SVEUČILIŠTE SVEUČILI ŠTE JOSI JOSIP PA JURJA STROSSMAYERA STROSSMAYERA U OSIJEKU
GRAĐEVINSKI FAKULTET
Željko Koški GRAĐ GRA ĐEVINSKA F IZ IZIKA IKA
Osijek, 2007. Osijek, 2012. (drugo dopunjeno izdanje)
0
OVAJ SAŽETAK PREDAVANJA IZ IZBORNOG PREDMETA GRAĐEVINSKA FIZIKA SASTAVLJEN JE ZA
POTREBE POTREB E IZVOĐENJA NASTA NASTAVE NA GRAĐEVINSKOM GRAĐEVIN SKOM FAKULTETU U OSIJEKU OSIJEK U PO NOVOM NASTAVNOM NASTAVNOM PROGRAMU USKLAĐENOM SA BOLONJSKOM DEKLARACIJOM KOJI SE PRIMJENJUJE PO PRVI PUTA ZA III SEMESTAR PREDDIPLOMSKOG STUDIJA U AKADEMSKOJ GODINI 2006/07.
CILJ PREDMETA JE UPOZNAVANJE UPOZNAVANJE STUDENA STUDEN ATA SA PROŠIRENIM PROŠIR ENIM ZNANJIMA IZ PODRUČJA PODRUČ JA FIZIKE ZGRADA I SUVREMENIM SPOZNAJAMA KOJE TREBAJU OSIGURATI OSIGURATI PROVEDBU PRINCIPA ODRŽIVOG ODRŽIVOG GRADITELJSTVA, GRADITELJSTVA, UŠTEDE ENERGIJE EN ERGIJE I ZAŠTITE ČOVJEKOVOG OKOLIŠA.
SADRŽAJ : stranica 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
UVOD VREDNOV VREDNOVAN ANJE JE TOPLINS TOPLINSKIH KIH KARAK KARAKTERI TERISTIKA STIKA ZGRADA ZGRADA
TEHNIČKI PROPIS O UŠTEDAMA ENERGIJE I TOPLINSKA ZAŠTITA ZGRADA SANACIJA TOPLINSKE ZAŠTITE ZGRADA OBNOVL OBNOVLJIV JIVII IZVORI IZVORI ENERGI ENERGIJE JE U ZGRAD ZGRADAM AMA A SUNČEVO ZRAČENJE KAO IZVOR ENERGIJE
PASIVNO KORIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE U ZGRADAMA PASIVNO KORIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE I POSTOJEĆE ZGRADE ZAŠTITA OD BUKE U ZGRADAMA
002 010 046 056 086 101 119 135 151
1
1. UVOD
Glavni problemi održivog razvitka ljudskog društva u budućnosti su : 1.
Osiguranje dovoljnih količina jeftine energije
2.
Zaštita okoliša
Pod pojmom održivog razvitka podrazumijeva se onaj razvitak koji zadovoljava današnje potrebe, ali bez ugrožavanja mogućnosti da i buduće generacije ostvare svoje potrebe.
Energija koju dobivamo dobivamo iz fosilnih goriva kao što su ugljen, nafta, zemni plin sasvim je ograničena.
Nameće se velika potreba uporabe obnovljivih obnovljivih izvora energije koji će osigurati održivi razvitak. Tehnologiju uporabe obnovljivih izvora energije treba
značajno usavršiti kako bi cijena energije postala niža od cijene energije dobivene iz klasičnih izvora. Održiva gradnja, kao dio održivog razvitka, može se definirati kao gradnja koja upotrebljava ekološki čiste materijale, proizvodi energetski efikasne građevine i gospodari otpadom u sferi graditeljstva. 2
PROJEKCIJA ENERGETSKIH IZVORA SVIJETA EJ
1000 800
E . NA R A L E N U K E. A A R N S O L
600
H I D R O
400
UGLJ EN
200
PLIN NAFTA
0 1970
1980
1990
2000
2010
2020 godina 3
CILJEVI ENERGETSKE POLITIKE REPUBLIKE HRVATSKE
4
NACIONALNI PROGRAMI ZA ENERGETSKU EFIKASNOST UTEMELJENI SU 1997. GODINE
5
Osiguranje dovoljnih količina energije za održivi razvitak bazira se na dva nužna elementa: 1. Pronalaženje i usavršavanje tehnologija koje
će u budućnosti osigurati što veću uporabu obnovljivih izvora energije 2. Racionalna potrošnja i štednja energije kojom
raspolažemo STRUKTURA POTROŠNJE PRIMARNE ENERGIJE U REPUBLICI HRVATSKOJ (1999.g)
NUKLEARNA ENERGIJA 2%
PLIN 25%
DRVO
50%
4%
TEKUĆA GORIVA
2%
UGLJEN
17%
VODNE SNAGE 6
STRUKTURA FINALNE POTROŠNJE ENERGIJE U REPUBLICI HRVATSKOJ
OPĆA POTROŠNJA OPĆA POTROŠNJA
PROMET PROMET 30%
48%
22%
INDUSTRIJA INDUSTRIJA
STRUKTURA OPĆE POTROŠNJE ENERGIJE PO POTROŠAČIMA
GRADITELJSTVO 4%
POLJOPRIVREDA 11%
19%
USLUGE 66%
KUĆANSTVA 7
STRUKTURA POTROŠNJE ENERGIJE U KUĆANSTVIMA PO ENERGENTIMA
ELEKTRIČNA
DRVO I UGLJEN 25%
ENERGIJA 39%
21% 15%
PLIN
LOŽ ULJE
STRUKTURA POTROŠNJE ENERGIJE U KUĆANSTVIMA PREMA NAMJENI
NETOPLINSKI POTROŠAČI 20%
KUHANJE 15%
55% 10%
GRIJANJE
SANITARNA TOPLA VODA
8
POTROŠNJA ENERGIJE ZA ZAGRIJAVANJE ZGRADA
ZAGRIJAVANJE ZGRADA 33%
67%
OSTALA POTROŠNJA
Prve naftne krize početkom 70-ih godina pa sve do danas uzrokovale su kontinuirano nadograđivanje propisa o toplinskoj zaštiti zgrada. Zgrade građene prije tog perioda i danas su u funkciji i nepotrebno troše velike količine energije zbog slabe ili nikakve toplinske izolacije. ŠTEDNJA ENERGIJE
RASIPANJE ENERGIJE
E
E
9
2. VREDNOVANJE TOPLINSKIH KARAKTERISTIKA ZGRADA
ELEMENTI KOJI PRIMARNO ODREĐUJU TOPLINSKI KOMFOR ZGRADA : 2.1. KVALITETA OMOTAČA ZGRADE (KVALITETA OBODNIH KONSTRUKCIJA I ELEMENATA)
2.2. KLIMATSKE KARAKTERISTIKE PODRUČJA U KOJEM SE GRAĐEVINA NALAZI 2.3. LOKACIJA ILI UŽA SITUACIJA GRAĐEVINE
2.4. NAČIN GRIJANJA ZIMI I NAČIN KLIMATIZACIJE ILI PROVJETRAVANJA LJETI 2.5. MIKROKLIMA FUNKCIONALNE JEDINICE (STANA, POSLOVNOG PROSTORA I SL.)
10
UNUTRA
ZID
VANI ZIMSKA INSOLACIJA
ZIMSKE TEMPERATURE
2.1. KVALITETA
OMOTAČA ZGRADE
ZIMSKO GRIJANJE
LJETNA KLIMATIZACIJA
ZIMSKI VJETAR LJETNA INSOLACIJA LJETNI POVJETARAC
DIFUZIJA VODENE PARE
KIŠA, SNIJEG, LED LJETNA VLAGA
Omotač zgrade treba štititi od vanjskih utjecaja ali
i omogućiti
NEUGODNI M IRISI NEUGODNI M IRISI UGODNI MIRISI POGLED VAN
unutrašnjeg
PRASINA, SMOG
POGLED UNUTRA
interakciju vanjskog i
ZIMSKO SUNCE UMJETNA RASVJETA
prostora.
UMJETNA RASVJ ETA DNEVNO SVJETLO
ZRAČNI ZVUK
BUKA RADIJACIJA
STANARI
POSJETIOCI, PRIJATELJI AGRE SIVNA DJECA LOPOVI
PRODORI INSTALACIJA
I J A C E J T U I K S R E F S A O G M A L T V A A N I L P O T
INSEKTI, POLEN, MIKROORGANIZMI I SL.
E J N E J L T E J V S O K U V Z I J A C E J T U I K Š O L O I B
11
Kvalitetu omotača zgrade treba prilagoditi svim ostalim elementima koji mogu imati utjecaj na toplinski komfor u zgradama i racionalnu potrošnju energije :
2.1.1. KVANTITATIVNI ODNOS VOLUMENA ZGRADE I OMOTAČA ZGRADE 2.1.2. TOPLINSKA KVALITETA NEPROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE 2.1.3. TOPLINSKA KVALITETA PROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE 2.1.4. KVANTITATIVNI ODNOS PROZIRNIH I NEROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE
2.1.5. DJELOVANJE SUNČEVOG ZRAČENJA – INSOLACIJA 2.1.6. TOPLINSKI MOSTOVI 2.1.7. AKUMULACIJA TOPLINE ELEMENATA ZGRADE 2.1.8. TOPLINSKA STABILNOST OBODNIH KONSTRUKCIJA I ELEMENATA U LJETNOM PERIODU
12
2.1.1. KVANTITATIVNI ODNOS VOLUMENA ZGRADE I OMOTAČA ZGRADE Odnos volumena neke zgrade i površine njenog omotača može imati bitnu ulogu u količini potrošene energije potrebne za zagrijavanje zgrade. Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama utvrđuje faktor oblika zgrade f o = A/Ve (m-1). To je omjer oplošja A (m2) i obujma Ve (m3) grijanog dijela zgrade.
f o = 0,375
f o = 0,437
f o = 0,531
Zgrade razvedenih oblika mogu imati i do 35 % veću površinu omotača zgrade od zgrada pravilnih geometrijskih oblika.
