ZAHTJEVI ZA ENERGETSKA SVOJSTVA POSTOJEĆIH ZGRADA KOD KOJIH SE PROVODI ZNAČAJNA OBNOVA Mr.sc. Josip Jukić, dipl.ing.str. E.mail: josip.jukic@vusb.hr 1
UVOD DAN INŽENJERA STROJARSTVA, Zagreb, 22.04.2015. Potrebe za toplinskom energijom za grijanje i hlađenje u zgradi u najvećoj mjeri ovise o toplinskim karakteristikama vanjske ovojnice. Sa stajališta energetske potrošnje u postojećim zgradama, razdoblje izgradnje izuzetno je važan parametar. Zbog karakteristika gradnje i nedostatka propisa o toplinskoj zaštiti, u razdoblju najveće stambene izgradnje od 1950. do 1980. godine, izgrađen je niz stambenih i nestambenih zgrada koje su danas veliki potrošači energije, s prosječnom potrošnjom energije za grijanje od preko 200 kwh/m 2. Bilanca potrošnje energije u stambenim zgradama 2
OPĆE ODREDBE Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama NN 97/14, NN130/14 Članak 8. (1) Tehnički zahtjev za racionalnu uporabu energije i toplinsku zaštitu zgrade utvrđuje se najvećom dopuštenom godišnjom potrebnom toplinskom energijom za grijanje po jedinici ploštine korisne površine zgrade Q H,nd [kwh/(m² a)] odnosno najvećom dopuštenom, godišnjom potrebnom toplinskom energijom za grijanje po jedinici obujma grijanog dijela zgrade, Q H,nd [(kwh/(m³ a)] te najvećom dopuštenom primarnom energijom po jedinici ploštine korisne površine zgrade E prim [kwh/(m² a)] na temelju troškovno optimalnih razina. 3
Fakor oblika f 0 = A/V e (m -1 ) Temp 1. 3 C Q H,nd kwh/(m 2 a) Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama NN 97/14, NN130/14 Temp 1. > 3 C Q H,nd kwh/(m 2 a) Q H,nd kwh/(m 2 a) Stambena Stambena Jednoobiteljska Jednoobiteljska Zgrada 2 <80m 2 f 0 0,20 40,50 40,50 21,60 21,60 51,31 0,20 < f 0 < 1,05 32,39 + 40,58 f 0 33,62 + 34,4 f 0 17,27 + 21,65 f 0 17,73 + 19,33 f 0 41,03 + 51,41 f 0 f 0 1,05 75,00 69,74 40,00 38,03 95,01 E prim 3 /G0EZ 4 120 100/40 4 90 60/30 4 E prim(postojeće) 180 135 130 70 1 srednja mjesečna temperatura vanjskog zraka najhladnijeg mjeseca na lokaciji zgrade 2 ploština bruto podne površine zgrade manje od 80m 2 3 primarna energija uključuje energiju za grijanje, hlađenje, ventilaciju, PTV 4 uvjeti za gotovo nula energetsku zgradu, glavni projekt koji prileži zahtjevu za izdavanje 4 akta kojim se odobrava građenje mora biti u skladu od 31.prosinca 2019.
PRIMARNA ENERGIJA Primarna energija jest energija iz obnovljivih i neobnovljivih izvora koja nije podvrgnuta niti jednom postupku pretvorbe; Primarna energija uključuje energiju za grijanje, hlađenje, ventilaciju i PTV 5
Primarna energija iz stavaka 3., 4., 7. i 8. članka 9. računa se u skladu s Algoritmom za izračun energetskih svojstava zgrade koji je sastavni dio Metodologije za provođenje energetskih pregleda građevina (dalje u tekstu Algoritam), osim dijelova koji su definirani ovim propisom. Za potrebe izračuna energetskog svojstva zgrade koristi se samo neobnovljiva komponenta faktora primarne energije. Ovi faktori primjenju se od 01. listopada 2014. godine. 6
Glavni projekt zgrade koji prileži zahtjevu za izdavanje građevinske dozvole mora biti izrađen u skladu s odredbama stavaka 1., 2., 5., 6. ili 9. članka 9. ako je zahtjev za izdavanje građevinske dozvole podnesen nakon 1. siječnja 2015. godine. f 0 Glavni projekt zgrade koji prileži zahtjevu za izdavanje građevinske dozvole mora biti izrađen u skladu s odredbama stavaka 3. ili 7. članka 9. ako je zahtjev za izdavanje građevinske dozvole podnesen nakon 1. siječnja 2016. godine. Eprim Glavni projekt zgrade osim zgrade u kojoj je smješteno tijelo javne vlasti odnosno koja je u vlasništvu tijela javne vlasti, koji prileži zahtjevu za izdavanje građevinske dozvole mora biti izrađen u skladu s odredbama stavaka 4. ili 8. članka 9. ako je zahtjev za izdavanje građevinske dozvole podnesen nakon 31. prosinca 2019. godine. zgrada gotovo nulte energije Glavni projekt zgrade u kojoj je smješteno tijelo javne vlasti odnosno koja je u vlasništvu tijela javne vlasti, koji prileži zahtjevu za izdavanje građevinske dozvole mora biti izrađen u skladu s odredbama stavaka 4. ili 8. članka 9. ako je zahtjev za izdavanje građevinske dozvole podnesen nakon 31. prosinca 2017. godine. zgrada gotovo nulte energije 7
