VPLIV GEOMETRIJSKIH PARAMETROV NA ENERGIJSKO BILANCO STAVBE

Transcription

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO Kaja Vidovič VPLIV GEOMETRIJSKIH PARAMETROV NA ENERGIJSKO BILANCO STAVBE Diplomsko delo Maribor, september 2012

2 II Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa VPLIV GEOMETRJSKIH PARAMETROV NA ENERGIJSKO BILANCO STAVBE Študent: Študijski program: Smer: Kaja VIDOVIČ univerzitetni, Arhitektura Lesene energetsko učinkovite stavbe Mentor: Somentor: red. prof. dr. Miroslav Premrov doc. dr. Vesna Žegarac Leskovar Maribor, september 2012

3 III

4 IV ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Miroslavu Premrovuza pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorici dr. Vesni Žegarac Leskovar za usmerjanje in nasvete pri pripravi diplomskega dela. Posebna zahvala velja staršem in prijateljem za podporo in razumevanje.

5 V VPLIV GEOMETRIJSKIH PARAMETROV NA ENERGIJSKO BILANCO STAVBE Ključne besede: faktor oblike, energijsko učinkovita gradnja, energijska bilanca UDK: :728.3(043.2) Povzetek Energijsko učinkovita gradnja kot vedno pogostejši način gradnje pri nas in v Evropi teži k razbremenjevanju okolja. V diplomskem delu so predstavljena načela takšne gradnje, s poudarkom na izkoriščanju sončne svetlobe v odvisnosti od geometrijskih parametrov. Na osnovi različnih modelov smo ugotavljali, kako vpliva faktor oblike na porabo energije. Uporabili smo različni lokaciji in preverjali, kakšen vpliv ima zemljepisna širina na izbrano obliko objekta in delež zasteklitve.

6 VI THE INFLUENCE OF GEOMETRICAL PARAMETERS ON BUILDING S ENERGY EFFICIENCY Key words: shape factor, energy - efficient building, energy performance UDK: :728.3(043.2) Abstract Construction of energy-efficient buildings, an increasingly frequent type of construction in our country and in Europe, aims to relieve the environment. In this graduation thesis, the principles of such construction are presented with emphasis on the exploitation of sunlight in relation to geometric parameters. The influence of shape factor on the energy consumption was being determined based on the various models. Different locations were used and the effect of latitude on the shape of the selected object and on the proportion of the glazing was tested.

7 VII VSEBINA 1 UVOD ENERGIJSKO UČINKOVITA GRADNJA OSNOVE ENERGIJSKO UČINKOVITE GRADNJE ZAKONODAJA KRITERIJI ZA NAČRTOVANJE ENERGIJSKO UČINKOVITEGA OBJEKTA ENERGIJSKI TOKOVI V OBJEKTU LOKACIJA KLIMA ORIENTACIJA, OBLIKA TOPLOTNI OVOJ KONSTRUKCIJSKI SISTEM IN GRADBENI MATERIALI AKTIVNI SISTEMI DELOVANJE UPORABNIKOV ANALIZA OBSTOJEČIH RAZISKAV PROGRAM ECOTECT PREDSTAVITEV PROGRAMA ECOTECT PRIMERJAVA PROGRAMOV PHPP IN ECOTECT PARAMETRIČNA ANALIZA PRVI DEL KONSTANTNA POVRŠINA ZASTEKLITVE DRUGI DEL AGAW 0, TRETJI DEL AGAW 0, ČETRTI DEL AGAW 0, REZULTATI Prvi del konstantna površina zasteklitve Drugi del AGAW = 0, Tretji del AGAW = 0, Četrti del AGAW = 0, Skupaj... 49

8 VIII 5.6 DISKUSIJA ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE SEZNAM SLIK SEZNAM TABEL NASLOV ŠTUDENTA KRATEK ŽIVLJENJEPIS... 66

9 IX UPORABLJENI SIMBOLI f o A V e U U z U s U t U w n 50 U g U f g faktor oblike zunanja površina ovoja stavbe ogrevana prostornina stavbe toplotna prehodnost toplotna prehodnost zidu toplotna prehodnost strehe toplotna prehodnost talne plošče toplotna prehodnost zasteklitve (celotnega okna) izmenjava zraka pri tlačni razliki 50Pa v eni uri toplotna prehodnost stekla toplotna prehodnot okvirja faktor prepustnosti sončnega sevanja skozi zasteklitev

10 X UPORABLJENE KRATICE EU EPBD PURES KDS Evropska unija angl. Directive on Energy Performance of Buildings (Direktiva o energetski učinkovitosti stavb) Pravilnik o učinkoviti rabi enegije v stavbah količnik dnevne svetlobe PHPP 07 Passive House Planning 2007 AR DR AGAW W L a b angl. Aspect ratio (razmerje med dolžino južne in stranske fasade objekta) angl. Depth ratio (razmerje med dolžino fasade, ki senči, in dolžino senčene fasade razmerje med površino zasteklitve in površino fasade širina fasade obrnjene k ekvatorju dolžina stranske fasade fasada, ki senči senčena fasada

