poslovno-skladiŠČnega objekta arnovski gozd · 3.2.6 aktivni tehnični sistemi 20 3.3 razlike med...

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Maja Žigart

ENERGIJSKO UČINKOVITO NAČRTOVANJE IN ANALIZA

POSLOVNO-SKLADIŠČNEGA OBJEKTA ARNOVSKI GOZD

Magistrsko delo

Maribor, september 2013

ii

Magistrsko delo univerzitetnega študijskega programa Arhitektura 2. stopnje

Energijsko učinkovito načrtovanje in analiza

poslovno-skladiščnega objekta Arnovski gozd

Študent: Maja Žigart

Študijski program: univerzitetni, Arhitektura

Smer: Trajnostna stavba

Mentor: doc.dr. Vesna Žegarac Leskovar

Somentor: prof.dr. Miroslav Premrov

Lektorica: Nina Ditmajer, prof. slov.

Maribor, september 2013

iv

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici doc.dr. Vesni Žegarac Leskovar za pomoč in vodenje pri izdelavi projektne

naloge. Prav tako se zahvaljujem somentorju red.prof.dr. Miroslavu Premrovu.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij, sestri Nini za podporo in fantu Eneju, ki mi

je stal ob strani v najtežjih trenutkih.

v

ENERGIJSKO UČINKOVITO NAČRTOVANJE IN ANALIZA POSLOVNO-SKLADIŠČNEGA

OBJEKTA ARNOVSKI GOZD

Ključne besede: arhitektura, energijsko učinkovito načrtovanje, poslovno-skladiščni objekt,

energijska analiza objekta …

UDK:

Povzetek

Magistrsko delo obravnava načrtovanje sodobnih energijsko učinkovitih poslovno-skladiščnih

objektov. Predstavili smo koncepte zasnov energijsko učinkovitih stavb s pomočjo pasivnih strategij

in aktivnih tehničnih sistemov, ter primerjali energijske potrebe stanovanjskih objektov z

industrijskimi. S pomočjo pregleda zakonodajnih okvirov na področju energetske učinkovitosti in

dobrih referenčnih primerov energijsko učinkovitih industrijskih objektov, smo poskušali načrtovati

energijsko učinkovit poslovno-skladiščni objekt Arnovski gozd. Objekt smo analizirali v programskih

orodjih URSA Gradbena fizika 4.0 in Autodesk ECOTECT Analysis, ter s pomočjo modifikacij v

programu ECOTECT ugotavljali kako lahko uporabnik in izbira materialov vplivata na energijske

izkaze stavbe.

vi

DESIGN AND ANALYSIS OF ENERGY EFFFICIENT OFFICE BUILDING WITH STORAGE

FACILITIES

Key words: architecture, energy efficient design, offices, storage facilities, energy analysis …

UDK:

Abstract

The thesis deals with design of modern energy efficient office buildings with storage facilities. It

presents design concepts of energy efficient buildings with use of passive design strategies and

active technical systems and compares energy uses of residential and commercial buildings. With

overview of legislative frameworks in the field of energy efficiency and comparisons of good

examples of energy efficient industrial buildings, we tried to design energy efficient office

building with storage facilities - Arnovski gozd. Next, the building was analyzed in program tools

URSA Gradbena fizika 4.0 and Autodesk ECOTECT Analysis and modified to determine how a user

and a later choice of materials can affect the energy results.

vii

VSEBINA

1 UVOD 1

1.1 Opredelitev področja in opis problema, ki je predmet raziskave 1

1.2 Nameni, cilji in osnovne trditve 1

1.3 Predpostavke in omejitve raziskave 2

1.4 Predvidene metode raziskovanja 2

2 ZAKONODAJNI OKVIR NA PODROČJU ENERGIJSKE UČINKOVITOSTI STAVB 3

2.1 Evropske smernice 3

2.2 Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah 5

2.3 Energetska izkaznica stavbe 6

3 NAČRTOVANJE SODOBNIH POSLOVNIH ENERGIJSKO UČINKOVITIH STAVB 8

3.1 Energijski tokovi v stavbi 8

3.2 Osnovni koncepti zasnove energijsko učinkovitih stavb 10

3.2.1 Lokacija in lega stavbe 10

3.2.2 Orientacija in oblika 12

3.2.3 Termični ovoj stavbe 13

3.2.4 Konstrukcijski sistem in gradbeni materiali 16

3.2.5 Strategije pasivnega delovanja stavbe 17

3.2.6 Aktivni tehnični sistemi 20

3.3 Razlike med energijskim konceptom stanovanjskega in poslovno-skladiščnega objekta 24

4 UPORABA GRADBENIH MATERIALOV Z VIDIKA ENERGIJSKE UČINKOVITOSTI 26

4.1 Les 26

4.2 Steklo 27

4.2.1 Energijske lastnosti stekla 28

4.3 Jeklo 29

4.4 Vidik energetske učinkovitosti materialov 30

5 PREGLED OBSTOJEČEGA STANJA 31

5.1 Primeri dobre prakse poslovno-skladiščnih objektov 31

6 PROJEKTNI DEL 38

6.1 Predstavitev projekta 38

6.2 Funkcionalna zasnova objekta 39

6.3 Koncepti zasnove energijsko učinkovitega objekta Arnovski gozd 42

6.3.1 Pasivna zasnova objekta 42

6.3.2 Strategije pasivnega delovanja stavbe 43

6.3.3 Aktivni tehnični sistemi 44

6.4 Določitev termičnega ovoja in toplotnih con stavbe 45

viii

6.4.1 Termični ovoj 45

6.4.2 Toplotne cone 50

6.5 Energijska analiza objekta 51

6.5.1 Predstavitev programov za energijsko analizo objekta 51

6.5.2 Energijska analiza v programskem orodju URSA Gradbena fizika 4.0 52

6.5.3 Energijska analiza v programskem orodju Autodesk Ecotect Analysis 53

6.5.4 Rezultati energijskega izračuna v programskem orodju ECOTECT 56

6.5.5 Modifikacija 1: spreminjanje časovnega delovanja objekta 59

6.5.6 Modifikacija 2: spreminjanje zasteklitve objekta 61

7 SKLEP 62

8 VIRI IN LITERATURA 64

9 PRILOGE 67

9.1 Seznam prilog 67

9.2 Seznam slik 68

9.3 Seznam tabel 69

9.4 Naslov študenta 70

9.5 Kratek življenjepis 70

ix

UPORABLJENI SIMBOLI

H´t

– koeficient specifičnih transmisijskih toplotnih izgub [W/m2K]

QNH

– letna potrebna toplota za ogrevanje [kWh/m2a]

QNC

– letni potrebni hlad za hlajenje [kWh/m2a]

F0

– faktor oblike [m-1]

Qs – solarni dobitki [kWh]

Qi – interni dobitki [kWh]

Qt – transmisijske izgube [kWh]

Qv – ventilacijske izgube [kWh]

U – toplotna prehodnost [W/m2K]

Ug – koeficient toplotne prehodnosti stekla (glass) [W/m2K]

Uf – koeficient toplotne prehodnosti okvirja (frame) [W/m2K]

Uw – koeficient toplotne prehodnosti okna (window) [W/m2K]

g – koeficient prepustnosti sončnega sevanja stekla [%]

– toplotna prevodnost [W/mK]

– svetlobni izkoristek [lm/W]

– gostota [kh/m3]

x

UPORABLJENE KRATICE

EU – Evropska unija

ECOTECT – Programsko orodje Autodesk Ecotect Analysis

EPBD – Energy Performance of Buildings Directive

HVAC – Heating, ventilation and air conditioning

IZ – Idejna zasnova

KDS – Količnik dnevne svetlobe

LED – Light-emitting diode (svetleča dioda)

PGD – Projekt za gradbeno dovoljenje

PURES – Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah

URSA – Programsko orodje URSA Gradbena fizika 4.0

1

UM - FG - Oddelek za arhitekturo | mentor/somentor: doc.dr. Vesna Žegarac Leskovar / prof.dr. Miroslav Premrov | avtor: Maja Žigart | Energijsko učinkovito načrtovanje in analiza poslovno-skladiščnega objekta Arnovski gozd

1 UVOD

1.1 Opredelitev področja in opis problema, ki je predmet raziskave

Stavbe porabijo več kot 40 % celotne energije v Evropi, zato postajajo vedno pomembnejši ukrepi

za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij CO2 v novih in obstoječih stavbah. Direktiva o

energetski učinkovitosti stavb je glavni zakonodajni instrument, ki vpliva na rabo energije in

učinkovitost v gradbenem sektorju v EU (Energy performance of buildings, 2013). Načrtovanje

energijsko učinkovitih stavb pa ima vedno večji pomen tudi v Sloveniji, še posebej odkar je junija

2010 stopil v veljavo Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah, ki določa nove, ostrejše

smernice za novogradnje in prenove obstoječih stavb. Pomemben kazalec energijske porabe je

energetska izkaznica stavbe, s pomočjo katere stavbo uvrščamo tudi v razred energetske

učinkovitosti.

Veliko idej in konceptov načrtovanja energijsko učinkovitih stavb se pojavlja predvsem pri zasebni

stanovanjski gradnji, vendar pa se podobne smernice lahko učinkovito prenesejo tudi na oblikovanje

večjih javnih in industrijskih objektov. Z analizo zgrajenih energijsko učinkovitih industrijskih

objektov in primerjavo s stanovanjskimi objekti bomo poskušali izluščiti glavne razlike pri

načrtovanju energijsko učinkovitih poslovno-skladiščnih objektov. V magistrski nalogi se bomo

osredotočili na primer razvojnega projekta poslovno-skladiščnega objekta Arnovski gozd, ter

analizirali njegovo energijsko učinkovitost. Nadalje bomo z modifikacijo posameznih parametrov

energijske učinkovitosti opazovali spremembe vezane na rabo energije v stavbi.

1.2 Nameni, cilji in osnovne trditve

- Izdelava načrtov za namen energijske analize poslovno-skladiščnega objekta,

- zasnovanje koncepta in analiza energijske učinkovitosti objekta v dveh programskih orodjih

2


s primerjavo rezultatov,

- izdelava energijskih izkazov stavbe v programskih orodjih,

- modifikacija parametrov energijske učinkovitosti z namenom ugotavljanja vplivov delovanja

objekta in izbire materialov na rabo energije.

1.3 Predpostavke in omejitve raziskave

Predpostavljamo, da so podatki in informacije iz literature in spletnih virov točni in dovolj obsežni.

Idejna zasnova objekta izhaja iz projekta, načrtovanega pri predmetu Trajnostni koncepti

načrtovanja stavb, ki je potekal v 3. semestru 2. stopenjskega bolonjskega študijskega programa

Arhitekture na Fakulteti za gradbeništvo, Univerze v Mariboru. Načrtovanje idejne zasnove je

potekalo v skupini, po zaključku predmeta pa je bila idejna zasnova dodatno modificirana na podlagi

želja investitorjev in nadalje načrtovana v sodelovanju s projektantskim birojem BiPRO tim.

