Energetska Efikasnost Zgrada u Srbiji Stanje i Perspektive

D. M. [umarac: Energetska efikasnost zgrada u Srbiji ‡ stawe i perspektive TERMOTEHNIKA, 2010 , XXXVI, 1, 11‡29

Dragoslav M. [umarac Gra|evinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija

Energetska efikasnost zgrada u Srbiji ‡ stawe i perspektive Originalni nau~ni rad UDC: 624.05:536.24

U ovom radu su prikazane najnovije informacije iz oblasti energetske efikasnosti u zgradama (stambenim, poslovnim, industrijskim) u Srbiji. Posebna pa`wa je posve}ena energetskoj efikasnosti postoje}ih ili novih zgrada. Prose~na potro{wa energije u zgradama u Srbiji je preko 150 kWh/m 2 godi{we, dok u razvijenim evropskim zemqama iznosi ispod 50 kWh/m 2. Ova ~iwenica primorava nas, inèwere svih specijalnosti, da intenziviramo aktivnosti na postizawu standarda koji vaè u zemqama EU. U ovom radu je prikazano istraìvawe uticaja ventilacionih gubitaka kroz prozore niskog kvaliteta, bilo da je kvalitet wihove izrade lo{, da su izra|eni od lo{ih materijala ili da nemaju adekvatno zastakqewe. Pored ventilacionih gubitaka, koji su u na{im zgradama od velikog zna~aja, posebna pa`wa je posve}ena konduktivnim gubicima, koji su posledica kvaliteta i energetske efikasnosti fasade. Merewima izvr{enim na reprezentativnim zgradama u bloku 34 na Novom Beogradu, sagra|enim 60-tih godina pro{log veka, sve navedene tvrdwe su dokazane. Tokom masivne izgradwe stambenih zgrada u eri socijalizma nije se posve}ivala pa`wa energetskoj efikasnosti. Pored merewa sprovedenih na Novom Beogradu, prikazana su m erewa u tipi~nom tavanskom prostoru u Beogradu. Ovim merewima je pokazano da su tavanski prostori znatno opasniji u pogledu gubitka energije od samih stanova. Posebna pa`wa je posve}ena ispitivawu i primeni plasti~nih prozora. Sva istraìvawa i merewa su izvr{ena u posledwih pet godina uz podr{ku Ministarstva za nauku i tehnolo{ki razvoj Republike Srbije. Ministarstvo prostornog planirawa i za{tite ìvotne sredine prihvatilo je dostignu}a nau~nika u oblasti energetske efikasnosti i po prvi put uvrstilo Sertifikat o energetskoj efikasnosti zgrada u Srbiji u Zakon o planirawu i izgradwi (Slu`beni glasnik RS 72/09). Kqu~ne re~i: zgrade, energetska efikasnost, gubici toplote, merewe gubitaka toplote

Elektronska Elektrons ka adresa autora: [email protected], [email protected]

11

D. M. [umarac: Energetska efikasnost zgrada u Srbiji ‡ stawe i perspektive TERMOTEHNIKA, 2010, XXXVI, 1, 11‡29

Uvod

U socijalisti~koj obnovi zemaqa jedan od projekata je bila masovna izgradwa stanova za radni~ku klasu. To nije bio samo slu~aj sa SFR Jugoslavijom {ezdesetih godina pro{log veka, nego i sa DR Nema~kom, Poqskom, ê{kom i drugim zemqama Isto~nog bloka. Moto tada{weg „dru{tva blagostawa” i izgradwe je da niko nije smeo da bude bez stana, a da je zaposlen. S jedne strane je to bio dobar projekat ali kvalitet stanova je zato bio na niskom nivou. îtavi delovi gradova, kao na primer Novi Beograd, gra|eni su sistemom brze gradwe. O energetskoj efikasnosti se nije ni vodilo ra~una. Fasade su ra|ene sa malo primene gra|evinske fizike. Stolarija lo{eg kvaliteta. To je doprinelo da je potro{wa energije u takvim zgradama i preko 150 kWh/m2 na godi{wem nivou. Ovaj rad predstavqa sublimaciju istraìvawa iz oblasti energetske efikasnosti koji je autor sa saradnicima uradio proteklih pet godina uz podr{ku Ministarstva za nauku i tehnolo{ki razvoj Republike Srbije. U radu je dat prikaz merewa na zgradi u Novom Beogradu u bloku 34, zatim na jednom tipi~nom potkrovqu u Beogradu, kao i istraìvawa u vezi primene PVC prozora u industriji i stanogradwi. Merewa na stambenoj zgradi U toku zime, od 31. d ecembra 2004. do 11. januara 2005, izvr{eno je niz merewa na stambenoj zgradi u ulici Bulevar AVNOJ-a 213, u bloku 34 na Novom Beogradu u tri stana koji se nalaze na I, II i III spratu jedan iznad drugog. Omota~ zgrade ~ine: (1) pod, prema negrejanom podrumu, bruto povr{ine 258,85 m2, (2) tavanica, prema negrejanom tavanu, bruto povr{ine 258,85 m2, i (3) spoqa{wi fasadni zid, ukupne povr{ine 1387,90 m2, koji se sastoji od tri zida razli~ite strukture, koji su tako i u zeti u prora~unu, a ozna~eni su kao ZID1, ZID 2 i ZID3. Kako su merewa obavqena samo sa jedne strane objekta, to je detaqno analizirana samo struktura zida na kome su obavqana merewa (u na{em slu~aju ZID1). Elementi zida i wegove karakteristike dati su u tabl. 1. Tablica 1. Ukupna toplotna otpornost za ZID 1 d [cm]

r [kg/m3]

c [J/kgK]

m [–]

l [W/mK]

d /l [m2K/W]