11 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 1 1 UVOD Živimo v času, ko vse stremi k čim manjši porabi energije in obremenjevanju narave. Okolje je namreč precej»izmučeno«, saj se njegove danosti izkoriščajo že veliko let. Predvsem so obremenjeni viri, ki niso obnovljivi in tako grozi njihovo izginotje. Hkrati se okolje obremenjuje še z mnogimi izpusti, ki povzročajo ogrevanje ozračja in s tem klimatske spremembe. Marsičesa se ne da spremeniti, lahko pa se izkoriščajo trenutne danosti, ki jih je na pretek in so obnovljive. Tako je energija sonca priročen vir za segrevanje in osvetljevanje, ki ga je potrebno upoštevati pri načrtovanju objekta in ga pametno izkoristiti v čim večji meri. Potrebno je tudi posegati po naravnih materialih, kot je na primer les, saj ga je veliko in vedno znova lahko nasadimo nova drevesa, ki imajo pozitiven vpliv na okolje. Namen diplomskega dela je ugotoviti, kako vpliva faktor oblike in z njim izpostavljenost južne fasade sončnim žarkom na energijsko učinkovitost objekta. V prvem delu so predstavljeni pristopi k načrtovanju energijsko varčnega objekta. Nato sledi kratka predstavitev nekaterih dosedanjih raziskav, ki se ukvarjajo s preučevanjem vplivov sončne energije skozi zasteklitve na porabo energije. V tretjem delu je izvedena parametrična analiza modelov. Ima več stopenj, ki se razlikujejo po količini oziroma deležu zasteklitev na južni fasadi. Temu sledita diskusija in zaključek.

12 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 2 2 ENERGIJSKO UČINKOVITA GRADNJA 2.1 OSNOVE ENERGIJSKO UČINKOVITE GRADNJE Raba energije se tako v Sloveniji kot v Evropi povečuje. Veliko energije se porabi v povezavi z zgradbami. V Sloveniji v stavbah tako porabimo tretjino vse končne energije (Medved, 2010). Zato je potrebno razvijati ekološko prijazne materiale in tehnologije tudi v gradbeništvu. Eden izmed načinov je energijsko učinkovita gradnja, ki predstavlja gradnjo, ki teži k odpravljanju pomanjkljivosti klasične gradnje ter razbremenjevanju okolja in posledično k manjši porabi energije za ogrevanje in ohlajanje ter zmanjševanju stroškov. Hkrati se tehnologija zelo razvija in proizvajalci razvijajo steklo z boljšimi lastnostmi, ki ga lahko uporabimo za zasteklitev večjih površin stavbe, ki so orientirane tako, da prejemajo čim več sončne energije. Kombinacija lesa in stekla danes predstavlja velik potencial v gradnji, zato je potrebno dobro premisliti, kako se bosta ta dva materiala uporabila, da bosta čim bolj izkoristila naravne danosti. Pod pojmom 'energijsko varčen objekt' najdemo v literaturi različne objekte. Med drugim so to nizkoenergijski objekt, trilitrski objekt, pasivni objekt, nični objekt, energijsko neodvisni objekt, plusenergijski objekt in tako naprej. Mi bomo pod tem izrazom razumeli objekte, katerih letna poraba energije ne presega 35 kwh/m 2 a. Do takšne in nižje porabe je možno priti na več načinov, tako z uporabo aktivnih sistemov kot s pametnim načrtovanjem in izkoriščanjem na ravnih danosti.

13 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran ZAKONODAJA Razvitejše države in tako tudi Evropa se zavedajo potrebe po omejevanju porabe energije, zato obstaja več pravilnikov in direktiv, ki omejujejo njeno prekomerno porabo. 16. decembra 2002 je Evropska unija sprejela direktivo o energetski učinkovitosti stavb (EPBD 2002/91/EC). Ta med drugim zahteva od držav članic, da na nacionalni ravni predpišejo metodologijo za izračun energijske bilance stavbe in opredelijo minimalne standarde energetske učinkovitosti stavb pri novogradnjah in večjih prenovah stavb ter vzpostavijo sistem obveznih študij izvedljivosti za alternativne energetske sisteme v fazi projektiranja stavb. Leta 2010 je bila sprejeta prenovljena direktiva EPBD (2010/31/EU), ki upošteva cilje» «evropske podnebno-energetske politike do leta 2020, in pri stavbah zahteva zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida za vsaj 20% glede na leto 1990, 20% povečanju energijske učinkovitosti in uporabi 20% obnovljivih virov v energijski bilanci. Od junija 2010 velja Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah PURES (Ur. l. RS, št. 52/2010). Predstavlja tehnične smernice za izpolnjevanje učinkovite rabe energije na področju toplotne zaščite, ogrevanja, hlajenja, prezračevanja, njihove kombinacije, priprave tople vode in razsvetljave v stavbah, zagotavljanju lastnih obnovljivih virov energije za delovanje sistemov v stavbi ter terminologijo za izračun energijskih lastnosti stavbe.

14 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 4 V Pravilniku o metodologiji izdelave in izdaji energetskih izkaznic stavb (Ur. l. RS, 77/2009) je razložen način izdaje energetskih izkaznic in njena vsebina. To je dokument, ki vsebuje pomembnejše kazalce porabe energije. Je pokazatelj energetske učinkovitosti stavbe in posledično višino stroškov za porabo energije. Ločimo računsko in merjeno energetsko izkaznico. Prva se uporablja za novozgrajene objekte, druga pa za že obstoječe. Na podlagi letne porabe energije za ogrevanje stavbe na enoto uporabne površine ločimo različne razrede energetske učinkovitosti kot kaže Tabela 1. delitev Letna potreba po toploti za ogrevanje (kwh/m 2 a) Razred A1 od 0 do vključno 10 Razred A2 nad 10 do vključno 15 Razred B1 nad 15 do vključno 25 Razred B2 nad 25 do vključno 35 Razred C nad 35 do vključno 60 Razred D od 60 do vključno 105 Razred E od 105 do vključno 150 Razred F od 150 do vključno 210 Razred G od 210 do 300 in več Tabela 1: Razredi energetske učinkovitosti po PURES.