Zgrade razvedenih oblika troše i više energije potrebne za zagrijavanje, pa bi zbog toga
13
2.1.2. TOPLINSKA KVALITETA NEPROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE Svaki omotač zgrade čini više vrsta različitih obodnih konstrukcija i elemenata. Svaka od tih obodnih konstrukcija doprinosi ukupnoj toplinskoj kvaliteti omotača proporcionalno učešću površine pojedine konstrukcije u ukupnoj površini omotača zgrade. Omotač zgrade dijeli grijani od negrijanog prostora. Obodne konstrukcije dijelimo na neprozirne i prozirne. Između njih postoje velike funkcionalne razlike, što znači i velike razlike u materijalima od kojih mogu biti izvedene. Neprozirne obodne konstrukcije u pravilu čine veći dio omotača zgrade. Kod stambenih zgrada taj odnos neprozirnih prema prozirnim konstrukcijama je u najvećem broju slučajeva 3:1 do 4:1. Toplinska kvaliteta obodnih konstrukcija zgrade mjeri se KOEFICIJENTOM PROLASKA TOPLINE “U” (W/m2K). (Po starim propisima do 30.6.2006. vrijedio je koeficijent prolaza topline “k” (W/m2K).
Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama propisuje najveće dopuštene koeficijente prolaska topline “U” za obodne konstrukcije prema njihovom položaju u zgradi : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
VANJSKI ZIDOVI, ZIDOVI , ZIDOVI PREMA GARAŽI, TA TAVANU ZIDOVI PREMA NEGRIJANOM STUBIŠTU ZIDOVI PREMA TLU PODOVI NA TLU
STROPOVI IZMEĐU STANOVA STANOVA ILI RAZLIĆITIH GRIJANIH FUNKCIONALNIH CJELINA STRO STROPO POVI VI PRE PREMA MA TAVANU STRO STROPO POVI VI PRE PREMA MA NEGR NEGRIJ IJA ANOM NOM PODR PODRUM UMU U RAVNI RAVNI I KOSI KOSI KROVO KROVOVI VI IZNA IZNAD D GRIJA GRIJANIH NIH PROSTO PROSTORA RA
14
1-VANJSKI ZIDOVI, ZIDOVI
PREMA GARAŽI, TAVANU 2-ZIDOVI PREMA NEGRIJANOM
STUBIŠTU 3-ZIDOVI PREMA TLU 4-PODOVI NATLU 5-STROPOVI IZMEĐU
STANOVA ILI RAZLIČITIH GRIJANIH FUNKCIONALNIH CJELINA 6-STROPOVI PREMA TAVANU 7-STROPOVI PREMA NEGRIJANOM PODRUMU 8-RAVNI I KOSI KROVOVI IZNAD GRIJANIH PROSTORA 9-STROPOVI IZNAD VANJSKOG
PROSTORA I IZNAD GARAŽA
15
Na kvalitetu omotača zgrade utjecali su, u različitim periodima izgradnje zgrada na našem području, osim klimatskih naročito još gospodarski, tehničko-tehnološki i sociološki elementi. Na sljedećim primjerima vanjskih zidova vidimo značajne promjene u njihovoj toplinskoj kvaliteti zavisno od perioda u kojem su građeni. I PERIOD IZGRADNJE (1700-1900)
16
II PERIOD IZGRADNJE (1901-1945)
III PERIOD IZGRADNJE (1946-1975)
17
IV PERIOD IZGRADNJE (1976-2000)
V PERIOD IZGRADNJE (2001- do danas)
18
PRETHODNI PRIMJERI POKAZUJU DA JE TOPLINSKA KVALITETA VANJSKIH ZIDOVA BILA NA NAJNIŽOJ RAZINI U PERIODU IZGRADNJE OD 1946-1975.
U TOPLINSKOM SMISLU LOŠE OBODNE KONSTRUKCIJE IZ TOG PERIODA IMAJU U PROSJEKU ČAK TRI PUTA LOŠIJU TOPLINSKU IZOLACIJU U ODNOSU NA ONU KOJA SE IZVODI DANAS.
VELIKI PROBLEM JE ŠTO SE VEĆINA TIH ZGRADA I DANAS NALAZI U FUNKCIJI ŠTO ZNAČI DA SE NEPOTREBNO TROŠE VEĆE KOLIČINE ENERGIJE POTREBNE ZA ZAGRIJAVANJE ZIMI I KLIMATIZACIJU LJETI.
19
2.1.3. TOPLINSKA KVALITETA PROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE
Na toplinsku kvalitetu prozirnih obodnih konstrukcija najviše utječu sljedeći elementi: A) BROJ STAKLENIH PLOHA I DEBLJINE ZRAČNIH SLOJEVA IZMEĐU PROZIRNIH MATERIJALA (TRANSMISIJSKI GUBITAK TOPLINE) B) MATERIJAL OD KOJEG JE NAPRAVLJEN OKVIR I NAČIN SPAJANJA ELEMENATA OKVIRA (TRANSMISIJSKI GUBITAK TOPLINE) C) PRIANJANJE POKRETNIH ELEMENATA UZ FIKSNE ELEMENTE ILI DOBRO ZAPTIVANJE (VENTILACIJSKI GUBITCI TOPLINE) Koeficijent prolaska topline “U” značajno varira za prozore različite kvalitete. Od 6,0 W/m 2K za jednostruke prozore do 0,7 W/m2K za vrlo kvalitetne trostruke prozore. Ventilacijski gubitci topline kroz nepoželjne spojnice prozora mogu biti i do 30 % od ukupnih gubitaka topline kroz omotač zgrade. Ventilacijski gubitci topline u pravilu se pojavljuju na spojevima doprozornika i pokretnih dijelova prozora i na spojevima doprozornika sa neprozirnim dijelovima obodne konstrukcije.
20
JEDNOSTRUKI PROZOR
DVOSTRUKI PROZOR
Problem ventilacijskih gubitaka topline posebno je izražen u zgradama koje su u uporabi više desetljeća zbog slabije kvalitete prozirnih obodnih konstrukcija. Ukupna duljina spojnica na jednom prozoru u odnosu na površinu prozora može varirati zavisno od broja prozorskih krila i načina njihovog otvaranja.
21
Horizontalni presjeci kroz prozore
jednostruki dvokrilni prozor s jednostrukim ostakljenjem U= 5,0 do 6,0 W/m2K
dvostruki dvokrilni prozor U=2,4 W/m2K
spojni dvokrilni prozor (krilo na krilo) U= 2,7 do 3,3 W/m2K 22
jednostruki prozor s IZO ostakljenjem U= 2,9 do 3,4 W/m2K
Detalj drvenog prozora s IZO staklima
23
Drveni prozor s IZO ostakljenjem Drveni prozor s trostrukim ostakljenjem
24
Drveni prozor sa toplinskom
zaštitom okvira
Drveni prozor sa četverostrukim ostakljenjem 25
PVC prozor sa dvostrukim ostakljenjem ima ukupni Uw=1,0 W/m2K
PVC prozor sa trostrukim ostakljenjem ima ukupni Uw=0,83 W/m2K 26
2.1.4. KVANTITATIVNI ODNOS PROZIRNIH I NEPROZIRNIH ELEMENATA ZGRADE
Brojčani odnos površine prozirnih i neprozirnih obodnih konstrukcija u omotaču zgrade može imati veliku ulogu u formiranju toplinske kvalitete omotača zgrade. Prosječno se taj odnos kreće od 1:3 do 1:4. Odnos “puno-prazno” u pročeljima u početku je ovisio o konstruktivnim mogućnostima zgrade i o mogućnostima ostakljenja. Tehnološkim razvitkom stvorene su neograničene mogućnosti u tom pogledu. Danas je dimenzioniranje prozora vezano uz potrebu za dnevnim osvjetljenjem i arhitektonskom uređenju zgrade. Kroz prozirne dijelove omotača zgrade u pravilu se gubi više topline nego kroz neprozirne dijelove u zimskom periodu. Pravilnim dimenzioniranjem i orijentacijom prozirnih elemenata mogu se postići vrlo dobri rezultati u racionalnom korištenju energije. Globalno gledano, u našim klimatskim uvjetima najpovoljnija rješenja su ona koja imaju veće staklene površine na južnim stranama pročelja, i obrnuto, postavu manjih zastakljenih površina na sjevernim pročeljima. Kod zgrada sa više ostakljenja treba inzistirati na toplinskoj kvaliteti tih površina kako se ukupni toplinski gubitci kroz omotač zgrade ne bi povećali. Današnje tehnologije omogućuju i 100 postotno ostakljenje jer troslojna i četveroslojna ostakljenja u kombinaciji s novim materijalima daju izvrsne r ezultate u toplinskom smislu.
Izvođenje većih ostakljenih površina pročelja mogu se nesmetano izvoditi ako se to opravda njihovom toplinskom kvalitetom, a takav odnos imaju i trenutno važeći propisi vezani uz toplinsku zaštitu zgrada. 27
2.1.5. DJELOVANJE SUNČEVOG ZRAČENJA – INSOLACIJA Fizikalni procesi fuzije, koji se neprekidno dešavaju na suncu, oslobađaju velike količine energije koja se u obliku elektromagnetskih valova ravnomjerno širi svemirom. Do zemljine atmosfere dolazi energija od oko 1350 W/m 2. Do zemljine površine prolaskom kroz atmosferu sunčevo zračenje još oslabi. To ovisi o kutu upada sunčanih zraka, čistoći atmosfere , oblačnosti i visini sunca iznad horizonta. Osim direktnih sunčevih zraka na zemljinu površinu dolazi i dio sunčeve energije koji se raspršio od zemljine površine i drugih objekata u atmosferi. to je tzv. reflektirano ili difuzno sunčevo zračenje. Ukupno sunčevo zračenje koje pada na jedinicu površine nekog građevinskog elementa razlaže se u nekoliko dijelova. Omjer među tim dijelovima ovisi o koeficijentu apsorpcije, refleksije i transparentnosti površine građevinskog elementa na koji pada sunčevo zračenje. Količina apsorbiranog kratkovalnog sunčevog zračenja ovisi najviše o boji površine građevinskog elementa :
BOJA POVRŠINE GRAĐEVINSKOG ELEMENTA BOJA POVRŠINE GRAĐEVINSKOG ELEMENTA BIJELA TAMNO CRVENA, SVIJETLO ZELENA
KOEFICIJENT APSORPCIJE (%) KOEFICIJENT APSORPCIJE (%) 0,2 – 0,3 0,3 – 0,5 0,5 – 0,7 0,7 – 0,9 0,9 – 1,0
28
Treba razlikovati djelovanje sunčevog zračenja koje padne na neprozirni i prozirni građevinski element ili konstrukciju. na sljedeća dva crteža prikazana je ta bitna razlika u raspodjeli sunčevog zračenja.