III. TEHNIČKI ZAHTJEVI ZA RACIONALNU UPORABU ENERGIJE I TOPLINSKU ZAŠTITU PRILIKOM REKONSTRUKCIJE POSTOJEĆIH ZGRADA Značajna obnova zgrade jest rekonstrukcija zgrade gdje ukupni trošak rekonstrukcije ovojnice zgrade ili tehničkog sustava zgrade prelazi 25% vrijednosti zgrade, ne računajući vrijednost zemljišta na kojemu se zgrada nalazi ili se rekonstrukciji podvrgava više od 25% površine ovojnice zgrade; Kod rekonstrukcije postojeće zgrade kojom se obnavljaju samo pojedini građevni dijelovi zgrade iz ovojnice grijanog dijela zgrade na površini većoj od 25%, koeficijent prolaska topline, U [W/(m² K)], čitavog građevnog dijela na kojem je proveden građevinski zahvat ne smije biti viši od vrijednosti utvrđenih u tablici 1. iz Priloga B Propisa. Zahtjevi definirani u članku 47. 8
STAMBENE ZGRADE Stambena zgrada jest zgrada koja je u cijelosti ili u kojoj je više od 90% bruto podne površine namijenjeno za stanovanje, odnosno da nema više od 50 m² ploštine neto podne površine u drugoj namjeni. Stambenom zgradom smatra se i zgrada s apartmanima, zgrada za stanovanje zajednica (dječji, đački i studentski domovi, domovi umirovljenika, zatvori i sl.) te zgrada izdvojenih stacionara bolnica; 9
10
Stambena zgrada f0 =0,53 za 0,20 < f 0 < 1,05 DAN INŽENJERA STROJARSTVA, Zagreb, 22.04.2015. Q H,nd = (41,03 + 51,41 f 0 ) kwh/(m² a) kada srednja mjesečna temperatura vanjskog zraka najhladnijeg mjeseca na lokaciji zgrade jest 3 C Energetske potrebe (NN 110/08) Za referentne klimatske podatke Ukupno Specifično [kwh/a] [kwh/m 2 a] Za stvarne klimatske podatke Ukupno Specifično [kwh/a] [kwh/m 2 a] Dopušteno [kwh/m 2 a] Zahtjev Ispunjeno DA/NE Q H,nd 20449,00 44,53 20757,00 45,20 68,28 DA za 0,20 < f 0 < 1,05 Q H,nd = (32,39 + 40,58 f 0 ) kwh/(m² a) (NN97/14) Energetske potrebe (NN 97/14) Za referentne klimatske podatke Ukupno Specifično [kwh/a] [kwh/m 2 a] Za stvarne klimatske podatke Ukupno Specifično [kwh/a] [kwh/m 2 a] Dopušteno [kwh/m 2 a] Zahtjev Ispunjeno DA/NE Q H,nd 20449,00 44,53 20757,00 45,20 53,90 DA 11
B NN 110/08 NN 97/14 Fond za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost Građevni dio zgrade U max [W/(m 2 K)], U max [W/(m 2 K)], Vanjski zidovi, zidovi prema garaži, potkrovlju 0,45 0,30 Ravni i kosi krovovi iznad grijanog prostora, stropovi prema potkrovlju 0,30 0,25 Zidovi prema tlu, podovi prema tlu 0,50 0,30 Stropovi iznad vanjskog zraka, stropovi iznad garaže 0,30 0,25 U max [W/(m 2 K)], 0,25 0,20 0,25 0,20 Zidovi i stropovi prema negrijanim prostorijama i negrijanom stubištu temperature više od 0 o C Prozori, balkonska vrata, krovni prozori, prozirni elementi pročelja 0,50 0,40 1,80 1,40 1,40 Vanjska vrata s neprozirnim vratnim krilom 2,90 2,00 U energetskom certifikatu navode se koeficijenti prolaska topline za određene građevne dijelove zgrade i uspoređuju se s dopuštenim vrijednostima 12