15 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran KRITERIJI ZA NAČRTOVANJE ENERGIJSKO UČINKOVITEGA OBJEKTA ENERGIJSKI TOKOVI V OBJEKTU Osnovno načelo koncepta energetsko učinkovitega objekta je zmanjšati toplotne izgube oziroma optimizirati solarne dobitke. Tako sta pomembna pojma 'toplotne izgube' in 'toplotni dobitki', ki si nista v nasprotju, ampak se dopolnjujeta. Potrebno je poudariti, da ne gre za maksimiziranje sončnih dobitkov, saj velike steklene površine pomenijo večje dobitke sončnega obsevanja, ampak hkrati tudi velike izgube skozi zasteklitve zaradi transmisije. Njuno razmerje je med drugim odvisno od vrste in kakovosti zasteklitve. Če ne zmanjšamo toplotnih izgub skozi okna, potem tudi toplotni dobitki nimajo učinka. V srednjeevropskem podnebju je bistven poudarek na zmanjševanju toplotnih izgub skozi ovoj zgradbe. Šele z dobro toplotno zaščito imajo sončni dobitki pravi učinek (Zbašnik Senegačnik, 2008). Slika 2.1: Energijski tokovi v objektu (lasten vir).

16 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 6 Kot je razvidno iz Slike 2.1, zgradba izgublja energijo na dva načina. Transmisijske izgube so toplotne izgube, do katerih pride ob prehodu toplote skozi gradbene elemente (ovoj zgradbe) kot posledica njihove toplotne prevodnosti. Označujeta jih toplotna prehodnost U in linijska toplotna prehodnost Ψ (toplotni mostovi). Transmisijske izgube so tem manjše, čim bolj je izoliran ovoj zgradbe in čim manj je toplotnih mostov. Ventilacijske (prezračevalne) izgube so izgube, ki nastanejo zaradi izmenjave zraka med zgradbo in okolico ob namenskem prezračevanju (odpiranje oken, mehansko prezračevanje) ali nezaželenem prezračevanju (skozi manjše odprtine, fuge itd.). Zrakotesnost zmanjša te izgube, vendar hkrati onemogoča dovod svežega zraka, potrebnega za ugodno bivanje v zgradbi, zato je pri energijsko učinkoviti zgradbi nujna uporaba prezračevalne naprave z učinkovito rekuperacijo. Na drugi strani imamo toplotne dobitke. Prvi in zelo pomembni so solarni dobitki (dobitki sončnega sevanja). Ločimo direktne solarne dobitke in indirektne solarne dobitke. Direktni solarni dobitki so dobitki skozi prosojne dele zgradbe (zasteklitve itd.). Tako so odvisni od orientacije teh površin in tudi od njihove velikosti ter toplotnih značilnosti. Zanemariti pa ne smemo morebitnega zasenčenja, vpadnega kota sončnih žarkov in umazanije na oknih. Indirektni solarni dobitki so posredni dobitki zaradi odbijanja svetlobe od okoliških površin. Drugi dobitki so notranji (interni) dobitki oziroma dobitki notranjih virov. Ti so posledica delovanja ljudi v notranjosti zgradbe, sproščanja toplote pri delovanju električnih naprav ter razsvetljave.

17 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 7 Ob upoštevanju daljšega časovnega obdobja (na primer eno leto) in če seštejemo oz. odštejemo te dobitke in izgube, dobimo: Slika 2.2: Izračun energije potrebne za ogrevanje (lasten vir). Enačba na Sliki 2.2 prikazuje prav to, kar smo že povedali: za energijsko varčne hiše velja manjšanje toplotnih izgub in hkrati večanje toplotnih dobitkov, pri čemer je poudarek na optimiziranju in ne maksimiranju sončnih dobitkov LOKACIJA KLIMA Lokacija in z njo povezani klimatski pogoji so eni izmed danih izhodišč, ki jih je potrebno upoštevati in uporabiti v prid, saj imajo lahko sicer velik negativen vpliv. Vendar pa vseh vplivov, kot so na primer sončno sevanje, veter, zunanja temperatura, megla, ni mogoče vedno hkrati upoštevati. Če pogledamo način gradnje v različnih klimatskih območjih vidimo, da se je ta prilagodila na okolje in z njim povezanimi posebnostmi. Tako so na območju z vročim in suhim podnebjem pogosti objekti z masivnimi stenami, ki zadržujejo toploto, in jo oddajo ponoči, ko se ozračje ohladi. Hkrati čez dan preprečujejo hiter prenos toplote v notranjost objekta. Zaradi močnega sonca so okna manjša in s tem onemogočajo vdor toplote in zmanjšujejo

18 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 8 ventilacijske izgube. Zunanja površina objektov je pogosto svetlejših barv. Objekti so zidani en ob drugem, s čimer ustvarjajo senco. V vročem in vlažnem podnebju se pojavljajo povsem drugačni objekti. Temperatura je nižja, vendar pomembno vlogo igra vlaga v zraku, ki daje neprijeten občutek. Sončno sevanje je še vedno veliko. Tipični objekti imajo velika okna z zunanjimi senčili in svetle fasade. Ker nočna temperatura ni veliko nižja od dnevne, se uporablja lahka lesena konstrukcija in visoki stropovi. Objekti niso zgrajeni skupaj zaradi želje po hladnem vetru. Na območju blagega in oblačnega podnebja so objekti odprti in skušajo izkoristiti vso dnevno svetlobo, ki jim je na voljo. Zato se pojavljajo velike steklene površine. Hladno podnebje zahteva znova drugačno arhitekturo. Zaradi nizkih temperatur mora objekt zadržati čim več toplote. Zato se gradijo kompaktnejši objekti z čim nižjo površino zunanjega ovoja. Zasteklitev je malo. Uporabljen konstrukcijski material je pogosto les. Ker se topli zrak dviga, so stropovi nizki (Lechner, 2008). Kot vidimo, je potrebno upoštevati klimatske podatke in jih uporabiti sebi v prid. Med drugim nam lahko pomagajo pri izbiri materialov in velikosti zasteklitve. S tem lahko zmanjšamo porabo energijo ter posledično stroške ORIENTACIJA, OBLIKA Na našem območju velja, da je najugodneje, če izberemo južno orientirano zemljišče, saj lahko s tem izkoristimo čim več sončne energije. Velikega pomena je tudi, da sončni žarki dosežejo objekt. Če je v neposredni okolici veliko dreves in drugih objektov, ti onemogočajo pot sončnim žarkom. Zato je pomembno, da so odmiki dimenzionirani glede na nizki vpadni kot zimskega sončnega sevanja. S tem omogočimo pot soncu tudi pozimi.

