Faktor oblika zgrade i energijska efikasnost

Piše: Msc. Džana JUSUFOVIĆ, dipl.ing.arh. CETEOR Sarajevo, dzjusufovic@ceteor.ba

 

  1. OBLIK ZGRADE – USLOV ZA ENERGIJSKI EFIKASNU GRADNJU

Arhitektonski objekti su veliki potrošači energije. Prilikom projektovanja objekata ili naselja principi urbanističko-arhitektonskog projektovanja predstavljaju primarnu determinantu njihovih energijskih karakteristika i uštede energije. U okviru urbanističkih faktora ističu se: karakteristike mikrolokacije (konfiguracija, osunčanje, vegetacija, zaštita od vjetra i sl.), dispozicija objekta, ventilacija i orijentacija. Arhitektonski aspekt mnogo je složeniji, on uključuje geometrijske karakteristike objekta, strukturu i karakteristike omotača (pune i staklene površine, toplotno-zaštitna svojstva) i dr. faktore koje treba koristiti u cilju ostvarivanja energijske efikasnosti objekata i to tako da u zimskom periodu smanje toplotne gubitke iz objekta i koriste toplotne dobitke od sunca, a u ljetnom periodu da sprečavaju toplotne dobitke od sunca i omoguće maksimalno odvođenje toplote iz objekta.

Prilikom projektiranja energijski efikasnih, niskoenergijskih zgrada, primjenom odgovarajućih mjera arhitektonskog projektovanja moguće je postići povoljan toplotni komfor i ekonomičnu potrošnju energije. U tom pogledu, izdvaja se jedan od ključnih faktora o kojoj se u arhitekturi sadašnjice posvećuje manje pažnje nego što je nužno,a to je faktor oblika zgrade (fo).

Karakteristike energijski efikasne gradnje treba uključiti u proces projektovanja što ranije, već u fazi idejnog koncepta, jer se na taj način postižu najkvalitetniji rezultati. Oblik i forma zgrade razvijali su se zajedno sa materijalima, stilovima gradnje ali i individualnim potrebama. Danas se tim karakteristikama treba dodati još jedan ključni detalj – energijska efikasnost (EE). Ona se sama po sebi često ne uklapa u zamisao arhitekte, šta više, nameće svoje standarde, mijenja dispoziciju, ali u konačnici vrlo opravdano i efikasno. Objekti sve više i više napuštaju složene sisteme i prerastaju u koncentrične, zatvorene prostore, koji zadržavaju toplotu, ne rasipaju je i to je jedan od glavnih razloga zašto faktor oblika igra vrlo važnu ulogu u arhitekturi i energetici.

Navedeno je da su arhitektonski objekti veliki potrošači energije za grijanje i hlađenje. Faktor oblika zgrade najbolje se vidi kroz transmisijske toplotne gubitke (toplotni gubici koji se ostvaruju razmjenom toplote preko površine objekta – oznaka HT) koji se nastoje izbjeći upravo iz tih razloga. Veličina transmisijskih gubitaka toplote kroz površinu grijanog volumena zgrade ovisi o veličini površine omotača ili ovojnice objekta (A). Što je veća kontaktna površina sa sredinom, veća je i transmisija toplote. Uz isti volumen zgrade (Ve), njena veća površina daje veći faktor oblika. Što je oblik zgrade kompaktniji, to je faktor oblika manji i suprotno.

Slika 1. Odnos faktora oblika (fo) i oblika/forme zgrade

Prema definiciji, transmisioni toplotni gubici su direktno proporcionalni faktoru oblika zgrade, tj. odnosu površine omotača (ovojnice) grijanog dijela zgrade (A=m2) i bruto zapremine grijanog dijela zgrade (Ve=m3) obuhvaćene tim omotačem: fo = A / Ve.

Pod pojmom površina omotača (ovojnica) zgrade podrazumijeva se površina dijela zgrade koja odvaja unutrašnji dio objekta od vanjske sredine, odnosno grijani  dio objekta od vanjske sredine. Omotač (ovojnicu) objekta sačinjavaju slijedeći građevinski elementi od kojih zavise energijske karakteristike zgrade tj. energijski bilans:

  • vanjski zid
  • zid između grijanih prostora različitih korisnika
  • zid prema negrijanom prostoru
  • vanjski zid prema terenu
  • pod na terenu
  • međuspratna konstrukcija koja odvaja prostore

različitih korisnika

  • strop prema negrijanom podrumu
  • strop prema negrijanom tavanu
  • ravni i kosi krov iznad grijanog prostora
  • strop iznad vanjskog prostora
  • prozori i vanjska vrata

Promjenom geometrije zgrade, mijenja se udio površine omotača preko koje dolazi do razmjene. Geometrija zgrade u vidu kugle ima najmanju kontaktnu površinu u odnosu na svoj volumen, a time i najmanji faktor oblika, dok je kod razuđenih (složenih) formi zgrada, bilo da je riječ o horizontalnoj ili vertikalnoj podjeli, slučaj obrnut. Kako bi se pojava faktora oblika slikovitije obrazložila, u nastavku je prezentovan primjer u kojem je kao polazna osnova uzet isti volumen, geometrijski izražen u različite forme. S transformacijom geometrije, faktor oblika raste uprkos činjenici nepromijenjenog volumena.