29
Puno veću ulogu u apsorpciji sunčevog zračenja imaju prozirni dijelovi omotača zgrade. Veći dio sunčevog zračenja ti elementi propuštaju u unutrašnjost zgrade, pa se na taj način i količina iskorištenja dodatne toplinske energije povećava.
30
U našim kontinentalnim klimatskim uvjetima potreba za sunčevom energijom u različitim godišnjim dobima obrnuto je proporcionalna sa intenzitetom sunčevog zračenja. To je dodatni problem koji treba savladati omotač zgrade odnosno obodne građevinske konstrukcije i elementi. Snaga zimskog sunca samo je 10 % manja od ljetnog, a razlog toga je dulji prolazak sunčevog zračenja kroz atmosferu.
31
U zimskom periodu potrebno je što je moguće više ostvariti prodor sunčevih zraka kroz prozirne dijelove konstrukcije. U ljetnom periodu potrebno je ostvariti učinkovitu zaštitu od sunčevih zraka koje narušavaju toplinski komfor u zgradama.
Dobra orijentacija prema stranama svijeta i pravilno proporcioniranje prozirnih obodnih konstrukcija ima vrlo bitnu ulogu za stvaranje povoljnog toplinskog komfora u zgradama tijekom cijele godine.
32
2.1.6. TOPLINSKI MOSTOVI U OBODNIM KONSTRUKCIJAMA Toplinski mostovi su dijelovi omotača zgrade koji imaju znatno manji toplinski otpor ili otpor prolazu topline od prosječnog otpora za cijeli omotač zgrade. Oni najčešće nastaju na mjestima ortogonalnih projekcija unutrašnjih nosivih konstrukcija na obodne konstrukcije koje čine omotač zgrade. Slabom kvalitetom u toplinskom smislu toplinski mostovi predstavljaju mjesta kroz koja se nepotrebno gubi toplinska energija potrebna za zagrijavanje u zimskom periodu. Zbog snižene temperature unutrašnje površine toplinskih mostova može doći do pojave kondenzacije vodene pare. Ako do kondenzacije i ne dođe ti dijelovi omotača zgrade, zbog hladnije površine, predstavljaju mjesta bržeg taloženja prašine. To rezultira sa promjenom boje unutrašnje površine tih dijelova konstrukcije i sa većim temperaturnim naprezanjima.
33
Kod dobro izoliranih zgrada sa neizoliranim toplinskim mostovima gubici topline mogu se povećati na 10 % od ukupnih toplinskih gubitaka. Vrednovanje toplinske kvalitete omotača zgrade ne smije zaobići provjeru kvalitete eventualnih toplinskih mostova, koji u pravilu moraju biti dodatno izolirani sa vanjske strane.
34
2.1.7. AKUMULACIJA TOPLINE ELEMENATA ZGRADE Akumulacija topline je svojstvo građevinskih materijala da mogu prihvatiti dovedenu im toplinu, u sebi je akumulirati (sačuvati) i kod hlađenja okoline ponovo je predavati okolini. Ova karakteristika vrlo je bitna u zgradama tijekom zimskog perioda kada grijanje ne radi kontinuirano cijeli dan, već se u pravilu prekida preko noći. Akumulirana toplinska energija omogućuje da se temperatura u prostorijama bitno ne smanji tijekom noći. Količina toplinske energije koja se akumulira u građevinskom elementu ovisi najviše o razlici temperatura elementa i okolnog zraka, te o specifičnom toplinskom kapacitetu i masi elementa.
35
W = koeficijent akumulacije topline = topline koju element akumulira po jedinici za razliku temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka, kada je postignuto stacionarno stanje.
W = U d1*G1*c1 (1/ e + d1 /2 1) + d2*G2*c2 (1/ e + d1 / 1 + d2 /2 2) +...... .......+ dn*Gn*cn (1/ e + d1 / 1 + d2 / 2 +.........+dn /2 n) (kJ/m2K) d = debljina pojedinog sloja (u metrima) G= kg/m3) c= J/kg K) = koeficijent toplinske provodljivosti (W/m K)
Da bi se ostvarili
bolji preduvjeti za akumulaciju topline potrebno je materijale sa u pregradama postaviti sa tople strane. To da se toplinsku izolaciju obodnih konstrukcija uvijek treba postavljati sa vanjske strane. Ovaj postave toplinske izolacije u zgradama je ostvariti jer nepostojanje akumulirane topline u obodnim konstrukcijama se na ostvarivanje toplinskog komfora i racionalnu energije. 36
Na sljedeća tri primjera vidimo vanjske zidove sa približno jednakim koeficijentima prolaska topline “U” , ali sa bitno različitim koeficijentima akumulacije topline W (kJ/m2K). Temperaturna krivulja na ovim primjerima nam pokazuje na kojoj temperaturi pojedini sloj zida akumulira toplinu.
A
B
C
U=0,58 W/m2K
U=0,54 W/m2K
U=0,58 W/m2K
W=425,4 kJ/m2K
MASIVNA AB KONSTRUKCIJA DOPRINOSI DOBROJ AKUMULACIJI TOPLINE
W=127,2 kJ/m2K
W=138,9 kJ/m2K
AKUMULACIJA TOPLINE JE SMANJENA ZBOG MALE MASE KONSTRUKCIJE SA
AKUMULACIJA TOPLINE JE SMANJENA ZBOG MALE MASE KONSTRUKCIJE SA
UNUTRAŠNJE STRANE
UNUTRAŠNJE STRANE
PREGRADE
PREGRADE
37
Iz temperaturnih krivulja i zona zamrzavanja vanjskih dijelova zida vidi se da postavljanje toplinske izolacije sa vanjske strane obodne konstrukcije predstavlja imperativ sa stajališta akumulacije topline. Pored ovog zahtjeva postava toplinske izolacije sa vanjske strane građevinskih elemenata potrebna je i zbog pravilne difuzije vodene pare, ali i zbog smanjenja temperaturnih naprezanja konstrukcije koja bi u suprotnom mogla biti izložena velikim temperaturnim amplitudama. Vrlo veliki problem sa akumulacijom topline postoji u zgradama sa drvenim konstrukcijama. Drvo kao materijale dobar toplinski izolator, ali nedovoljno dobro akumulira toplinu zbog svoje male specifične težine. Zbog toga se kod takvih zgrada sposobnost akumulacije topline treba povećati pomoću dodatnih konstruktivnih ili pregradnih elemenata koji mogu preuzeti funkciju uskladištenja topline.
38
2.1.8. TOPLINSKA STABILNOST OBODNIH KONSTRUKCIJA I ELEMENATA U LJETNOM PERIODU
Ljetni period naše kontinentalne klime karakteriziraju relativno velike dnevne promjene temperature vanjskog zraka i vrlo velike promjene intenziteta sunčevog zračenja. Te promjene postavljaju pred obodne konstrukcije zgrada dodatne toplinsko fizikalne zahtjeve koje definiramo kao toplinsku stabilnost. Toplinska stabilnost vanjskih građevinskih elemenata predstavlja svojstvo elementa da sačuva relativno postojanu temperaturu na svojoj unutrašnjoj površini kod periodičnih promjena temperature vanjskog zraka.
Ako omotač zgrade nije dovoljno toplinski stabilan temperatura
unutrašnjeg zraka,
90o
u ljetnom periodu,
znatno će prijeći granice udobnog i zdravog boravka koji određuje osnovni toplinski komfor.
39
2.2. KLIMATSKE KARAKTERISTIKE PODRUČJA U KOJEM SE GRAĐEVINA NALAZI Jedan od elemenata koji mogu bitno utjecati na uštedu toplinske energije i toplinski komfor u zgradama je klima područja u kojem se zgrada nalazi. Po starim propisima na području Republike Hrvatske bile su ustanovljene 3 građevinskoklimatske zone.
Novi tehnički propis uzima kao kriterij za minimalnu toplinsku zaštitu zgrade srednju mjesečnu temperaturu vanjskog zraka najhladnijeg mjeseca u godini na lokaciji zgrade ( e,mj,min). POSTOJE DVIJE KATEGORIJE : - e,mj,min VEĆA OD +3oC -
e,mj,min
MANJA ILI JEDNAKO +3 oC
U prilogu tehničkog propisa nalaze se svi potrebni klimatski podaci za sve meteorološke postaje u državi. Dobar projekt zgrade mora proanalizirati i sve mikroklimatske elemente koji mogu imati utjecaj na uštedu energije i toplinski komfor. Ti elementi koji bi trebali odrediti i koncepcijsku i inženjersku stranu arhitektonskog pristupa su:
planinski okoliš, ravničarski pejzaž, blizina rijeke ili jezera, dolina, kotlina, visoravan, šumovit kraj, šuma, mikroklima većih gradova, blizina mora ili oceana, količina i vrsta padalina, ruža vjetrova i sl.