19 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 9 Slika 2.3: Razmik med objekti je določen z zimskim vpadnim kotom sonca (Zbašnik Senegačnik, 2008). V bližini objektov se priporočajo le listopadna drevesa, ki poleti dajejo senco, pozimi pa sonce lahko neovirano obseva objekt. Iglasta drevesa ovirajo sonce tako poleti kot pozimi, zato niso zaželena. Količina sončnih dobitkov je odvisna od večih dejavnikov, in sicer od orientacije fasade, letnega časa in dnevnega gibanja sonca. Ker se nahajamo na severni polobli Zemlje, sonce potuje po južni strani neba glede na naš položaj. To pomeni, da so dobitki sončnega obsevanja največji na južni strani, zato se tukaj projektirajo največje količine zasteklitve. Obratno je na severni fasadi. Vzhodna fasada je najbolj obsijana zjutraj, zahodna pa zvečer. Ker sonce poleti vzhaja bolj na severu kot pozimi, je ta fasada bolj obsijana v toplejših mesecih. Podobno je z zahodno fasado. Na južni polobli se situacija obrne, kjer pride do izraza severna fasada, ki je tako obrnjena proti ekvatorju. Slika 2.4: Primerjava vzhajanja sonca poleti (levo) in pozimi (desno) glede na objekt na sredini (vremenska datoteka, EnergyPlus).

20 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 10 Problem nastane, ko želimo nov objekt vključiti v urbano okolje. Tam namreč nimamo veliko možnosti pri izbiri orientacije in oddaljenosti okoliških objektov. Zato sončne energije ni možno vedno povsem izkoristiti. Drugi pomembnejši parameter je faktor oblike. Ta pove razmerje med zunanjim ovojem objekta in volumnom. Največ toplotnih izgub prihaja namreč po celotnem ovoju objekta. Zato velja, da je potrebno graditi objekte z čim manjšim faktorjem oblike, torej s čim manjšo površino toplotnega ovoja. Faktor oblike predstavlja izraz: kjer je: A zunanja površina ovoja stavbe, V e ogrevana prostornina stavbe. Faktor oblike je najugodnejši takrat, ko je objekt kompakten in enostaven. Posebej ugoden faktor oblike je pri kvadratnih, okroglih, osemkotnih in elipsastih oblikah (Senegačnik 2009). Slika 2.5: Faktor oblike stavbe različno oblikovanih enostanovanjskih stavb (Medved, 2010).

21 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran TOPLOTNI OVOJ Toplotni ovoj predstavljajo vsi gradbeni elementi, ki tvorijo mejo med dvema temperaturnima območjema. Temperatura v objektu se namreč večino časa razlikuje od zunanje temperature. Ti gradbeni elementi so zunanji zidovi, notranje stene proti neogrevanim delom zgradbe, streha, tla proti terenu ali neogrevanim prostorom, strop proti neogrevanim prostorom, okna in zunanja vrata. Znotraj toplotnega ovoja morajo biti tisti prostori, ki so stalno ogrevani, zunaj toplotnega ovoja pa so neogrevane kleti, shrambe, garaže in ostali pomožni prostori. Skozi toplotni ovoj pride do velikih transmisijskih izgub, zato mora toplotna izolacija potekati po celotnem ovoju neprekinjeno ali z vsaj čim manjšimi prekinitvami. Prav tako je potrebno preprečiti nekontrolirano uhajanje zraka skozi netesna mesta. Slika 2.6: Neprekinjen toplotni ovoj (rumena) in zrakotesna ravnina (rdeča) (Zbašnik Sengačnik, 2008)

22 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 12 U VREDNOSTI Ovoj energetsko učinkovitega objekta mora imeti dobre toplotnoizolacijske lastnosti. V Tabeli 2 so prikazane zahtevane vrednosti glede na različne standarde. Toplotna prehodnost nizkoenergijska hiša PURES pasivna hiša 0,28 0,15 zunanje stene U z 0,5 0,2 lahke 0,10 konstrukcije enodružinska hiša streha U s 0,20 0,20 0,15 plošča U t 0,25 0,30-0,35 0,15 zasteklitve U w 1,1 1,3 0,8 Tabela 2: Toplotnoizolacijske lastnosti. TOPLOTNA IZOLACIJA Toplotna izolacija preprečuje prevelik prehod toplote skozi gradbene elemente, in sicer poleti prehajanje toplote iz zunanjosti v notranjost, pozimi pa obratno. Hkrati vpliva na možnost kondenzacije v notranjosti konstrukcije. Debelina toplotne izolacije je različna in je odvisna od drugih slojev, vrste konstrukcije in klimatskih pogojev. Uporabljajo se vse vrste izolacijskih materialov sintetičnega izvora, mineralnega izvora in naravna gradiva. Zaradi težnje po naravnih materialih se vedno več uporabljajo gradiva naravnega izvora. Izbor toplotne izolacije je odvisen od nosilne konstrukcije. Na masivno steno se toplotnoizolacijske plošče ali lamele lepijo, sidrajo, žebljajo itd. pri lahkih konstrukcijah je mogoče toplotno izolacijo (celulozne in lesene kosmiče, ovčjo volno, konopljo) tudi vpihovati med nosilne elemente. Na ta način toplotna izolacija dobro zapolni prostor, pri tem ni špranj, skozi katere bi uhajala toplota. Mehkejše toplotne izolacije potrebujejo za pritrjevanje podkonstrukcijo.