Poudarek raziskave je na energijskih izračunih in modifikaciji parametrov delovanja objekta, pri

čemer posegov v samo arhitekturo ni.

1.4 Predvidene metode raziskovanja

Magistrska naloga bo sestavljena iz teoretičnega in praktičnega dela. Prvi del magistrske naloge

bo vseboval poglobljen teoretično-analitičen pregled strokovne literature, člankov in zakonodaje s

področja trajnostne, energijsko učinkovite gradnje in lastnosti materialov, uporabljenih pri samem

projektu. Pristop k teoretičnemu raziskovanju bo deskriptiven. Uporabili bomo metode deskripcije,

komparacije in kompilacije. V drugem, praktičnem delu magistrske naloge bo predstavljen in opisan

razvojni projekt, iz katerega bo naloga izhajala, nato bo potekalo nadaljnje načrtovanje poslovno-

skladiščnega objekta in analiza toplotnih con ter termičnega ovoja s pomočjo računalniških orodij:

Ecotect Analysis 2011 in Ursa gradbena fizika 4.0. Rezultate projektnega dela bomo opisali in

analizirali, ter preverili kaj se dogaja pri modifikacijah delovanja objekta.

3


2 ZAKONODAJNI OKVIR NA PODROČJU ENERGIJSKE UČINKOVITOSTI STAVB

2.1 Evropske smernice

Med glavnimi cilji Evropske unije (EU) so zmanjšanje porabe energije in odpravljanje energetskih

izgub. Ker kar 40 % energije porabijo stavbe, je EU uvedla zakonodajo, ki zagotavlja manjšo porabo

energije. Ključni del te zakonodaje je Direktiva o energetski učinkovitosti stavb – Energy

Performance of Buildings Directive (Directive 2002/91/EC, EPBD), prvič objavljena leta 2002, ki je

zahtevala, da vse države EU izboljšajo in zaostrijo svoje gradbene predpise ter uvedejo sheme

energijskih certifikatov za zgradbe.

Zakonodaja je podala odlično priložnost za spodbujanje energetske učinkovitosti v stavbah EU,

vendar je zaradi številnih naprednih vidikov povzročila zahtevne uvedbe nacionalnih zakonodaj, ki bi

izpolnjevale zahteve EU. Mnogim državam EU je prenos in izvajanje direktive postal težavni in

stalni izziv. Kasneje je postalo jasno, da je direktiva 2002 imela pomanjkljivosti in da ni bilo

potrebe po nadaljnjih zaostritvah. Novembra 2008 je tako Evropska Komisija predlagala prenovitev

direktive. Nova Direktiva o energetski učinkovitosti stavb (Direktiva 2010/31/EU) je bila odobrena

19. maja 2010 (Energy performance of buildings, 2013).

Cilj direktive je spodbujanje večje energetske učinkovitosti stavb, njihovih delov in stavbnih enot.

Energetska učinkovitost stavb bi se naj izračunala na podlagi metodologije, ki poleg toplotnih

značilnosti vključuje dejavnike, kot so ogrevalne in klimatske naprave, uporaba energije iz

obnovljivih virov, pasivne ogrevalne in gladilne elemente, osenčenje, kakovost zraka v prostoru,

primerno naravno svetlobo in zasnovo stavbe. Metodologija mora zajemati letno energetsko

učinkovitost stavbe, ne le obdobje, ko je potrebno ogrevanje.

Države članice morajo v skladu z navedeno metodologijo za izračunavanje določiti minimalne

zahteve glede energetske učinkovitosti tako, da se dosežejo stroškovno optimalne ravni. Raven

4


teh zahtev se pregleduje vsakih 5 let. Pri določanju minimalnih zahtev lahko države članice

razlikujejo med novimi in obstoječimi stavbami ter med različnimi kategorijami stavb, kjer se lahko

odločijo o upoštevanju te zahteve. Nove stavbe morajo izpolnjevati minimalne zahteve glede

energetske učinkovitosti. Pred začetkom gradnje se preuči in upošteva tehnična, okoljska in

ekonomska izvedljivost visoko-učinkovitih alternativnih sistemov oskrbe z energijo iz obnovljivih

virov, toplotnih črpalk, daljinskih ali skupinskih ogrevalnih in hladilnih sistemov ter sistemov

soproizvodnje. Pri večji prenovi obstoječih stavb je potrebno zagotoviti izboljšanje njihove

energetske učinkovitosti tako, da bodo tudi te stavbe zadostovale minimalnim zahtevam.

Zahtevam glede energetske učinkovitosti morajo ustrezati tudi vgrajeni, zamenjani ali nadgrajeni

tehnični stavbni sistemi, kot so ogrevalni sistemi, sistem tople vode, klimatski sistem in veliki

prezračevalni sistemi.

Za doseganje stroškovno optimalnih ravni morajo biti minimalne zahteve glede energetske

učinkovitosti izpolnjene tudi pri zamenjavi ali nadgradnji elementov stavb, ki so del ovoja stavbe in

znatno vplivajo na energetsko učinkovitost tega ovoja (na primer okenski okvirji).

Države članice bi morale zagotoviti, da so do 31. decembra 2020 vse nove stavbe skoraj nič-

energijske stavbe1. Po 31. decembru 2018 morajo ista merila izpolnjevati nove stavbe, ki jih javni

organi uporabljajo kot lastniki. Komisija spodbuja povečanje števila tovrstnih stavb z izvajanjem

nacionalnih načrtov.

Države članice vzpostavijo sistem certificiranja energetske učinkovitosti stavb – energetske

izkaznice. Ta sistem vključuje predvsem informacije o porabi energije stavb in priporočila za

stroškovne izboljšave (Direktiva 2010/31/EU ; Europa - povzetki zakonodaje EU, 2010).

1„Skoraj nič-energijska stavba“ pomeni stavbo z zelo visoko energetsko učinkovitostjo. Za skoraj nič potrebne energije

oziroma zelo majhno količino potrebne energije bi v zelo veliki meri morala zadostovati energija iz obnovljivih virov,

vključno z energijo iz obnovljivih virov, proizvedeno na kraju samem ali v bližini (Direktiva 2010/31/EU).

5


2.2 Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah

Na podlagi nove evropske direktive o energetski učinkovitosti stavb (Direktiva 2010/31/EU), smo v

Sloveniji sprejeli prenovljen Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah – PURES (Ur. l. RS, št.

52/2010), ki zadeva gradnjo novih stavb in rekonstrukcije stavbe oziroma njenega posameznega

dela, kjer se posega v najmanj 25 odstotkov površine toplotnega ovoja.

Pravilnik velja za večino stavb, razen za:

- stavbe za promet in izvajanje elektronskih komunikacij,

- rezervoarje, silose in skladišča,

- nestanovanjske kmetijske stavbe,

- stavbe za opravljanje verskih obredov, pokopališke stavbe,

- nadstrešnice, javne sanitarije, zaklonišča ipd.,

- industrijske stavbe, ki se ne ogrevajo ali klimatizirajo na temperaturo v prostorih, višjo od 12

ºC, ali katerih notranji viri toplote zaradi tehnoloških procesov nadomeščajo v času ogrevanja več

kot polovico toplotnih izgub ali so v času ogrevanja praviloma odprte več kot polovico delovnega

časa.

Pravilnik veleva, da je treba stavbo zasnovati in graditi tako, da je energijsko ustrezno

orientirana, da je razmerje med površino toplotnega ovoja stavbe in njeno kondicionirano

prostornino z energijskega stališča ugodno, da so prostori v stavbi energijsko optimalno

razporejeni in da materiali in elementi konstrukcije ter celotna zunanja površina stavbe omogočajo

učinkovito upravljanje z energijskimi tokovi.

Minimalne zahteve za energijsko učinkovitost stavbe po pravilniku PURES se nanašajo na naslednje

kazalnike:

- koeficient specifičnih transmisijskih toplotnih izgub skozi površino toplotnega ovoja stavbe,

določen z izrazom [W/m2K] = / A, ne presega:

≤ 0,28 +

+

+

6


kjer je:

– povprečna letna temperatura zunanjega zraka

z – brezdimenzijsko razmerje med površino oken (gradbena odprtina) in površino

toplotnega ovoja stavbe

– faktor oblike

- letna potrebna toplota za ogrevanje stavbe, preračunana na enoto kondicionirane

površine oziroma prostornine stavbe, ne presega:

- za stanovanjske stavbe: 45 + 60 - 4,4 [kWh/m2a]

- za nestanovanjske stavbe: 0,32 (45 + 60 - 4,4 ) [kWh/m3a]

- za javne stavbe: 0,29 (45 + 60 - 4,4 ) [kWh/m3a]

- letni potrebni hlad za hlajenje stanovanjske stavbe mora biti manjši od dovoljene

vrednosti,

- za stanovanjske stavbe je omejena tudi letna primarna energija za delovanje sistemov v

stavbi (vključeno je ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, električna energija za

razsvetljavo),

- ne sme biti presežena nobena od mejnih vrednosti za toplotne prehodnosti (U) elementov

ovoja, ki so določene v tabeli 1 točke 3.1.1 tehnične smernice TSG-1-004 Učinkovita raba

energije.

Poleg zgoraj naštetih kazalnikov pravilnik zahteva, da 25 odstotkov energije zagotovimo iz

obnovljivih virov energije (sončno obsevanje, biomasa, geotermalna energija in energija vetra). V

kolikor ta pogoj ni dosežen, je možna zagotovitev nadomestnih pogojev, kot na primer 25 % deleža

končne energije je iz sončnega obsevanja, 30 % končne energije je iz plinaste biomase, najmanj 50

% končne energije je iz toplote okolja .... (Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah; Uradni list

RS, št. 52/2010, z dne: 30. 6. 2010).

2.3 Energetska izkaznica stavbe

Energetsko izkaznico je pri nas uvedel Energetski zakon (EZ-UPB2) (Ur.l. RS, št. 27/2007, z dne

26. 3. 2007), ki predpisuje obveznost energetske izkaznice, veljavnost in licence. Pravilnik o

metodologiji izdelave in izdaji energetski izkaznic stavb (Ur.l. RS, št. 77/2009) določa podrobnejšo

7


vsebino in obliko energetskih izkaznic stavbe, metodologijo za izdajo energetske izkaznice ter

vsebino podatkov, način vodenja registra energetskih izkaznic in način prijave izdane energetske

izkaznice za vpis v register.

Energetska izkaznica je javna listina s podatki o energetski učinkovitosti stavbe in s priporočili za

povečanje energetske učinkovitosti.

Glede na vrsto stavbe oziroma namen njene uporabe ločimo dve vrsti energetskih izkaznic:

– računska energetska izkaznica, ki se določi na podlagi izračunanih energijskih kazalnikov rabe

energije stavbe. Računska energetska izkaznica se izda za novozgrajene stavbe in obstoječe

stanovanjske stavbe;

– merjena energetska izkaznica, ki se določi na podlagi meritev rabe energije. Merjena

energetska izkaznica se izda za obstoječe nestanovanjske stavbe.

