimovodnog sustava (u slučaju kotla), razvoda toplinske energije (razvod cijevne mreže kod toplovodnih grijanja), ogrjevnih tijela, cirkulacijskih pumpi, zaporne i regulacijske armature, ekspanzivnog sustava te sustava regulacije i upravljanja. Kao nosioci topline koriste se voda, para ili zrak, pa se govori o toplovodnom, parnom ili zračnom grijanju. Ukoliko centralno grijanje grije samo jednu jedinicu riječ je o etažnom grijanju. Etažni- ostvaruje se plinskim bojlerom koji zagrijava vodu i pomoću pumpe kruži kroz grijaća tijela (radijatori, cijevi podnog grijanja, konvektori). Istovremeno je moguće zagrijavati i potrošnu toplu vodu. Mješoviti Prema tipu ogrjevnog tijela, sustave dijelimo na: -izravni (kamini, peći ) -radijatorski (pločasti, člankasti, kupaonski cijevni ) -konvektorski- rade na principu prirodne izmjene zraka (konvekcije), ne isijavaju direktnu toplinu, nego privlači hladan zrak u prostoriji i zagrijava ga. Konvektor je električni uređaj koji indirektno zagrijava prostor. -ventilokonvektorski (zidni, kazetni, parapetni, kanalni)- grijanje ili hlađenje omogućeno je cirkulacijom tople ili hladne vode. Ventilatorom se ostvaruje prisilno strujanje zraka iz prostorije preko izmjenjivačkih ploha čime se zrak hladi ili grije. -površinski (podno, zidno, stropno) 72

73 PODNO GRIJANJE Sustav odabran za ovu obiteljsku kuću bit će podno grijanje. Ono se ostvaruje putem plastičnih, čeličnih ili bakrenih cijevi ugrađenih u estrih ili ispod u toplinsku izolaciju. Kako radi u području niske temperature idealno je za štednju energije koja nam je potrebna za ovakav projekt. Zrak u prostoriji, na ovaj način, zagrijavat će se zračenjem, a manjim dijelom konvekcijom. Odlučujući faktor udobnosti je temperatura površine poda. Maksimalna dozvoljena temperatura u zoni boravka iznosi 29 C, dok je u kupaonici ona 33 C. Razlikujemo dva sustava postavljanja podnog grijanja[35]: -sustav postavljanja na mokro- grijaće cijevi postavljene su potpuno ili djelomično u estrih. Na slici 27. prikazan je primjer presjeka poda gdje su istaknuti slojevi i prikazane cijevi sustava podnog grijanja. 1-podna obloga 2-estrih 3-grijaća cijev 4- toplinska izolacija 5-temeljna ploča Slika 27. Sustav podnog grijanja na mokro -sustav postavljanja na suho- grijaće cijevi postavljene su u kontaktu s elementima za toplinsku provodljivost ispod estriha. (Slika 28.) 1-podna obloga 2-suha estrih ploča 3-folija 4-grijaća ploča 5-ploča za polaganje 6-lim za toplinsko provođenje Slika 28. Sustav podnog grijanja na suho 7-temeljna ploča 73