Samo kompleksnim prilagođavanjem arhitektonskog oblikovanja zgrada svim klimatskim karakteristikama može se doći do kvalitetnih rješenja. 40
2.3. LOKACIJA ILI UŽA SITUACIJA GRAĐEVINE Detaljna analiza i prilagodba uže lokacije zgrade može doprinijeti uštedama toplinske energije u zgradama. najčešći elementi na koje treba obratiti pozornost u prilagodbi užeg okoliša zgrade su: - ORIJENTACIJA ZGRADE PREMA STRANAMA SVIJETA - OSUNČANJE PARCELE I EVENTUALNI NAGIB PARCELE - RUŽA VJETROVA - POSTAVA SUSJEDNIH ZGRADA - VEGETACIJA - POSTAVA POMOĆNIH ZGRADA I OPREME NA PARCELI
Na sljedeća dva crteža prikazan je dobar primjer odabira i postave stabala na parceli što se može izvesti i naknadno u cilju ostvarivanja uštede energije i dobrog toplinskog komfora.
41
42
2.4. NAČIN GRIJANJA ZIMI I NAČIN KLIMATIZACIJE ILI PROVJETRAVANJA LJETI Način grijanja i klimatizacije ili provjetravanja treba biti što je moguće viša prilagođen toplinskim karakteristikama omotača zgrade. Nažalost, u velikoj većini postojećih zgrada nekvalitetne obodne konstrukcije su uvjetovale postavu predimenzioniranih sustava grijanja i hlađenja. Nakon eventualnog građevinskog saniranja omotača takovih zgrada trebalo bi prilagoditi i sustave grijanja i hlađenja kako oni ne bi i dalje nepotrebno trošili više energije za grijanje i hlađenje. Izrada projekta i izvedba sustava grijanja i klimatizacije u novim zgradama mora se maksimalno prilagoditi toplinskim karakteristikama omotača zgrade. To se postiže izradom posebnih projekata grijanja i eventualno ventilacije i klimatizacije u zgradama. Prema važećem tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama potrebno je kod dimenzioniranja sustava grijanja posebno izračunati primitke toplinske energije putem sunčevog zračenja kroz prozirne obodne elemente. Također se predviđa pobliže definiranje protusunčane zaštite prozirnih elemenata zgrade u ljetnom periodu kako bi se spriječilo prekomjerno zagrijavanje zgrada. U poboljšavanju efikasnosti sustava grijanja u zgradama sve veću ulogu će u budućnosti imati korištenje sunčeve energije na pasivan način, ali i aktivno pomoću sunčanih kolektora i panela.
43
2.5. MIKROKLIMA FUNKCIONALNE JEDINICE (STANA, POSLOVNOG PROSTORA I SL.) Mikroklima stana ili poslovnog prostora može utjecati na racionalnu potrošnju energije i ostvarivanje dobrog toplinskog komfora u zgradama. Na stvaranje mikroklime utječu sekundarni izvori topline koji svojim radom st varaju dodatnu toplinsku energiju : - ŠTEDNJACI, HLADNJACI I SLIČNI IZVORI TOPLINE U STANOVIMA (1) - ELEKTRIČNI I PLINSKI BOJLERI ZA PRIPREMU SANITARNE VODE (2) - KAMINI I OTVORENA LOŽIŠTA (3) - AKUMULIRANA TOPLINA U GRAĐEVINSKIM ELEMENTIMA OSTVARENA GRIJANJEM I OSUNČANJEM (4) - ISPUŠNI PLINOVI U GARAŽI, DIM KAO POSLJEDICA PUŠENJA I SL. (5)
44
Najveći utjecaj na racionalnu potrošnju energije i ostvarivanje dobrog toplinskog komfora u zgradama ima toplinska kvaliteta omotača zgrade. Ostala tri elementa na koja čovjek može utjecati imaju bitno manju ulogu. Izraženije djelovanje jednog od elemenata može značajno smanjiti utjecaj drugih elemenata. Na sljedećem crtežu vidi se međusobni odnos elemenata koji najviše određuju racionalnu potrošnju energije i toplinski komfor u zgradama.
45
7.1. PASIVNO KORIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE U ZGRADAMA
Korištenje sunčeve energije u arhitekturi na pasivan način ne traži nikakve nove i komplicirane tehnologije. Sustav funkcionira tako da se pomoću dobro ukomponiranih tradicionanih materijala za građenje, kao što su, drvo, kamen staklo i metal maksimalno iskoristi snaga vječnog izvora topline sunca. Pored toga pasivne solarne kuće treba prilagoditi i mogućnostima korištenja energetske moći prirode koja nas okružuje (voda, vjetar, zemlja, vegetacija i sl.) Temeljni princip pasivnog korištenja sunčeve energije sastoji se u tome da se kuća otvara prema Suncu i da koristi njegovu energiju. Čim sunca nestane i čim vanjski uvjeti postanu nepovoljni treba se zaštititi zatvaranjem prema okolini. Dosadašnja svjetska iskustva pokazuju da se pomoću pasivnog korištenja sunčeve energije u arhitekturi postižu veoma visoki postotci ušteda toplinske energije potrebne za zagrijavanje zgrada. Zbog toga će najvjerojatnije takav način izgradnje i u većoj mjeri prirodnog zagrijavanja zgrada postati dominantan u budućnosti. 119
Da bi pasivna solrna kuća zahvatila što više sunčeve energije u zimskom periodu potrebno je da njena južna strana ima što veću ostakljenu površinu. To može biti izvedeno na različite načine (prozori, balkonska vrata, ostakljenje zida, staklenik i sl.) Na žalost, efekti zagrijavanja mogu biti štetni u ljetnom periodu jer pretjerano zagrijavanje južne strane traži dodatno rashlđivanje zgrade. Problem prevelikog osunčanja može se pojaviti i za vrijeme zimskih sunčanih dana kada je naročito izražen problem velikih dnevnih temperaturnih amplituda. Ukratko, Ukratko , zadatak pasivnih solarnih sustava bio bi da se prihvati što više sunčevog zračenja kada je to korisno, a da se prostorije ne pregriju, te da se što više topline akumulira u elementima zgrade. Isto tako treba se maksimalno zaštititi od jakog sunca u ljetnom periodu. Put do realizacije ovih ni malo jednostavnih zahtjeva nazi se u sveobuhvatnom proučavanja fizikalnih procesa nakon prodora sunčevih zraka u unutrašnjost zgrade. Na svakoj građevini zasebno treba analizirati fizikalne procese koji će se dešavati sa energijom sunca koja uđe u zgradu i projektom utvrditi najbolja rješenja. sve izložene zahjeve treba rješavati na praktično izvodiv i ekonomski prihvatljiv način. Ovako definiran način zagrijavanja podiže i opću kvalitetu života i zdravlja ljudi. Zidovi i podovi u takvim zgradama su topli što stvara osjećaj ugodnog boravka. Nadalje u takvim zgradama postoji dovoljno topline i sunca za život biljaka tijekom zime jer u pravilu postoje veće ostakljene plohe ili staklenik koji može funkcionirati kao zimski vrt. Na taj način ostvaruje se povratak prirodi u vlastitom domu ili na radnom mjestu.
Teorija korištenja sunčevog zračenja na pasivan način razlikuje 3 osnovna načina : - DIREKTAN ZAHVAT SUNČEVOG ZRAČENJA - TROMBOV ZID - IZVEDBA IZV EDBA STAKLENIKA STAKLENIKA
120
7.1.DIREKTAN ZAHVAT SUNČEVOG ZRAČENJA
T ER ERMALNI MALNI Z AST OR
TOPL INS TOPL INSKA KA IZOLA CIJ CIJA A
ZIMSKI DAN MAS IV IVNA NA KON STR UK UKCI CI JA
T ER ERMALNI MALNI Z AST OR
TERMALNI ZASTO ZASTOR R AKU MULI RANU ČUVA AKU TOPL TOP L INU
TOPL INS TOPL INSKA KA IZOLA CIJ CIJA A
P OVRAT T OPL IN INE E
ZIMSKA NO N OĆ MAS IV IVNA NA KON STR UK UKCI CI JA
Princip direktnog zahvata sunčevog zračenja podrazumjeva izvedbu većih staklenih površina na južnim pročeljima zgrade kako bi se stvorili preduvjeti za što veću apsorpciju sunčevog zračenja u masivnim elementima zgrade. (zidovi, podovi, stropovi) Uskladištena toplina noću nakon prestanka djelovanja sunca vraća se u prostore zgrade i na taj način štedi energiju potrebnu za zagrijavanje. Pri tome je bitno i povezivanje ostalih prostora zgrade sa prostorom koji je tijekom dana izložen sunčevom zračenju akumulirao toplinu. Posebno važnu ulogu ima toplinska izolacija koja sa vanjske strane treba zaštiti gubitke akumulirane topline prema van ili prema negrijanim prostorima zgrade. Barem 50 % oplošja preostora na koji djeluje sunčevo zračenje bi trebalo imati veću masu odnosno veći koeficijent apsorpcijje. To se dodatno može poboljšati izvedbom tamnih tonova površine građevinskih elemenata koji su izloženi sunčevom zračenju. 121
7.2. TROMBOV ZID TOPL INS INSKA KA IZOL IZO L AC IJ IJA A
TER TE R MAL NI ZASTOR
TOPLI ZR AK
HLADNI ZRAK
ZIMSKI DAN MAS IV IVNA NA KON STR UKCIJA
TER MA TER MAL L NI ZASTOR
TERMALNI ZASTOR ČUVA AKUMULI RANU TOPL INU
TOPL INS INSKA KA IZOL IZO L AC IJ IJA A
POVRAT T OPL IN INE E
ZI MSK MSKA A NOĆ MAS IV IVNA NA KON STR UKCIJA
Trombov zid je posebno izvedena konstrukcija koja se sastoji od tamno obojenog zida velike mase ispred kojeg se sa južne strane postavlja staklena ploha koja povećava efekt akumulacije topline. Ovako osmišljena konstrukcija zida dobila je naziv po francuskom inženjeru Felixu Trombu. Materijali koji se mogu upotrijebiti za izvedbu zida velike mase mogu biti opeka, kamen, beton ali i voda. voda postavljena u plastične ili metalne spremnike i izložena sunčevom zračenju bolje će akumulirati sunčevu toplinu. Zbog strujanja topline u vodi izbjeći će se i jaka površinska zagrijavanja trombovog zida što je problem kod uporabe klasičnih materijala. Važnu ulogu u funkcioniranju funkcioniranj u ovog sustava imaju i otvori za ventilaciju ventilaciju u trombovom trombovom zidu koji omogućuju prirodnu cirkulaciju zraka u prostoriji, a time i prenošenje topline u ostale dijelove zgrade. Sa vanjske strane trombov zid treba izolirati termalnim zastorom koji štiti od gubitaka topline tijekom zimske noći, ali i od jakog sunca tijekom ljeta. 122
7.3. STAKLENIK
T OPLI NSKA IZ OLA CIJA
TERMALNI ZASTOR
TOPL I ZRA K
Treći i najefikasniji način korištenja sunčevog zračenja na pasivan način predstavlja izvedba staklenika na južnim stranama zgrada. Tijekom zimskog dana sunčeva energija akumulira
HLADNI ZRAK
ZIMSKI DAN MASIVNA KONSTRUKCIJA
TERMALNI ZASTOR
T OPLI NSKA IZ OLA CIJA
TERMALNI ZASTOR ČU VA AKUMULI RANU TOPLINU POVRAT TOPLINE
se u masivnim konstrukcijama oko staklenika. Za vrijeme noći aktivnom postavom termalnog zastora izvedenim uz staklenu plohu čuva se akumulirana toplina koja prelazeći sa konstrukcija zagrijava i prostor staklenika i prostore koji ga omeđuju. Posebno bitno i korisno je povezivanje udaljenijih dijelova zgrade sa prostorima staklenika kako bi se toplina prenijela u hladnije dijelove zgrade. To se najbolje može izvesti prirodnom cirkulacijom toplog zraka ili prinudnim načinom. Posebnu pozornost treba posvetiti zaštiti staklenih ploha u ljetnom periodu od direktnog sunčevog zračenja zbog pregrijavanja.