Energijski kazalniki za računsko energetsko izkaznico so:

– letna potrebna toplota za ogrevanje stavbe na enoto uporabne površine stavbe Q(NH)/A(u),

– letna dovedena energija za delovanje stavbe na enoto uporabne površine stavbe Q/A(u),

– letne emisije CO2 zaradi delovanja stavbe na enoto uporabne površine stavbe.

V računski energetski izkaznici se stavbo uvrsti v razred energetske učinkovitosti glede na letne

potrebne toplote za ogrevanje stavbe na enoto uporabne površine stavbe – Q(NH)/A(u) (kWh/m2a),

in sicer:

– razred A1: od 0 do vključno 10 kWh/m2a,

– razred A2: nad 10 do vključno 15 kWh/m2a,

– razred B1: nad 15 do vključno 25 kWh/m2a,

– razred B2: nad 25 do vključno 35 kWh/m2a,

– razred C: nad 35 do vključno 60 kWh/m2a,

– razred D: od 60 do vključno 105 kWh/m2a,

– razred E: od 105 do vključno 150 kWh/m2a,

– razred F: od 150 do vključno 210 kWh/m2a,

– razred G: od 210 do 300 in več kWh/m2a

(Pravilnik o metodologiji izdelave in izdaji energetskih izkaznic stavb (Ur.l.RS, št. 77/2009).

8


Slika 3.1: Energijski tokovi v stavbi [lastna grafika]

Slika 3.2: Solarni dobitki [lastna grafika]

Slika 3.3: Notranji dobitki [lastna grafika]

3 NAČRTOVANJE SODOBNIH POSLOVNIH ENERGIJSKO UČINKOVITIH STAVB

3.1 Energijski tokovi v stavbi

Za prikaz energetske izkaznice stavbe je pomembno primerjati vse dohodne (toplotne dobitke) in

odhodne energijske tokove v stavbi (toplotne izgube). Med toplotne dobitke spadajo solarni dobitki

– Qs in notranji (interni) dobitki – Qi. Med toplotne izgube pa transmisijske izgube – Qt in

ventilacijske izgube – Qv (Slika 3.1).

Solarni dobitki

Solarni dobitki (dobitki iz sončne energije) se nanašajo na povečanje temperature v prostoru,

objektu ali strukturi kot posledica sončnega sevanja (Slika 3.2). Količina solarnih dobitkov se veča

z močjo sonca in z zmožnostjo materiala za prenašanje ali ustavljanje sončnega sevanja (Wikipedia).

Za solarne dobitek so izrednega pomena neprozorne površine stavbe (okna), ki predstavljajo enega

od najmočnejših pasivnih nadzorov objekta. Na solarne dobitke skozi okna vpliva ne le površinska

lastnost materiala (odbojnost), ampak tudi velikost oken, senčila ter oblika in orientacija stavbe

(Szokolay, 2008). Poleg tega pa ne smemo pozabiti na senčenje sosednjih objektov, rastlin in druge

okolice.

Notranji dobitki

Na notranje (interne) dobitke lahko z načrtovanjem vplivamo le malo, saj gre za energijo, ki jo

dobimo s pomočjo ljudi v stavbi, tehnične opreme, umetne osvetlitve in drugih naprav (Slika 3.3).

Takšne naprave je mogoče primerno razporediti iz zasedenih prostorov ali pa poskušamo razpršiti

pridobljeno toploto blizu vira. V stanovanjskih zgradbah so notranji dobitki načeloma nizki in manj

izraziti, kot na primer v poslovnih zgradbah (Szokolay, 2008 ; Educate Sustainability).

9


Slika 3.4: Transmisijske izgube [lastna grafika]

Slika 3.5: Ventilacijske izgube [lastna grafika]

Transmisijske izgube

Med toplotnimi izgubami so najbolj pomembne transmisijske izgube, ki lahko močno vplivajo na

potrebnost energije za ogrevanje. Transmisijski tokovi potekajo skozi zunanji toplotni ovoj stavbe,

zato so odvisni od oblike stavbe (faktorja oblike) in toplotno izolacijskih lastnosti ovoja stavbe

(Slika 3.4). V hladnem delu leta transmisijski tokovi povzročajo toplotne izgube, ki jih je treba

nadomestiti z uporabo omenjenih toplotnih dobitkov ali dodatne toplotne energije ogrevalnega

sistema. Večja kot je temperaturna razlika med notranjim in zunanjim prostorom, večja je tudi

gonilna sila teh toplotnih tokov. Omejimo jih lahko s povečanjem izolacijskih materialov, ki

zagotavljajo odpornost na toplotno prevodnost. Izolacijske zmožnosti gradbenih elementov, kot so

zasteklitve, stene, tla ali streha, so definirani z U-vrednostmi (toplotna prehodnost). Poleg teh

vrednosti pa je pomembno upoštevati tudi toplotne mostove (Szokolay, 2008 ; Educate

Sustainability). V kolikor energijsko bilanco ločimo na dve obdobji, obdobje kurilne sezone in

poletne mesece, lahko poleti, v določenih delih dneva, vrednosti transmisijskih tokov postanejo

pozitivne in jih obravnavamo kot dobitke.

Ventilacijske izgube

Pri vsaki stavbi je potrebno zagotoviti ustrezno prezračevanje oziroma izmenjavo notranjega zraka

s svežim zunanjim zrakom za ohranjanje primernih CO2 emisij in drugih onesnaževalcev na

sprejemljivi koncentracijski ravni in zagotavljanje ustrezne vlažnosti v prostoru. Ker poteka

izmenjava zraka pri različnih temperaturah, s tem pa se pojavlja energijski tok, je potrebno pri

izračunu toplotnega ravnovesja upoštevati tudi ventilacijo. Poznamo dva načina izmenjave zraka

med stavbo in zunanjostjo, in sicer namerno prezračevanje oziroma ventilacijo (na primer z

odpiranjem okna) in naključno infiltracijo zraka (Slika 3.5) (Educate Sustainability). Ventilacijske

izgube potekajo pod vplivom zasteklitev in drugih odprtin, njihovih orientacij glede na smer vetra,

njihovih zapiralnih mehanizmov in splošne zrakotesnosti in prepustnosti toplotnega ovoja. Oblika

stavbe ima lahko velik vpliv na oblikovanje pozitivnih in negativnih tlačnih con, kar prav tako lahko

vpliva na vstop zraka (Szokolay, 2008). V kolikor energijsko bilanco ločimo na dve obdobji, obdobje

kurilne sezone in poletne mesece, lahko poleti, v določenih delih dneva, vrednosti ventilacijskih

tokov postanejo pozitivne in jih obravnavamo kot dobitke.

10


Slika 3.6: Köppen-Geigerjeva klasifikacija podnebja [prirejeno po: Peel at al, 2007]

3.2 Osnovni koncepti zasnove energijsko učinkovitih stavb

Pri zasnovi energijsko učinkovitih stavb lahko uporabljamo tako pasivne kot aktivne sisteme, le z

ustreznim načrtovanjem obeh pa lahko dosežemo tudi dobre rezultate. Začetna točka energijsko

učinkovitega načrtovanja je vedno pasivna zasnova objekta, kjer poskušamo načrtovati ogrevanje,

hlajenje, svetlobo in ventilacijo z zanašanjem na sončno svetlobo, veter, vegetacijo in druge

naravne vire na lokaciji. Iz slednjega je razvidno, da je natančna analiza lokacije in njenih naravno-

energetskih razpoložljivih danosti predpogoj za uspešnost zasnove stavbe. Uspešna pasivna

zasnova objekta ustvarja popolnoma klimatsko-odzivno, energetsko učinkovito stavbo s številnimi

ugodnostmi. Stavbo, ki je oblikovana v pasivnem smislu, je mogoče ločiti od njenih aktivnih virov

energije, še vedno pa ostaja razmeroma funkcionalna zaradi dnevne svetlobe, ustreznega

pasivnega ogrevanja, hlajenja in prezračevanja. Pasivno načrtovanje ima dva glavna vidika: uporaba

lokacije in lege stavbe ter zasnova stavbe same, njena usmerjenost, razmerje, zastekljenost in

podobno (Kilbert, 2013).

3.2.1 Lokacija in lega stavbe

Prvi korak pri načrtovanju energijsko učinkovitih stavb je zagotovo pregled podnebja in klime

izbrane lokacije. Že v zgodovini človeštva so se ljudje s svojo gradnjo vedno poskušali čim bolje

prilagajati zunanjim faktorjem in tako pasivno prilagajati klimo znotraj objekta. Klimatske podatke

lahko v osnovi razdelimo na tri nivoje: makroklimo, mezoklimo in mikroklimo. Podatki makroklime, ki

jih zagotavljajo standardne meteorološke postaje, opisujejo splošen značaj regije, v smislu

osončenja, oblačnosti, temperature, vetra, vlažnosti zraka in padavin (Goulding et al, 1992).

Za lažjo uporabo klimatskih podatkov poznamo veliko različnih sistemov klasifikacije podnebja,

najbolj pogosto pa se uporablja sistem Köppen-Geigerjeve klasifikacije, ki loči približno 25 tipov

podnebja (Slika 3.6) (Szokolay, 2008).

Za zasnovo stavb (po Atkinsonu, 1953) je dovolj, da razlikujemo samo štiri osnovne tipe podnebja,

11


ki temeljijo na naravi toplotnega problema na določeni lokaciji:

- Hladno podnebje, kjer je glavna težava pomanjkanje toplote.

- Zmerno podnebje, kjer poteka sezonsko nihanje temperatur.

- Vroče-suho podnebje, kjer je glavna težava pregrevanje, vendar je zrak suh, tako da

lahko uporabljamo mehanizme izhlapevanja. Po navadi so velike tudi dnevne spremembe

temperature (dan-noč).

- Vroče-vlažno podnebje, kjer pregrevanja ni tako veliko, vendar je težava v visoki vlažnosti,

ki omejuje potencial izhlapevanja. Dnevne spremembe temperature so majhne (Szokolay,

2008).

Poleg globalnih podnebnih območij pa moramo upoštevati tudi regionalne in lokalne vremenske

razmere. Mezoklimatski podatki obsegajo ožja območja ali regije, na njih pa vplivajo lokalni pogoji,

kot so topografija, vegetacija in lokalne značilnosti okolja. Mezoklimatskih podatkov ne dobimo iz

meteoroloških postaj, ampak je potrebna podrobnejša analiza lokacije in njenih značilnosti. Glede na

različne mezoklimatske značilnosti ločimo različna območja oz. tipe: obalne regije, odprte ravnine,

gozdna območja, doline, mesta in gorska območja (Goulding et al, 1992).

Poseg človeka lahko spremeni okolje v bližini stavbe in ustvarja pogoje. znane kot mikroklima.