23 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 13 ZRAKOTESNOT Ob zagotavljanju enotnega toplotnega ovoja je potrebno misliti na zrakotesnost. Toplotne izgube povzroča nekontrolirano prehajanje zraka skozi netesna mesta zaradi tlačnih razlik. Netesna mesta lahko nastajajo ob stikih različnih gradbenih elementov, kar je mogoče preprečiti z natančno izvedenimi detajli. S testom Blower Door se ugotavlja njena učinkovitost. Pri pasivnih hišah se preverja zrakotesnost n 50 0,6 h -1, kar pomeni, da se v hiši pri tlačni razliki 50 Pa v eni uri zamenja 0,6 volumna zraka. Nizkoenergijske hiše morajo dosegat vrednost n 50 1,5 h -1. TOPLOTNI MOSTOVI Izogibati se je potrebno tudi mestom z manjšo izolativno sposobnostjo, torej toplotnim mostovom. Ti podobno kor netesna mesta lahko nastajajo ob stikih gradbenih elementov. Tam se poveča toplotna prehodnost, čemur se želimo izogniti. Zato vsaka prekinitev toplotnega ovoja in nepravilno izvedeni detajli predstavljajo možnost nastanka toplotnih mostov in s tem toplotnih izgub. Poleg povečanja porabe energije, še povzročajo rosenje in nastaneke plesni, ki slabšata konstrukcijske lastnosti posameznih elementov, ter slabšajo toplotno ugodje. Slika 2.7: Primer toplotnega mostu (Szokolay, 2004).

24 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 14 ZASTEKLITVE in SENČILA Pri izbiri oken imamo veliko možnost izbire. Odločamo se lahko med enojnimi, dvojnimi, trojnimi stekli, različnimi polnili ter emisijskimi ali odbojnimi premazi. Izbiramo lahko tudi med različnimi načini odpiranja in senčenja. Na področju zmanjševanja toplotnih izgub je pri zasteklitvah v zadnjih letih prišlo do velikih sprememb. Od oken z enojnimi stekli z veliko toplotno prehodnosti smo prišli do oken s trojnimi stekli in z raznimi premazi ter posledično veliko manjšo toplotno prehodnostjo. Slika 2.8: Primer okna, ustreznega za energetsko učinkovito hišo (Grobovšek, 2006). Pri izbiri oken smo ponavadi pozorni na čim nižjo vrednost toplotne prehodnosti celotnega okna (U w ) in faktor g. Slednji nam pove, kolikšen procent sončnega sevanja prepusti steklo v notranjost objekta. Toplotno prehodnost celotnega okna določuje več faktorjev. Prvi je toplotna prehodnost stekla (U g ), naslednji pa toplotna prehodnost okvirja (Uf). Okvirji so lahko iz lesa, aluminija ali PVC. Velik vpliv ima tudi vrsta distančnika. Ta ločuje dve stekli med seboj in zadržuje plin v medstekelnem prostoru. Uporabljajo se distančniki iz aluminija ali iz umetnih snovi. Paziti je potrebno na pregrevanje, do katerega pride ob preveliki izpostavljenosti sončni energiji. Če želimo uporabiti učinkovit način senčenja, se odločimo za zunanja senčila, saj notranja ne preprečijo prehajanje toplote, ampak le svetlobe.

25 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 15 Slika 2.9: Primer spreminjanja U-vrednosti in letne porabe energije pri različnih vrstah zasteklitve (Grobovšek, 2006) KONSTRUKCIJSKI SISTEM IN GRADBENI MATERIALI Pri energetsko učinkoviti gradnji je izbira konstrukcijskega sistema prepuščena investitorja, saj odločitev ni bistvenega pomena. Z masivnimi in lahkimi sistemi je moč doseči primerljive rezultate. Na odločitev v večini primerov vpliva cena in znanje gradbenih izvajalcev. Pri masivni gradnji se pojavljajo kot nosilna konstrukcija opečni zidaki, zidaki iz betona ali lahkega betona. Ta se obloži s plastjo toplotne izolacije. Fasada je lahko prezračevana ali neprezračevana. Vendar se investitorji vedno pogosteje odločajo za lahke konstrukcije, pri katerih je osnovni material naravni material, in sicer les. Poslužujejo se naprej pripravljenih elementov, ki jih sestavijo na samem gradbišču, ali prej v delavnici. Izolacija se namešča med leseno konstrukcijo. Zaradi razlik med toplotno prevodnostjo lesa in izolacije, prihaja v ravnini do toplotnih mostov. Različni proizvajalci za omenjen problem ponujajo različne rešitve.