ZIMSKA NOĆ MASIVNA KONSTRUKCIJA
123
Važan preduvjet za korištenje sunčevog zračenja na pasivan način predstavljaju slobodne površine ispred južnih strana zgrada. Na sljedećem prikazu vide se tlocrtni oblici nužnih slobodnih površina ispred slobodno stojeće zgrade i tlocrtni oblik sume bačenih sjena sa sjeverne strane.
S SUMA DNEVNIH POT R EBNE SLOBODNE
BAČENIH
POVR ŠINE Z BOG
DVOSTREŠ NE
PRIHVATA
ZGRADE
SJENA
SUNČEVOG ZRAČE NJA
GRANICA PARCELE
124
Kvalitetno prihvaćanje sunčevog zračenja nije ograničeno samo na slobodno stojeće zgrade na slobodnim parcelama. Primjer koji sljedi pokazuje projektantsko rješenje za novo stambeno naselje u nizu bazirano na aktivnom i pasivnom korištenju sunčeve energije u Saveznoj američkoj državi Colorado. SITACIONI PLAN
IZOMETRIJA STAMBENOG SUSJEDSTVA
PRESJEK
125
STAN U
JUŽNOM BLOKU
STAN U SJEVERNOM BLOKU
126 KOMPJUTORSKA ANALIZA KRETANJA SUNCA A-9.30 B-12.00 I C-15.30
Najučinkovitije korištenje sunčevog zračenja u kategoriji obiteljskih kuća predstavljaju zgrade koje imaju izvedene aktivne i pasivne sustave. Sljedeći primjer prikazuje prosječnu obiteljsku kuću u Saveznoj američkoj državi Maine koja ima aktivne i pasivne mogućnosti korištenja sunčevog zračenja.
127
PROJEKT SOLARNE KUĆE SOLAR-SYSTEM Donjodravska obala 49 OSIJEK
128
TEHNIČKI OPIS LOKACIJA
Novi stambeno – poslovni objekt lociran je u sjeveroistočnom dijelu grada, na parceli k.č.br . 8395, k.o. Osijek u Osijeku, Donjodravska obala 49. Lokacija se nalazi u zoni namijenjenoj za - urbanu rekonstrukciju – prema generalnom urbanističkom planu grada Osijeka. Prilaz do objekta predviđen je izgradnjom pristupnog puta sa sjeverne strane parcele a koji se spaja na ciglarsku ulicu. N A M J E N A O B J E K TA I A R H IT E K T O N S K A D I S P O Z IC I J A P R O S T O R A
Namjena građevine je poslovno -stambena i predviđa tri različite funkcionalne cjeline: - POSLOVNI DIO U SUTERENU I DIJELU PRIZEMLJA - DVOSOBAN STAN U PRIZEMLJU - ČETVEROSOBAN STAN NA 1. KATU
Objekt je nepravilne tlocrtne geometrije dimenzija 17,10x10,60 + 13,31x1,75 + 8,75x1,60 + 6,90x1,95 m. Ulaz u objekt nalazi se sa sjeverne strane. Dvosoban stan u prizemlju ima zaseban ulaz, a poslovni prostori i stan na prvom katu imaju zajedničku vertikalnu komunikaciju. Centralno smješten staklenik orijentiran na južnu stranu omogućuje iskorištenje sunčeve energije na pasivan način. Ispod poda staklenika nalazi se spremište termalne energije iz kojeg se nakon prestanka djelovanja sunčevog zračenja akumulirana toplina vraća u prostorije objekta. Orijentacija većine prostorija u objektu je na južnu stranu. Zapadna i sjeverna strana objekta imaju reduciran broj otvora zbog pregrijavanja ljeti (zapad) i rasipanja energije zimi (sjever). K O N S T R U K C I J A I M A T E R IJ A L I
Objekt ima trakaste betonske temelje debljine 90 cm ispod nosivih zidova . Stropna konstrukcija je predviđena kao polumontažna tipa “Wienerberger” 16+5 cm koju treba postaviti na horizontalne serklaže, sa nalijeganjem min. 12 cm. Na nju dolazi zvučna izolacija i pod u zavisnosti od namjene prostorije – parket ili keramika. Krovna konstrukcija biti će izvedena kao podrožnička. Opterećenje krova prenosi se na podrožnice koje se nalaze na ab horizontalnim serklažima, a putem ovih na nosive zidove. Samo se iznad prostora dnevnog boravka na prvom katu, zbog većeg raspona, između dva vertikalna AB serklaža postavlja pravokutni čelični profil koji nosi rogove. Iznad sjeverne krovne plohe nalazi se posebna krovna konstrukcija od čeličnih profila i drvene građe koja pokriva i dio terasa na prvom katu. 129
Izvedba krovnog pokrova na svim krovnim plohama predviđena je crijepom tipa Bramac.
Oluke i opšave svih krovnih detalja izvesti pocinčanim limom debljine 0,55 mm. Horizontalnu i vertikalnu hidroizolaciju podruma izvesti hidroizolacijskim ljepenkama i premazima (2+3). Toplinsku izolaciju vanjskih zidova izvesti kao izolaciju debeloslojne kompaktne fasade termoizolacionim materijalima proizvođača pfleiderer novoterm. predviđa se izvedba tri sloja toplinske izolacije debljine po 5 cm, a svaki sloj se nezavisno, pomoću plastičnih čepova, sidri u nosivi dio zida. Kao završni sloj pročelja izvodi se izravnavajući sloj armiran plastičnom mrežicom. Toplinsku izolaciju krovne konstrukcije (galerije) izvesti po kosini između rogova debljine 15 cm kao puno izolirani krovni vezač s dodatnom izolacijom ispod rogova od 10 cm (15 + 10 cm) novotermovim proizvodima. Zbog različitog načina grijanja poslovnog prostora u podrumu stropna konstrukcija iznad podruma je toplinski je izolirana s donje strane. Izvedba vanjskih nosivih zidova predviđena je wienerberger blok opekom d=30 cm u produžnom mortu. Unutarnji nosivi zidovi su od wienerberger blok opeke d=25 cm. Armiranobetonski zidovi izvest će se u debljini od 50 cm. Pregradni zidovi su od šuplje opeke mo-15, debljine 12 cm, u produžnom mortu mm-5. Predviđena kvaliteta betona je mb – 30 za sve konstruktivne elemente. Kvaliteta čelika je ra-400/500, ma-500/560. Konstrukciju stubišta čine armirano-betonske kose ploče debljine 12 cm. U cijelom objektu se planira izvedba PVC vanjske stolarije čiji profili imaju prekinuti toplinski most. Sve staklene plohe imaju protusunčanu zaštitu od sunca u vidu roleta postavljenih sa vanjske strane. Staklenik ima zaštitu od sunca sa vanjske strane od plastificiranog platna. Tijekom zimskih mjeseci staklenik se štiti od prekomjernog gubitka toplinske energije termalnim zastorima koji su postavljeni s unutrašnje strane staklenika. I NSTALACI JE
Instalacije vodovoda i odvodnje spojiti će se na gradsku mrežu. Instalacije centralnog grijanja izvode se kao podno grijanje s izvorom energije na električni pogon. Objekt je opremljen instalacijama jake i slabe struje. Izvodi se i nezavisan telefonski priključak koji mora omogućiti tri linije za tri različite funkcionalne cjeline u objektu. 130
TE
MJ 1:200
KH DB GD
KP
SP
TE
SP
STAKLENIK
I KAT
SOLARN A KUĆ A - SOL AR SYSTEM DONJODR AVSKA OBAL A OSI JEK
UL
UL
KP
UL
KP
KH
TE
DB
SP
SP STA KLENIK
PRIZEMLJE TE
UČIONICA
IN STALA CIJE
UZORCI
S PREMIŠTE
SUTEREN
131
MJ 1:200
POPREČNI PRESJEK
MJ 1:200
SJEVERNO PROČELJE
JUŽNO PROČELJE
ISTOČNO PROČELJE
ZAPADNO PROČELJE 132
133
134
8. PASIVNO KORIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE I POSTOJEĆE ZGRADE Primjenu pasivnih solarnih sustava moguće je izvesti i u sklopu postojećih zgrada zgrada. Iskustva u primjeni pasivnih sustava u rekonstrukciji zgrada poznata su pod nazivom retrofitting. izvedene rekonstrukcije dokazuju da se cjelovitom sanacijom zgrada bez toplinske izolacije i primjenom pasivnih solarnih sustava može uštedjeti i preko 70 % energije potrebne za zagrijavanje. Kod postojećih zgrada moguća je primjena svih poznatih sustava za korištenje sunčevog zračenja. Dogradnjom staklenika, kao arhitektonski najsavršenijeg načina korištenja sunčeve energije na pasivan način, ostvaruju se značajne uštede toplinske energije . S arhitektonskog stajališta
neodržavani stambeni objekti, kroz obnovu i dogradnju novih sklopova skl opova i elemenata, ostvaruju mogućnost za suvremen redizajn cijelog objekta koji će biti u eksploataciji još dugi niz godina. Pored arhitektonskih i energetskih doprinosa realizacijom takvih projekata ostvaruju se i sljedeći biološko-ekološki doprinosi i poboljšanja: - povećanje toplinskog komfora u stambenim objektima, a time i zdravlje ljudi -povećanje stambene površine kvalitetnim osunčanim i ozelenjenim prostorima koji
podižu opću kvalitetu stanovanja -smanjenje zagađenja čovjekovog okoliša zbog redukcije emitiranja otpadnih plinova Kao primjer projektantske realizacije rekonstrukcije zgrade pomoću pasivnih solarnih sustava poslužit će nam opet stambena zgrada u vukovarskoj ulici br. 62-86 u Osijeku čije postojeće stanje je već prezentirano u četvrtom poglavlju ove knjige. Da bi se postigla izveda bilo kojeg pasivnog solarnog sustava na ovom objektu potrebno je prvo zadovoljiti sljedeće preduvjete: dodatno toplinski izolirati sve obodne građevinske elemente kako bi se gubici topline sveli na najmanju moguću mjeru. smanjiti nepotrebne ventilacijske gubitke gubitke zamjenom vrata i prozora koji su dotrajali. prilagoditi vegetaciju užeg okoliša objekta u smislu omogućavanja djelovanja sun čevog zračenja u zimskom periodu. 135
8.1. DIREKTNI ZAHVA ZAHVAT SUNČEVOG S UNČEVOG ZRAČENJA. Direktan zahvat sunčevog zračenja u ovom konkretnom primjeru mogao bi se ostvariti povećanjem ostakljenih površina na južnom pročelju tako da se poveća površine konstrukcije koje bi sunce zagrijavalo. Nakon zalaska sunca konstrukcija bi akumuliranu toplinu predavala okolini. Sljedeći crtež prikazuje kako to može biti ostvareno.
