SEMINARSKI RADPREDMET: ENERGETIKA I PRIRODNA OKOLINA

TEMA: ODRŽIVA ENERGETIKA U ZGRADARSTVU

1. UVOD

Ljudi grade kuće i stanove da bi se zaštitili od nepovoljnih vremenskih prilika (kiša, snijeg, mraz...), da bi se zaštitili od radoznalih pogleda, od raznih opasnosti (divljih životinja), da bi imali komfor, mjesto za pripremu hrane, ili ako su u pitanju industrijske i komercijalne zgrade mjesto za rad. [1] Kako je tekao istorijski razvoj čovjeka tako su se mijenjali načini gradnje. Ljudi su na osnovu iskustva i napretka civilizacije koristili nove metode gradnje i nove materijale. Sa povećanjem standarda kuće mijenjaju i svoju osnovnu funkciju, pa osim zaštite od vremenskih neprilika i raznih opasnosti postaju i simbol socijalnog statusa pojedinca. Takođe, sve su i veći zahtjevi za komforom, pa pored grijanja u zimskom periodu sve je veća upotreba energije za hlađenje tokom ljeta. Sa tehnološkim razvojem sve je veća raznovrsnost kućanskih aparata, ali i broj istih aparata u jednoj stambenoj jedinici. Tako danas nije rijedak slučaj da u jednoj stambenoj jedinici broj televizora i računara je jednak ili prelazi broj članova. Isto je i u komercijalnim zgradama. Takođe, sve se više poklanja pažnja na izgled poslovnih zgrada, pa je sve veća potreba za osvjetljenjem. Sve ovo utiče na to da je sve veća potrošnja energije u zgradama.

2. Energetska efikasnost u zgradama

2.1. Zgrade najveći potrošači energije

U posljednih nekoliko decenija počelo se razmišljati o posledicama nekontrolisane potrošnje energije i uticaju na životnu sredinu. Zadnjih godina problem održivog razvoja nameće se kao globalna tema broj jedan u svijetu energetike, ekologije ekonomije i privrede. Ova tema je povezana sa nesigurnošću snabdjevanja energijom, kao i sa zagađenjem životne sredine, globalnim promjenama klime zbog prevelike i neracionalne potrošnje. Proizvodnja, prenos, distribucija i potrošnja energije utiču na sve oblasti ljudskog rada, na socijalni i ekonomski napredak svake države. Trenutno stanje u svijetu pokazuje da je dosadašnja nedovoljno kontrolisana potrošnja energije neodrživa. Zbog toga se održiva potrošnja energije preko racionalnog planiranja i povećanja energetske efikasnosti svih elemenata u energetskom sistemu neke zemlje, nameće kao prioritet. Zgrade su najveći potrošači energije, sa tendencijom porasta u skladu sa porastom standarda stanovništva i tehnološkim napretkom. Energetski balans zgrade čine: transmisioni i infiltracioni gubici, unutrašnji dobici (svjetlo, električni uređaji, oprema, toplota od ljudi koji borave u prostoriji), spoljašni dobici, gubici u sistemu grijanja i energija dovedena u sistem grijanja.

Sl. 1. Energetski balans za porodičnu kuću [2]1

U Evropi preko 41% ukupne energije otpada na zgradarstvo sa tendencijom porasta. Sledeći je saobraćaj sa 31 %, pa a tek na trećem mjestu industrija sa 28%. [3]

Sl.2. Potrošnja energije

Samim time zgrade su indirektno, kroz utrošak energije i veliki zagađivači okoline. Zbog toga energetska efikasnost u zgradama ima veliki potencijal za smanjenje potrošnje energije.

Sl. 3. Analiza potrošnje energije u poslovnim i stambenim zgradama u EU [2]

Međunarodna zabrinutost zbog emisije gasova staklene bašte dovela je do Konferencijae Ujedinjenih nacija o zaštiti životne sredine i razvoju (UNCED), koja je održana juna 1992 godine u Rio de Zaneiru i do Kyoto protokola., međunarodnog ugovora, koji je ugrađen u okvirnu Konvenciju Ujedinjenih nacija o klimatskim promjenama, i on ustvari govori o tome kako treba smanjiti emisiju gasova sa efektom staklene bašte.. Protokol je otvoren za potpisivanje u japanskom gradu Kjotu u organizaciji Konvencije Ujedinjenih nacija za klimatske promene (UNFCCC), 11. decembara 1997. godine. Za njegovo stupanje na snagu bilo je potrebno da ga ratifikuje najmanje 55 država. To se dogodilo 16. februara 2005. godine kada je Rusija ratifikovala Protokol. Evropske vlade su nekoliko godina prije potpisivanja Kyoto protokola napravile prve korake prema sprečavanju emisije gasova staklene bašte. Tokom 1990 godine Vijeće ministara energetike postiglo je dogovor o preduzimanju mjera da bi se stabilizovala emisija glavnog gasa staklene bašte CO2, tako da emisija u 2000 bude jednaka emisiji iz 1990 godine. Tokom 1991, Vijeće je odobrilo SAVE program, čiji cilj je bio promovisanje racionalnije potrošnje energije i korišćenje prirodnih resursa u zemljama evropske unije[3].

U septembru 1993 donesena je EU Direktiva 75/93 koja je trebala da kontroliše i ako je moguće smanji emisiju CO2 u EU, promoviše racionalnu upotrebu energije i prirodnih resursa i čuva

2

životnu sredinu. Ovom direktivom se nije definisalo koje procedure se trebaju primjeniti da bi se ocijenila potrošnja energije u zgradama.