26 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 16 V primerjavi z masivnimi stenskimi konstrukcijami imajo lahko konstrukcije precej manjšo lastno težo in s tem tudi slabšo sposobnost dolgotrajnega shranjevanja toplote. Tako se prostori ponoči hitreje ohladijo. Načeloma je pri lahkih konstrukcijah tudi težje doseči potrebno zrakotesnost objekta. Nekateri stiki lahko z leti izgubijo nekaj zrakotesnosti, posebej če je zgradba izpostavljena običajnemu posedanju ali vetru. Tudi vetrno tesnost fasadnega ovoja je dolgoročno lažje zagotoviti pri masivni gradnji (Zbašnk Senegačnik, 2009) AKTIVNI SISTEMI V tem podpoglavju bodo predstavljeni tako naravni kot aktivni sistemi, brez katerih ne moremo načrtovati pasivne hiše. PREZRAČEVANJE Prezračevanje predstavlja izmenjavo odtočnega zraka z zunanjim zrakom v prostorih in doseganje njegove čistosti ter s tem povezanega ugodja oseb v prostorih. Naravno prezračevanje je prezračevanje, pri katerem se izkoriščajo naravne fizikalne lastnosti zraka pri različnih temperaturah v prostorih in zunaj njih, brez uporabe mehanskih naprav. Razna netesna mesta v stavbi (okenske in vratne pripire, špranje pri roletnih omaricah in netesno vgrajeno stavbno pohištvo), so glavni krivec za nekontrolirano vdiranje zraka v bivalne prostore, čemur pravimo ventilacijske izgube. Netesna mesta je potrebno čim bolj zmanjšati s pravilnim vgrajevanjem zasteklitev in vrat. Zadostne količine zraka moramo zagotoviti na druge načinem, ki jih lahko sami čim bolj kontroliramo. Naravno prezračevanje z odpiranjem oken je najbolj razširjena metoda, pri katerem ločimo dolgotrajno ter kratkotrajno zračenje. Drug način je mehansko prezračevanje, ki ni odvisno od atmosferskih razmer. Zagotavlja dobro delujočo in energijsko učinkovito zračenje bivalnih prostorov. Zanj potrebujemo kanalski razvod, ki vodi od posameznih bivalnih prostorov do centralne odvodne. To je tudi edini način pri katerem lahko zagotovimo zadostno oziroma načrtovano število izmenjav zraka v bivalnih prostorih. Za izvajanje prisilnega prezračevanja pa je predpogoj učinkovito tesnenje oken v zgradbi.

27 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 17 REKUPERACIJA TOPLOTE Sistem z rekuperacijo toplote je razširjen sistem prezračevanja in ogrevanja. Omogoča vračanje toplote izstopnega zraka nazaj v prezračevalni sistem, prav tako pa omogoča tudi ogrevanje ali ohlajevanje zraka, kar zagotavlja ustrezno temperaturo dovedenega zraka. Pomemben element takšnega sistema je toplotni prenosnik. Njegov namen je prenašanje dela toplote odpadnega zraka na svež zrak. Znova lahko porabimo 65% toplote, v najboljših primerih pa celo 80%. Zgradba toplotnega prenosnika je takšna, da sta zračna tokova odpadnega in dovedenega zraka ločena, zato se absolutna vlažnost tokov ne spreminja. Tako je sistem z rekuperacijo toplote primeren za ogrevanje prostorov v zimskem času in prav tako za ohlajevanje prostorov poleti. Slika 2.10: Shema rekuperacije toplote ( ). OGREVANJE NOTRANJIH PROSTOROV IN SANITARNE VODE Ob premišljenem prezračevanju in primernem ovoju zgradbe v energetsko varčni hiši ni toliko toplotnih izgub. Posledično so potrebe po dodatni toploti za ogrevanje zelo nizke. Te se lahko dosežejo le z rekuperacijo toplote, dodatno pa so v uporabi tudi toplotne črpalke ali ogrevanje na biomaso. Sanitarna voda se ogreva skozi vso leto. Priporoča se uporaba toplotne črpalke in solarnih kolektorjev.

28 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 18 HLAJENJE Ohladitev notranjih prostorov lahko dosežemo na več načinov, na primer z nočnim prezračevanjem in s stenskim hlajenjem. Kjer je nočna temperatura dosti nižja v primerjavi z dnevno, se lahko objekt ponoči prezrači in notranji prostori se ohladijo. OSVETLITEV Poleg naravne svetlobe neposrednega in v ozračju razpršenega sončnega sevanja so ljudje že pred tisočletji dopolnjevali dnevno svetlobo s sežigom živalskih masti in rastlinskih olj. Temu je skozi stoletja sledila žarnica, naprava, ki pretvarja električno energijo v svetlobo. V zadnjem stoletju so postale električne svetilke vse bolj svetlobno in energijsko učinkovite ter glede na kakovost svetlobe vse bolj primerljive z dnevno svetlobo. V sodobnih stavbah je raba energije močno povezana načinom dopolnjevanja naravne osvetlitve z električno, učinkovitostjo in upravljanjem s svetili. Načrtovanje naravne in električne osvetlitve je postalo ključno za učinkovito rabo v stavbah. Ker električna energija v stavbah za osvetljevanje predstavlja velik delež porabljene energije, prihaja do želj po velikih količinah zasteklitvah, s čimer se doseže velik količnik dnevne svetlobe KDS. Predstavlja razmerje med osvetljenostjo na točki v prostoru in osvetljenostjo vodoravne nesenčene zunanje ravnine. Priporočljiva vrednost povprečnega količnika dnevne svetlobe je približno 5%. Od 2 do 5% predstavlja zadovoljivo osvetlitev, pod 2% pa premajhno. Priporočajo se stekla z veliko transmitivnostjo svetlobe in izbira svetilk z veliko svetlobno učinkovitostjo idr. Poraba električne energije za razsvetljavo običajno ni omejena, je pa vključena v podatek o rabi končne energije v stavbi. Tako je potrebno pri načrtovanju upoštevati tako naravno kot umetno svetlobo in se odločiti za smiselno kombinacijo le-teh.

29 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran DELOVANJE UPORABNIKOV Število in delovanje uporabnikov močno vpliva na notranje dobitke. Ni namreč vseeno ali en uporabnik sedi ali pet uporabnikov hodi. Tabela 3 prikazuje oddajanje toplote posameznikov pri različnih dejavnostih. Oddana toplota [W] počivanje 115 delo za mizo 140 obedovanje 150 počasna hoja 160 lažje delo 235 srednje težko delo 265 težko delo 440 zelo težko delo 585 Tabela 3: Oddana toplota človeka glede na dejavnost (Szokolay, 2004).