74 U projektu je postavljen sustav grijaćih cijevi u estrihu. Debljina estriha proračunava se iz podataka o sposobnosti preuzimanja tereta i klase savojne čvrstoće prema normama. Nominalna debljina preko grijaćih cijevi (visina prekrivanja) mora iznositi minimalno trostruko od maksimalne granulacije, no najmanje 30mm. Kako bi se poboljšala toplinska provodljivost estriha, dodaju se aditivi koji svojim djelovanjem smanjuju udio vode, a time i pora u suhom stanju. Time se povećava gustoća sirove tvari estriha. Što se tiče podne obloge, potrebno je provjeriti kompatibilnost s estrihom. Njihov maksimalan dozvoljeni toplinski otpor iznosi 0,15 m 2 K/W. Također, važno je prilagoditi materijale prema koeficijentu širenja pri zagrijavanju. Kako bi se neutralizirao temperaturni rad između pločica i estriha, postavlja se mort za lijepljenje. Grijaći se estrih zbog toplinskog opterećenja više rasteže od negrijanog estriha. Zbog toga je potrebna veća mogućnost rastezanja na sve strane. Ona se omogućuje postavljanjem rubnih izolacijskih traka najmanje debljine 10 mm. Postavlja se na svim zidovima koji obuhvaćaju prostoriju. Također i na stupovima, kaminima itd. Površine estriha smiju iznositi maksimalno 40m 2. Bočna dužina ne smije prekoračiti 8m. Ako su prostorije veće od 40m 2 potrebno je uz rubne fuge postaviti dilatacijske i to tako da nastanu pravi kutovi, odnosno kvadrati s prethodno navedenim mjerama. Kod prolaza dilatacijskih fuga moraju se upotrijebiti zaštitne cijevi koje sežu do 25cm u svako polje estriha. Cirkulacija vode u sustavu postiže se pomoću toplovodne cirkulacijske pumpe. Prednosti sustava s prisilnom cirkulacijom su: brzo zagrijavanje sustava, dobro centralno i lokalno upravljanje te manji promjeri cijevne mreže. Nedostaci sustava jesu da ovisi o opskrbi električnom energijom, te ju stalno troši. Razlikujemo dva sustava cijevi: jednocijevne i dvocijevne. 74

75 Jednocijevni sustav najjednostavniji je i najjeftiniji toplovnodnog grijanja, a na ogrjevna tijela se spaja serijski. Jedan cjevovod koristi se i za polaznu i povratnu cirkulaciju vode. Protok vode kroz ogrjevna tijela je konstantan, pri čemu voda prostruji kroz sve radijatore na pojedinoj dionici. Zbog toga je potrebna pumpa s većom visinom dobave. Shema spajanja prikazana je na slici 29. Slika 29. Shema spajanja radijatora kod sustava jednocijevnog grijanja Nedostatak starijih sustava predstavlja toplinski učinak ogrjevnih tijela koji se često ne može lokalno regulirati. Svako ogrjevno tijelo nalazi se u hidrauličkoj i paralelnoj vezi s polaznom vodom, tako da kroz ogrjevno tijelo i ogranak struji voda. Na priključku povratnog voda u ogranku ogrjevnog tijela vrši se miješanje dvije struje zbog čega se snižava temperatura. Slijedeće ogrjevno tijelo u smjeru strujanja radi hidraulički na isti način, ali sa nešto nižom temperaturom polaznog voda u odnosu na prethodno ogrjevno tijelo. Ostala ogrjevna tijela u pravcu strujanja rade po istom principu, odnosno svako slijedeće ogrjevno tijelo ima nižu temperaturu od prethodnog, što je važno pri dimenzioniranju ogrjevnih tijela kako bi se sa povećanjem ogrjevne površine pokrio temperaturni pad. Jedini način da se to izbjegne je primjena dvocijevnog sustava. Dvocijevni sustav- najčešći je sustav dovođenja topline do potrošača. Svako ogrjevno tijelo priključeno je na odvojeni polazni i povratni vod te dobiva vodu približno iste temperature iz polaznog voda. Iz tog razloga, odabran je kao sustav grijanja u ovome projektu. Regulacija toplinskog učinka vrši se pomoću regulacijskog ventila prigušivanje m protoka vode. Shema spajanja prikazana je na slici 30. Slika 30. Shema spajanja radijatora kod horizontalnog sustava dvocijevnog grijanja 75