2.2. Direktiva 2002/91/EC [4]

U decembru 2002. godine usvojena je Direktiva EU (Energy Performance of Buildings Directive - EPBD), broj 2002/91/EC, o energetskoj efikasnosti zgrada. Njenim sprovođenjem obezbjeđuje se racionalna potrošnja energije u zgradama. Ona daje generalni okvir za zajedničku metodologiju proračuna energetske efikasnosti zgrada, propisujući zahtjeve koji se odnose na energetsku efikasnost novih zgrada i velikih zgrada kojima treba renoviranje, energetsku sertifikaciju zgrada, inspekciju kotlova i sistema za klimatizaciju u zgradama itd. U direktivi EU navode se mjere koje je potrebno preduzeti za povećanje efikasnosti, međutim, zemljama članicama je ostavljena mogućnost da primenjuju i druge mjere za postizanje istog cilja, u skladu sa zakonodavstvom i situacijom u pojedinim zemljama. Pored uštede energije, mjere predviđene za povećanje energetske efikasnosti zgrada praćene su i poboljšanjem kvaliteta unutrašnjeg prostora, boljom zaštitom životne sredine i smanjenjem emisije štetnih gasova koji dovode do efekta staklene bašte.

Direktiva od zemalja članica zahtjeva:

primjenu zajedničke metodologije izračunavanja energetskih performansi zgrada i sistema, uključujući sisteme za grijjanje, hlađenje, provjetravanje i osvjetljenje,

određivanje minimalnih standarda energetske potrošnje novih zgrada, ali i rekonstruisanih postojećih velikih zgrada,

razvoj sistema za energetsku sertifikaciju za postojeće i za objekte u izgradnji koji će omogućiti da vlasnici, zakupci i korisnici budu mnogo bolje upoznati sa potrošnjom energije u zgradama koje kupuju ili zakupljuju,

redovnu inspekciju sistema za grijjanje, klimatizaciju i provjetravanje.

2.2.1. Zahtjevi energetske efikasnosti u EU

Prema Direktivi EU 2002/91:

1. Države članice su obavezne poduzeti potrebne mjere na definisanju minimalnih zahtjeva energetske efikasnosti zgrada, Kod definisanja zahtjeva države članice mogu praviti razliku izmedu novih i postojećih zgrada kao i različitih kategorija zgrada. Ovi zahtjevi moraju uzeti u obzir opšte klimatske uslove u prostorijama, kako bi se izbjegli mogući negativni efekti kao sto su neadekvatna ventilacija, kao i lokalne uslove i namjenjenu funkciju i starost zgrade. Ovi zahtjevi se moraju kontrolisati u redovnim intervalima koji ne mogu biti duži od pet godina i, ukoliko je potrebno, ažurirani kako bi odražavali tehnička unapređenja u sektoru zgradarstva.

2. Zahtjevi energetske efikasnosti primjenjuju se u skladu sa propisima o novim i postojećim zgradama.

3. Države članice mogu odlučiti da se zahtjevi EU Direktive ne propisuju ili ne važe za sledece kategorije zgrada: zgrade i spomenici, koji su službeno zastićeni ako bi zbog njihovog arhitektonskog ili istorijskog značaja udovoljavanje zahtjevima izmijenilo na neprihvatljiv način njihov karakter ili izgled, zgrade koje se koriste kao mjesta vjerskih obreda ili za vjerske aktivnosti, privremene zgrade s rokom upotrebe planiranim na dvije godine ili kraće, industrijske lokacije,

3

radionice i nestambene poljoprivredne zgrade s niskom potrošnjom energije i nestambene poljoprivredne zgrade koje koristi sektor uključen u nacionalni sektorski sporazum o potrošnji energije, stambene zgrade koje se planiraju koristiti manje od četiri mjeseca godišnje, samostojeće zgrade s ukupnom korisnom površinom manjom od 50 m2 .

2.2.2. Zahtjevi energetske efikasnosti za nove zgrade

Članice su obavezne poduzeti potrebne mjere kako bi osigurale da nove zgrade udovoljavaju minimalnim zahtjevima energetske efikasnosti.Za nove zgrade ukupne korisne površine iznad 1000 m2, države članice moraju obezbjediti da se prije pocetka izgradnje razmotri i uzme u obzir tehnička, ekološka i ekonomska izvedivost alternativnih sistema, kao što su:

decentralizovani sistem napajanja energijom koji koristi obnovljive izvore kogeneracija toplotne pumpe

2.2.3. Zahtjevi energetske efikasnosti za postojeće zgrade

Države članice obavezne su poduzeti potrebne mjere kako bi osigurale da kod većih rekonstrukcija zgrada korisne površine iznad 1000 m2 njihova energetska efikasnost bude poboljšana kako bi udovoljavale minimalnim zahtjevima u mjeri u kojoj je to tehnički, funkcionalno i ekonomski izvodljivo. Članice su obavezne izvesti ove minimalne zahtjeve energetske efikasnosti na temelju minimalnih zahtjeva energetske efikasnosti postavljenih za zgrade. Zahtjevi se mogu definisatii bilo za renovirane zgrade u cjelini ili za renovirane dijelove sa ciljem poboljšanja ukupne energetske efikasnosti zgrade.

2.2.4. Sertiflkat energetske efikasnosti

1. Države članice će obezbjediti uslove, kada se zgrade grade, prodaju ili izdaju, da se sertifikat o energetskoj efikasnosti dostavi vlasniku ili da ga vlasnik preda potencijalnom kupcu ili stanaru, već prema slučaju. Važnost sertifikata ne smije prelaziti 10 godina. Sertifikacija stanova ili jedinica koje su namenjene da se zasebno koriste u blokovima zgrada može biti bazirana na:

zajedničkoj sertifikaciji cijele zgrade za blokove sa zajedničkim sistemom grijanja, na ocjeni nekog drugog reprezentativnog stana u istom bloku.

Države članice mogu isključiti kategorije koje su pomenute u prethodnim članovima iz primjene ovog paragrafa.

2. Sertifikat o energetskoj efikasnosti zgrada sadržavaće referentne vrijednosti kao što su važeći zakonski standardi i reperi (uporedne vrednosti) kako bi omogućio potrošačima da uporede i ocjenjuju energetsku efikasnost zgrade. Sertifikat mora sadržavati i preporuke za ekonomično poboljšanje energetske efikasnosti Cilj sertifikata će biti ograničen na pružanje informacija, a o bilo kakvim dejstvima ovih sertifikata u smislu zakonskih postupaka ili drugog, odlučivaće se u skladu sa nacionalnim propisima.