30 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 20 3 ANALIZA OBSTOJEČIH RAZISKAV Na področju raziskovanja vpliva oblik stavb na porabo energije in istočasno čim večjo izrabo sončne energije je bilo narejenih že več raziskav. Eno izmed teh je naredila skupina C. Hachem, A. Athienitis in P. Fazio (2011). Raziskovali so potencial sončne energije pri dvoetažnih enodružinskih enot v zmernem podnebju. Uporabili so različne modele in njihove variacije ter različne oblike streh. Ugotovili so, da nekonveksne oblike ponujajo večjo fleksibilnost oblikovanja objekta in izpostavljenost soncu. Primernejše je manjše razmerje med dolžino fasade, ki senči, in senčeno fasado za optimiziranje sončnih dobitkov. Avtorji težijo k maksimiziranju soncu izpostavljene fasade, a hkrati k vzdrževanju kompaktne oblike objekta. Ralph. L Knowles (2003) je v svoji raziskavi ugotavljal, kako vpliva velikost in oblika objekta ter gostota grajenih enot na dostopnost sonca in senčenje. Večji kot je faktor oblike, večja je dostopnost svežega zraka. Večja je tudi senčenost objekta samega sebe ali okoliških objektov, kar zmanjšuje možnost pregrevanja. Veliki objekti z manjšim faktorjem oblike porabijo več energije za preprečevanje pregrevanja zaradi večje izpostavljenosti soncu. S tem spodbuja arhitekte k ustvarjanju bolj razgibanih objektov manjših razsežnosti. Basam Behsh (2002) je preverjal vpliv sonca na ugodje v objektu. Ena izmed ugotovitev kaže na to, da je oblika objekta, ki ima manjšo površino strehe, ugodnejša od tiste z večjo pri enaki tlorisni površini, kar velja pri vseh pogojih. Hkrati poudarja, da faktor oblike ni dovolj, ko ugotavljamo, kako se objekt odziva na lokalne podnebne razmere. Dodaja, da so oblike, ki imajo večjo površino južne fasade (severna polobla), optimalne za prejemanje manjših količin toplote poleti in večjih količin toplote pozimi. Splošno gledano je oblika objekta z majhnim razmerjem površin strehe in zidov v spremljavi z velikim razmerjem površin južne in zahodne fasade optimalna.

31 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 21 Raziskava V. Leskovar Žegarac in M. Premrova (2011) je pokazala, da se energija potrebna za ohlajevanje ne glede na usmerjenost fasade veča z deležem zasteklitve. Energija potrebna za ogrevanje je ob večanju deleža zasteklitve na jugu manjša, na severa pa večja. Na vzhodno in zahodno fasado nima vpliva. Izkaže se, da je pri novogradnji optimalen delež zasteklitve na južni fasadi odvisen od toplotne prehodnosti zunanjih zidov in se giblje med 35% in 55%, medtem ko je pri sanaciji starejših objektov primernejša uporaba večjih količin zasteklitev.

32 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 22 4 PROGRAM ECOTECT 4.1 PREDSTAVITEV PROGRAMA ECOTECT V raziskavi je bil uporabljen program Ecotect Analysis 2011, ki je last podjetja Autodesk in je eden izmed mnogih programom te organizacije. Gre za analitično orodje, ki se ukvarja z okoljem in omogoča projektantom simulacijo obnašanja objekta v zgodnji fazah načrtovanja in nudi prikaz porabe energije. Prav tako omogoča analizo in vpogled v morebitne izboljšave že obstoječih stavb. Združuje mnoge analitične funkcije z odličnimi vizualnimi in interaktivnimi predstavitvami, ki prikazujejo rezultate analiz neposredno na modelu, ki je vključen v svoje okolje. Slika 4.1: Autodesk Ecotect Analysis 2011.

33 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran PRIMERJAVA PROGRAMOV PHPP IN ECOTECT Program PHPP 07 (Passive House Planning 2007) so razvili na Inštitutu pasivnih hiš (Passivhaus Institut) v Nemčiji let Od takrat so razvili več različic. Namenjen je izračunu energijske bilance objekta in nam nudi tako mesečni kot letni prikaz. Možno je natančno preveriti potrebe po ogrevanju, hlajenju, prezračevanju, senčenju itd. Omogoča sprotno preverjanje in spreminjanje posameznih vhodnih podatkov. Tako se lahko pomanjkljivosti predčasno odpravijo. Vendar pri tem programu ni možne izbire oblike objekta, kar pomeni, da če v koraku, kjer vpisujemo velikosti posameznih fasad, uporabimo vrednosti v tabeli, lahko dobimo dva različna modela, kar prikazujeta spodnji sliki. Slika 4.2: Primer dimenzij fasad v programu PHPP Slika 4.3: Možni rešitvi objektov iz podatkov, vnesenih v program PHPP 2007.

34 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 24 Posledično program ne upošteva senčenja fasad s samim objektom. Zaradi tega lahko pride do razlik v posameznih rezultatih. Zato smo se odločili za program Ecotect, kjer objekt modeliramo in imamo ves čas pred seboj njegovo vizualizacijo. Izvedemo lahko tudi različne simulacije dnevne poti sonca v odvisnosti od lege, letnega časa in meseca. Slika 4.4: Primer delovnega okolja v programu Ecotect. Program Ecotect sicer omogoča široko izbiro raznih aktivnih in ostalih sistemov ter parametrov, ki vplivajo na energetsko učinkovitost in jo s tem omogočajo.