Pomembni faktorji, ki vplivajo na mikroklimo lokacije, so: topografija (naklon, orientacija lokacije,

izpostavljenost soncu, nadmorska višina, hribovitost …), tla (naravna ali umetna, odbojnost,

prepustnost, temperatura tal, tlakovanost ali vegetacija) in tridimenzionalni objekti (drevesa,

pasovi, ograje, stene in strehe stavb …) na oziroma ob lokaciji (Szokolay, 2008).

12


3.2.2 Orientacija in oblika

Pri orientaciji objekta je zelo pomembno, da razmišljamo o čim večjem izkoristku sončne energije,

kar pomeni, da orientiramo objekte proti ekvatorju. Količina dobitkov sončnega obsevanja je odvisna

od orientacije fasade, letnega časa in dnevnega gibanja sonca. Glede na naš položaj (Srednja

Evropa) je najbolj učinkovita južna orientacija stavbe, saj omogoča maksimalno izrabo sončne

energije v hladnih delih leta. Pasivna izraba sončne energije lahko doprinese kar 40 % energije pri

ogrevanju stavbe in tako ugodno vpliva na toplotno bilanco zgradbe. Na južni fasadi se priporočajo

večje zastekljene površine, na severni pa čim manjše. Senčenje stavb znižuje učinkovitost dobitkov

sončnega obsevanja, zato je pomembno primerno dimenzioniranje razmikov med stavbami. V bližini

južne, vzhodne in zahodne fasade so lahko zasajena listopadna drevesa, ki poleti senčijo objekt,

pozimi, ko listje odpade, pa sonce sije na stavbo (Zbašnik Senegačnik, 2009). Da v poletnem času

ne pride do pregrevanja, lahko uporabimo tudi druge načine senčenja južnih zasteklitev, kot so

strešni previsi ali zunanja senčila.

Oblika objekta je prav tako pomemben parameter objekta, saj se največ toplote stavbe običajno

izgublja skozi zunanji ovoj objekta. Ker želimo omejiti toplotne izgube skozi zunanji ovoj, je

pomembno, da je zunanjih površin glede na volumen objekta čim manj. Faktor oblike je razmerje

med celotno zunanjo površino objekta in ogrevano prostornino stavbe, ki jo ta površina obdaja.

Faktor oblike izračunamo kot:

, kjer je:

A – zunanja površina ovoja stavbe,

V – ogrevana prostornina stavbe.

Najugodnejši faktor oblike se pojavlja pri enostavnih in kompaktnih stavbah. Posebej ugoden je pri

kvadratnih, okroglih, osemkotnih in elipsastih oblikah (Zbašnik Senegačnik, 2009).

13


3.2.3 Termični ovoj stavbe

Energijsko učinkovito načrtovanje stavb želi zmanjšati transmisijske izgube, zato je pomemben

tesen in toplotno odporen ovoj stavbe. Termični ovoj stavbe mora nadzorovati izrabo sončne

energije, prevajanje oz. neposreden prenos toplote in uhajanje toplote (Kilbert, 2013).

Termični ovoj stavbe predstavlja vmesnik med zunanjimi in notranjimi klimatskimi pogoji oziroma med

dvema temperaturnima območjema. Medtem ko se notranje temperature v prostorih, ki jih

uporabljamo skozi leto, spreminjajo le za nekaj stopinj, so lahko zunanje temperaturne spremembe

veliko večje. Za države Severne in Srednje Evrope je potrebna večja toplotna izolacija ravno zaradi

dolgih in mrzlih zim (Bauer et al, 2010). Gradbeni elementi, ki tvorijo mejo med dvema

temperaturnima območjema, so zunanje stene, notranje stene proti neogrevanim delom zgradbe,

streha, tla, okna in zunanja vrata. Znotraj toplotnega ovoja morajo biti tisti prostori, ki so stalno

ogrevani, zunaj toplotnega ovoja pa so neogrevane kleti, shrambe, garaže in ostali pomožni

prostori. Zaradi čim boljšega faktorja oblike mora biti toplotni ovoj čim bolj kompakten (Zbašnik

Senegačnik, 2007).

Toplotna izolacija

Debelina toplotne izolacije je odvisna od sestave stene in želene toplotne prehodnosti stene,

strehe ali tal. Kot toplotnoizolativni materiali so primerna umetna anorganska gradiva, kot so

mineralne volne in penjeno steklo, ali umetna organska gradiva, pri katerih se pogosto uporabljajo

ekspandirani in ekstrudirani polistiren, penjeni polietilen in penjeni polieturan. V zadnjih letih se

vedno pogosteje uporabljajo tudi naravna toplotnoizolacijska gradiva, kot so celulozna vlakna,

lesena vlakna, kokosova vlakna, lan, konoplja, volna, pluta in druga (Zbašnik Senegačnik, 2009).

14


Zrakotesen ovoj

Poleg optimalne toplotne izolacije je pri energijsko učinkovitih stavbah potrebno zagotoviti tudi

zrakotesen ovoj, saj kar nekaj toplote prehaja skozi objekt nekontrolirano. Vsak gradbeni element,

ki sestavlja zunanji ovoj, mora biti zrakotesen. Pri masivnih objektih iz opeke ali betona se

tesnost doseže npr. z neprekinjenim notranjim ometom, medtem ko se pri lahki gradnji na notranji

strani načeloma vgradi parna ovira. Za učinkovito zrakotesnost so poleg izbire primernega sistema

tesnjenja pomembni tudi stiki med posameznimi elementi, zrakotesna vgradnja oken in vrat, ter

zatesnjeni preboji zaradi instalacij (Zbašnik Senegačnik, 2009).

Toplotni mostovi

Toplotni mostovi so površine oziroma mesta na gradbenem elementu, kjer je prehajanje toplote

povečano. Pojavljajo se na zunanjem ovoju stavbe, predvsem zaradi napak in pomanjkljivosti pri

načrtovanju in izvedbi. Za načrtovanje energijsko učinkovitih objektov je pomembno upoštevati

načelo, da mora biti toplotnoizolativna plast načrtovana tako, da brez prekinitve ovije hišo.

Posledice toplotnih mostov so lahko povečana poraba energije, slabšanje toplotnega ugodja,

pomanjkljiva stanovanjska higiena (npr. zaradi vlage) in ogrožanje gradbenih elementov. Glede na

vzroke nastanka delimo toplotne mostove na konvekcijske, konstrukcijske in geometrijske toplotne

mostove. Konvekcijski toplotni mostovi so pri energijsko učinkovitih stavbah praviloma minimizirani

in jih lahko zanemarimo – nastajajo namreč na mestih, kjer skozi odprtine ali špranje

nekontrolirano odteka topli zrak. Geometrijski toplotni mostovi nastavnejo na ovoju stavbe, kjer je

notranja površina, skozi katero uhaja toplota, manjša od zunanje (na primer na vogalu stavbe). Pri

dobro toplotno izoliranih stavbah je učinek geometrijskih toplotnih mostov zanemarljiv.

Konstrukcijski toplotni mostovi nastanejo tam, kjer je toplotni ovoj zgradbe prekinjen in so

največkrat posledica slabo načrtovanih detajlov pri prebojih, previsih, priključkih … (Zbašnik

Senegačnik, 2007).

15


Zasteklitev

Zasteklitev je ena od temeljnih elementov arhitekturnega projektiranja, saj opredeljuje tako zunanji

videz kot notranje vzdušje stavbe. Odstotek zastekljenih površin termičnega ovoja stavbe je

pomemben dejavnik za doseganje energetske učinkovitosti stavb. Skozi zasteklitev lahko prehajata

sončna svetloba in toplotno sevanje v stavbo, prav tako pa lahko toplotna energija teče iz

notranjosti navzven skozi okna, saj okna na splošno zagotavljajo najnižjo odpornost na toplotni

tok v ovoju stavbe.

V hladnih podnebjih in zimskih sezonah so toplotne izgube skozi okna eden od ključnih vzrokov za

toplotne izgube. Za zmanjšanje le-teh lahko pripomore ustrezna vrsta toplotnoizolacijske

zasteklitve (dvojna, troslojna zasteklitev), nizkoemisijske prevleke in izolacijska konstrukcija

okvirja. Na trgu obstajajo že štiri in celo petslojne zasteklitve, vendar je njihova uporaba v tem

trenutku še redka. Večslojna zasteklitev zmanjšuje prenos toplote z ločitvijo stekel s plastmi

zraka ali plinov, kot sta kripton in argon, in tako zmanjša toplotno prevodnost skozi element.

Nizkoemisijski nanosi na steklih zmanjšujejo prenose toplote s sevanjem. Z razvojem zelo

učinkovitih zasteklitev so okvirji postali najšibkejši členi in tako večajo skupne U-vrednosti oken.

Okvirji se v zadnjih letih razvijajo z uporabo PVC, lesenih in leseno-aluminjastih konstrukcij in

izolacijskih distančnikov.

V nasprotju z izgubami pa primerno zasnovane zasteklitve prinašajo tudi toplotne dobitke. Sončno

sevanje skozi okna vstopa v objekt, s tem pa se lahko pozimi izkorišča kot dodatna energija za

ogrevanje. Seveda pa je treba najti pravilno razmerje zastekljenih površin, saj bi prevelike

zastekljene površine lahko povečevale transmisijske izgube, v poletnem času pa povzročale tudi

pregrevanje prostora (Educate Sustainability).

Senčenje

Za preprečevanje pregrevanja v toplih delih leta morajo imeti zastekljene površine na vzhodu,

zahodu in jugu ustrezno sončno zaščito. Med načrtovanjem senčil je pomembno doseči kompromis

med vdorom sončnih žarkov poleti in pozimi, zato upoštevamo dva ekstremna sončna položaja.

Poleg premičnih pritrjenih senčil na zunanjosti stavbnega ovoja, kot so rolete in žaluzije,

uporabljamo še senčenje v obliki nepremičnih elementov na samem objektu, v obliki nadstreškov,

16


previsov fasad in balkonov. Senčimo lahko tudi s pomočjo elementov v okolici objekta, na primer

listopadnih dreves in drugih preprek (Solar Shading ; Zbašnik Senegačnik, 2009).

3.2.4 Konstrukcijski sistem in gradbeni materiali

Pri energijsko učinkovitih objektih se lahko odločimo tako za masivno kot za lahko gradnjo oziroma

konstrukcijo. Pri masivni gradnji je nosilna konstrukcija iz opečnih zidakov, opečnih zidakov

polnjenih s perlitom in zidakov iz betona ali lahkega betona. Ustrezna debelina toplotne izolacije

se uporabi na zunanji strani. Pri lahkih konstrukcijah je najpogostejša uporaba lesa v obliki

prefabriciranih elementov. Toplotna izolacija se v večini primerov nahaja med nosilno leseno

konstrukcijo. Ker pa ima les večjo toplotno prevodnost kot toplotna izolacija med nosilno

konstrukcijo, prestavlja v steni toplotne mostove, ki poslabšajo njeno toplotno prevodnost. Zato

se nosilni ravni na zunanji ali/in notranji strani doda dodatna plast izolacije. V primerjavi z

masivnimi stenskimi konstrukcijami imajo lahke konstrukcije precej manjšo lastno težo in s tem tudi

slabšo sposobnost dolgotrajnega shranjevanja toplote. (Zbašnik Senegačnik, 2007).