3. Države članice će preduzeti mjere da obezbjede da sve zgrade sa ukupnom korisnom podnom površinom preko 1.000 m² koje koriste javna uprava i institucije koje pružaju javne usluge velikom broju osoba, koje ih stoga veoma često posjećuju, imaju postavljene na istaknutom mjestu, jasno vidljivom posjetiocima, energetske sertifikate koji nisu stariji od 10 godina.

4

2.2.5. Inspekcija kotlova

U cilju smanjenja potrošnje energije i ograničenja emisije ugljen dioksida, države članice su obavezne:

donijeti potrebne mjere za uspostavljanje redovnih inspekcija kotlova na neobnovljiva tekuća ili čvrsta goriva efektivne nazivne snage između 20 kW i 100 kW. Takve inspekcije mogu se provoditi i za kotlove na druga goriva.Inspekcija na kotlovima efektivne nazivne snage iznad 100 kW mora se obavljati najmanje svake dvije godine. Za plinske kotlove, ovaj se period moze produžiti na četiri godine. Za postrojenja za grijanje sa kotlovima efektivne nazivne snage iznad 20 kW starijim od 15 godina, države članice obavezne su donijeti potrebne mjere u cilju uspostavlanja povremenih inspekcija cijelog postrojenja za grijanje. Ove inspekcije, koje moraju uključiti ocjenu efikasnosti kotla i njegove veličine u odnosu na potrebe grijanja zgrade, temelj su za stručne savjete korisnicima o zamjeni bojlera, drugim modifikacijama sistema grijanja i alternativnim rjesenjima;

poduzeti korake u cilju omogućavanja korisnicima da dobiju savjete o zamjeni kotla, drugim modifikacijama sistema grijanja i alternativnim rješenjima, koji mogu uključiti inspekcije radi ocjene efikasnosti i primjerene veličine kotla. Ukupna efikasnost ovog pristupa trebala bi generalno odgovarati onoj koja proizilazi iz propisa navedenih pod (a) Drzave clanice koji se odluče za ovu opciju obavezne su svake dvije godine Komisiji podnijeti izvještaj o ekvivalentnosti svog pristupa.

2.2.6. Nezavisni stručnjaci

Države članice obavezne su osigurati sertifikacije zgrada, formulisanje pratećih preporuka i inspekciju kotlova i sistema za klimatizaciju, koju samostalno obavljaju nezavisni kvalifikovani i ovlašteni stručnjaci, bilo da djeluju kao samostalni subjekti ili su zaposleni u javnim ili privatnim preduzećima.

2.2.7. Opšti okvir za izračunavanje energetske efikasnosti u zgradama

1. Metodologija izračunavanja energetske efikasnostii u zgradama uključuje najmanje ove aspekte:

(a) toplotne karakteristike zgrade (vanjske i unutrašnje zidove). Ove karakteristike mogu uključiti i propustljivost vazduha;(b) postrojenja za grijanje i snabdjevanje toplom vodom, uključujuci i karakteristike izolacije;(c) postrojenja za klimatizaciju;(d) ventilacija;(e) ugrađena rasvjeta (uglavnom u nestambenom sektoru)(f) položaj i orjentacija zgrade, uključujuci i klimatske uslove oko zgrade;(g) pasivni sistemi i solarna zaštita; (h) prirodna ventilacija;(i) klimatski uslovi u prostorijama, uključujuci označene klimatske uslove.

2. Pozitivan uticaj sledecih aspekata uzima se u obzir tamo gdje je relevantan za proračun:(a) aktivni solarni sistemi i drugi sistemi za grijanje i elektricnu energiju koji koriste obnovljive izvore energije;(b) električne energije iz kogeneracije;(c) sistemi daljinskog ili blokovskog grijanja i hlađenja;(d) prirodno svjetlo.

5

3. za potrebe ovog proračuna trebalo bi da su zgrade na odgovarajući način klasifikovane u kategorije, kao sto su:

(a) različite porodične kuće(b) stambeni blokovi(c) kancelarije(d) obrazovne ustanove(e) bolnice(f) hoteli i restorani(g) sportski objekti(h) zgrade za veletrgovinu i trgovinu na malo (i) ostale vrste zgrada koje troše energiju

Energetski sertifikat (pasoš) zgrade uključuje određivanje energetskog razreda zgrade prema njenim energetskim karakteristikama određenim na osnovu izračunate potrebne godišnje specifične potrošnje energije za referentne klimatske podatke i omogućuje poređenje zgrada u odnosu na njihove energetske karakteristike, efikasnost njihovih energetskih sistema, kvalitet i osobine omotača zgrade. Energetski pasoš zgrade sadrži opšte podatke o zgradi, energetski razred zgrade, podatke o osobi koja je izdala energetski sertifikat, podatke o termotehničkim sistemima, klimatske podatke, podatke o potrebnoj energiji i referentne vrijednosti, objašnjenja tehničkih pojmova, opis primjenjenih propisa i normi, te preporuke za ekonomski povoljno poboljšanje energetskih svojstava zgrade, ako ovim propisom nije nešto drugo određeno. Nove zgrade koje se sertificiraju ne sadrže preporuke za ekonomski povoljno poboljšanje energetskih svojstava zgrade.

2.2.8. Primjeri energetskih sertifikata [5]

Standard EN 15217 daje tri primjera energetskih sertifikata u aneksu C, u kome se kaže da su ovi primjeri ilustrativni i da ne sadrže sve detalje potrebne za energetski sertifikat.

Sl.4. Primjeri energetskih sertifikata (Standard EN 15217)

Na slici 4 prikazan je energetski sertifikat za nestambene zgrade u Njemačkoj. Lijeva strana se odnosi na proračunatu potrošnju energije, a desna na izmjerene vrijednosti. Potrebno je da se popuni samo jedna strana. Sertifikat za stambene zgrade je veoma sličan.

6

Na slici 5 je prikazan sertifikat za stambene zgrade u Engleskoj i Velsu. Energetske karakteristike su bazirane na proračunu i izražene preko indikatora energetske efikasnosti i indikatora zaštite životne sredine, koji se zasniva na CO2 emisiji. Indikatori imaju razrede od A do G zasnovane na skali od 1 do 100 gdje je 1 najgora vrijednost, a stotinu najbolja. Sertifikat prati i osmostrani izvještaj.