Koeficijenti prolaska topline, U [W/(m² K)] Provođenje Provođenje topline je način izmjene topline koji se događa u tijelima čije su osnovne čestice (molekule, atomi) vezane na položaj u kojem se nalaze u samom tijelu i ne mogu se znatnije pomaknuti. Strogo gledajući, provođenje se odvija u krutim tijelima (krutinama) premda se može pojaviti i kod tekućina (kapljevina ili plinova) kada se one nalaze u vrlo malom prostoru tako da ne može doći do znatnijeg gibanja njihovih makroskopskih dijelova. Provođenje je način izmjene topline pri kojemu se toplina prenosi na razini atoma i molekula njihovim direktnim dodirom. S obzirom da molekule više temperature imaju veću kinetičku energiju titranja, one će u srazu s molekulama niže temperature njima predati dio svoje energije, te se time usporiti. Prijenos je topline uvijek usmjeren od čestica više temperature prema česticama niže temperature. 13
Toplinska provodnost (vodljivost) materijala Toplinska provodnost (vodljivost)materijala (λ) fizikalno je svojstvo materijala. U općem slučaju ovisi o prirodi promatrane tvari, njezinoj temperaturi, tlaku i vlažnosti. Određuje se mjerenjem. S obzirom na vrijednosti toplinske provodnosti pojedinih materijala koje se kreću od nekoliko stotina (čisti metali) do vrijednosti ispod jedinice (nemetalni materijali i plinovi), materijali se općenito mogu podijeliti na vodiče i izolatore. Vrijednost toplinske provodnosti gradbenih materijala se u prosjeku kreće oko 1 W/(m.K). Za izolacijske materijale su poželjne što niže vrijednosti toplinske provodnosti (što veći toplinski otpor) i kreću se oko 0,04 W/(m.K). 14
Toplinski otpor sloja načinjenog iz homogenog materijala ovisi o debljini sloja i o svojstvima materijala. Povećanje toplinskog otpora postiže se ili povećanjem debljine sloja ili izborom materijala s nižim vrijednostima toplinske provodnosti (vodljivosti) Provođenje topline kroz slojeve različitih debljina Provođenje topline kroz slojeve različitih toplinskih provodnosti 15
Ukupni toplinski otpor građevnog elementa metoda proračuna prema normi HRN EN ISO 6946 Načelno se postupak proračuna ukupnog toplinskog otpora građevnog dijela provodi tako da se izračunaju toplinski otpori svakog homogenog sloja i njima pribroje površinski (plošni) toplinski otpori. U nastavku su prikazani načini proračuna ukupnog toplinskog otpora za slučaj kada se građevni element sastoji od toplinski homogenih slojeva i za slučaj kada se građevni element sastoji od toplinski homogenih i toplinski nehomogenih slojeva. 16
Toplinski otpor homogenih slojeva Prema normi ISO 6946 toplinski se homogenim slojem smatra sloj konstantne debljine čija su toplinska svojstva jednolika. Toplinski otpor homogenog sloja računa se prema jednadžbi: d - debljina sloja materijala u građevnom dijelu, iz energetskog pregleda ili projektne dokumentacije (m); λ - projektna vrijednost toplinske provodljivosti materijala iz energetskog pregleda ili projektne dokumentacije (W/mK). 17 Prolazak topline kroz građevinski element sastavljen od više homogenih slojeva
λ 1 = 0,81 λ 2 = 0,68 ~ 20% Gustoća ρ kg/m³ 18
Otpori prijelaza topline na graničnim plohama, plošni toplinski otpori Vrijednosti iz Tablice 3.2 koriste se za ravne površine kad nema specifičnih podataka o rubnim uvjetima. Vrijednosti u stupcu vodoravan primjenjuju se za smjerove toplinskog toka nagiba do ±30 u odnosu na vodoravnu površinu. Za površine kojima strane nisu paralelne ili posebne rubne uvjete, koriste se metode iz dodatka A, Jedn. (A.7). Vrijednosti plošnih otpora koriste se isključivo na onim površinama koje su u dodiru sa zrakom. U slučaju kada je smjer toplinskog toka promjenljiv, preporučuje se koristiti vrijednosti za vodoravan smjer toplinskog toka. Za građevne dijelove koji graniče s tlom uzima se da je Rse = 0. 19 RSi unutarnji plošni otpor prijelaza topline (m²k/w); RSe vanjski plošni otpori prijelaza topline (m²k/w).