17


Slika 3.7: Prikaz Trombe-Michael sistema [prirejeno po Szokolay, 2008]

Slika 3.8: Prikaz delovanja “priključen steklenjak” [prirejeno po: Educate Sustainability]

3.2.5 Strategije pasivnega delovanja stavbe

Zgoraj omenjeni koncepti zasnove energijsko učinkovitih stavb, od lokacije, orientacije, oblike

objekta do termičnega ovoja stavbe, omogočajo učinkovito pasivno delovanje stavbe. S pravilno

kombinacijo teh konceptov lahko ustvarimo strategije pasivnega delovanja stavbe in objekt na

pasiven način ogrevamo, prezračujemo in hladimo.

Ogrevanje

Pasivno solarno ogrevanje v najenostavnejši obliki temelji na postavitvi zadostnih steklenih površin

proti ekvatorju. Treba je upoštevati tudi vpadni kot sončnih žarkov in uporabo ustreznih senčil, ki

zagotavljajo senčenje v poletnem času in vstop sončnega sevanja v zimskem času. Primerna so

horizontalna senčila, nastavljiva senčila ali previsi nad zasteklitvami primernih dimenzij.

Drugi način pasivnega solarnega ogrevanja deluje s pomočjo mase objekta predvsem pri masivni

gradnji. Masivna stena, izpostavljena sončnemu sevanju, bi lahko delovala kot toplotni zbiralnik,

vendar se toplota hitro izgublja skozi zunanjo površino. To lahko rešimo s pomočjo zasteklitve ali

transparentne izolacije na zunanji strani. Zrak med steno in steklom mora ustrezno krožiti, saj se

v nasprotnem primeru pozimi prehitro ohlaja. Zato se uporablja Trombe-Michael sistem, kjer so

dodane ventilacijske odprtine ob tleh in blizu stropa. Ko se topel zrak dviga, vstopa v prostor

skozi zgornjo odprtino in izpodriva mrzel zrak v loputo pri tleh.

Med podobne pasivne ogrevalne sisteme spada tudi t. i. »priključen steklenjak«. Princip je podoben

kot je Trombe-Michel zid, vendar je zračni prostor mnogo večji. Poleg termalne funkcije je prostor

uporaben tudi za rastline in za sedenje, kot »zimski vrt« ali konservatorij. Ponoči lahko takšen

rastlinjak izgubi mnogo toplote, zato ga je potrebno ločiti od ostalega prostora (Szokolay, 2008).

18


Slika 3.9: Evaporacijsko hlajenje okoliškega zraka (Goulding et al, 1992)

Slika 3.10: Hlajenje ventilacijskega zraka skozi tla [Goulding et al, 1992]

Slika 3.11: Hlajenje z nočnim navzkrižnim prezračevanjem [Goulding, et al, 1992]

Hlajenje

Zadostno hlajenje objekta lahko dosežemo na mnogo načinov s pasivnimi strategijami. Zunanje

dobitke lahko omejimo s pomočjo zadostne izolacije, zmanjšanja velikosti oken, s pomočjo

refleksivnih materialov, ki ne vpijajo tako veliko toplote (npr. bela barva fasade) in s pomočjo

primerne zunanje ureditve. Veliko pripomore tudi omejevanje in nadzor notranjih dobitkov, še

posebej tam, kjer so topla podnebja.

Objekt lahko dodatno hladimo na naslednje načine:

- z evaporacijskim hlajenjem okoliškega zraka (Slika 3.9),

- s hlajenjem ventilacijskega zraka skozi tla (Slika 3.10),

- z nočno radiacijo,

- z nočnim navzkrižnim prezračevanjem (Slika 3.11).

Evaporacijsko hlajenje okoliškega zraka lahko dosežemo tako, da povečamo kontaktne površine med

zrakom in vodo. Pomaga lahko izgraditev bazenov, fontan, vodnih curkov v okolici objekta, kar

omogoči, da se zrak pred vstopom v objekt ohladi.

Temperatura v zemlji na določeni globini je hladnejša kot zunanji zrak in ostaja na precej

konstantni temperaturi skozi leto. To lahko izkoristimo tako, da zrak za prezračevanje objekta

spustimo skozi podzemne kanala, kjer se s pomočjo konvekcije ohlaja. Takšna strategija hlajenja se

po navadi uporablja predvsem v suhih in vročih podnebjih.

Radiacijski prenos toplote se zgodi med dvema sosednjima masama, ki imata različno temperaturo.

Jasne noči so vedno hladnejše, zato se toplota, ki se je čez dan akumulirala v vodnem telesu ali

objektu, oddaja v zrak ponoči. To lahko izkoristimo s pomočjo strešnih ribnikov oziroma bazenov, ki

so čez dan na zunanji strani izolirani in akumulirajo toploto iz objekta, zvečer pa se odprejo in

shranjena toplota lahko seva v nebo.

Izgubljanje toplote lahko pospešimo s pomočjo zraka: ponoči navzkrižno prezračujemo kleti ali

podstrešja. Ta postopek je še posebej priporočen za topla, vlažna podnebja. V vročih, suhih

podnebjih so nočne temperature nizke, zato je potrebno odstraniti toploto, ki se je v objektu

zbrala čez dan. Nočno prezračevanje zato po navadi peljemo mimo visoko termičnih mas, da

odstranimo akumulirano toploto (Goulding et al, 1992).

19


Slika 3.12: Toplotni učinek »dimnika« [Goulding, et al, 1992]

Slika 3.13: »Venturi efekt« [Goulding, et al, 1992]

Prezračevanje

S prezračevanjem zagotavljamo svež zrak v prostoru. Prezračevanje z uporabo naravnih sil za

premikanje zraka lahko močno zmanjša porabo energije, potrebne za prehod zraka. Pasivno

prezračevanje je mogoče doseči z uporabo toplotnega učinka »dimnika« (Slika 3.12), pri čemer se

ogret zrak dviga in sproža pretok zraka v navpični smeri. Zagotoviti je potrebno odprtine na dnu

in vrhu stavbe, tako da lahko topel zrak na vrhu objekta prosto izteka iz stavbe, svež mrzel

zrak pa skozi odprtine na dnu objekta stopa v stavbo. Drugi možni način pasivnega prezračevanja

je »Venturi efekt« (Slika 3.13), pri čemer se oblikuje nizko-tlačna cona s pomočjo vetra in

povzroča gibanje zraka. Ventilacijski učinek je največji, ko veter piha na stavbo pod kotom 45°.

Pretok zraka se regulira s pomočjo odprtin v ovoju stavbe, ki s svojo velikostjo in pozicijo

usmerjajo moč in smer vetra. Najboljša distribucija svežega zraka je dosežena, ko so odprtine

postavljene nasprotno diagonalno (Kilbert, 2013 ; Goulding et al, 1192).

Naravna osvetlitev

Stopnja vizualnega udobja je odvisna od naravne in umetne osvetlitve prostorov. Za doseganje

zadostne količine svetlobe v prostoru, za zmanjšanje uporabe umetne razsvetljave in s tem

posledično zmanjšanje porabe energije je potrebno primerno načrtovati naravno osvetlitev.

Načrtovanje kvalitetne naravne osvetlitve pomeni premišljeno načrtovanje okenskih odprtin, pri

čemer moramo sočasno upoštevati tudi toplotne izgube in solarne dobitke skozi takšne odprtine.

Kvaliteta naravne osvetlitve je poleg velikosti oken precej odvisna tudi od geometrije prostora,

razporeditve oken, naklona okna, barve in teksture notranjih površin. Pomembno je izbrati tudi

okna s primerno karakteristiko stekla, saj se lahko prepustnost svetlobe skozi steklene površine

precej razlikuje. Kot merilo za načrtovanje kvalitetne osvetlitve prostora se uporablja količnik

dnevne svetlobe (KDS). KDS je razmerje med osvetljenostjo na točki v prostoru in osvetljenostjo

vodoravne nesenčene zunanje ravnine. Navadno ga izražamo v odstotkih in se računa na višini 85

cm od tal ter pri oblačnem nebu. Količniki KDS med 2 % in 5 % dajejo zadovoljivo osvetlitev za

normalna opravila. Da bo prostor dobro osvetljen, pa se priporočajo minimalne povprečne vrednosti

KDS 5% (Močnik, 2010).

20


3.2.6 Aktivni tehnični sistemi

Kadar pasivni sistemi ne morejo v celoti zagotoviti bivalnega ugodja, se za dopolnitev njihovega

delovanja uporabljajo aktivni oziroma mehanski sistemi. Poznamo aktivne sisteme za ogrevanje,

prezračevanje in klimatizacijo (HVAC – heating, ventilation and air conditioning). Naloga takih

sistemov je običajno navedena kot obremenitev, zato je iz strojnega vidika naloga pasivnih

sistemov, da zmanjšujejo takšne obremenitve, v kolikor je to izvedljivo (Szokolay, 2008).

Ogrevanje

V centralni Evropi in mnogih drugih predelih so sistemi za ogrevanje v hladnem delu leta nujno

potrebni za skoraj vse stavbe. Zaradi povečanja uporabe toplotne izolacije se pri ogrevanju stavb

ne osredotočamo več toliko na toplotno učinkovitost, kot na pravilno ureditev ogrevalnega

sistema, ki ugodno vpliva na počutje v prostoru (Bauer et al, 2010).

Ogrevanje lahko razdelimo na lokalno ogrevanje, ki je vezano na določen prostor, in centralno

ogrevanje, kjer se toplota proizvaja v objektu in distribuira po prostorih. Poznamo mnogo različnih

virov energije, in sicer fosilna goriva: premog, nafta in plin; elektrika: proizvedena iz fosilnih goriv

(jedrska, hidroelektrarne); in obnovljive vire energije, kot so: sončna in vetrna energija, izkoriščanje

plimovanja, valov, termalne ali geotermalne energije in bioplin. S pomočjo medijev, vode ali zraka pa

se toplota nato transportira po objektu (Szokolay, 2008).

Ogrevalni sistemi

Poznamo ploskovne in radiatorske sisteme ogrevanja. Za ploskovne sisteme je značilno, da prostor

v pretežni meri ogrevajo s sevanjem, zato je lahko temperatura zraka v prostoru od 1 do 2° nižja

kot pri ogrevanju z radiatorji. Med takšnimi sistemi poznamo talno, stensko in stropno gretje.

Talno ogrevanje je izvedeno z razvodom plastičnih ogrevalnih cevi, položenih na toplotno izolacijo

in prekritih z betonskim estrihom. Drugi način talnega ogrevanja je z aktivno betonsko ploščo, kjer

se cevi vgradijo v nosilno konstrukcijo, toplotna izolacija pa je spodaj pod ploščo. Stropno in

stensko ogrevanje je običajno vgrajeno v konstrukcijo ali pa pritrjeno na površino konstrukcije. Ta

dva sistema ogrevanja sta primerna tudi za hlajenje prostora poleti ob uporabi toplotne črpalke.