136
8.2. IZVEDBA TROMBOVOG ZIDA
Postojeći vanjski zid sa južne strane kojem se može i povećati masa služio bi kao skladište topline. Da bi se efekt upijanja sunčevih zraka povećao vanjsku površinu zida treba ostakliti i obojati u tamnu boju. tako će upijanje sunčeve energije biti najveće. Trombov zid treba toplinski izolirati i sa unutrašnje strane kako bi dolazak toplinskog vala u prostoriju pao poslije zalaska sunca.
137
8.3. DOGRADNJA STAKLENIKA
138
Dogradnjom staklenika sa južne strane svake stambene jedinice formira se novi osunčani i ozelenjeni prostor stana koji doprinosi racionalnoj potrošnji energije potrebne za zagrijavanje. Staklenik kao element arhitektonskog izražavanja pruža mogućnost redizajna cijelog objekta. Stan i staklenik u naravi predstavljaju dvije različite klimatske zone. Najkvlaitetniji dio stana postaje staklenik koji ustvari, u toplinskom smislu, preuzima ulogu kontaktne zone između vanjskog zraka i stana. Staklenik nam omogućava da u zadanim uvjetima svog stana ostvarimo, kad god je to moguće, kontakt sa prirodom, odnosno sa Suncem, zelenilom i vizurama na okoliš. U konkretnom primjeru staklenik predstavlja proširenje dnevnog boravka sa novom korisnom površinom od oko 15 m 2. Tijekom većeg dijela godine staklenik može preuzeti funkcije dnevnog boravka što proširuje mogućnost organiziranja novih funkcija u postojećem dnevnom boravku kao što su hobby prostor, radni prostor i sl. Stan sa staklenikom omogučava različite mogučnosti sezonskog prilagođavanja klimatskim prilikama. Za vrijeme toplih sunčanih dana bitno je spriječiti direktno osunčanje staklenih ploha i zidova staklenika kako ne bi došlo do prekomjernog zagrijavanja konstrukcija. Proljetno i jesenje sunce svojim zračenjem može u stakleniku ostvariti ugodnu sobnu temperaturu, a samim tim i mogućnost boravka u prirodnijem okolišu tijekom većeg dijela godine. Tijekom sunčanih zimskih dana zagrijana zračna masa unutar staklenika doprinosi uštedama energije. Pored toga temperatura zraka u stakleniku viša je od vanjske za desetak oC pa se itada staklenik može koristiti za neke potrebe. U kratkom oblačnom i snježnom zimskom razdoblju termalni zastori staklenika pretvaraju ga u „zaštitnu“ zonu koja doprinosi racionalnom korištenju energije. To se ostvaruje zbog smanjenja transmisijskih i naročito ventilacijskih gubitaka topline. 139
Konstrukcija staklenika treba biti zasebno dilatirana, pri čemu se postojeći objekt može koristiti kao ukruta protiv horizontalnih sila. Nove stropne i zidne konstrukcije staklenika zajedno sa postojećim konstrukcijama trebaju biti mjesta uskladištenja topline sunčevog zračenja.
140
Najveću pozornost kod dogradnje staklenika kao elementa za korištenje sunčevog zračenja treba obratiti na: - ZAHVAT SUNČEVIH ZRAKA - ZAŠTITU OD DIREKTNOG SUNČEVOG ZRAČENJA - TOPLINSKU ZAŠTITU, TJ. TERMALNE ZASTORE - MJESTA AKUMULACIJE TOPLINE I BOJU NJIHOVE POVRŠINE - POSTAVU ZELENILA I NJEGOVO SEZONSKO PRILAGOĐAVANJE - OTVORI ZA VENTILACIJU I UKUPNO FUNKCIONIRANJE VENTILACIJE STANA - RASPORED STAKLENIH PLOHA ZBOG OSTVARENJA DOBRIH VIZURA
141
8.4. SEZONSKA PRILAGODBA STANA SA STAKLENIKOM
sunčanih dana veoma je spriječiti direktno osunčanje
A) za vrijeme toplih
bitno staklenih ploha i parapetnog zida staklenika zbog toga da ne dođe do prekomjernog dnevnog zagrijavanja konstrukcija B) proljetno i jesenje sunce svojim zračenjem može u stakleniku ostvariti ugodnu sobnu temperaturu, a samim tim i mogućnost boravka u prirodnijem oklišu tijekom većeg dijela godine C)
D)
sunčanih zimskih dana zagrijana zračna masa u stakleniku dodatno doprinosi uštedama energije potrebne za
za
zagrijavanje. osim toga temperatura zraka u staklniku je viša za desetak stupnjeva od vanjskog zraka pa se i tada staklenik može koristiti za neke potrebe. u kratkom maglovitom i snježnom zimskom razdoblju termalni zastori staklenika pretvaraju ga u zaštitnu zonu koja doprinosi racionalnom korištenju energije. To se ostvaruje zbog smanjenja transmisijskih i naročito ventilacijskih gubitaka topline. 142
Kod rekonstrukcija stambenih zgrada često je najbitnije motivirati vlasnike stanova za ulazak u takav zahvat. tu značajno mogu pomoći različiti pristupi u obnovi sagledavajući odabranu zgradu u cjelini. (PRIMJERI: A, B I C)
Izgradnja novih stambenih površina na ravnom krovu doprinijela bi učinkovitijem financiranju rekonstrukcije cijele zgrade. 143
Iz ovog primjera vidi se da se rekonstrukcija ne mora na jednak način provesti za sve stanove. Ostvarivanje inividualnog pristupa, odnosno zadovoljenje razlike u željama pojedinaačnih vlasnika mogle bi se zadovoljiti preseljenjem unutar jedne stubišne jedinice. Ukoliko bi bio problem stanovanja na određenoj etaži mogle bi se formirati i različito obnovljene stubišne jedinice. 144
Ovaj presjek pokazuje mogućnost organizacije krovne terase kao zajedničke rekreativne zone stanara. Takvi sadržaji imaju puno opravdanje jer u 155 stanova u zgradi živi više od 500 ljudi, pa bi ozelenjeni i osunčani prostori za rekreaciju, boravak na otvorenom i okupljanje bili dobro prihvaćeni, a mogli bi donijeti i finacijsku korist. 145
Prilagodba stambene zgrade sa dograđenim staklenikom dnevnim atmosferskim uvjetima u zimskom periodu.
146
prilagodba stambene zgrade sa dograđenim staklenikom dnevnim atmosferskim uvjetima u ljetnom periodu.
147
Drugi primjer obnove postojećih zgrada primjenom dogradnje staklenikaje projekt rekonstrukcije male tradicijske slavonske obiteljske kuće u Lađarskoj ulici u Osijeku. Ovakav pristup u obnovi posebno je dobar jer zadržava nasljeđeni kvalitetni prostorni koncept tradicijske slavonske kuće s trijemom i koristi povoljne orijentacije prostorija za korištenje sunčeve energije. IZOMETRIJA -
POSTOJEĆE STANJE
TLOCRT PRIZEMLJA –
POSTOJEĆE STANJE
TLOCRT PRIZEMLJA – NOVO
148
149
Obnova zgrada, posebno stambenih jedinica dogranjom staklenika, postiže vrlo veliku korist ne samo uštedom energije već i novim kvalitetnim stambenim prostorom koji predstavlja proširenje dnevnog boravka punog sunca i zelenila. Primjena pasivnih solarnih sustava u obnovi zgrada mora biti za svaku realizaciju posebno projektirana i prilagođena posebnostima svakog objekta. Za učinkovitost uštede toplinske energije u zgradama u kojima se predlaže korištenje sunčeve energije potrebno je zadovoljitii preduvjet cjelovite toplinske sanacije omotača grijanog dijela zgrade, kao i niz drugih mogućih mjera koje će spriječiti prekomjerne gubitke topline. Uštede koje se mogu ostvariti kod obnove starih ali i izgradnjom novih zgrada primjenom korištenja sunčeve energije su veće od 70% u odnosu na klasičnu gradnju.