76 Ogrjevno tijelo kod podnog grijanja, predstavljaju panelni grijači. Njihova je svrha da toplinu dobivenu od ogrjevne vode konvekcijom ili zračenjem prenesu na zrak u prostoriji. Oni su integrirani u građevinskom elementu (u podu kod podnog grijanja, ali mogu biti u zidovima i stropovima). Temperaturni režim može se slobodno birati. Način regulacije može ovisiti o vanjskoj temperaturi ili o unutarnjoj. Tipovi razvoda kreću se od niskotemperaturnog (projektna temperatura sustava razvoda 35 C), srednjetemperaturnog (50 C) do visokotemperaturnog (70 C). Bitna prednost podnog grijanja jest niski temperaturni režim, što znači da vodu unutar sustava nije potrebno zagrijavati na visoke temperature kao npr. kod radijatora. Sustav pripreme potrošne tople vode Za pripremu potrošne tople vode predviđa se protočni plinski bojler. Zahvaljujući protočnom načelu te modulirajućem plameniku, voda koja protječe zagrijava se na namještenu konstantnu temperaturu toliko dugo dok se troši topla voda. Protočni grijač smješta se u blizini mjesta potrošnje i neovisno o sustavu grijanja brine o udobnom korištenju vode. Za ispravan rad uređaja potreban je priključak na dimnjak. [36] Zapremina plinskih bojlera kreće se u rasponu od litara. Kod protočnih bojlera snaga se kreće u rasponu od 7-9 kw uz potrebno vrijeme zagrijavanja vode na temperaturu 45 C od min. U odnosu na električne bojlere, plinski su cjenovno povoljniji 1,7-3,2 puta. [37] Na slici 31. prikazana je shema navedenog sustava. 76

77 Slika 31. Shema protočnog plinskog bojlera Sustav hlađenja Hlađenje zgrade provodit će se sobnim uređajima. Rashladni sustav je hladna voda, a pomoćna energija provodit će se ventilokonvektorima. Ventilokonvektori idealna su nadopuna sustava grijanja/hlađenja s dizalicom topline. Upravlja se termostatom, a uređaji mogu biti zidni, parapetni ili kanalni. Ventilacija S obzirom da je zgrada prilično izolirana, otvori su dobro zabrtvljeni te s niskim koeficijentom provodljivosti, planirana je mehanička ventilacija u zgradi kako bi se omogućila ugodna i zdrava izmjena zraka unutar prostorija. Postoji nekoliko vrsta ventilacija, no ona učinkovita koju smo odabrali za ovaj projekt je ona s rekuperacijom. Ona funkcionira na način da ubacuje svježi zrak izvana te odvodi potrošeni zrak iz prostorija van. Odvođenjem 77

78 potrošenog zraka ujedno se odvodi i ugljični dioksid i vlaga. Izmjena zraka provodi se preko izmjenjivača topline tako da će se toplina s potrošenog zraka prenijeti na svježi zrak, što će naravno smanjiti potrebu za grijanjem. Prije nego što se svježi zrak dovode u prostor u kojemu boravimo, on se najprije filtrira. Sustav filtracije usisanog zraka sprečava ulaz prašine, peludi i drugih alergena što je vrlo bitno za ljude koji imaju problema s alergijom. Kontrolom udjela vlage u zraku sprečava se nastanak plijesni. Na slici 32. prikazan je rekuperator. [38] Slika 32. Rekuperator 78

79 8 PRORAČUN ENERGETSKE BILANCE ZGRADE Potrošnja energije u zgradi ovisi o karakteristikama same zgrade tj. o njezinom obliku i konstrukcijskim materijalima, o karakteristikama energetskih sustava u njoj tj. sustava grijanja, električnih uređaja i rasvjete, ali i o klimatskim uvjetima podneblja gdje se zgrada nalazi. Također, zgrada osim gubitaka energije ima i unutarnje toplinske dobitke (ljudi, uređaji, rasvjeta) te toplinske dobitke od Sunčeva zračenja. Zbog toga se uvodi pojam energetske (toplinske) bilance. Energetska bilanca zgrade podrazumijeva sve energetske gubitke i dobitke zgrade tj. razmatramo koliko je energije potrebno da bi se zadovoljile toplinske potrebe zgrade. Sve dok toplinski dobitci pokrivaju toplinske gubitke energije, zgrada će biti ugodna za stanovanje odnosno u njoj će se održavati željeni uvjeti toplinske ugodnosti. [39] Zbog toga vrijedi jednakost: energetski dobici = energetski gubici. Pod energetske dobitke ulazi energija sustava za grijanje, unutarnji toplinski dobici i toplinski dobici od sunca, a pod gubitke spadaju transmisijski gubici, ventilacijski gubici i gubici sustava grijanja. Transmisijski gubitci topline nastaju prolazom (transmisijom) topline kroz elemente ovojnice zgrade te takvi gubitci ovise o konstrukcijskim elementima zgrade, debljini toplinske zaštite na zidovima, prozorima i vratima. Njima se pribrojavaju ventilacijski gubitci koji nastaju zbog provjetravanja. Oni se određuju na temelju potrebnog broja izmjena zraka, koje su propisane normama HRN 832:2000 i HRN EN 832/AC:2004. [39] Proračun je napravljen u programskom paketu KI Expert v Geometrijske karakteristike navedene su u poglavlju 6. Ostali postavljeni parametri u programu: Vrijeme rada sustava: Sustav bez prekida rada noću Prijenos topline prema tlu: S horizontalnom rubnom izolacijom (XPS debljine 12 cm širine rubne izolacije 3,5 m) Toplinski mostovi: Korekcija koeficijenta prolaska topline Toplinski mostovi u niskoenergetskoj zgradi (UTM = 0,02 W/m 2 K) Gubici preko negrijanih prostora: Negrijani tavan Gubici kroz susjednu zgradu: nema susjednih zgrada, samostojeća Ventilacijski gubici: Infiltracija Kategorija zrakopropusnosti Ia (n50 = 0,6 h -1 ); izloženo više od jedne fasade 79