20
Ukupni toplinski otpor građevnog dijela, koji se sastoji od homogenih slojeva Ukupni toplinski otpor građevnog dijela, koji se sastoji od toplinski homogenih slojeva okomitih na toplinski tok, izračunat će se pomoću sljedećeg izraza: pri čemu je: RT = RSi + R1 + R2 +...Rn + Ru + RSe [m2k/w] (3.3) RSi unutarnji plošni otpor prijelaza topline (m2k/w); R1, R2, Rn - projektne vrijednosti toplinskog otpora svakog sloja (m2k/w); Ru toplinski otpor tavanskih prostora (m2k/w); RSe vanjski plošni otpori prijelaza topline (m2k/w). U slučaju proračuna otpora unutarnjih građevnih dijelova (pregradnih zidova i sl.), ili građevnih dijelova između unutarnjeg i negrijanog prostora, u Jedn. (3.3) RSi se primjenjuje na obje strane, ovisno o smjeru toplinskog toka (vidi Tablica 3.2). Ako ukupan toplinski otpor predstavlja konačan rezultat, mora se zaokružiti na dva decimalna mjesta. Napomena: Otpore prijelaza topline RSi i RSe treba izostaviti u Jedn. (3.3) kad se traži 21 otpor građevnog dijela od površine do površine.
Koeficijent prolaska topline Transport topline s tekućine (plina) s jedne strane zida na tekućinu (plin) s druge strane zida naziva se prolazak topline. Prolazak topline u sebi uvijek uključuje dva transporta topline konvekcijom na rubnim plohama zida, provođenje kroz zid (jednoslojni ili višeslojni) i, ako postoji, izmjenu topline zračenjem na rubnim plohama. 22
Koeficijent prolaska topline predstavlja recipročnu vrijednost ukupnog toplinskog otpora. Oznaka za koeficijent prolaska topline je U, mjerna jedinica je W/(m² K). pri čemu RT predstavlja ukupni toplinski otpor građevnog dijela u (m² K)/W. Računski određena vrijednost U ne smije biti veća od najveće dopuštene vrijednosti koeficijenta prolaska topline iskazane u Tehničkim propisima o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 97/2014). 23
Pravilnici, norme i tehnički propisi od 1970. godine do danas, vezano na tehničke mjere i uvjete toplinske zaštite koji su morali biti poštivani prilikom projektiranja i građenja zgrada. 1. Pravilnik o tehničkim mjerama i uvjetima za toplinsku zaštitu zgrada (Sl. list SFRJ 35/70) 2. JUS U.J5.600: Toplinska tehnika u građevinarstvu: tehnički uvjeti za projektiranje i građenje zgrada, 1980. g. 3. JUS U.J5.600: Toplinska tehnika u građevinarstvu: tehnički uvjeti za projektiranje i građenje zgrada, 1987. g. 4. Tehnički propis o uštedi toplinske energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN 79/05) 5. Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti zgrada (NN 110/08, 89/09) TEHNIČKI PROPIS O RACIONALNOJ UPORABI ENERGIJE I TOPLINSKOJ ZAŠTITI U ZGRADAMA (NN 97/14) 24
TEHNIČKI PROPIS O RACIONALNOJ UPORABI ENERGIJE I TOPLINSKOJ ZAŠTITI U ZGRADAMA Prilog B (NN 97/14, NN 130/14) Najveće dopuštene vrijednosti koeficijenta prolaska topline, U [W/(m2 K)], građevnih dijelova novih zgrada, malih zgrada i zgrada s manjom ploštinom korisne površine grijanog dijela zgrade (AK < 50 m2) i nakon zahvata na postojećim zgradama Redni broj Građevni dio e,mj,min >3 C U [W/(m 2 K)] 12 C < int,set,h < 18 C e,mj,min >3 C 1. Vanjski zidovi, zidovi prema garaži, tavanu 0,30 0,45 0,50 0,60 25
Za zgrade Θint,set,H 18⁰C Godina U (k) W/m²K Θe,mj,min 3⁰C 1970 1,45 1,69 1980 0,93 1,225 1987 0,90 1,20 2005 0,80 1,00 2008 0,45 0,60 2014 0,30 0,45 U (k) W/m²K Θe,mj,min 3⁰C Vrijednost U (W/m2K) 1970-2014 1,45 0,93 0,9 0,8 0,45 1 2 3 4 5 6 0,3 26