E B E 2 R m T / h O P W k E U K S A N D I L A P R O G T Z E H I N N Č I E F I B C M E A P T S S
PROSJEČNE STARE NEIZOLIRANE KUĆE TROŠE OD 200-280 kWh/m2 ZA ZAGRIJAVANJE U JEDNOJ
PROSJEČNOJ SEZONI. STANDARNO IZOLIRANE KUĆE TOŠE ISPOD 100,
E Ć U K E R A T S
. 7 8 9 1 Z I I S I P O R P R H
. 6 0 0 2 Z I I S I P O R P R H
NISKOENERGETSKE OKO 40, A PASIVNE SOLARNE OKO 15 kWh/m 2 I MANJE. E K S T E G R E N E O E K Ć S I U N K
E N R A L O S E N V I E Ć S A U P K
150
10. ZAŠTITA OD BUKE U ZGRADAMA
Bukom nazivamo svaki neželjeni ili ometajući zvuk koji to postaje subjektivnim doživljajem pojedinca. Buka je jedan od najvećih zdravstveno-ekoloških problema današnjice u razvijenim zemljama. Jedan od glavnih izvora buke je promet. Suvremena načela u sustavnoj zažtiti od buke polaze od pretpostavke da nitko ne bi smio biti izložen razinama buke koje ugrožavaju zdravlje ili kvalitetu života. Europski kriteriji utvrdili su da stanovništvo ne bi smjelo biti izloženo ekvivalentnoj razini jačine zvuka od 65 decibela(db) tijekom noći, a razina jačine zvuka od 85 db ne bi se nikad smjela premašiti.
Hrvatski propisi koji reguliraju zaštitu od buke su: - ZAKON O ZAŠTITI OD BUKE (NARODNE NOVINE br. 20/03.) -PRAVILNIK O NAJVI ŠIM DOPUŠTENIM RAZINAMA BUKE U SREDINI U KOJOJ LJUDI RADE I BORAVE - RAZNE HRVATSKE NORME KOJE ODREĐUJU NAČINE PRORAČUNA I MJERENJA BUKE U ZGRADAMA
151
Zakono o zaštiti od buke određuje mjere zaštite od buke na kopnu, vodi i u zraku te nadzor nad provedbom ovih mjera radi sprječavanja ili smanjivanja buke i otklanjanja opasnosti za zdravlje ljudi. Buka štetna po zdravlje u smislu ovoga zakona je svaki zvuk koji prekoračuje najviše dopuštene razine utvrđene provedbenim propisom s obzirom na vrijeme i mjesto nastanka u sredini u kojoj ljudi rade i borave.
Prema zakonu mjere zaštite od buke obuhvaćaju: 1. ODABIR I UPORABA MALOBUČNIH STROJEVA, UREĐAJA, SREDSTAVA ZA RAD I TRANSPORT, 2. PROMIŠLJENO UZAJAMNO LOCIRANJE IZVORA BUKE ILI OBJEKATA S IZVORIMA BUKE (EMITENATA) I PODRUČJA ILI OBJEKATA SA SADRŽAJIMA KOJE TREBA ŠTITITI OD BUKE (IMITENATA), 3. IZVEDBU ODGOVARAJUĆE ZVUČNE IZOLACIJE GRAĐEVINA U KOJIMA SU IZVORI BUKE RADNI I BORAVIŠNI PROSTORI, 4. PRIMJENU AKUSTIČKIH ZAŠTITNIH MJERA NA TEMELJU MJERENJA I PRORAČUNA BUKE NA MJESTIMA EMISIJE, NA PUTOVIMA ŠIRENJA I NA MJESTIMA IMISIJE BUKE, 5. AKUSTIČKA MJERENJA RADI PROVJERE I STALNOG NADZORA STANJA BUKE, 6. POVREMENO OGRANIČENJE EMISIJE ZVUKA. PREMA ZAKONU ŽUPANIJE, GRAD ZAGREB, GRADOVI I OPĆINE, DUŽNI SU IZRADITI: 1. KARTU BUKE, 2. AKCIJSKE PLANOVE.
Karta buke je sastavni dio informacijskog sustava zaštite okoliša Republike Hrvatske i predstavlja stručnu podlogu za izradu prostornih planova. Akcijski plan je prikaz mjera za provođenje smanjenja buke na dopuštene razine unutar promatranog područja. 152
KARTA BUKE ZA DIO GRADA - DAN
Glavni izvor buke je promet pa su vidljive razlike u kategoriji cesta
i količini onečišćenja bukom.
KARTA BUKE ZA DIO GRADA - NOĆ
Tijekom noći promet je značajno reduciran što se povoljno odražava na redukciju buke u stambenim naseljima.
153
Zona buke
1.
2.
3.
4.
5.
Namjena prostora
Zona namijenjena odmoru, oporavku i liječenju Zona namijenjena samo stanovanju i boravku Zona mješovite, pretežito stambene namjene Zona mješovite, pretežito poslovne namjene sa stanovanjem Zona gospodarske namjene (proizvodnja, industrija, skladišta, servisi)
Najviše dopuštene ocjenske razine buke imisije LRAeq u dB(A) za dan(Lday)
noć(Lnight)
50
40
55
40
55
45
65
BUKA U VANJSKOM PROSTORU –
NAJVIŠE DOPUŠTENE OCJENSKE RAZINE BUKE IMISIJE
50
– Na granici građevne čestice unutar zone – buka ne smije prelaziti 80 dB(A) – Na granici ove zone buka ne smije prelaziti dopuštene razine zone s kojom graniči
Zona iz prethodne Tablice Najviše dopuštene ekvivalentne razine buke LReq u dB(A) – za dan – za noć
1
2
3
4
5
30
35
35
40
40
25
25
25
30
30
BUKA U ZATVORENIM BORAVIŠNIM PROSTORIMA. VRIJEDI ZA ZATVORENA VRATA I PROZORE.
154
Opis posla
Namjena prostora
Koncertne dvorane, kazališta i slične prostorije Kina, čitaonice, izložbene prostorije, predavaonice, učionice i slične prostorije
Najviša dopuštena ekvivalentna razina buke L A,eq u dB(A) 25
35
Najviša dopuštena ekvivalentna razina buke L A,eq u dB(A)
Najsloženiji poslovi upravljanja, rad vezan za veliku odgovornost, znanstveni rad
35
Rad koji zahtijeva veliku koncentraciju i/ili preciznu psihomotoriku
40
Rad koji zahtijeva često komuniciranje govorom
50
Lakši mentalni rad te fizički rad koji zahtijeva pozornost i koncentraciju
65
NAJVIŠE DOPUŠTENE EKVIVALENTNE RAZINE
NAJVIŠE DOPUŠTENE OCJENSKE EKVIVALENTNE
BUKE U ZATVORENIM PROSTORIJAMA POSEBNE NAMJENE
RAZINE BUKE KOJU NA RADNOM MJESTU STVARAJU PROIZVODNI I NEPROIZVODNI IZVORI BUKE
155
Buka u zgradama, može stići od izvora zvuka na dva načina: A) Preko zraka (tzv. ZRAČNI ZVUK koji se prenosi kroz vrata, prozore, otvore, ventilacione kanale i porozne strukture građevinskih materijala) B) prenošenjem vibracija građevinskih elemenata koji su na to pobuđeni mehaničkim putem (ZVUK UDARA ILI TOPOT).
Pod pojmom zvučne zaštite u zgradama podrazumjeva se skup različitih mjera kojima se kontrolira rasprostiranje zvuka na način da on ne postane buka.
Zvučna zaštita od zračnog zvuka najbolje se može osigurati: -
IZVEDBOM MASIVNIH KONSTRUKCIJA ZIDOVA I STROPOVA.
IZVEDBOM LAGANIH MONTAŽNIH PREGRADA SA POSEBNIM IZOLACIJSKIM MATERIJALIMA KOMBINIRANIM PREGRADAMA (MASIVNA KONSTRUKCIJA I ZVUČNO-IZOLACIJSKI SLOJ)
Zvučna zaštita od zvuka udara ili topota koji je neophodno potrebna za stropove najbolje se može osigurati: -
IZVEDOM MEKANOG FINALNOG SLOJA PODA
IZVEDBOM PLIVAJUĆEG PODA IZVEDBOM SPUŠTENOG STROPA
Posebni slojevi zvučne izolacije izrađuju se najčešće od mineralne vune. To je materijal koji svojom poroznom strukturom “upija” ili apsorbira enrgiju zvučnog vala. Razlikuju se materijali koji se upotrebljavaju za izradu zvučne izolacije za zidove i za podove gdje izolacijski materijal treba imati puno veću čvrstoću na pritisak. Ispravna izvedba svih građevinskih detalja i ugradnje opreme izuzetno je važna za ukupnu razinu zaštite od buke u zgradama. Na sljedećih nekoliko primjera mogu se vidjeti posebno važni detalji izvedbe sa stajališta zvučne zaštite. 156
Prilikom izvedbe “plivajućih podova” obvezno je armirano-betonsku podlogu poda fizički odvojiti od ostalih konstrukcija elastičnim slojem odnosno zasebnom zvučnom izolacijom.
Kod izvedbe laganih montažnih prgrada izvedenih od ploča koje se pričvršćuju na zasebnu konstrukciju od drveta ili metala najbolje je cijeli zračni prostor između ploča ispuniti izolacijskim materijalom za zvučnu zaštitu.
Oblogu zidova i stropova od gipskartonskih ploča treba izvesti bez međusobnih razmaka ploča kako se ne bi stvarali zvučni mostovi. 157
Prilikom izvedbe svih vrsta montažnih pregrada u zgradama potrebno je zasebnu konstrukciju tih pregrada odvojiti od ostalih dijelova konstrukcije posebnim polietilenskim brtvenim trakama.