1

1400

840

12,00

0,7

0,014

0,01

2700

940

600000,00

203

0,000

Stiropor

2

30

1260

45,00

0,041

0,488

Armirani beton (AB)

8

2500

960

90,00

2,33

0,034

Stiropor

6

25

1260

40,00

0,041

1,463

Armirani beton (AB)

6

2500

960

90,00

2,23

0,026

Materijal Knin gips Parna brana

2,025

12


Ukupna toplotna otpornost je R = 2,02 m2K/W, a koeficijent prolaza toplote je k = 1/ R = 0,46 W/m2K {to je mawe od kmaks. = 0 ,90 W/m2K .

Merewa Merewa su vr{ena u tri ista stana na I, II i III spratu. Pre merewa izvr{ene su slede}e promene. U stanu na tre}em spratu su zameweni prozori. Ugra|eni su novi visokokvalitetni prozori sa niskoemisionim staklom nema~kog proizvo|a~a KBE. U stanu na prvom spratu izvr{ena su dihtovawa prozora trakom za dihtovawe na mestima gde je ispod prozora prolazio vazduh. Tako|e su premazane spoqne povr{ine fasade sa obe strane zgrade i popravqene o{te}ene fuge. Na drugom spratu nisu preduzimane nikakve promene. Mereni su temperatura, relativna vla`nost, toplotni fluks i ventilacioni gubici, a fasada je i snimana sa spoqa{we strane termovizijskom kamerom. Temperatura je merena na pet mesta u svakom stanu: na uli~nom zidu (severna strana, S) spoqa, (SS) i unutra (SU), na dvori{nom (ju`na strana, J) zidu, spoqa (JS) i unutra (JU) i u sredini stana (S). Relativna vla`nost je merena u sredini svakog stana. Sa spoqa{we strane je merena na drugom spratu na uli~nom zidu (SS) i na drugom spratu na dvori{nom zidu (JS). Toplotni fluks je meren na jednom mestu u svakom stanu: na uli~nom zidu (S) sa unutra{we strane. Ventilacioni gubici mereni su u stanovima na prvom i tre}em spratu u po jednoj sobi povr{ina 13,01 m2 i spratne visine 2,48 m. Termovizijskom kamerom izvr{eno je snimawe predwe i zadwe fasade sva tri sprata. Na priloènoj {emi (sl. 1) prikazani su poloàji mera~a u stanovima. Ukupno je mereno 39 parametara.

Ure|aji za merewa Za merewe vlage i temperature kori{}en je senzor HIH3602-Honeywell. Senzor se sastoji iz dva dela: Pt1000 senzora za merewe temperature i kapacitivnog polimernog senzora za merewe relativne vla`nosti. [ema poloàja mera~a po stanovima, prikazana je na sl. 1.

Slika 1. Raspored senzora po stanu

13


Podaci su preko A/D konvertora, Pupinovog ure|aja tipa ATLAS-MTU i ATLAS-MAX, preno{eni na industrijski ra~unar (PLC), odakle su modemski slati na ra~unar na kome su merene vrednosti sa svih dava~a akumulirane svakoga sata. Merni sistem izra|en je u Institutu „Mihajlo Pupin” i postavili su ga wegovi inèweri. Toplotni fluksevi su mereni na jednom mestu u svakom stanu fluksmetrima a i prora~unavani iz temperaturske razlike na istim mestima i poznatih toplotnih otpornosti slojeva zida. Ventilacioni gubici su mereni na osnovu JUS U. J5.100 (1983) sa korekcijom na uticaj temperature u skladu sa LAB 08-2-08-055 i LZ 254. Ova merewa je izvr{io Institut za ispitivawe materijala iz Beograda. Za snimawa je kori{}ena termovizijska kamera ameri~ke firme In fra red So lutions Inc.

Rezultati merewa temperature

Na sl. 2(a), 2(b) i 2(v) prikazane su temperaturske promene u stanovima na 1, 2. i 3. spratu. Za prvi sprat postoje 5 izmerenih temperatura (dve spoqa{we, JS i SS i tri unutra{we, JU, S i SU). Ispostavilo sa da dva termoelementa ne funkcioni{u ispravno i zato su izostale po jedna temeperatura na drugom (SS) i jedna na tre}em spratu (JS). Grafici predstavqaju promene temperatura u toku vremena, merene svakog sata u toku ovih 12 dana. Svaka kriva je nacrta na pomo}u 2412 = 288 ta~aka. To najboqe govori o preciznosti merewa.