Sl.5. Primjer sertifikata za postojeće nestambene zgrade u Njemačkoj

7

Sl.6. Primjer sertifikata za stambene zgrade u Engleskoj i Velsu

U Danskoj sertifikat uključuje tri kategorije: trgovačke, uslužne i javne zgrade porodične kuće višespratne kuće

U svim slučajevima sertifikat je formiran na osnovu proračuna. Postoje dvije kategorije na skali koje određuju razrede od A1 do G2. Sertifikat se sastoji od devet stranica. Sadrži, između ostalog: standardne podatke o zgradi, aktuelne energetske podatke o zgradi, energetske oznake (A1-G2), komentare energetskog savjetnika i podatke o energetskom konsultantu, detaljni izvještaj o inspekciji zgrade i mjerenjima, kao i podatke o raznim pretpostavkama i objašnjenja. Sve nove zgrade bi trebalo da imaju najmanje B1 sertifikat,

8

Sl. 7. Primjer sertifikata za postojeće uslužne i javne zgrade Danskoj

3. Energetske karakteristike novih zgrada i održiva gradnja

Održiva energija je energetski efikasan način proizvodnje i korišćenja energije koji ima što manje štetnog uticaja na okolinu, a održivi razvoj je onaj koji zadovoljava današnje potrebe, bez ugrožavanja mogućnosti, da i buduće generacije ostvare svoje potrebe .Održiva gradnja je jedan od značajnih segmenata održivog razvoja, a uključuje:

upotrebu građevinskih materijala koji nisu štetni po zdravlje i okolinu energetsku efikasnost zgrada upravljanje, odnosno korišćenje otpada od gradnje i rušenja starih zgrada.

Energetski održiva gradnja znači smanjenje energetskih potreba u zgradarstvu bez smanjenja kvalitete gradnje i stanovanja. U kontekstu održivog razvoja održiva gradnja mora osigurati trajnost, kvalitet oblikovanja konstrukcija uz finansijsku, ekonomsku i ekološku prihvatljivost.

3.1. Građevinski materijali

Građevinski materijali koji se smatraju ekološki prihvatljivim su između ostalog brzo obnavljajuće drvo, kao bambus, slama, drvni ostaci iz šume, ekološki blokovi, kamen, metal i drugi materijali koji su obnovljivi, više puta upotrebljivi, neotrovni (npr. ovčija vuna, kokos, pečena zemlja, glina, beton...). EPA (Enviromental Protection Agency) preporučuje upotrebu industrijske robe i otpada, kao ostatke sagorijevanja uglja, liveni pijesak, ostatke rušenja objekata itd. Alternativni materijali postoje veoma dugo, ali obično u maloj količini ili kao dodatak drugim materijalima. Zemlja se koristi kao građevinski materijal hiljadama godina , zatim tu je ćerpić koji ima znatnu upotrebu u jugozapadnom dijalu SAD-a i u nekoliko zemalja latino Amerike, U potrazi

9

za materijalima koji su održivi i ekološki prihvatljivi, pažnja se počela poklanjati i materijalima koji su se nekada koristili za gradnju. Neki od njih su: kamen, slama, bambus, drvo itd. Kamen ima dvije dobre karakteristike: dobru termalnu masu i toplotnu izolaciju. Temperatura u kamenim objektima ostaje konstantna što zahtijeva manju potrošnju energije. Slama se može koristiti kao osnova zidova umjesto panelnih ploča. Slama posjeduje izvrsna izolaciona svojstva, zidovi od slame su mnogo efikasniji od standardnih zidova i pošto kiseonik ne može prolaziti kroz zid od slame, vatra se ne može širiti, tako da ovakav zid ima i dobra vatrootporna svojstva. Bambus je u azijskim zemljama materijal koji se koristi u gradnji kuća i mostova. Bambus je jak i fleksibilan materijal i raste jako brzo, tako da ga ima u izobilju. Međutim teško je spojiti uglove, ali ipak se pokazao kao izuzetno otporan materijal [6]. Ćerpić je stari materijal, jeftin, lak za proizvodnju, i idealan za topla područja. Mješavina pijeska i gline se sipa u kalup zajedno sa vodom i ostavlja se na suncu da se osuši. Ćerpić ima mali koeficijent prolaza toplote, tako da ne dozvoljava prolaz toplote kroz zidove, što obezbjeđuje dobru izolaciju ljeti. Da li je neki materijal održiv zavisi od mnogo faktora. Najvažniji faktori su uticaj materijala na životnu sredinu i zdravlje ljudi, potom tu su i obnovljivost, stvaranje otpada pri proizvodnji, izolacione osobine, potom potrošnja energije tokom pripreme za proizvodnju, proizvodnje i transporta [7].