21


Slika 3.14: Delovanje toplotne črpalke [Zbašnik Senegačnik, 2007]

Kljub boljšemu ugodju v prostoru pri ploskovnem ogrevanju se še vedno pogosto uporablja

radiatorsko ogrevanje. Zanj je značilno, da se ogrevala hitro odzivajo na spremembe potreb po

ogrevanju posameznih prostorov. Sodobni radiatorji so ploščati, z majhno vsebino vode in majhno

toplotno akumulacijo. Vgrajujemo jih ob zunanjih stenah, običajno pod okni, pred njih pa ne smemo

postavljati pohištva ali okrasnih mask.

Poleg teh dveh načinov ogrevanja se predvsem v kombinaciji pogosto uporablja tudi toplozračno

ogrevanje, ki je primerno za visoke energijsko učinkovite objekte, kjer je zaradi zrakotesnosti

objekta potrebno dovajati sveži zunanji zrak. S pomočjo naprav za prezračevanje z rekuperacijo se

toplota vrača v objekt in tako omogoča večjo energijsko učinkovitost (Valenčič et al, 2011).

Toplotna črpalka

Posebna in energijsko učinkovita oblika električnega ogrevanja je toplotna črpalka, ki pri vhodu

električne energije v višini 1 kW proizvaja toplotno energijo do 4 kW. Toplotna črpalka opravlja

prenos toplote s pomočjo delovnega medija, ki prenaša toploto iz okolice (vode, zraka, zemlje) v

poljuben ogrevalni sistem s spremembo svojega agregatnega stanja. Hladila (snovi z nizkimi

temperaturami uparjanja) se uporabljajo v toplotnih črpalkah kot delovno sredstvo, ki v uparjalniku

pod vplivom toplote, ki je bila odvzeta iz okolice, prehajajo iz tekočega v plinasto stanje. V obliki

plina nato hladivo potuje skozi kompresor, kjer se mu zviša tlak in dvigne temperatura zaradi

vloženega mehanskega dela. Kompresorju je potrebno dovesti električno energijo, tekočina pa po

izstopu iz kompresorja preide v kondenzator, kjer odda toploto ogrevalnemu mediju. Hladivo se

nato na račun zmanjšanja gostote začne ohlajati, saj je nastala ekspanzija. Krožni proces je

sklenjen, ko hladivo preide iz ekspanzijskega elementa ponovno v uparjalnik (ToplotnaČrpalka.org,

2010-2011).

Hlajenje

Pravilno projektirane stanovanjske hiše v naših krajih večinoma ne potrebujejo dodatnih hladilnih

naprav. Priporočljiva razlika med temperaturo prostora in okolice je od 5 do največ 8 °C, kar se v

večini primerov doseže že z učinkovitim senčenjem, zapiranjem odprtin preko dneva in nočnim

prezračevanjem. Nove stavbe morajo biti projektirane tako, da s pasivnimi gradbenimi elementi

preprečimo pregrevanje zraka v bivalnih prostorih v času sončnega obsevanja in visokih zunanjih

22


temperatur. Če to ne zadošča, je potrebno uporabiti sistem intenzivnega nočnega in jutranjega

prezračevanja, le izjemoma pa se sme vgraditi sistem za hlajenje stavbe (Valenčič et al, 2011).

Predvsem v nestanovanjskih objektih pa je dodatno hlajenje po navadi nujno potrebno zaradi večje

količine notranjih dobitkov od večje količine ljudi in naprav v prostoru, ter razsvetljave.

Dodatno hlajenje prostora velikokrat poteka s pomočjo hladilnih naprav, ki so namenjene zniževanju

toplotnih dobitkov v zasedenih prostorih. Vendar ni nujno, da hlajenje poteka na način zajema

zraka in uravnavanja oz. vpihovanja v prostor v koncentriranem načinu. Vedno bolj so priljubljeni

načini površinskega hlajenja, vgrajenega v strukturo stavbe. Prednost takih sistemov je, da že

majhna temperaturna razlika med hladilnim agregatom (pogosto voda) in prostorom učinkovito hladi

prostor (Educate sustainability).

Prezračevanje

Ustvarjanje ugodnega notranjega prostora zahteva dovajanje svežega zraka v zaprte prostore.

Zahteve ventilacije oziroma prezračevanja se določajo na podlagi števila uporabnikov oz.

zasedenosti prostora. Pomemben kazalnik ugodja v prostoru je koncentracija ogljikovega dioksida

(Kilbert, 2013). Poleg svežega zraka lahko dovajamo tudi zrak za ogrevanje in hlajenje, sušenje,

vlaženje … Poznamo t. i. industrijsko prezračevanje, ki odstranjuje tudi prah, delce v zraku in

vlago. Podobno kot pri napravah za ogrevanje poznamo tudi pri prezračevalnih napravah lokalne in

centralne instalacije (Educate Sustainability).

Prezračevanje z rekuperacijo

Primeren način prezračevanja energijsko učinkovitih stavb je prezračevanje z vračanjem toplote

odpadnega zraka oziroma prezračevanje z rekuperacijo. Sveži zunanji zrak se zajema zunaj objekta

in dovaja po dobro izoliranih ceveh do prezračevalne naprave. Pred vstopom se v filtru izločijo

prašni delci. V prenosniku toplote (imenovanem tudi rekuperator) se sveži zrak predgreje s

toploto odpadnega zraka, ki se izsesava iz zgradbe. Od tu gre ogreti sveži zrak prek razvodnega

sistema v prostore. Izrabljeni odvodni zrak se zajema v prostorih, obremenjenih z vlago in

vonjavami (kuhinja, stranišče, kopalnica, lahko tudi pomožni prostori), in po kanalih odvede do

prezračevane naprave. V prenosniku toplote odda toploto svežemu in hladnemu dovodnemu zraku,

23


nato se po dobro izoliranih ceveh odvede na prosto. Sodobni prenosniki toplote že skoraj v celoti

izrabijo toploto izstopajočega zraka (okrog 90 %). Dodatno prezračevanje skozi okna z uporabo

takšnih prezračevalnih naprav ni potrebno, saj se zrak hkrati prefiltrira, lahko pa prezračujemo

kombinirano. Prezračevalna naprava največkrat obratuje le pozimi, saj poleti pogosto uporabljamo

kar naravno prezračevanje. Možno pa je obratovanje tudi v poletnih mesecih, ko takšna naprava

lahko delno služi tudi za ohlajevanje zraka.. Nenazadnje potrebuje prezračevalna naprava

električno energijo, ki pa je pri pasivnih hišah omejena z dovoljeno porabo primarne energije (120

kWh/m2a) (Zbašnik Senegačnik, 2009).

Razsvetljava

Razsvetljava je velik porabnik električne energije, še posebej v nestanovanjskih objektih, zato je

potrebno zmanjševati odvisnost objektov od umetne svetlobe in povečevati uporabo dnevne

svetlobe. Pri določanju umetne razsvetljave je mogoče izbirati energijsko učinkovite in efektivne

sisteme. Svetlobni izkoristek nam pove, kako učinkovita je razsvetljava, merimo ga pa lahko v

lumnih na watt [lm/W]. Večja učinkovitost razsvetljave pomeni bolj energijsko učinkovit sistem.

Fluoroscentne luči imajo izkoristke med 80 in 93 lm/W, medtem ko ima LED tehnologija maksimalni

izkoristek 130 lm/W. Poleg tega faktorja sta pomembna še indeks barvne reprodukcije in

temperatura barve.

Poznamo več vrst učinkovitejših svetilk: fluoroscentne sijalke, optična vlakna in svetleče diode

(LED). Najnovejša tehnologija LED razsvetljave je trenutno najbolj energijsko učinkovita in

trajnostna. Prednost LED razsvetljave je ta, da skorajda ne proizvaja toplote, ima najvišje

svetlobne izkoristke, je izredno odporna in dolgotrajna. Življenjska doba LED svetilke je kar 50.000

ur, kar je 20 krat več kot pri običajni žarnici.

Poleg izbire svetil je pomemben tudi nadzor umetne osvetlitve, ki lahko poteka na različne načine

s pomočjo pametnih instalacij. Zatemnitveni sistemi delujejo tako, da zagotavljajo želeno raven

svetlobe glede na količino svetlobe v prostoru. Poznamo pa tudi preklopne sisteme, ki luči samo

prižigajo in ugašajo glede na zasedenost prostora (Kilbert, 2013).

24


Slika 3.15: Poraba energije v stanovanjskih in gospodarskih objektih v ZDA in na Kitajskem [Levine et al, 2007]

3.3 Razlike med energijskim konceptom stanovanjskega in poslovno-skladiščnega objekta

Če želimo primerjati energijsko učinkovito načrtovanje stanovanjskih in poslovno-skladiščnih

objektov, je potrebno vedeti na katerih področjih se takšni objekti razlikujejo. Ker nas zanima

predvsem, kako energijsko učinkovito zasnovati takšne objekte, je potrebno pogledati, kje se

pojavljajo razlike v porabi energije. Pridobljeni podatki porabe energije so za Združene države

Amerike in Kitajsko, saj podobne primerjave za Evropo nismo našli.

Če primerjamo grafične prikaze (Slika 3.15) na levi strani, lahko vidimo, da so stanovanjske stavbe

večji porabniki energije za ogrevanje tople vode in delovanje gospodinjskih aparatov, nasprotno pa

industrijski objekti porabijo mnogo več energije za razsvetljavo in druge potrebe (kot so na primer

potrebe energije za upravljanje raznoraznih strojev). Pri industrijskih objektih v ZDA so bile v

primerjavi s stanovanjskimi, mnogo manjše potrebe po energiji za ogrevanje, medtem ko so bile na

Kitajskem mnogo večje porabe energije za hlajenje. Na takšne rezultate lahko v veliki meri vplivajo

notranji dobitki industrijskih objektov.

Za lažje razumevanje takšnih rezultatov je potrebno pogledati kar nekaj faktorjev, v katerih se

stanovanjski in gospodarski objekti razlikujejo.

Najpomembnejši faktorji so:

časovno delovanje objekta,

notranji dobitki:

število uporabnikov,

število naprav,

razsvetljava …

25


Slika 3.16: Časovno delovanje objekta [lastna grafika]

Slika 3.17: Notranji dobitki v objektu [lastna grafika]

Časovno delovanje objekta

Medtem ko stanovanjski objekti delujejo vse dni v tednu in vse ure v dnevu, pa je obratovalni čas

poslovno-skladiščnih objektov omejen na delovni čas podjetja in delovne dni v tednu (Slika 3.16). To

pomeni, da sistemi za vzdrževanje toplote, hlajenja in prezračevanja pri stanovanjskih objektih

delujejo v polni meri ves čas, medtem ko se pri poslovno-skladiščnih objektih izklapljajo oziroma se

nastavitve spremenijo. Zaradi takšnega delovanja se v poslovno-skladiščnih objektih večkrat

uporabljajo kompleksni aktivni tehnični sistemi, ki se samodejno prilagajajo potrebam objekta in

uporabnikov in preklapljajo nastavitve med delovnim in preostalim časom. V stanovanjskih zgradbah

je nadzor pogosteje prepuščen kar samemu uporabniku, ki v prostoru biva.