Slika 2. S ‡ temperatura vazduha u sredini stana, SU ‡ temperatura severnog zida unutra, JU ‡ temperatura ju`nog zida unutra, JS ‡ temperatura ju`nog zida spoqa, SS ‡ temperatura severnog zida spoqa

14


Tablica 2. Sredwe temperature i standardne devijacije

Sa sl. 2(a), 2(b) i 2(v) vide se mnogi podaci. Kao Sprat JS JU S SU SS prvo, broj pikova odgovaT [°C] 9,22 18,44 22,86 19,43 5,51 ra broju dana (12). Spoqa1 stand. dev. [°C] 4,39 1,04 0,53 1,06 1,84 {we temperature su niè od unutra{wih. VarijaT [°C] 9,61 18,93 23,10 1 8,78 – 2 cija temperature pri smestand. dev. [°C] 4,99 1,49 0,86 1,44 – ni dan-no} mawa je na seT [°C] – 20,33 24,69 19,48 5,49 vernoj (SS) nego na ju`3 noj (JS) spoqa{woj strastand. dev. [°C] – 1,16 0,74 1,50 1,89 ni. Ovo je vrlo izraèno, jer se radi o nizu od 12 sun~anih dana kada je temperatura zida sa spoqa{we strane na ju`noj strani rasla i do blizu trideset stepeni. Vidi se, zatim, da su temperature zidova sa unutra{we strane, i na ju`noj i na severnoj strani, niè od temperature vazduha u sredini stanova. Iz tabl. 4 vidi se da je sredwa temperatura stana na tre}em spratu za dva stepena vi{a od sredwih temperatura na prvom i na drugom spratu. Ovo je neposredna posledica promene prozora na tre}em spratu {to je uticalo na smawewe gubitaka toplote. Rezultati merewa relativne vla`nosti

Na sl. 3 prikazane su zavisnosti relativne vla`nosti u stanovima i na spoqnim povr{inama ju`ne i severne fasade na svaki sat u toku 12 navedenih dana. Vidi se da su pri niìm temperaturama vi{e relativne vla`nosti {to je u skladu sa Klauzijus-Klapejronovom jedna~inom. Tako|e se vidi da su i varijacije relativne vla`nosti izraènije pri ve}im temSlika 3. JS ‡ relativna vla`nost ju`nog zida spoqa, peraturskim promenama {to je SS ‡ relativna vla`nost severnog zida spoqa slu~aj sa ju`ne strane zgrade gde su temperaturske promene ve}e. Tako|e se zapaà da je vremenska varijacija relativne vla`nosti u stanu na tre}em spratu mawa od varijacije vla`nosti u stanovima na drugom i prvom spratu. Ovo se moè dovesti u vezu sa okolno{}u da su na tre}em spratu promeweni prozori i time, sigurno, smawena infiltracija. U tabl. 3 prikazane su sredwe relativne vla`nosti i odgovaraju}e standardne devijacije pri izra~unavawu sredwih vrednosti. S obzirom na standardne

15


Tablica 3. Sredwe relativne vla`nosti i standardne devijacije

Sprat 1 2 3

JS

S

SS

r [%]

–

29,92

–

stand. dev. [–%]

–

2,26

–

r[%]

59,15

28,05

72,74

stand. dev. [–%] 1 4,24

2 ,08

8,13

r [%]

–

30,50

–

stand. dev. [–%]

–

1,12

–

devijacije moè se re}i da su sredwe vla`nosti u stanovima pribli`ne, kao i da je sredwa vla`nost na ju`noj strani napoqu nià od one na severnoj strani napoqu. Standardna devijacija na ju`noj strani je ve}a od one na severnoj zato {to je ve}a i varijacija na tome delu. Standardne devijacije u stanovima su mawe, jer su mawe i varijacije temperature nego napoqu.

Rezultati merewa gustine toplotnog fluksa

Na sl. 4 prikazane su izmerene zavisnosti gustine toplotnog fluksa kroz severni zid u sva tri stana u funkciji vremena sa odmeravawem na svaki sat u toku navedenih 12 dana. Na sl. 5(a) i 5(b) prikazane su izmerene i izra~unate vrednosti gustina toplotnog fluksa u funkciji vremena sa odmeravawem na svaki sat u navedenom periodu. Gustine toplotnih flukseva su izra~unate na bazi izmerenih temperatura za odgovaraju}e spratove i severni zid (spoqa i unutra) i na osnovu odre|ene toplotne otpornosti za taj zid (tabl. 1). Sa grafika na sl. 5(a) i 5(b) vidi se da je slagawe izme|u izmerenih gustina toplotnih flukseva Slika 4. Satne vrednosti gustine toplotnog fluksmetrima i ovako odre|enih vrlo fluksa q kroz severni zid u sva tri stana dobro. Da je slagawe izvrsno jo{ boqe

Slika 5. Upore|ewe izmerene i prora~unate gustine toplotnog fluksa u zavisnosti od vremena za stan na prvom (a) i tre}em (b) spratu

16


se vidi sa grafika na slikama 6(a) i 6(b) gde su prikazane relativne razlike ovih dveju vrednosti u funkciji vremena. Pikovi koji se javqaju na nekim mestima i koji odstupaju od nulte relativne razlike, o~igledno su posledice nekih pojava smetwi vezanih za merewe.

Slika 6. Relativna razlika izme|u izmerenih i izra~unatih gustina toplotnog fluksa u toku vremena za prvi (a) i tre}i (b) sprat

Rezultati merewa ventilacionih gubitaka

Merena je zapremina izvu~enog vazduha iz prostorija pri potpritisku od 50 Pa, u toku 5 minuta. Izvr{ena su po tri merewa u svakom stanu. Pritisak je kontrolisan u prostorijama i izvan wih. Kontrolisana je sredwa temperatura. Broj izmena vazduha u prostorijama dobijen je kao koli~nik zapremine izvu~enog vazduha iz prostorije i efektivne zapremine prostoije. Ustanovqeno je da je sredwi broj izmena vazduha u stanu na prvom spratu 6,4 1/h, a u stanu na tre}em spratu 5 1/h. Rezultati merewa termovizijskom kamerom