80 Mehanička ventilacija s rekuperacijom (Shema 8- dovod i odvod zraka s rekuperacijom topline te priprema zraka grijanjem i hlađenjem) pločasti izmjenjivač, faktor povrata osjetne topline 0,85, protok zraka 330 m 3 /h. Fotonaponski sustavi- postavljen je sustav fotonapona ukupne efektivne površine 20 m 2, vrste poli-kristalnog silicija, osrednje dobro ventilirani modul, pod nagibom 30 (nagib kosog krova koji se ugrađuje) Zgradu smo odlučili rotirati na glavne 4 strane svijeta. Uz to, varirali smo vrstu ostakljenja, okvir i odstojnik prozora, te promatrali na koji način će povećana površina otvora 20% utjecati na potrebnu energiju za grijanje i hlađenje. Na slici 33. prikazani su ukupni rezultati potrebnih energija za grijanje, hlađenje, te primarnu energiju za 64 varijante koje smo definirali. Na prvi pogled možemo vidjeti kako orijentacija utječe na primarnu energiju. Velike skokove kod primarne energije vidjet ćemo u slučajevima gdje je zgrada okrenuta svojim većim površinama na istok i zapad. Staklene površine predstavljaju velike solarne dobitke preko u ljetnim mjesecima, što stvara veću potrebu za hlađenjem. Također, preko zime ostakljenjem se gubi dio toplinske energije, te je potrebno zgradu više zagrijavati. Optimalne rezultate dobili smo onim varijantama gdje je najveći dio ostakljenja postavljen na južnu stranu. Varijante V1-V32 uključuju početne dimenzije prozora, dok smo kod varijanti V33-V64 postavili prozore povećanih dimenzija 20% u odnosu na početne. Možemo primijetiti da povećanje površine ostakljenja nije znatnije utjecalo na potrebnu energiju za grijanje, dok je potrebna energija za hlađenje ipak malo porasla. Najviše potrebne energije za grijanje dobiveno je u kombinaciji V33 gdje je zgrada orijentirana S-J, korišteni su prozori većih dimenzija s dvostrukim staklom, jednim low-e premazom, aluminijskog okvira s aluminijskim letvicama. Varijanta V60 u kojoj smo zgradu okrenuli na Z-I, koristili dvostruko staklo s jednim low-e premazom, PVC okvira i teflonskih letvica zahtjeva najviše energije za hlađenjem. 80