3.2. Energetska efikasnost zgrada

Bitnu ulogu u potrošnji energije imaju vanjski zid, zid između prostora različitih temperatura, zid prema negrijanom prostoru, pod na zemlji, međuspratne konstrukcije, pod prema negrijanom podrumu, plafon prema negrijanom tavanu, krov iznad grijanog prostora, prozori i vanjska vrata. Da bi se povećala energetska efikasnost potrebno je kao prvo poboljšati izolaciju, primjeniti izolaciju cijelog omotača i izbjeći toplotne mostove, ovim se smanjuje koeficijent prolaza toplote k. Nedovoljna toplotna izolacija dovodi do velikih toplotnih gubitaka zimi, pregrijavanja ljeti, pojave kondenzacije. Poboljšanjem toplotno-izolacionih karakteristika moguće je postići smanjenje toplotnih gubitaka za 50-80%. Kao izolacioni materijali koriste se između ostalog kamena i staklena vuna, ekspandirani polistiren (stiropor), ekstrudirani polistiren, poliuretanska pjena, postoje i materijali koji su pretežno u upotrebi na lokalnom nivou prema mjestu proizvodnje: glina, perlit, celuloza, slama itd.. Kod novih zgrada pored primjene toplotne izolacije da bi se poboljšale energetske karakteristike potrebno je voditi računa o orjentaciji zgrade i obliku, iskoristiti dobitke od sunca zimi, a ljeti se zaštititi od pretjeranog osunčavanja, koristiti energetski efikasni sistem grijanja, hlađenja i ventilacije i kombinovati ga obnovljivim izvorima energije, takođe koristiti energetski efikasno osvjetljenje. Prozor je najdinamičniji dio vanjskog omotača zgrade koji istovremeno djeluje kao prijemnik koji propušta sunčevu energiju u prostor, zatim kao zaštita od vanjskih uticaja i toplotnih gubitaka. Potrebno je izabrati prozore sa niskom vrijednošću k (koeficijent prolaza toplote), koja se smanjuje sa debljinom i brojem međuprostora, kao i upotrebom inertnih gasova: argon, kripton i helijum kojima se popunjava međuprostor. Debljina stakla malo utiče na k vrijednost, ali je upotreba stakla niske emisije (Low-e) koja su premazana sa strane koja dolazi u međuprostor izo stakla posebnim metalnim filmom koji propušta zračenje kratke talasne dužine, a reflektira zračenje dugih talasnih dužina, značajno smanjuje. Zahtjevi za što manjom potrošnjom energije doveli su do pojave niskoenergetskih i pasivnih kuća.

Niskoenergetske kuće su temelj primjene održive gradnje tokom cijelog svog životnog vijeka počevši od građevinskog materijala čija proizvodnja ne opterećuje životnu sredinu, preko njihove energetske efikasnosti i racionalnog trošenja energenata tokom životnog vijeka, pa sve do racionalnog raspolaganja otpadom. Za razliku od klasične gradnje, niskoenergetska kuća za zagrijavanje koristi svega 40 kWh/m2 godišnje, što se može izraziti ekvivalentom od 2,7 litara lož ulja, pa se naziva i trolitarskom kućom. Niskoenergetski arhitektonski koncept uključuje maksimalno korištenje sunčeve energije što utiče na unutrašnju organizaciju prostora. Puno pažnje posvećuje se prihvatu sunca i zaštiti od pretjeranog osunčavanja, jer se i pasivni dobici toplote

10

moraju regulisati i optimizirati u zadovoljavajuću cjelinu. Primarni se stambeni prostori trebaju orjentisati prema jugu, odnosno na povoljnije osunčane strane ovisno o mogućnostima orjentacije građevine na parceli, dok prozore na sjevernoj fasadi treba maksimalno smanjiti da se ograniče toplotni gubici.. Toplotna masa zida ili poda u južno orjentisanim prostorijama akumulira toplotnu energiju tokom dana i oslobađa je tokom noći. Pretjerano zagrijavanje ljeti treba spriječiti sredstvima za zaštitu od sunca, usmjeravanjem dnevnog svjetla, zelenilom, prirodnim provjetravanjem i sl

U cilju djelotvorne zaštite od preintezivnog osvjetljenja primjenjuju se sledeća rješenja:

arhitektonska geometrija: zelenilo, trijemovi, strehe, nadstrešnice, balkoni i dr.; elementi vanjske zaštite od sunca: razni pokretni i nepokretni brisoleji, vanjske žaluzine,

rolete, tende, savremena ostakljenja i dr.; elementi unutarnje zaštite od sunca: rolete, žaluzine, zavjese i dr.; elementi unutar stakla za zaštitu od sunca i usmjeravanje svjetla - holografski elementi,

reflektirajuća stakla i folije, staklo koje usmjerava svjetlo, staklene prizme i dr. .Savremeni tzv. “daylight” sistemi koriste optička sredstva da bi podstakli refleksiju, lomljenje svjetlosnih zraka ili za aktivni ili pasivni prijem svjetla. Savremeni sistemi kontrole prolaska svjetla i upravljanja dnevnim osvjetljenjem novi su doprinos energetskoj efikasnosti i održivom razvoju. Ti sistemi danas se uključuju u arhitekturu još u fazi najranijeg projektovanja.. Prva pasivna kuća sagrađena je u Njemačkoj 1991 godine. Radilo se o jednoj studiji koju je nadgledalo i njemačko ministarstvo zaštite životne sredine. Od tada se pojam "Pasivna kuća" upotrebljava za svaku kuću u kojoj se po metru kvadratnom stambene površine ne utroši više od 1,5 litra loživog ulja ili 1,5 m³ plina. Popularno se nazivaju i kuće bez grijanja ili jednolitarske kuće, Pasivna kuća je zgrada u kojoj se bez aktivnog sistema grijanja ili klimatizacije postiže ugodna temperatura prostora i u zimskom i u ljetnem periodu. Pruža povišeni stambeni komfor pri čemu potrebe za toplotnom energijom ne prelaze 15 kWh/m². Realizacija pasivne kuće postavlja visoke zahtjeve na kvalitetu primjenjenih komponenata građevine. Svi vanjski elementi zgrade, izuzev ostakljenih površina, trebaju biti tako dobro izolovani da koeficijent prolaza toplote k nije veći od 0,15 W/(m2K). a za prozore i druga ostakljenja mora biti k <0,80 W/m2K, uz broj izmjena vazduha po času manji od 0.6. Svjež vazduh može biti doveden do kuće kroz podzemne cjevovode, koji razmjenjuju toplotu sa zemljom. Ovo predgrijava svjež vazduh do temperature iznad 5° C, čak i zimi. Kod pasivnih kuća primjenjuje se visoko efikasna toplotna rekuperacija pomoću iskorištenog vazduha korišćenjem izmjenjivača toplote vazduh/voda, pri čemu se najveći dio toplote u starom vazduhu prenosi na svjež vazduh (vrijednost izmjenjene toplote je 80%). Pasivne kuće okrenute prema jugu prestavljaju i solarne kuće, tako da dobici od sunčeve energije koji ulaze kroz staklo dimenzionisano da obezbjedi dovoljno dnevnog svjetla, pokrivaju od 40%-60% toplotnih gubitaka kuće. Da bi se to postiglo, prozori za pasivne kuće imaju nisko emisiono troslojno staklo i superizolovane ramove [8].