Notranji dobitki

Stanovanjski in poslovno-skladiščni objekti se precej razlikujejo tudi glede na notranje dobitke

(Slika 3.17). V stanovanjski zgradbi oz. stanovanju ponavadi živi manj uporabnikov (na primer ena

družina), večje poslovno-skladiščne objekte pa mnogokrat uporablja več ljudi (delavci, zaposleni,

poslovni partnerji, kupci, obiskovalci,..). Velika sprememba je tudi pri napravah v objektih.

Stanovanjski objekti imajo sicer nekaj več naprav za gospodinjska opravila (npr. pralni stroj, sušilni

stroj, pomivalni stroj,..), ki v prostor oddajajo poleg senzibilne tudi latentno toploto, vendar pa je

preostalih naprav v povprečju mnogo manj. V poslovnih prostorih se nahajajo mnoge naprave, kot

so računalniki, monitorji, printerji,… velikokrat pa so dodane tudi takšne, ki oddajajo še mnogo več

toplote, na primer razni stroji za delo. Glede na to, da imajo pisarniški prostori višje potrebe po

osvetljenosti in so takšni objekti večjih površin, je velikokrat nemogoče vse prostore ustrezno

naravno osvetliti. Da lahko zagotovimo primerno okolje za delo je zato potrebno vzpostaviti

primerne sisteme umetne razsvetljave, ki pa v prostor oddajajo dodatno toploto. Danes se sicer

vedno več uporabljajo energijsko učinkoviti sistemi razsvetljave (npr. LED razsvetljava), ki ne

prinašajo dodatne toplotne energije. Posledica mnogih notranjih dobitkov v poslovno-skladiščnih

objektih je povišana potreba po hlajenju objekta v toplih mesecih, medtem ko v zimskih mescih

takšni energijski dobitki izboljšujejo energijsko bilanco stavbe.

26


4 UPORABA GRADBENIH MATERIALOV Z VIDIKA ENERGIJSKE

UČINKOVITOSTI

4.1 Les

Les predstavlja skupaj s kamnom in opeko klasični gradbeni material, ki se je v konstrukcijske

namene uporabljal že od nekdaj. Če ga primerjamo z betonom kot najpogosteje uporabljenim

gradbenim materialom, ima les približno enako tlačno, a precej večjo natezno trdnost. Prednost je

tudi njegova gostota, saj je kar 4 do 6 krat manjša kot pri betonu, kar pomeni, da pri enaki masi

glede nosilnosti nudi veliko več. Ob primerljivi masi zagotavlja celo približno enake konstrukcijske

zahteve kot jeklo.

Glavne fizikalne lastnosti lesa so odvisne od njegove gostote, le-ta pa je odvisna od mnogih

dejavnikov: vrste lesa, sestave lesa, poroznosti, starosti in vlažnosti. Gostota listavcev (650 do

900 kg/m3) je večja od gostote iglavcev (350 do 500 kg/m3). Gostota je odvisna tudi od vsebnosti

vlage, zato se poleg gostote navaja tudi vlažnost lesa. Vlažnost lesa se v splošnem zelo

spreminja, paziti pa moramo, da pred vgradnjo zagotovimo optimalno vlažnost lesa, ki bo povzročila

minimalne spremembe dimenzij vgrajenega elementa (Premrov, Dobrila, 2008).

Zaradi svoje finoporozne strukture je les razmeroma dober izolacijski material. Toplotna

prevodnost lesa je okoli 0,13 W/mK pri iglavcih in 0,20 W/mK pri listavcih (merjeno v smeri

pravokotno na vlakna). V primerjavi z jeklom ali betonom je toplotno raztezanje lesa tako majhno,

da pri gradnji ni relevantno, se pa lahko pojavijo velike relativne toplotne deformacije, ko les

kombiniramo z jeklom, betonom ali steklom. Vzporedno z lesnimi vlakni les lahko enostavno

prenaša natezne in tlačne napetosti, pravokotno na vlakna pa prenaša precej manjše tlačne sile in

zlasti natezne napetosti. Glavna sestavina lesa je celuloza (največ 40–50 %), ki je odgovorna za

natezno trdnost. Ostali del (25–30 %) sestoji iz hemiceluloze, polnil in propolisa, ki izboljšujejo

27


tlačno trdnost, ter veziva, imenovanega lignin (20–30 %). Ostale sestavine so smole, masti, voski,

pigmenti, beljakovine, ogljikovi hidrati in mineralne soli, ki dajejo lesu barvo in vonj ter prispevajo k

njegovi odpornosti in trdnosti. Mehak les prihaja iz hitro rastočih rastlin, trd les pa iz počasi

rastočega drevja. V nasprotju z jeklom ali betonom na les ne vplivajo različne pH vrednosti. Pri

uporabi lesa učinkovito varčujemo z energijo, predvsem zaradi njegove zmožnosti recikliranja

(Deplazes, 2005).

Poznamo tri vrste konstrukcijskih sistemov lesene gradnje: masivno gradnjo, skeletno gradnjo in

okvirno gradnjo. Pri masivni leseni konstrukciji ločimo skladovni sistem, ki je klasični in najstarejši

način lesene gradnje in montažni panelni sistem, med katerega spadajo križno lepljene deske in

masivni stenski sistemi. Pri leseni skeletni konstrukciji je konstrukcija sestavljena iz stebrov, ki

potekajo kontinuirano od temeljev do strehe, stabilnost pa zagotavljajo horizontalni, vertikalni in

diagonalni linijski elementi. Najpogosteje se v sodobni montažni gradnji uporablja okvirna lesena

konstrukcija, kjer imajo, za razliko od skeletne, obloge nosilno funkcijo in zagotavljajo horizontalno

stabilnost objekta. Kot obloge lahko uporabimo obložne plošče, kot so plošče z usmerjenim iverjem

(OSB), mavčno-vlaknene plošče, iverne plošče, mavčno-kartonske plošče … Prostor med pokončniki

in gredami se zapolni s toplotno izolacijo (Premrov, 2013).

4.2 Steklo

Steklo je gradivo z izjemnimi lastnostmi, saj ima sorazmerno visoko tlačno in bistveno manjšo

upogibno in natezno trdnost. Steklo ne gori in ni vnetljivo, ne absorbira in oddaja vode, ter se ne

izsuši. Prav tako se ne zvija in obdrži svojo obliko, ni občutljivo na mraz in temperaturne

spremembe, ne spreminja barve in ne postaja motno (Kresal, 2012).

Gre za anorganski proizvod taljenja kremena, ki postane pri ohlajanju na sobno temperaturo trd in

krhek. Poznamo mnogo različnih produktov stekla, ki ustrezajo različnim namenom, uporaba kot

gradbeni material pa se je razvila šele nedavno. Včasih so steklo pridelovali samo s pihanjem, ki je

omogočalo izdelavo majhnih steklenih izdelkov, v moderni industrijski dobi pa je pomembna

predvsem proizvodnja ravnega stekla. Kot gradbeni material se steklo najpogosteje uporablja kot

transparentna zasteklitev v ovoju stavbe. Uporablja se tudi za notranje stene in kot arhitekturni

28


element. Ko steklo uporabljamo v gradnji, je zaradi varnosti pogosto okrepljeno, kaljeno in lepljeno

(Wurm, 2007 ; Wikipedia).

Za okenska stekla, ki so ploska in ravna, uporabljamo tri osnovne vrste izdelave: vlečena stekla,

valjana ali vlita stekla ter float stekla. Produkcija vlečenega stekla je bila do vpeljave float

stekla edina izhodiščna surovina za izdelavo varnostnega in termoizolacijskega stekla, danes pa se

skoraj ne uporablja več. Valjano steklo proizvajajo tako, da raztaljeno steklovino vlijejo na

obdelovalni plato, nato pa jo z železnim valjem valjajo do želene debeline. Na ta način, in z

uporabo profiliranih valjev, pridobivajo reliefna stekla. Danes se v veliki večini uporablja le še

float steklo. Pri tej tehnologiji se steklena plošča v horizontalni legi in v inertnem okolju oblikuje

na raztaljeni kovinski zlitini, tako da sta obe površini stekla povsem vzporedni in brez napak.

Spreminjanje nekaterih lastnosti stekla dosežemo s tehnološkimi posegi, ki jih lahko razvrstimo v

pet skupin:

- kemična sestava,

- kaljenje,

- lepljenje z vmesnim slojem,

- prevleke (nanosi, folije),

- sestavljanje z vmesnim polnjenjem in dodatki (Kresal, 2012).

4.2.1 Energijske lastnosti stekla

Transparentni elementi zunanjega ovoja so zgrajeni iz izolacijskih stekel. Izolacijsko steklo po EN

1279-1 je mehansko stabilna in trajna enota iz minimalno dveh stekel, ki sta med seboj ločeni z

enim ali dvema medstekelnima prostoroma in po robovih hermetično zaprti. Praviloma so

sestavljena iz dveh zrcalnih (float) stekel, v zaprtem medprostoru pa se nahaja suh plin (argon,

kripton) ali atmosferski zrak. Med stekli je vstavljen distančnik, ki določa širino medstekelnega

prostora. Najpomembnejše lastnosti izolacijskih stekel so: U-vrednost (toplotna prehodnost), g-

vrednost (sončni faktor), stopnja prepustnosti svetlobe, indeks reprodukcije barv,… (Hajdinjak,

2009).

Na toplotno prehodnost okna vplivajo sestavni deli okna: okenski okviri, krila in zasteklitev

29


Tabela 4.1: Toplotne prehodnosti Ug v odvisnosti od števila slojev stekla, vrste plina in nizkoemisijskih nanosov

[prirejeno po: Gustavsen et al., 2007]

Toplotna prehodnost stekla - Ug vrednost [W/m2K]

Konfiguracija zasteklitve [mm] Vrsta plina v medstekelnem prostoru

zrak argon kripton

Brez

nizkoemisijskega

nanosa

4 5.8 - -

4-12-4 2.9 2.7 2.6

4-12-4-12-4 2.0 1.9 1.7

Nizkoemisijski

nanos

4-12-E 1.6 1.3 1.1

4-12-4-12-E4 1.3 1.0 0.8

4E-12-4-12-E4 1.0 0.7 0.5

(število zasteklitev in medprostorov). Pri okvirjih oken lahko izbiramo med lesenimi, plastičnimi in

kovinskimi. Leseni okvirji so ustrezno toplotno izolativni že brez dodatkov, kovinskim okvirjem pa

pogosto dodajo toplotno izolacijski ločilni vložek. Okvirji iz plastičnih mas imajo sicer manjšo

toplotno prevodnost kot kovinski okvirji, vendar pa jim za zmanjšanje prehodnosti dodajajo

toplotno izolacijo vgrajeno v komorah.