Snimawe je izvr{eno po obla~nom danu, tako da ni jedan deo fasade nije bio osun~an, pa su uslovi snimawa bili idealni. Spoqa{wa temperatura vazduha iznosila je 8 °C. Iz snimaka je ustanovqeno da se temperatura prozora kretala izme|u 10,9°C i 16,3 °C, {to je u skladu sa okolno{}u da fasada mora biti toplija od okolnog vazduha. Prozori na drugom spratu topliji su od prozora na tre}em spratu za 2°C, {to zna~i da novi prozori boqe termi~ki izoluju. Prime}uje se da je zona ispod novougra|enih prozora tako|e toplija. To je posledica lo{e izvedenog zaptivawa novougra|enih prozora. Zapaèno je da je dowa tre}ina prozora na prvom spratu toplija od gorwe dve tre}ine. To je zato {to su pri snimawu roletne za toliko bile spu{tene i dokazuje da spu{tawe roletni dodatno termi~ki izoluje. Efekat ventilacionih gubitaka

Koli~ina toplote koja se u jedinici vremena mora nadoknaditiQ [J/h] usled  [kg/h] u jedinici vremena, moè se izraziti na slede}i na~in: protoka vazduha mase m

17


 p DT  n rVc p DT [J/ Q  mc h]

(1)

gde je n [1/h] broj izmena vazduha u prostoriji na sat, r [kg/m3] gustina vazduha, V [m3] zapremina prostorije, c p [J/kgK] specifi~na toplopta vazduha pri konstantnom pritisku, i DT [K] razlika unutra{we i spoqa{we temperature u zimskom periodu. Na osnovu izraza (1) odre|uju se specifi~ni toplotni gubici q [J/m2h], tj. toplotni gubici po jedinici korisne povr{ine S, i oni iznose:

q 

Q S

 n rhc p DT [J/ m 2 H]

(2)

gde je h visina prostorije. Ako se prostorija greje s [h/d] sati dnevno i d [d/a] dana godi{we i kada se sa J pre|e na kWh dobija se:

q = 3,3310–4 nhsd DT [kWh/m2a]

(3)

Po{to je u Beogradu, prema podacima Beogradskih elektrana, s = 16 h / d, a broj dana u toku kojih se greje godi{we d = 160 d/a i DT = 5 K, iz izraza (3) se dobija:

 25,6 kWh / m 2 a, n  2 [1/h]  q   64 ,0 kWh / m 2 a, n  5 [1/h]  81,9 kWh/ m 2 a, n  6,4 [1/h] 

(4)

O~igledno je da su toplotni gubici usled razmene vazduha vi{e nego zna~ajni, kada se uporede sa 100 kWh/m2, {to predstavqa karakteristi~nu vrednost ukupnih specifi~nih toplotnih gubitaka. Smawivawem broja izmena vazduha sa 5 do 6 1/h na vrednost koju dozvoqava stanard od 2 1/h, mogla bi da se postigne velika u{teda energije.

Merewa na tipi~nom potkrovqu

Posle istraìvawa i merewa koja su obavqena na tri stana u zgradi na Novom Beogradu u toku 2005. i 2006. godine, a koja su objavqena u radu na 36. KGH Kongresu [5], logi~an nastavak su bila istraìvawa i na tipi~nim potkrovqima u Beogradu. Merewa su izvr{ena na dva potkrovqa na istoj lokaciji u Mirijevu u Beogradu. Prvo potkrovqe (staro) je izgra|eno 1987. godine, bez adekvatne termi~ke za{tite i drugo (novo) rekonstruisano po svim standardima energetski efikasnih objekata. Ura|ena su merewa ventilacionih gubitaka, sa posebnim akcentom na kvalitetu ugra|enih prozora i krovnih baxa koje postoje na ovim potkrovqima. Rezultati su potkrepqeni i merewima termovizijskom kamerom [6, 7].

18


Tipi~na potkrovqa u Srbiji

U Beogradu i Srbiji uop{te, postoje razli~iti tipovi potkrovqa. Naj~e{}e se u samom tavanskom prostoru adaptiraju stambene jedinice sa ugra|enim krovnim prozorima. Pored toga postoje potkrovqa sa krovnim baxama, sl. 7( a), koje se izra|uju da bi se izbegli prozori u krovnoj ravni. Tre}i tip potkrovqa dobija se nadzi|ivawem, naj~e{}e ravnih krovova, sl. 7(b). Sva potkrovqa su ra|ena od lakih materijala, drvene konstrukcije op{ivene limom, i sa jednim slojem mineralne vune, debqine 5 cm.

Slika 7. Tipi~na potkrovqa: (a) sa krovnim baxama, (b) dobijena nadzi|ivawem ravnog krova

Merewa su obavqena na dva potkrovqa, starom i rekonstruisanom. Staro potkrovqe je ra|eno 1987. godine. Na wemu nisu vr{ene nikakve rekonstrukcije. Prozori su drveni sa dvostrukim staklom, a ugra|eni su u baxe. Drveni okviri su u dosta lo{em stawu. Krovne baxe su izra|ene od drvene konstrukcije sa slojem ter papira spoqa i unutra i jednostrukim slojem mineralne vune debqine 5 cm, sl. 8(a). Daske koje su se nalazile prema unutra{wosti stana su se rasu{ile sa velikim prorezima izme|u wih {to je davalo velike ventilacione gubitke. Sa spoqa{we