11

Sl.8. Šema pasivne kuće [9]

U pasivnim kućama moguće je postići i grijanje samo sa svježim vazduhom. Na slici 9 je prikazana jedna takva kompaktna jedinica: svi uređaji su napravljeni u jednom aparatu: grijanje, ventilacija i priprema tople vode. Sve je skoncentrisano oko vazduha: vazduh je medijum koji prenosi toplotu (na strani za ubacivanje), izvor toplote za toplotnu pumpu (na strani za izbacivanje). Ovde se koristi samo svjež vazduh za obezbjeđenje kvaliteta unutrašnjeg vazduha i nema nikakve recirkulacije iskorišćenog vazduha.

Sl. 9. Kompaktni aparat za obezbjeđenje grijanja, ventilacije i pripreme tople vode [9]

Nulta kuća (Zero energy house) je pojam koji se vezuje za kuću sa nultom potrošnjom energije, i koja ne vrši emisiju CO2. Ovakve građevine mogu se koristiti nezavisno od energetske mreže, to jest energija se proizvodi na mjestu građevine. Koncepcija pasivne kuće zasniva na zabrtvljenosti ljuske građevine i kontrolisanoj ventilaciji. Uz preduslov odgovarajuće visokovrijedne toplotne zaštite, upotreba toplotne pumpe i ventilacijskog sistema (koji kontinualno dovodi svježi vazduh u prostor, upotreba dostupnih obnovljivih energija na pasivan i aktivan način za zagrijavanje vode

12

(niskotemperaturni sistemi) i proizvodnja električne struje (fotonaponske ćelije), rezultiraju samodostatnim i energetski neovisnim objektom.

Na slici 11 je prikazan presjek zida jedne nulte kuće u Las Vegasu [10]. Ovi zidovi su sačinjeni od sloja od 102 mm ojačanog betona u unutrašnjosti i sloja betona debljine 51 mm na spoljašnosti. Između je sloj ekspandiranog polistirena debljine 51 mm. Zid ima sloj maltera i na unutrašnjoj i spoljašnjoj strani. Polistiren je pričvršćen za beton pomoću spojnica, u čijem sastavu je 76% staklenih vlakana i 24% vinilester polimera. Spojnice imaju nisku toplotnu provodljivost i ne uzrokuju toplotne mostove. Zidovi se montiraju, pa tek onda transportuju na mjesto gradnje.

Sl.10. Pripremljeni T-mass zidovi

Sl.11. Poprečni presjek zida nulte kuće u Las Vegasu

Energetskom obnovom starih kuća i zgrada, moguće je postići velike uštede u potrošnji energije. Smatra se da je u Evropi 10 miliona kotlova starijih od 20 godina, čijom zamjenom bi se postigla ušteda energije za 5 %. Takođe, ako bi se u komercijalnim zgradama i kancelarijama koristile efikasnije tehnologije i sistemi potrošnja energije za osvjetljenje bi se smanjila za 30-50%[3].

13

Najveće uštede se postižu zamjenom prozora i toplotnom izolacijom vanjskog zida. Pored toplotne izolacije i zamjene prozora primjenjuju se i: brtvljenje prozora i vanjskih vrata, promjena i popravka okova na prozorima i vratima, ugradnja termostatskih ventila na radijatore, izolacija cijevi za toplu vodu i spremnike tople vode, redovno servisiranje i podešavanje asistema za grijanje i hlađenje, ugradnja automatske regulacije, kontrole i nadzora energetike zgrade, ugradnja štednih sijalica, zamjena potrošača energetski efikasnijima AAA klase, regulacija rada osvjetljenja (daylight control) i klimatizacije (termosenzori), saniranje i obnova dimnjaka, centralizacija sistema grijanja i pripreme tople vode, analiziranje sistema grijanja i hlađenja i po potrebi zamjena energetski efikasnijim, rekuperacija otpadne toplote, vode, ugradnja centralnog nadzornog i upravljačkog sistema, ugradnja solarnog sistema za zagrijavanje vode. Ovo su samo neke od mjera koje se mogu primjeniti na postojećim objektima.

4.0. Korišćenje obnovljivih izvora energije u zgradarstvu

Obnovljivi izvori su oni izvori energije koji su sačuvani u prirodi i obnavljaju se u cijelini ili djelimično, a posebno: energija vodotokova, vjetra, solarna energija, biogoriva, biomasa, bioplin, geotermalna energija, energija morskih mijena i morskih valova. Biomasu je moguće pretvoriti u razne oblike korisne energije: toplotu, električnu energiju, tečna goriva za upotrebu u prevozu. Tehnologije pretvaranja biomase mogu se podijeliti na primarne (konačni proizvod je toplota odnosno para, tečna i plinovita goriva) i sekundarne (konačni proizvod je električna energija, toplota za domaćinstva/industriju te goriva za korišćenje u prevozu). Proizvodnja toplotne energije uobičajen je način korištenja biomase, posebno ogrjevnog drveta u raznim oblicima (briketi, peleti, cjepanice). Peći za sagorijevanje peleta , posebno one manje snage za primjenu u domaćinstvima i područnom grijanju zgrada i manjih naselja, dostigle su visoki stepen tehnološke i komercijalne zrelosti.

Sunčeva energija je neiscrpan izvor energije koji se u zgradama koristi na tri načina [11]: 1. pasivno - za grijanje i osvjetljenje prostora 2. aktivno - sistem sa sunčanim kolektorima i spremnikom tople vode 3. fotonaponske sunčane ćelije za proizvodnju električne energije

U pasivnoj soalrnoj arhitekturi koristimo sva tri načina iskorištavanja solarne energije. Korištenjem solarne energije možemo smanjiti potrebe za energijom u kućama za 70-90 posto. Solarni kolektori pretvaraju solarnu energiju u toplotnu energiju vode (ili neke druge tekućine). Fotonaponske ćelije su elementi koji direktno pretvaraju energiju solarnog zračenja u električnu energiju. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor energije. Proizvodnja električne energije iz vjetra i sunca preporučuje se u uslovima gdje ne postoji mogućnost priključka na elektroenergetsku mrežu. Vjetroturbine zahtjevaju lokaciju izloženu vjetru i montažu na relativno visok stup, ali je cijena proizvedene energije znatno manja uz veću raspoloživost sistema. Raspoloživost sistema se značajno povećava kombinacijom sunčevih ćelija i vjetroturbine, zbog sezonskog nepodudaranja proizvodnje. Za domaćinstva su vrlo interesantne male vjetrenjače snage do nekoliko desetaka kW. One se mogu koristiti kao dodatni izvor energije ili kao primarni izvor energije u udaljenim područjima.