Popis tehničkih uvjeta koji moraju biti zadovoljeni projektom povećanja energetske učinkovitosti u višestambenim zgradama (iz natječaja FZOEU) 27
Materijali velike gustoće u pravilu imaju i veću vrijednost koeficijenta toplinske provodnosti. Praškasti i porozni materijali iskazuju posebnu ovisnost toplinske provodnosti o gustoći. To se objašnjava time što je toplinska provodnost materijala koji se nalazi unutar pora (najčešće zrak) puno manja od koeficijenta toplinske provodnosti same krutine. ZRAK PUNA OPEKA OD GLINE ČELIK 28
Primjer: Oplošje grijanog dijela zgrade (A) 294,39 [m 2 ] Obujam grijanog dijela zgrade (Ve) 315,93 [m 3 ] Obujam grijanog zraka (V) 240,11 [m 3 ] Faktor oblika zgrade (f 0 ) 0,93 [m -1 ] Ploština korisne površine (A K ) 108,00 [m 2 ] Ukupna ploština pročelja (A uk ) 155,07 [m 2 ] Ukupna ploština prozora (A wuk ) 17,08 [m 2 ] 29
Materijal gradnje vanjski zidova: -Vapnena žbuka 1 cm -Puna opeka 28 cm -Vapn-cem žbuka 1 Predviđen materijal za izolaciju: EPS, λ=0,04 W/mK U= 1,86 W/m²K Potrebna debljina izolacije za dopušteni U Godina U (k) W/m²K Θe,mj,min 3⁰C 1970 1,45 0,60 1980 0,93 2,10 1987 0,90 2,30 2005 0,80 2,80 2008 0,45 6,70 Debljina izolacije d (cm) 2014 0,30 11,10 30
λ Toplinska provodljivost izolacijskog materijala u W/mK U Zadani koeficijent prolaska topline u W/m 2 K d debljina izolacijskog sloja u m RT0 Vrijednost toplinskog otpora postojećeg zida u m 2 K/W 31
Izračun U za standardne debljine izolacije EPS Debljina izolacije d (cm) U (k) W/m²K Θe,mj,min 3⁰C QHnd kwh/a (Referentni) QHnd kwh/a (Stvarni) 0,00 1,86 19655,00 20004,00 181 8,00 0,39 11115,00 11295,00 103 12,00 0,28 10441,00 10633,00 97 15,00 0,23 10177,00 10321,00 94 20,00 0,18 9833,00 10005,00 91 Q H,nd,ref kwh/m²a TPRUETZZ (NN 97/14) FZOEU 32
25 Ovisnost potrebne toplinske energije od debljine izolacijskog sloja 20 15 10 5 debljina izolacije koef.prolaska topline potrebna toplinska energ. 0 1 2 3 4 5 33
Mjera ( Opis) Investicija (bez PDV) Procijenjena ušteda JPP Smanjenje emisije CO 2 Ušteda toplinske energije Kn kwh / god kn/god god t/god % Toplinska fasada (8,0 cm) 23.000,00 8540,00 3843,00 5,98 1,7 44 Toplinska fasada (12,0 cm) 25.000,00 9214,00 4146,00 6,00 1,8 47 Toplinska fasada (15,0 cm) 28.000,00 9478,00 4265,00 6,56 1,9 48 Toplinska fasada (20,0 cm) 32.000,00 9822,00 4420,00 7,20 2,0 50 34
ZAKLJUČAK Energetskom obnovom starih zgrada, naročito onih građenih prije 1980. godine, moguće je postići uštedu u potrošnji toplinske energije od preko 60 posto. Osim zamjenom prozora, najveće uštede mogu se postići toplinskom zaštitom vanjskog zida. Gledajući s aspekta ukupnih investicija, isplativost mjere uvelike ovisi o tome koji se energent koristiti za osiguravanje toplinskih potreba. Mjere koje podrazumijevaju obnovu vanjske ovojnice zgrade pri tome pokazuju isplativost samo do određene debljine izolacijskog sloja (u našem slučaju 12 cm (15 cm) debljine) tj. do postizanja maksimalno dopuštenog koeficijenta prolaska topline sukladno TPRUETZZ-a (NN 97/14). Daljnjim povećanjem debljine izolacijskog sloja došlo bi do smanjenja koeficijenta prolaska topline i ispod dopuštenih vrijednosti, ali potrošnja energije se ne smanjuje proporcionalno budući da sanirana ploština iznosi cca 53% oplošja grijanog dijela zgrade. 35
HVALA NA POZORNOSTI 36