81 Slika 33. Prikaz ukupnih rezultata potrebne energije za grijanje, hlađenje, te primarna energija 81

82 Slijedeći dijagram prikazuje ukupne solarne dobitke u godini ovisno o orijentaciji zgrade i ostakljenju. Najniži solarni dobici prikupljeni su u slučaju V4-V8, kada je građevina orijentirana S-J, gdje je najveća staklena stijena zapravo na sjevernoj strani, dok se na zapadnoj strani ne nalazi niti jedan prozor, a radi se o trostrukom ostakljenju. Najveći solarni dobici dogodili su se u slučaju orijentacije zgrade na Z-I, ali kod onih varijanti gdje su otvori povećanih dimenzija 20%, te dvostrukog ostakljenja. Dobici od preko 3700 kwh godišnje, zahtijevaju povećanu energiju za hlađenjem, što možemo vidjeti ako se vratimo na sliku 33. Slika 34. Prikaz solarnih dobitaka 82

83 ENERGIJE [kwh/m2a] Slijedeći dijagram prikazuje rezultate koje smo dobili za orijentaciju zgrade S-J. Prve četiri kombinacije odnose se na prozore s dvostrukim staklom, dok su preostale napravljene s trostrukim ostakljenjem. Aluminijski okvir a aluminijskim letvicama zahtjeva najviše energije za grijanje, dok najmanje energije treba dovesti u slučaju PVC okvira s teflonskim letvicama. Također, možemo primijetiti da trostruko ostakljenje općenito smanjuje potrebnu energiju, bilo za grijanje, hlađenje ili primarnu energiju Al Al teflon teflon Al Al teflon teflon Al PVC Al PVC Al PVC Al PVC 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 3STR 2LOW- E 3STR 2LOW- E 3STR 2LOW- E 3STR 2LOW- E V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 S-J GRIJANJE HLAĐENJE PRIMARNA ENERGIJA Slika 35. Prikaz potrebnih energija za kombinacije V1-V8 83

84 ENERGIJA [kwh/m2a] Slika 36. dijagram je dobivenih energija za orijentaciju kuće I-Z. Kao što smo ranije spomenuli, u ovim kombinacijama javljaju se velike primarne energije od kojih gotovo sve prelaze dopuštene vrijednosti za ZG0E. Problem predstavlja postavljanje fotonapona na krov kuće, praksa je pokazala da je južna strana optimalno mjesto prikupljanja solarne energije. No, u ovom slučaju nemamo toliku površinu izloženu na jugu, te se istočna strana nije pokazala kao dovoljno dobra zamjena. Ovim kombinacijama, dobili smo nešto nižu potrebnu energiju za grijanje nego kod slučaja kada je zgrada bila orijentirana S-J, ali je porasla energija za hlađenje. Vrlo slične vrijednosti dobivene su orijentacijom kuće Z-I. Dijagram 37. prikazuje gotovo identične vrijednosti potrebnih energija kao varijante V9-V Al Al teflon teflon Al Al teflon teflon Al PVC Al PVC Al PVC Al PVC 2STR 1LOW-E 2STR 1LOW-E 2STR 1LOW-E 2STR 1LOW-E 3STR 2LOW-E 3STR 2LOW-E 3STR 2LOW-E 3STR 2LOW-E V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 I-Z GRIJANJE HLAĐENJE PRIMARNA ENERGIJA Slika 36. Prikaz potrebnih energija za kombinacije V9-V16 84

85 ENERGIJA [kwh/m2a] V25 V26 V27 V28 V29 V30 V31 V32 Z-I GRIJANJE HLAĐENJE PRIMARNA ENERGIJA Slika 37. Prikaz potrebnih energija za kombinacije V25-V32 Slijedeći dijagram prikaz je dobivenih energija za orijentiranu kuću J-S. Ovim kombinacijama dobili smo još malo niže potrebne energije za grijanjem u odnosu na prijašnje V1-V16, zatim energija za hlađenje nešto je viša od slučajeva orijentirane zgrade S-J, no rezultati primarne energije dali su najbolje vrijednosti svih kombinacija početnih dimenzija prozora (bez povećanja 20%). 85