U nekim zemljama se geotermalna energija koristi već hiljadama godina u obliku izvora za rekreacijsko-ljekovita kupanja. Razvoj nauke je iskorištavanje geotermalne energije usmjerio i prema procesu dobivanja električne energije, grijanju domaćinstava i industrijskih postrojenja. Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50000 puta više od sve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom svijeta. Geotermalni resursi nalaze se u širokom spektru dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i pare koja se može dovesti na površinu i iskoristiti. U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode i gejzira. Grijanje zgrada i iskorištavanje geotermalne energije u procesu

14

dobivanja struje, glavni su ali ne i jedini načini iskorištavanja te energije. Prednosti korišćenja geotermalne energije su [12]:

korišćenje geotermalne energije uzrokuje zanemarljiv uticaj na životnu sredinu i ne doprinosi efektu staklene bašte,

geotermalne elektrane ne zauzimaju mnogo prostora i samim tim malo utiču na životnu sredinu,

u pitanju je ogromni energetski potencijal (obezbjeđuje neograničeno napajanje energijom), eliminisana je potreba za gorivom, kada je geotermalna elektrana izgrađena, energija je gotovo besplatna, uz manju lokalnu

potrošnju, mogućnost višenamjenskog korišćenja resursa (utiče na ekonomsku opravdanost

eksploatacije).

Nedostaci korišćenja geotermalne energije su:

nema mnogo mjesta gde je moguće graditi geotermalna postrojenja (uslovljenost položajem, dubinom, temperaturom, procentom vode u određenom geotermalnom rezervoaru),

ograničenja obzirom na sastav stijena i mogućnost pristupa i eksploatacije, izvor toplotne energije može biti iscrpljen usled neodgovarajuće eksploatacije, prisustvo opasnih gasova i minerala predstavljaju poteškoću prilikom eksploatacije, potrebne visoke početne investicije (početak korišćenja i razvoj) i visoki troškovi

održavanja (izazvani korozijom, naslagama minerala i dr.).

Toplotna pumpa je jedan jednostavan i jeftin način kako za zagrijavanje tako i za hlađenje prostorija. Energiju za zagrijavanje proizvodi 75% iz prirodne okoline uz pomoć 25% učešća električne energije. U rashladnom krugu energija iz okoline se oduzima i predaje na rashladni medij, tako da on isparava gdje se usisava od strane kompresora i sabija dobijajući tako višu temperateru. Vrela para struji u kondenzator, tu se kondenzuje i pri tome oslobađa toplotu. Rashladni medij nastavljajući u takvom agregatnom stanju svoj put dalje iza ekspanzionog ventila prelazi u normalno stanje i cijeli proces se ponavlja. Električna energija pri tome nije izgubljena nego je prešla u vid potencijalne energije rashladnog medija. Kao primjer može se uz učešće električne energije od 1kW minimalno proizvesti 4kW energije za zagrijavanje što daje faktor snage 4. Neke od prednosti toplotne pumpe su:

smanjuje troškove grijanja do 75% zauzimaju malo mjesta, poput većeg hladnjaka

veoma tih rad tako da se mogu postaviti skoro u radnoj sobi

ne treba im nikakvo spremište goriva (kao za naftu plin ugalj)

u primjeni su apsolutno bezopasne (ne prouzrokuju požar,eksploziju, nečistoću, smanjuju emisiju CO2 za 30%)

u potpunosti su automatizovane i pružaju velik komfor za upravljanje

niski pogonski troškovi i amortizacija za par godina ako su zadovoljeni uslovi toplotne izolacije zgrada

izostaje emisija gasova sa efektom staklene bašte, što nije slučaj kod kotlova na fosilna goriva (nafta, plin ugalj)

15

neograničen besplatan energetski potencijal zemlje

Nedostaci su investicioni troškovi koji su veći su nego kod ostalih sistema.

5. Sistemi za optimizaciju potrošnje energije u zgradama

Razvojem tehnologija javljaju se sistemi koji upravljaju potrošnjom i optimizacijom energije u zgradama i vrše nadzor energetskih procesa (CNUS, SCADA)[13]. Ovim sistemima se centralizovano ili decentralizovano može upravljati rasvjetom, grijanjem, ventilacijskim i klima sistemom, elementima zaštite od sunca. Nadzorni sistemi takođe uključuju i instalaciju alarma i nadzora zgrade, alarm za požar, nadzor prozora i vrata, te povezivanje i dojavu alarma. Kod takvih sistema osjetne su uštede u energiji i kratki period povrata uložene investicije. Baza je računski program, čiji je cilj da se sa jedne strane postignu normalni radni/životni uslovi, a s druge strane da se minimizira potrošnja ili smanje troškovi. Sve periferije spojene su direktno u sistem (npr. mikroprekidači na sistemu za otvaranje prozora, inteligentni light-sistemi ili rasvjeta u garažama i detekcija CO). Po prethodno uvrštenim vrijednostima, sistem se automatski prilagođava svim vanjskim i unutrašnjim promjenama kao što su promjena temperature, vlažnosti i količine vazduha, nivoa osvjetljenosti i brzo reaguje na svaku promjenu. Ako postoji potreba za lokalnim upravljanjem, svaka etaža, stan, ured ili soba može imati svoje regulatorske jedinice.