Posebnim gumenim brtvenim trakama je potrebno odvojiti od zidova i podova sve sanitarne elemente u kupaonicama i strojeve u kuhinjama koji bi mogli proizvesti buku.
Najveću opasnost za širenje zračnog zvuka kroz masivne zidove predstavljaju loše postavljene kutije za prekidače i utičnice. Zbog toga se nasuprotne kutije u zidu treba montirati uz određene pomake. 158
10.1. AKUSTIKA PROSTORIJA Pod pojmom dobra akustika prostora podrazumjeva se prostor u kome je željeni zvuk dobro naglašen, a svi neželjeni zvukovi su eliminirani. Da bi se bolje razumjela ova problemtika potrebno je razmotriti temeljne principe širenja zvučnih valova.
ŠIRENJE ZVUČNIH VALOVA U OTVORENOM PROSTORU Zvučni valovi emitirani iz izvorišne točke šire se sferno jednako u svim smjerovima. U vanjskom prostoru zvučni valovi putuju iz izvora u sfernoj valnoj fronti koja se stalno širi. Za izvorišnu točku koja odašilje određenu zvučnu energiju ova energija koncentrirana je u jednoj točki na izvoru. Dalje od izvora, ista energija prenosi se sferno. Što je veća udaljenost od izvora, veća je površina po kojoj je energija raspršena. To se može ilustrirati proučavajući jedan segment šireće sfere. Zvučna energija raspršuje se po
zamišljenoj sferi s površinom koja raste razmjerno kvadratu udaljenosti
od izvorišne točke. Površina sfere raste 4 puta sa svakim udvostručenjem udaljenosti od izvora. Dakle s udaljenošću od izvora zvuk rapidno opada. Svako udvostručenje udaljenosti od izvorišne točke uzrokuje smanjenje razine zvuka za 6db. 159
ŠIRENJE ZVUČNIH VALOVA U ZATVORENOM PROSTORU
U zatvorenom prostoru zvučni val udara u površinu konstrukcije građevine prije nego znatno slabi. Zvučno polje u zatvorenom prostoru nije sferno, ali ovisi o geometriji prostora i akustičkim svojstvima tih površina. Zapremina prostorije i udaljenosti između izvora zvuka, površine konstrukcija građevine i mjesto slušanja također su važni. Zvuk se na određenom mjestu slušanja u prostoriji sastoji od direktnog i reflektiranog zvuka. Direktan zvuk jest zvuk koji se još nije odbio od neke površine. Zbroj svih reflektiranih zvukova zove se reverberacijsko zvučno polje. Sastoji se od svih zvukova koji su se odbili jedanput, dvaput ili više puta od površina konstrukcije građevine. Zvuk koji je reflektiran jednom zove se prva refleksija, dvaput druga refleksija itd. 160
VRIJEME REVERBERACIJE ZVUKA
Signal iz izvora zvuka u prostoriji može se čuti određeno vrijeme nakon što je izvor zvuka isključen. To je stoga što se direktan zvuk iz izvora reflektira od zidova prostorije nazad do mjesta slušanja u prostoriji. Ovaj fenomen naziva se reverberacija. Nakon određenog vremena, veći dio zvučne energije gubi se u refleksijama. Ovo vrijeme ovisi o volumenu i dimenzijama i obliku prostorije kao i o apsorpcijskom kapacitetu površina prostorije. Vrijeme reverberacije t60 definira se kao vrijeme koje je potrebno da se razina zvuka smanji za 60 db nakon što je izvor zvuka isključen.
IZVOR ZVUKA ISKLJUČEN ) B d ( A K U V Z A N I Z A R
RAZINA ZVUKA SE SMANJILA ZA 60 DB
Vrijeme reverberacije=
VRIJEME (sec) IZVOR ZVUKA KOJI EMITIRA ZVUČNO POLJE OD 100 DB ISKLJUČEN JE U T=0.25 SEK. VRIJEME REVERBERACIJE JE VRIJEME KOJE JE POTREBNO DA SE RAZINA ZVUKA SMANJI ZA 60 DB (RAZINA ZVUKA JE TADA 40 DB ). RAZINA ZVUKA JE U OVOM PRIMJERU STABILIZIRANA PRI POZADINSKOJ BUCI OD 30 DB.
Sabinova formula često se koristi za procjenu vremena reverberacije u prostoriji:
VOLUMEN PROSTORIJE APSORPCIJA ZRAKA
UKUPNA POVRŠINA PLOHA U PROSTORIJI KOEFICIJENT APSORPCIJE
161
Koeficijent apsorpcije koristi se kako bi se izrazila sposobnost materijala da apsorbira zvuk. Ovo je važna karakteristika u akustici prostorija, posebno za izračunavanje vremena reverberacije. Koeficijent apsorpcije izražava se postotkom te je to odnos između ukupne apsorbirane energije zvučnog vala i ulazne zvučne energije.
Broj refleksija koje utječu na reverberacijsko zvučno polje ovisi o akustičkim svojstvima površina. Kada bi površine građevine potpuno reflektirale zvuk, teoretski bi postojao neograničen broj refleksija. Kada bi površine savršeno apsorbirale zvuk, uopće ne bi bilo refleksija (što odgovara uvjetima slobodnog polja na otvorenom prostoru). U stvarnosti, uvijek postoji gubitak energije kada zvučni val udari u građevinski element. Zrak također apsorbira nešto energije zvučnih valova. Apsorpcija zvuka ovisi o i frekvenciji. Visoko frekventni zvuk često se lakše apsorbira nego nisko frekventni zvuk. 162
Velik dio energije zvučnog vala reflektira se kad udari o površinu tvrdog građevnog materijala. Kut upada ' ' jednak je kutu refleksije ' ' za ravne površine. Ukoliko se površina ne može smatrati ravnom, refleksija će biti difuzna. UPADNA ENERGIJA
REFLEKTIRANA ENERGIJA
UPADNA ENERGIJA DIFUZNO REFLEKTIRANA ENERGIJA
Općenito, refleksija nikad nije potpuna kao
što je prikazano na slici gore, čak i kod vrlo tvrdih građevnih materijala. Betonski zid primjerice tipično ima koeficijent apsorpcije 1% pri niskim frekvencijama te 3% pri visokim frekvencijama. Refleksija zvučnog vala, kad on udari u
materijal, događa se zbog posebnog akustičkog svojstva koje se može nazvati akustički otpor (akustička impedancija). Svi materijali imaju vlastiti akustički otpor, od vrlo malog kod zraka, do vrlo visokog na primjer kod betona ili stakla.
Difuzne površine koriste se da bi se izbjegla jeka i koncentracija zvuka. Difuzija
je također važna i na suptilniji način, primjerice u prostorijama uređenima za glazbu. Postoje različiti načini konstruiranja difuzne površine. Zid ili strop može se opremiti nagnutim, zakrivljenim ili pomaknutim panelima. Dimenzije difuznih panela moraju se usporediti s valnom dužinom zvuka koji treba raspršiti. Jedno
od osnovnih pravila jest da izbočine moraju doseći najmanje jednu sedminu valne dužine zvuka.
163
AKUSTIKA PROSTORA PREDVIĐENIH ZA GOVOR
U prostorijama koje su oblikovane za govor primarne refleksije trebaju se usmjeriti tako da pokrivaju sva mjesta slušanja. Površine koje mogu uzrokovati zakašnjele refleksije treba prekriti apsorbirajućim materijalom. Ovo stoga što zakašnjele refleksije koje stižu dosta vremena nakon direktnog zvuka ne osnažuju već se upliću u direktan zvuk. Direktan zvuk i primarne refleksije su najvažnije u prostorijama namijenjenim govoru. Na određenoj udaljenosti od govornika (većoj od 8-10 metara) izravan zvuk nije dovoljan. To znači da su potrebne dodatne refleksije sa stropa, zidova sa strane, te s posebno oblikovanih reflektora. Zvuk koji se rano reflektira (reverberira) osnažuje direktan zvuk. Kasne refleksije, koje na konstruktivan način ne doprinose snaženju direktnog zvuka, moraju se potisnuti (uglavnom kod površina na stražnjem kraju prostorije). U malim prostorijama, gdje udaljenost između govornika i slušatelja ne prelazi 8-10 m, treba ciljati na kratko vrijeme reverberacije. Veće prostorije treba proučiti stručnjak kako bi se postigli najbolji uvjeti kako za slušatelje tako i za govornika. 164
AKUSTIKA PROSTORA PREDVIĐENIH ZA GLAZBU
U prostorijama koje su oblikovane za glazbu primarne refleksije treba usmjeriti kako bi pokrile sva mjesta slušanja. Površine koje mogu uzrokovati kasne refleksije moraju se obraditi apsorpcijskim odnosno difuznim materijalima. Zidovi sa strane obično trebaju biti difuzni ako ne pružaju korisnu ranu refleksiju. Akustičko oblikovanje prostorija za glazbene izvedbe složenije je od ostalih vrsta prostorija. Ovdje su najvažnije osobine reverberiranog zvuka. Rane refleksije, osobito s površina blizu izvora zvuka, moraju se pažljivo proučiti. Distribucija refleksija u smislu vremena, razine zvuka, frekvencije i smjera utječe na percepciju izvedene glazbe. Volumen i geometrija prostorije kao i distribucija refleksivnih, apsorbirajućih i difuznih površina odredit će akustičku kvalitetu prostorije. Refleksijske površine koriste se za usmjeravanje ranih refleksija. Apsorpcijske površine koriste se za izbjegavanje jeke i koncentracija zvuka. Difuzne površine važne su kako bi se izbjegao akustički odsja j (ili koloracija frekvencija – grubi
zvuk) te kako bi se postiglo takvo reverberacijsko zvučno polje gdje se slušatelju čini kako refleksije dolaze podjednako iz svih smjerova. R azličite vrste glazbe također imaju različite zahtjeve u smislu vremena reverberacije i ostalih akustičkih kriterija prostorije.
165