Toplotna prehodnost zasteklitve je odvisna od števila stekel oziroma medstekelnih prostorov in

njihove debeline. V sodobni gradnji se uporablja predvsem dvojna ali trojna zasteklitev, poznamo pa

že tudi štiri in petslojne zasteklitve (Grobovšek, 2008).

Na stekla lahko nanašamo nanose ki izboljšujejo lastnosti stekel, kot sta nizkoemisijski nanos in

visokoselektivni nanos. Steklo z nizkoemisijskim oziroma Low-e nanosom je v osnovi float steklo

prevlečeno z izredno tanko funkcionalno plastjo, ki pomaga, da steklo ohrani visoko prepustnost

za svetlobo in energijo sončnega sevanja, močno pa se zmanjšajo toplotne izgube.

Med lastnostmi stekel je za energijski vidik izredno pomembna tudi g-vrednost, ki podaja vrednost

skupnega prehoda sončne energije v odstotkih. Obsevano steklo del sončne energije odbije, del jo

absorbira, preostanek pa direktno prehaja skozenj (Hajdinjak, 2009).

4.3 Jeklo

Jeklo je material, ki je prisoten v vsej arhitekturi 20. stoletja: v ploščah, vezivih, vijakih, žebljih, v

obliki palic in mrež kot armatura v betonu. Konstrukcijsko jeklo je omogočilo razvoj hitro

postavljivih poslovnih objektov, strehe velikih razponov brez vmesnih nosilcev in gradnjo

nebotičnikov. Konstrukcijska jekla delimo na gradbena in splošna konstrukcijska jekla. Med

gradbena jekla uvrščamo jekla za različne vrste jeklenih konstrukcij: za nosilne konstrukcije, za

armiranje betona, za hidroenergetsko opremo, za tlačne posode in rezervoarje. Jeklo klasificiramo

v kakovostne razrede glede na kemijsko sestavo in mehanske lastnosti jekla. Najpomembnejši

lastnosti jekla sta trdnost materiala in meja njegove plastičnosti, pa tudi žilavost, odpornost proti

krhkemu lomu, odpornost proti staranju, korozijska odpornost … (Wikipedia ; Slonep).

30


Tabela 4.2: Materiali in energijska učinkovitost [prirejeno po: Obrecht, 2011]

Material

Gostota materiala Toplotna prevodnost Utelešena energija Emisije CO2

[kg/m3] [W/mK] [MJ/kg] [kg CO2 ekv./kg

materiala]

Beton 2.300 2,3 0,69 0,103

Jeklo 7.800 60 22,7 0,935

Aluminij 2.800 200 125 8,910

Opečni zidak 800 0,27 2,49 0,176

Konstrukcijski les 540 0,13 1,89 -1,409

Steklo 2.500 0,9 15 0,850

4.4 Vidik energetske učinkovitosti materialov

Gradbene materiale lahko primerjamo med seboj s pomočjo količine »sive« energije oziroma energije,

potrebne za pridobivanje in pripravo materiala in analizo njegovega življenjskega cikla. Gradbeni

materiali namreč že v času pridobivanja surovin in same proizvodnje slabo vplivajo na okolje, ga

degradirajo, spreminjajo, nekateri pa so celo zdravju škodljivi.

V Tabeli 4.2 je razvidna količina utelešene energije določenih gradbenih materialov in emisije, ki jih

materiali povzročajo. Konstrukcijski les je edini material, katerega CO2 bilanca je negativna, saj z

lesom ne proizvajamo CO2 emisij, ampak jih celo zmanjšujemo, če izkoristimo uporabo lesa v

energetske namene tudi po koncu življenjske dobe. Najvišja je utelešena energija aluminija, saj za

njegovo proizvodnjo porabimo mnogo energije (Obrecht, 2011). Kljub temu, da ima jeklo visoko

vrednost utelešene energije, je potrebno primerjati tudi količino materiala, ki ga porabimo za

gradnjo. Če primerjamo gradnjo betonskega objekta in objekta z jekleno konstrukcijo ugotovimo, da

je jekla potrebno veliko manj kot betona, celo v takšni meri, da postane raba jekla energijsko

učinkovitejša. Siva energija je visoka tudi pri steklu, vendar steklo vgrajeno v objekt skozi fazo

obratovanja objekta omogoča tudi prepuščanje sončne radiacije, torej solarnih dobitkov, kar prav

tako prispeva k višji energijski učinkovitosti objekta.

31


Tabela 5.1: Parametri energijsko učinkovitega načrtovanja poslovno-skladiščnih objektov

A ENERGIJSKO UČINKOVITA ZASNOVA OBJEKTA

A1 Strategije pasivnega delovanja stavbe

- Pasivno ogrevanje, hlajenje ali prezračevanje

- Pasivno oblikovanje stavbe

Lega in lokacija

Orientacija

Oblika stavbe (faktor oblike)

Termični ovoj stavbe (toplotna izolacija, toplotni mostovi,

zrakotesen ovoj, zasteklitve …)

Konstrukcijski sistemi in gradbeni materiali

A2 Aktivni tehnični sistemi

- Učinkoviti in okolju prijazni aktivni sistemi za ogrevanje, hlajenje in

prezračevanje (toplotna črpalka, prezračevanje z rekuperacijo)

- Vgrajevanje naprav za lastno proizvodnjo električne energije (fotovoltaične

in solarne celice, gorivne celice, vetrnice …)

A3 Upoštevanje zakonodajnih okvirov na področju energijske učinkovitosti stavb

in nagrade za energijsko učinkovitost

- Direktiva o energetski učinkovitosti stavb (EU)

- Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (SLO)

- Razred stavbe po energetski izkaznici (letna potreba po energiji za

ogrevanje in hlajenje objekta)

B ARHITEKTURNA ZASNOVA OBJEKTA

B1 Prostor

- Vpetost v okolje in širšo strukturo

- Interpretacija konteksta in lokacija

- Prostorske vpadnice, dostopi

B2 Stavba

- Funkcionalnost zasnove

- Strukturni sistem in materiali

- Estetika in splošna kakovost

5 PREGLED OBSTOJEČEGA STANJA

5.1 Primeri dobre prakse poslovno-skladiščnih objektov

Med referenčnimi primeri smo iskali gospodarske objekte, ki vsebujejo aspekte poslovnega in/ali

skladiščnega objekta z značilno energijsko učinkovito zasnovo.

Za lažji pregled značilnosti referenčnih primerov poslovno-skladiščnih objektov smo določili

parametre (Tabela 5.1) za načrtovanje energijsko učinkovitih poslovno-skladiščnih objektov. Zaradi

specifične vrste arhitekture in problema magistrske naloge smo kot prvi kriterij postavili

energijsko učinkovito zasnovo objekta, kot drugi kriterij pa arhitekturno zasnovo objekta.

Najprej sledi splošen pregled štirih raznolikih referenčnih primerov (Tabela 5.2), ki so podrobneje

analizirani po parametrih v Tabelah 5.3 do 5.6.

32


Tabela 5.2: Prikaz izbranih referenčnih primerov

Ferreteria O´Higgins Supermarket Spar Full Goods Warehouse Ekoprodukt

poslovno-skladiščni objekt trgovski objekt mešana raba objekta poslovno-skladiščni objekt

GH+A | Guillermo Hevia Love architecture Lake | Flato architects Arhi Petrus (Peter Pavšič udia)

7170 m2 1667 m2 5897 m2 1092 m2

Pudahuel, Santiago; Čile Graz, Avstrija San Antonio, Texas Žeje pri Komendi, Slovenija

2011 2011 2009 2011

Slika 5.1: Ferreteria O´Higgins

Slika 5.2: Supermarket Spar

Slika 5.3: Full Goods Warehouse

Slika 5.4: Ekoprodukt

33


Slika 5.5: Prikaz volumnov objekta Ferreteria O´Higgins

Slika 5.6: Tlorisna zasnova objekta

Slika 5.7: Prikaz sprednje fasade objekta

Slika 5.8: Detajl perforiranih senčil

Slika 5.9: Pasivno prezračevanje

Industrijski objekt Ferreteria O´Higgins

Tabela 5.3: Analiza objekta Ferreteria O´Higgins po parametrih

A ENERGIJSKO UČINKOVITA ZASNOVA OBJEKTA

A1 - Objekt je zasnovan s pomočjo pasivnih in bioklimatskih strategij in omogoča

racionalno rabo energije.

- Kovinska dvojna fasada ustvarja navpičen Venturi efekt za pasivno

prezračevanje (Slika 5.9).

- Za notranjo regulacijo prostorov se zunanja lupina zemlje uporablja kot

temperaturna loputa tako pozimi kot poleti, saj se v objekt spušča naravno

podzemno hlajen zrak in ustvarja stalno prezračevanje in doseganje konstantne

temperature med 18 in 24 °C skozi vso leto (geotermično vremensko

prilagajanje) (Slika 5.9).

- Sonce prihaja v objekt skozi translucentne proge na stropu, s čimer se

popolnoma odpravi potreba po umetni razsvetljavi skozi dan.

- Pred objektom je postavljena večnamenska vodna površina, ki ima poleg

estetske vrednosti tudi druge namene in z izhlapevanjem vode ohranja fasado

hladno v poletnih mesecih, hkrati pa služi kor rezervoar vode v primeru požara.

A2 - Uporabljeni so bili učinkoviti sistemi za racionalno porabo vode, kot so

avtomatski splakovalniki, ki nadzorujejo porabo vode in zmanjšujejo njeno porabo

za približno 65 %.

A3 - Ni podatka

B ARHITEKTURNA ZASNOVA OBJEKTA

B1 - Objekt leži v občini Pudahuel v provinci Santiago v Čilu

B2 - Preprosta arhitektura je sestavljena iz dveh volumnov, ki so posledica podpore

med trdima, zaprtima telesoma (Slika 5.5).

- Na zahodnem delu objekta se nahajajo pisarne, prodajni prostori in tehnični

prostoru, za njimi pa skladiščni in operacijski prostori (Slika 5.6).

- Sprednji del stavbe je razdeljen na dve področji s pomočjo tronadstropne vhodne

avle, kjer izstopa stopnišče kot glavni element prostora.

- Nosilna konstrukcija je obdana z jekleno dvojno lupino iz cortena.

- Zunanja fasada iz cortena spreminja barvo glede na sonce in skozi čas, kar

omogoča da stavba reagira kot živo telo, sprednja fasada izstopa s steklenimi

površinami, ki so senčene s translucentno perforirano pločevino iz cortena

(Slika 5.7 in 5.8).

34


Slika 5.10: Tlorisna zasnova o

poslovno-skladiŠČnega objekta arnovski gozd · 3.2.6 aktivni tehnični sistemi 20 3.3 razlike med...

Documents