6. Zaključak

Usled klimatskih promjena i nesigurnosti snabdjevanja energijom u budućnosti, problem održivog razvoja je globalna tema broj jedan u svijetu energetike, ekologije i privrede. Održiva potrošnja energije se preko racionalnog planiranja i energetske efikasnosti nameće kao prioritet. U Evropi 41% ukupne energije otpada na zgrade sa tendencijom stalnog porasta zbog sve većeg korišćenja energije za hlađenje u toku ljetnih mjeseci, sledeći je saobraćaj sa 31 %, a industrija tek na trećem mjestu sa 28% udjela. Zbog toga energetska efikasnost u zgradama ima veliki potencijal za smanjenje potrošnje energije. Pod pojmom unapređenja energetske efikasnosti u zgradarstvu podrazumjeva se kontinualan i širok opseg djelatnosti kojima je krajnji cilj smanjenje potrošnje svih vrsta energije uz iste ili bolje uslove u objektu. Da bi se smanjila emisija štetnih gasova, što doprinosi očuvanju prirode, smanjenju globalnog zagrijavanja i održivom razvoju potrebno je smanjiti korišćenje neobnovljivih izvora energije (fosilnih goriva) i povećati korišćenje obnovljivih izvora energije (solarna energija, biomasa, geotermalna energija, energija vodotokova, energija vjetra itd Provođenjem Direktive 2002/91/EC obezbjeđuje se racionalna potrošnja energije u zgradama. Ona daje generalni okvir za zajedničku metodologiju proračuna energetske efikasnosti zgrada i velikih zgrada kojima treba renoviranje, energetsku sertifikaciju zgrada, inspekciju kotlova i sistema za klimatizaciju u zgradama itd. U Direktivi 2002/91/EC se navode mjere koje je potrebno preduzeti za povećanje energetske efikasnosti, međutim, zemljama članicama je ostavljena mogućnost da primjenjuju i druge mjere. Energetska sertifikacija zgrade donosi niz aktivnosti koje je potrebno provesti interdisciplinarno, a koje značajno utiču na podizanje kvaliteta gradnje i osavremenjivanje postojećih zgrada. Za potrebe energetske sertifikacije zgrada potrebno je osposobiti, edukovati i ovlastiti niz stručnjaka arhitektonske, građevinske, mašinske i elektrotehniče struke, bilo da djeluju kao samostalni subjekti ili su zaposleni u javnom sektoru. U cilju povećanja energetske efikasnosti zgrada potrebno je prvo poboljšati izolaciju, primjeniti izolaciju cjelokupnog omotača i izbjeći toplotne mostove. Ovim se izbjegavaju veliki toplotni gubici zimi, a pregrijavanje ljeti. Poboljšanjem toplotno - izolacionih karakteristika moguće je postići smanjenje gubitaka toplote za 50-80 %. Pored izolacije kod novih zgrada potrebno je voditi računa o orjentaciji zgrade i obliku, iskoristiti dobitke od sunca zimi, a ljeti se zaštititi od pretjeranog osunčavanja, koristiti energetski efikasni sistem grijanja, hlađenja i ventilacije i kombinovati ga sa obnovljivim izvorima energije. Zahtjevi za što manjom potrošnjom energije u

16

zgradama doveli su do pojave niskoenergetskih, pasivnih i nultih kuća. Ovakve kuće su primjer primjene održive gradnje tokom cijelog životnog vijeka, od građevinskog materijala koji je ekološki prihvatljiv, preko njihove energetske efikasnosti i racionalne potrošnje energenata, pa sve do racionalnog raspolaganja otpadom. Nulte kuće su kuće koje imaju nultu potrošnju energije, ne vrše emisiju CO2 . Koncepcija pasivne kuće zasniva se na zabrtvljenosti ljuske građevine i kontrolisanoj ventilaciji.Takođe, ovakva kuća ima visokovrijednu toplotnu zaštitu, upotrebu toplotne pumpe i ventilacijski sistem, proizvodnju električne energije (fotonaponske ćelije), sve ovo rezultira energetski neovisnom građevinom. Razvojem tehnologija javljaju se sistemi koji upravljaju potrošnjom i optimizacijom energije u zgradama i vrše nadzor energetskih procesa (CNUS, SCADA. Ovim sistemima se centralizovano ili decentralizovano može upravljati rasvjetom, grijanjem, ventilacijskim i klima sistemom, elementima zaštite od sunca.

17

Literatura:

1. Novaković, V. "Holistic approach to energy efficiency in buildings."2. www.eihp.hr3. J.L. Mígueza, J. P., L.M. López-González, J.E. Vicuñab, S. Murilloa, J.C. Morána and E. Granadaa (2004.). "Review of the energy rating of dwellings in the European Union as a mechanism for sustainable energy ".4. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2003:001:0065:0071:EN:PDF5. WP6, E. "How will energy certificates look across Europe." 6. P. van der Lugta, A. A. J. F. v. d. D., , , and J.J.A. Janssenb "An environmental, economic and practical assessment of bamboo as a building material for supporting structures."7. http://www.greenhomebuilding.com/natural_building.htm.8. www.singidunum.ac.rs /Marković, D. "Procesna i energetska efikasnost."9.http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetalji.aspx?ban=820&tekstid=523.10. L. Zhu, R. H., D. Correia,R. Boehm (2008). "Detailed energy saving performance analyses on thermal mass walls demonstrated in a zero energy house."11 http://ecoist.rs/index.php?option=com_content&view=article&id=16:potronja-energije-u-svetu&catid=2:obnovljivi-izvori-energije&Itemid=312.http://www.obnovljiviizvorienergije.rs/index.php?option=com_content&view=article&id=1&Itemid=513. EIHP/ Vodič kroz efikasnu gradnju14. http://www.yu-build.rs/index.php/200901155026/Modul/Energetski-pasos-zgrade.htm15.http://www.google.ba/search?sourceid=navclient&aq=1h&oq=sustainable+building&ie=UTF-8&rlz=1T4GGLL_enBA321BA322&q=sustainable+building+materials.".16. Yasuhiro Hamada, K. O., Katsunori Nagano and Makoto Nakamura "Low Energy House With Ground Source Heat Pump In Hokkaido."

18

19