Slika 8. Krovne baxe pre rekonstrukcije i u toku rekonstrukcije

19


strane baxa bio je lim dosta dobrog kvaliteta. Rekonstrukcija baxa obuhvatila je postavqawe sa spoqa{we strane sloja stiropora debqine 5 cm i vodootpornog maltera, sl. 8(b). Sa unutra{we strane postavqen je sloj stiropora debqine 2cm, a preko wega umesto lamperije, gips kartoni. Drveni prozori su zameweni PVC petokomornim prozorima sa dvostrukim niskoemisionim staklom i puwewem argonom. Prozori su od profila nema~ke proizvodwe poznate firme KBE. Rezultati merewa ventilacionih gubitaka na potkrovqima

Oprema kojom je izvr{eno merewe prikazana je na sl. 9. Merena je zapremina izvu~enog vazduha iz prostorija pri potpritisku od 50 Pa, u toku 5 minuta (kao i u slu~aju zgrada, poglavqe: Rezultati merewa ventilacionih gubitaka). Izvr{ena su po tri merewa u svakom potkrovqu. Pritisak je kontrolisan u prostorijama i izvan wih. Kontrolisana je sredwa temperatura. Broj izmena vazduha u prostorijama dobijen je kao koli~nik zapremine izvu~enog vazduha iz prostorije i efektivne zapremine prostorije. Na starom potkrovqu nije ni bilo mogu}e izvr{iti merewe dok se nije izvr{ilo oblagawe lamperije PVC folijom (sl. 10). Rezultati merewa na starom potkrovqu dati su u tabl. 4.

Slika 9. Oprema za ispitivawe

Slika 10. Oblagawe PVC folijom lamperije

Broj sredwih izmena je bio 15,5 na ~as, iako je izvr{eno oblagawe lamperije PVC folijom. To je pet puta vi{e od dozvoqenog broja izmena po propisima. Rezultati merewa na rekonstruisanom potkrovqu dati su u tabl. 5. Iz tabl. 5 se jasno vidi da je posle oblagawa baxa i posle ugradwe savremenih PVC prozora KBE, broj izmena vazduha u toku jednog sata smawen na 0,5, {to je izvanredan rezultat. Rezultati merewa termovizijskom kamerom

Snimawe je izvr{eno po sun~anom prohladnom danu u jutarwim satima, 14. aprila 2006. godine. Jo{ uvek su Beogradske elektrane isporu~ivale toplotnu ener-

20


giju, tako da su temperaturne razlike spoqne i unutra{we temperature bile velike, pa su uslovi snimawa bili idealni. Spoqa{wa temperatura vazduha iznosila je 5 °C. Snimci termovizijskom kamerom dati su na sl. 11 i 12. za staro i novo potkrovqe, za prozor u dnevnoj sobi, kao i u tabl. 6 i 7. Sa snimaka se vidi da je temperatura stakla uz dowu ivicu kod prozora starog potkrovqa L5 = 18,65 °C, dok je tempreratura stakla uz dowu ivicu kod prozora rekonstruisanog potkrovqa L2 = = 21.75 °C, {to zna~i da je razlika u temperaturi oko 3 °C. Dakle, novi prozori imaju boqe karakteristike u smislu termi~ke izolacije.

Tablica 4. Rezultati merewa na starom potkrovqu

Merewe br. 1 Merewe br. 2 Merewe br. 3 p1/ t sr [Pa/°C]

50/20

55/20

45/20

p2 [Pa]

60

66

54

D p [Pa]

10

11

9

q [m3 /h]

504

536

472

q sr [m3 /h]

504

Broj izmena

P = 15,5 1/h

Tablica 5. Rezultati merewa na rekonstruisanom potkrovqu

Merewe br. 1 Merewe br. 2 Merewe br. 3 p1 [Pa] / t sr [°C]

50/20

55/20

45/20

p2 [Pa]

55

61

49

D p [Pa]

5

6

4

q [m /h]

16

19

13

3

q sr [m3 /h]

Broj izmena

Slika 11. Snimak termovizijskom kamerom prozora u starom potkrovqu

16 P = 0,5 1/h

Slika 12. Snimak termovizijskom kamerom prozora u novom potkrovqu

Primena PVC prozora

Posledwih pedest godina u Evropi i kod nas sve je u~estalija primena PVC prozora ne samo u industrijskim objektima ve} i u stanogradwi. Ovako izra|eni

21


Tablica 6. Rezultati merewa na prozoru starog potkrovqa Oznake*

Emisivnost

Pozadina

Prose~an

Standardne devijacija

Maksimum

Minimum

A1

0,92

17,98

20,45

0,31

21,9

19,5

A2

0,92

17,98

19,11

0,66

20,6

17,2

A3

0,92

17,98

21,61

0,42

22,6

20,5

A4

0,92

17,98

19,03

0,48

20,5

18,0

A5

0,92

17,98

22,76

0,71

24,4

20,8

L1

0,92

17,98

16,15

0,46

17,3

15,0

L2

0,92

17,98

18,86

0,62

19,9

17,6

L3

0,92

17,98

21,34

0,36

21,9

20,2

L4

0,92

17,98

15,86

0,42

16,6

15,2

L5

0,92

17,98

18,65

0,26

19,4

18,0

P1

0,92

17,98

20,56

–

–

–

P2

0,92

17,98

20,35

–

–

–

P3

0,92

17,98

43,32

–

–

–

P4

0,92

17,98

24,97

–

–

–

* A1 ‡ prozorsko staklo; A2 ‡ prozorski ram (dowa ivica); A3 ‡ prozorski ram (desna ivica); A4 ‡ zid desno od prozora; A5 ‡ zid ispod prozora; L1 ‡ {tok (dowa ivica); L2 ‡ {tok (desna ivica); L3 ‡ prozorsko staklo (uz desnu ivicu rama); L4 ‡ {tok (dowi desni ugao); L5 ‡ prozorsko staklo (uz dowu ivicu rama); P1, P2 ‡ zid (desno od prozora); P3 ‡ radijator; P4 ‡ zid iznad radijatora