86 ENERGIJA [kwh/m2a] Al Al teflon teflon Al Al teflon teflon Al PVC Al PVC Al PVC Al PVC 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 2STR 1LOW- E 3STR 2LOW- E 3STR 2LOW- E 3STR 2LOW- 3STR 2LOW- E E V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 V24 J-S GRIJANJE HLAĐENJE PRIMARNA ENERGIJA Slika 38. Prikaz potrebnih energija za kombinacije V17-V24 Što se tiče povećanja površina otvora 20%, varijante V33-V64, dale su vrlo slične rezultate potrebnih energija za grijanje te primarne energije kao kod početnih površina, no potreba za hlađenjem je povećana zbog većih solarnih dobitaka koje smo prikazali na slici 34. Stoga zaključujemo da je moguće napraviti niskoenergetsku kuću koja zadovoljava potrebne energije, a ostvaruje i estetske zahtjeve kao i one za potrebom veće dnevne svjetlosti. Promotrimo još najbolju i najgoru varijantu sustava. Kombinacija koja je dala optimalan rezultat odgovara V56, gdje je potrebna energija za grijanje manja od najgore varijante V41 za 5,61 kwh/m 2 a, što čini 14% manje energije. Kod potrebne energije za hlađenjem, tu se energije razlikuju za 4,1 kwh/m 2 a, odnosno 24%. Primarna energija potrebna u slučaju V41 iznosi više od dopuštene vrijednosti za ZG0E, 48,16 kwh/m 2 a, a to je više od V56 za 11,63 kwh/m 2 a ili 24%. Usporedba najbolje i najgore varijante prikazana je na slici 39. U kombinaciji V41 korišteno je dvostruko staklo s jednim low-e premazom, aluminijski okvir i aluminijski odstojnik, zgrada je orijentirana I-Z, a površine otvora povećane su 20%. Kod V56, orijentacija je J-S, radi se o troslojnom staklu s dva low-e premaza, PVC okvira i teflon letvice. 86

87 ENERGIJA [kwh/m2a] GRIJANJE PRIMARNA ENERGIJA HLAĐENJE 10 0 V41 V56 Slika 39. Usporedba najbolje i najgore varijante Znajući da se radi o približno 100 m 2, te cijeni struje od 0,77kn/kWh, pojednostavljenim proračunom dobivamo slijedeći podatak: kwh kwh kn kngod m a a a a m 500 0, 77kn god Dakle, u deset godina ušteda električne energije iznosi 3850kn. Koliko se isplati ugraditi prozore troslojnog stakla prema takvim brojkama, pogledat ćemo na slijedećim podacima o cijeni prozora. Ponudu je izdao A.B.S.d.o.o. ALU I PVC Perković, ukupno imamo 12 prozora dimenzija i količine kao što je prikazano u tablici 31. Tablica 31. Vrste, količine i dimenzije prozora potrebnih za ugradnju PROZOR KOLIČINA [kom] DIMENZIJE A1 [cm 2 ] DIMENZIJE A2 [cm 2 ] P P P P P UKUPNO 12 PROZORA 87

88 Al-Al PVC-Al Al-teflon PVC-teflon Al-Al PVC-Al Al-teflon PVC-teflon CIJENA [kn] Dijagram na slici 40. prikazuje odnos cijena prozora. Smeđom bojom prikazane su površine prozora A1, dok su žuto prozori površina A2. Povećanje dimenzija prozora 20% poskupljuje investiciju za 12%. Aluminijski okvir u odnosu na PVC iznosi čak 40% više, dok cijena teflonske letvice u odnosu na aluminijsku skuplja za 7%. Prva četiri stupca prikazuju dvostruko staklo, a preostali trostruko. Cijena trostrukog stakla veća je od dvostrukog za 8% STR 3STR VRSTA OKVIRA/STAKLO POVRŠINA A1 POVRŠINA A2 Slika 40. Cijene prozora u odnosu na vrste ostakljenja, okvira, letvica i površina U tablici 32. dane su konkretne vrijednosti prozora. Najpovoljnija varijanta odnosi se na PVC-Al kombinaciju okvira, dvostruko staklo i površinu A1. Najskuplja kombinacija trostruko je staklo aluminijskog okvira i teflonske letvice površine A2. Uzevši u obzir i energetske vrijednosti prozora, prozori najjeftinije varijante, u mogućnosti su zadovoljiti potrebe ove obiteljske kuće što se tiče potrebnih energija za grijanje, hlađenje te primarnu energiju. 88