Slika 2. Primjeri izračuna faktora oblika zgrade

Zgrade razuđenijih formi mogu imati i do 35% veću površinu omotača od zgrada pravilnih geometrijskih oblika što je vidljivo iz prethodnog primjera. Zgrade razuđenijih formi i oblika troše više energije potrebne za zagrijavanje i hlađenje prostora, pa bi s tim u vezi trebale imati i kvalitetniji omotač u smislu toplotne zaštite koji bi umanjio nastale gubitke i spriječio odlazak toplotne energije van.

Slika 3. Promjena faktora oblika u odnosu na oblik zgrade istog volumena (Za vitku,štapićastu zgradu (neboder): fo = 0.43 m-1; Za nižu,zbijeniju zgradu: fo = 0.33 m-1)

 

Slika 4. Raščlanjivanje tijela zgrade utiče na povećanje površine vanjske kontaktne površine omotača

Ističući značaj kompaktne forme nad razuđenim formama povlači za sobom limitiranost pri projektovanju, međutim, to ne znači da zgrade razuđenih osnova ne treba projektovati, ali treba imati u vidu uticaj razuđenosti prilikom projektovanja. Zgrade npr. u nizu imaju manje transmisione toplotne gubitke od slobodnostojećih zgrada, što znači da faktor oblika ovisi i o tipologiji gradnje. Ovakvi projekti ne moraju biti nužna primoranost, oni mogu biti atraktivna i kvalitetna arhitektura.

Postoji mnogo pratećih načina da se ublaži efekat faktora oblika uzimajući u obzir dispoziciju zgrade (pasivni aspekti gradnje). Povoljni toplotni komfor se može obezbijediti i odgovarajućim toplotno zaštitnim karakteristikama  (koeficijentom prolaza toplote, toplotnim kapacitetom, toplotnom stabilnošću) omotača zgrade i sl..

Slika 5. Jedan od načina postizanja toplotnog komfora i ublažavanja efekta nepovoljnog faktora zgrade je adekvatna toplotna izolacija omotača (ovojnice) zgrade

Slika 6. Odnos faktora oblika (fo) i učešća debljine termoizolacije

Treba uvijek imati na umu značaj urbanističkih postavki prilikom projektovanja niskoenergijskih zgrada. Zastakljene površine na omotaču treba da omogućavaju što bolje osvetljenje prostora zgrade prirodnim svjetlom, kao i dovoljno provjetravanje kroz spojeve okvira i krila prozora ukoliko u zgradi ne postoji mehanička ventilacija. Prozori i vrata postavljaju se na vanjski rub otvora kako bi se spriječili toplotni mostovi i smanjila razvijena površina fasada. Nije poželjno projektovati  prozore velikih površina tamo gdje nemaju pozitivan učinak na utrošak toplotne energije. Pravilnim rasporedom prostorija unutar zgrade, omogućava se ljeti hlađenje, a zimi toplotni dobitak od sunca. Jako bitna stavka kod projektovanja je grupisanje prostorija slične funkcije i unutrašnje temperature. Pomoćne prostorije poželjno je orjentirati prema sjeveru, a dnevne na jug. Arhitekta je u konačnici taj koji u interakciji sa investitorom treba postići optimalan kompromis, bilo da odstupa od faktora oblika ili njemu suprodstavljenih zahtjeva.

U načelu je poželjniji kompaktan i pravilan volumen zgrade, sa što manje razvedenih fasada i konzolnih istaka gornjih etaža i balkona, ali nije nužno odstupati od rješenja koja će nadomjestiti taj faktor na neki drugi i prihvatljiviji način. Arhitektura bogata modernim detaljima ima pozitivni efekt na izgled objekta, ali vrlo negativan učinak na energijski aspekt. Odlučujući faktor za ekonomičnu gradnju su jednostavnost, funkcionalnost, praktično i ekonomično unutrašnje uređenje. Takav jedan objekat ima argumentovane prednosti: troši manje energije za grijanje i hlađenje, a time su izgradnja i troškovi korištenja i održavanja manji.

 

Literatura:

http://kgh.kvartetv.com/fajlovi/36.%20kongres/36-21.pdf

http://www.24sata.hr/niskoenergetska-kuca/jesu-li-zgrade-kugle-buducnost-arhitekture-287840

http://www.eihp.hr/hrvatski/pdf/vodic_ee_gradnja.pdf

http://consultant-energies.com/wp-content/uploads/2013/03/CoefficientFormeBatiment.jpg

http://www.unige.ch/cuepe/virtual_campus/module_building/_principes/pix_02/volume_big.jpg

http://ases.conference-services.net/resources/252/2859/pdf/SOLAR2012_0428_full%20paper.pdf

http://www.euroekodom.hr/arhitektura-doma/5-principi-projektiranja

 

m-Kvadrat

print