Tablica 7. Rezultati merewa na prozoru rekonstruisanog potkrovqa Oznake** Emisivnost

Pozadina

Prose~an

Standardne devijacije

Maksimum

Minimum

A1

0,92

20,98

23,15

0,29

24,9

22,1

A2

0,92

20,98

21,65

0,38

22,6

20,6

A3

0,92

20,98

19,62

0,50

21,5

18,7

A4

0,92

20,98

22,68

0,51

23,6

21,1

A5

0,92

20,98

18,29

0,61

19,2

17,0

L1

0,92

20,98

21,57

0,30

22,1

21,0

L2

0,92

20,98

20,71

0,42

21,7

19,5

L3

0,92

20,98

20,19

0,29

20,7

19,4

L4

0,92

20,98

23,54

0,30

24,1

22,5

L5

0,92

20,98

21,34

0,35

22,1

20,5

P1

0,92

20,98

18,94

‡

‡

‡

P2

0,92

20,98

19,75

‡

‡

‡

P3

0,92

20,98

25,1

‡

‡

‡

** A1 ‡ prozorsko staklo; A2 ‡ prozorski ram (dowa ivica); A3 ‡ {tok (dowa ivica); A4 ‡ prozorski ram (desna ivica); A5 ‡ {tok (dowi levi ugao); L1 ‡ prozorsko staklo (uz levu ivicu rama); L2 ‡ prozorsko staklo (uz dowu ivicu rama); L3 ‡ {tok (leva ivica); L4 ‡ zid ispod prozorskog parapeta; L5 ‡ prozorsko staklo (uz desnu ivicu rama); P1 ‡ {tok (dowi desni ugao); P2 ‡ zid, levo od prozora; P3 ‡ zid iznad radijatora

22


prozori su jeftini, jednostavni za odràvawe ali se ne mogu koristiti kod velikih fasada kao aluminijumski. O mehani~kim i termi~kim karakteristikama ovih prozora bi}e re~i u ovom poglavqu. U okviru istraìvawa najva`niji je prora~un mehani~kih uticaja na okvir prozora. Od tih osobina zavisi kakva }e primena biti i na velike fasade PVC prozora u budu}nosti. Na sl. 13 dat je karakteristi~an presek {toka i krila prozora, a na sl. 14 dat je prora~unski model ne{to upro{}eniji. Krilo je modelirano kona~nim elementi-

Slika 13. Popre~ni presek {toka i krila PVC prozora debqine 112

Slika 14. Aproksimativni model popre~nog preseka krila

ma tipa quske (shell). Pri tome imamo dva tipa materijala, ~eli~ni, unutar samog krila, i plasti~ni koji je oko wega. Ukupan broj elemenata je 3800, a broj ~vorova 4040. Grani~ni uslovi su slobodni oslonci u ~etiri ta~ke. Dve su {arke na {toku, a dve mehanizmi za zatvarawe prozora. Moduo elasti~nosti ~elika je 210 GPa, a plastike 10 puta mawi. Ovakav model je dovoqan u numeri~kom smislu da obezbedi izvanrednu ta~nost. Od optere}ewa uzet je vetar uobi~a jen za prora~une u Beogradu od 0.9 kN/m 2. Taj vetar se prenosi preko stakla na okvir krila. Samim tim on je nanet kao linijsko optere}ewe na okvir krila. Na sl. 15 prikazan je kompletan numeri~ki model za prora~un na mehani~ke uticaje. Iz analize naprezawa, koja su data na sl. 16, vidi se da je najoptere}eniji ugao samog krila. Tu su najve}a naprezawa, Slika 15. Model kona~nih elemenata krila

23


mada je tu ram i najkru}i. Za optere}ewe vetrom od 0,90 kN/m 2, odnosno 0,27 kN/m po ramu krila, maksimalni napon u plasti~nom delu u uglu je 18,9 MPa. Maksimalni napon u ~eliku je kod oslonca ({arke) i iznosi 14,85 MPa, a u plasti~nom delu na istom mestu je 7,92 MPa. Za vetar od 0,90 kN/m2 najve}e pomerawe je na sredini krila i iznosi 0,164mm (sl. 16). O~igledno je da su pomerawa toliko mala da i pri uobi~ajenom vetru u Beogradu ne dolazi do promene zaptivenosti i velikih ventilacionih gubitaka. Klasifikacija profila na otpornost na poàr (EN13501-2:2003)

Slika 16. Deformacija krila usled vetra 0,9 kN/m2

Slika 17. PVC prozor

24

Istraìvawa su obavqena u Centru za istraìvawe poàra u Holandiji (TNO Built Environment and Geosciences, Rijswijk, The Netherlands) po evropskim normama (EN 13501-2:2003). Na sl. 17 i 18 pokazani su modeli prozora izloèni poàru. Na sl. 17 prikazan je prozor od PVC profila izloèn poàru, a na sl. 18 drveni prozor izloèn poàru istog intenziteta. Jasno je da je otpornost na poàr PVC prozora mnogo ve}a i u laboratoriji u Holandiji je dobijena klasifikacija otpornosti EW 30-ef , odnosno pona{awe prozora od PVC profila pri poàru je zadovoqavaju}e.

Slika 18. Prozor od drveta


Profili od kombinacije PVC i aluminijuma

Poznato je da su prozori od aluminijumskih profila najboqih mehani~kih karakteristika i da se mogu koristiti i za fasade najve}ih dimenzija. Me|utim aluminijumski profili su i najskupqi. Kombinacijom PVC i aluminijuma zadràvaju se termi~ke karakteristike na visokom nivou i jednog i drugog profila, ali se zna~ajno popravqaju mehani~ke karakteristike PVC. Pri tome se cena takvih profila u odnosu na PVC profile neznatno pove}ava, a u odnosu na aluminijumske zna~ajno smawuje.

Slika 19. Kombinacija PVC i aluminijuma

Slika 20. Kombinacija PVC i aluminijuma ‡ popre~ni presek {toka i krila

Na sl. 22. prikazana je zgrada „Por{ea” u Beogradu na kojoj je uspe{no primewen profil sa kombinacijom PVC i alumini juma. Kako se sa slike vidi prozori su neuobi~ajeno velikih dimenzija.

Slika 21. Kombinacija PVC i aluminijuma ‡ pove}awe nosivosti u oba pravca

Slika 22. Zgrada „Por{ea” u Beogradu

25


Mehanizmi za kontrolisanu prirodnu ventilaciju

Uo~eno je da nekada i velika zaptivenost objekata moè da izazove negativne efekte poput stvarawa kondenzata odnosno stvarawa bu|i. Naime pri rekonstrukciji {kola, koje se naj~e{}e obavqaju tokom leta, kada se zamene dotrajali prozori sa novim PVC prozorima, a posle kre~ewa, ako se ne posveti dovoqno pa`we mehani~kom provetravawu u~ionica, gotovo po pravilu dolazi do pojave bu|i. Na sl. 23 prikazan je mehanizam za prirodnu ventilaciju. Pokretni deo, pri malom pritisku (pri malim brzinama vetra) je otvoren. Me|utim, pri ve}im brzinama dolazi do wegovog zatvarawa. Sam proces ugra|ivawa je jednostavan, sl. 24. Na dva dela {toka, zaptivna guma se se~e, pri ~emu se na drugom ugra|uje mehanizam, tako da je prirodna cirkulacija omogu}ena. Na sl. 25 je prikazan na~in rada mehanizma za prirodnu ventilaciju. Osnovne karakteristike mehanizma za prirodnu ventilaciju KBE Clima TEC_70 sistema su:

Slika 23. Mehanizam za prirodnu ventilaciju (REGEL-air) u „otvorenom stawu” Slika 24. Ugra|eni mehanizam za prirodnu ventilaciju

Slika 25. Na~in rada mehanizma za prirodnu ventilaciju

26

‡ samo-regulatorni sistem za prirodnu ventilaciju, ‡ omogu}uje kontrolisanu izmenu vazduha i elimini{e pojavu bu|i, ‡ zadovoqava preporuke o energetskoj efikasnosti, ‡ potpuno je pokriven spoqa{wim okvirom, tako da je nevidqiv, ‡ lako se instalira, i ‡ obezbe|uje i zvu~nu izolaciju. Na~in rada mehanizma za prirodnu ventilaciju je prikazan na sl. 25.


Zakqu~ak

Na osnovu merewa obavqenih na zgradi u bloku 34 na Novom Beogradu, moè se zakqu~iti da je postavqawe novih prozora doprinelo povi{ewu sredwe temperature u stanu na tre}em spratu za 2 °C. Postavqawe prozora smawilo je infiltraciju, i to se vidi iz smawene varijacije relativne vla`nosti. Merewe je pokazalo da je projektovana termoizolacija zida 1 zaista i izvedena, i da se nije promenila u toku eksploatacije zgrade, jer su izmerena i izra~unata gustina toplotnog fluksa jednake, a to je mogu}e jedino ukoliko je ekvivalentna toplotna otpornost odre|ena na osnovu projektnih podataka zaista takva kako je predvideo projekat. Tako|e se moè zakqu~iti da se dobici usled zra~ewa ne smeju zanemarivati jer to sledi iz o~igledne ~iwenice da se ju`na fasada zagrevala do vrlo visokih temperatura tokom sun~anih dana. Upore|ivawem varijacije temperature na ju`noj i na severnoj fasadi spoqa, mogu}e je ustanoviti koji su dani bili sun~ani. Dan kada je velika razlika izme|u ovih dvaju temperatura bio je sun~an. Na osnovu ovakvog pristupa mogu}e je ustanoviti da je od 12 analiziranih dana bilo 9 sun~anih (sl. 2). Ventilacioni gubici zgrada su zna~ajni u slu~ajevima lo{e drvene stolarije. Na osnovu merewa na potkrovqima, pre svega ventilacionih gubitaka, moè se zakqu~iti da su potkrovqa prave termi~ke rupe u omota~ima zgrada, ukoliko nisu adekvatno termi~ki izolovana. U ovom primeru nije bilo mogu}e ni izmeriti ventilacione gubitke dok baxe nisu bile obloène dodatnom PVC folijom. Postavqawe novih PVC prozora, poznate nema~ke firme KBE, doprinelo je povi{ewu sredwe temperature prozorskog stakla za ~ak 3 °C. Dodatno oblagawe baxa spoqa stiroporom, rabic mreòm i malterom, kao i dodatni stiropor od 2cm sa unutra{we strane sa gips kartonima doprineli su, zajedno sa ugradwom novih prozora, da ventilacioni gubici spadnu sa 15,5 izmena po satu na svega 0,5 izmena po satu. Kao {to je zakqu~eno i posle merewa na stanovima, za potkrovqa je jo{ vi{e potrebno uneti u pravilnike o tehni~kom prijemu zgrada stroìje kontrole o izvr{enoj termi~koj za{titi i kvalitetu ugra|enih prozora. Zahvaquju}i i ovim istraìvawima, u novom Zakonu o planirawu i izgradwi u{la su dva ~lana koja uvode tzv. Sertifikate energetske efikasnosti zgrada. Kao {to Evropa ima za svaku zgradu „paso{” energetske efikasnosti tako|e i kod nas }e postojati Sertifikat energetske efikasnosti zgrade. To }e sigurno popraviti energetsku efikasnost u Srbiji i nametnuti nove konkretne aktivnosti inèwerima svih struka koji se bave energetskom efikasno{}u. Zahvalnost

Autor je zahvalan za finansijsku podr{ku dobijenu od Ministarstva za nauku i tehnolo{ki razvoj Republike Srbije kroz projekte iz oblasti energetske efikasnosti 283005 i 18228.

27


Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6]

[7] [8] [9]

28

Eckert, E. R. G., Introduction to the Transfer of Heat and Mass, McGraw-Hill, New York, USA, 1950 Schild, E., Gasselmann, H. F., Günter, D., Rainer, P., Bauphysik, Planung und Anwendung, Frider,Vieweg & Sohn, Braunschweig, Wiesbaden, Deutschland, 1979 Moor, H., Physikalische Grundlagen – Bau und Energie, Verlag der Fachvereine an den schweizerischen Hochschulen und technischen AG, Zürich und B. G. Teubner Verlag, Stuttgart, Deutschland, 1993 [umarac, D., A Solution of the Two Dimensional Thermoelasticity Problem by the Finite El ement Method, Pro ceedings (Eds. R. W. Lewis, K. Mor gan), Numerical Methods in Thermal Problems, Vol. IV, Pineridge Press, Swansea, UK, 1985, 1248 [umarac, D., Georgijevi}, V., ]ori}, S., An|elkovi}, M., Dikovi}-Kordi}, N., Vasiqevi}, P., \urovi}-Petrovi}, M., Energetski gubici zgrada, Zbornik radova , 36. me|unarodni kongres o klimatizaciji, grejawu i hla|ewu, Beograd, 2005, 178‡185 [umarac, D., Mandi}, R., Tri{ovi}, N., \urivi}-Petrovi}, M., Kordi}-Dikovi}, N., Ivani{evi}, D., Predojevi}, B., Energetski gubici potkrovqa, Zbornik radova (ur. B. Todorovi}), 37. me|unarodni kongres o klimatizaciji, grejawu i hla|ewu „SMEITS ”, Beograd, 2006, 369‡375 \urovi}-Petrovi}, M., [umarac, D., Mandi}, R., Mogu}e u{tede primenom energetski efikasnih gra|evinskih materijala za omota~e potkrovqa, Energija, 10 (2008), 1-2, 190‡196 Energetska efikasnost zgrada, Zbornik radova (ur. D. [umarac), Gra|evinski fakultet, Beograd, 2005 [umarac, D., Energetska efikasnost zgrada u Srbiji (uvodno predavawe), Zbornik radova, Konferencija Graditeqstvo i odrìvi razvoj „ DIMK ”, 2009, Gra|evinski fakultet, Beograd, 2009, 3‡16


Abstract

Energy Efficiency of Buildings in Serbia – State-of-the-Art and Perspectives by Dragoslav M. [UMARAC Faculty of Civil Engineering, Uni versity of Belgrade, Belgrade, Serbia

In the present paper, state of the art of Energy Efficiency of buildings (residential, business, industrial) in Serbia is given. Special attention will be paid to energy efficiency of already existing or new buildings. Average energy spending in buildings in Serbia is over 150 kWh/m 2 per year, while in the de veloped European countries it is below 50 kWh/m2. This fact forces us, engineers of all specialities, to intensify activities to achieve standards of EU countries. In the present paper the contribution of ventilation losses, thru the windows of low quality, whether they are purely made, or from bad materials, or with no adequate glass, is ex amined. Besides ventilation losses, which are in our buildings of ma jor importance, special attention will be paid to conduction losses, which are con sequence of a quality and energy efficiency of facade. With the measurements obtained on representative building in the Block 34 in New Belgrade, build in the sixties of lust century, all above statements are proved. Mas sive apartment building construction, during the era of socialism didn't pay attention to energy efficiency. Besides the measurements performed in New Belgrade, the measurements on typical Belgrade attic is given. From this measurements it is shown that attics are much more dangerous to energy losses than apartments itself. Special attention is given to examination and application of plastic windows. All re search and measurements explained in the paper are performed in the past five years with the support of Ministry of Science of Republic of Serbia. In the paper, problem of heating, energy efficient light and possibility of solar energy use will be discussed as well. Finally we have to say that Ministry of spatial plan ning and en vironmental protection accepted achievements of the scientist in the field of energy efficiency and they incorporated for the first time Certificate of energy efficiency of buildings in Serbia in Building act (Official gazette of RS 72/09). Key words: buildings, en ergy ef fi ciency, heat losses, meassurements of heat los ses

Author's e-mail: [email protected]; [email protected]

Rad primqen: 20. februara 2010. Rad prihva}en: 8. marta 2010.

29

Energetska Efikasnost Zgrada u Srbiji Stanje i Perspektive

Recommend Documents