35 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 25 5 PARAMETRIČNA ANALIZA Parametrična analiza je sestavljena iz štirih delov. Prvi del predstavlja različne modele s stalno tlorisno površino, volumnom iz zasteklitvijo. Služi primerjavi rezultatov, ki so bili pridobljenih s programom PHPP v diplomski nalogi iz leta 2011, študentke Nine Taje Kegl. Drugi, tretji in četrti del pa predstavljajo analize enakih modelov s prilagojenimi deleži zasteklitve. V vseh delih bomo preverjali dobitke in izgube, poudarek pa bo na solarnih dobitkih in transmisijkih izgubah. Prav tako bomo spremljali spremembe na dveh različnih lokacijah. OSNOVNI PODATKI OBJEKTA Vsi modeli skozi celotno analizo imajo notranjo tlorisno površino 81 m 2 in svetlo višino 3m. Notranji (ogrevani) volumen je tako 243 m 3. Predpostavljeni so trije uporabniki. Vertikalni ovoj objekta je narejen v panelnem okvirnem sistemu s stenami debeline 45,7 cm in toplotno prehodnostjo U z = 0,102 W/m 2 K. Ravna streha z debelino 46 cm ima toplotno prehodnost U s = 0,103 W/m 2 K. Toplotna prehodnost 61,1 cm debele talne plošče znaša U t = 0,135 W/m 2 K. Uporabljena so okna s trojno zasteklitvijo in toplotno prehodnostjo U w = 0,71 W/m 2 K. Pomožni in aktivni sistemi so izbrani kot elementi energetsko varčne hiše in se skozi celotno analizo ne spreminjajo. LOKACIJA Uporabili smo dve različni lokaciji. Vremenski datoteki sta zbrani iz baze vremenskih datotek na spletni strani programa EnergyPlus, ki je namenjen podobnim analizam kot Ecotect.

36 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 26 Prva izbrana lokacija je Ljubljana, Slovenija. Nahaja se na približno 46 severne zemljepisne širine. Podnebje je oceansko z značilnostmi celinskega podnebja. Močan vpliv ima lega v kotlini in okoliške Alpe. Vpliv Sredozemskega morja povzroča tople in sončne poletne dni. Zaradi lege v kotlini se pozimi pojavlja temperaturni obrat, ki povzroča meglo in zadrževanje hladnega in vlažnega zraka v nižjih plasteh. Povprečna najvišja letna temperatura je 15,1 C, najnižja pa 5,9 C. Povprečna letna temperatura je 9,8 C. Najhladnejše mesec je januar (3,0 C), najtoplejši pa julij (26,5 C). Letna količina padavin znaša približno 1400 mm, kar prinese približno 115 deževnih dni na leto. Megla se pojavi predvsem jeseni in pozimi in traja povprečno 121 dni na leto. Količina letnega sončnega obsevanja je približno 1712 ur. Slika 5.1: Klimogram Ljubljana ( Druga lokacija je München, Nemčija. Nahaja se na 48 severne zemljepisne širine. Ima celinsko podnebje, na katero močno vplivajo Alpe. Padavine so pogoste in večinoma nepričakovane. Temperaturne razlike med dnevom in nočjo ter med poletjem in zimo so lahko ogromne. Topel veter iz Alp lahko v kratkem času zelo poviša temperaturo, tudi pozimi. Zime trajajo od decembra do marca in so hladne. Najhladnejši mesec je mesec januar s povprečno temperaturo -2,2 C, najtoplejši pa julij s povprečno temperaturo 20,4 C. Poletja trajajo od maja do septembra. Povprečna letna temperatura je 8,2 C. Letna količina padavin znaša 967 mm. Deževnih dni je približno 134 na leto. Količina letnega sončnega obsevanja je približno 1708 ur.

37 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 27 Slika 5.2: Klimogram München ( Ljubljana München Povprečna letna temperatura [ C] 9,8 8,2 Količina padavin [mm] Količina letnega sončnega obsevanja [ur] Letna sončna radiacija [kwh/m 2 ] Tabela 4: Osnovni podnebni podatki. Slika 5.3: Graf povprečnih ur na leto potrebnih za ogrevanje (rdeča), ohlajevanje (modra) in sončne izpostavljenosti (rumena) v Ljubljani (vremenska datoteka, EnergyPlus).

38 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 28 Slika 5.4: Graf povprečnih ur na leto potrebnih za ogrevanje (rdeča), ohlajevanje (modra) in sončne izpostavljenosti (rumena) v Münchnu (vremenska datoteka, EnergyPlus). Podatki so zbrani iz spletne strani in in vremenske datoteke. Slika 5.5: Zemljevid z označenimi izbranimi lokacijami (lasten vir).

39 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 29 OBLIKA OBJEKTA Oblika objekta je izražena z že omenjenim FAKTORJEM OBLIKE. Izračunan je kot razmerje med zunanjo površino objekta, skozi katero pride do transmisijkih izgub, in notranjim volumnom objekta. Poleg faktorja oblike so v nadaljevanju uporabljeni še drugi parametri, ki kažejo na dostopnost oziroma izpostavljenost sončnim žarkom, ter tako bolje razlagajo kompleksnost oblike in s tem razgibanost fasade. Razmerje med dolžino južne in stranske fasade objekta»aspect RATIO«(AR) Slika 5.6: Razmerje dolžin fasad (lasten vir). W širina fasade obrnjene k ekvatorju (width) L dolžina stranske fasade (length) Razmerje med dolžino fasade, ki senči, in dolžino senčenimi fasadami»depth RATIO«(DR) a dolžina fasade, ki senči b dolžina senčene fasada Slika 5.7: Razmerje dolžin fasad (lasten vir).

40 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 30 Razmerje med površino zasteklitve in površino fasade AGAW bela barva zasteklitev Slika 5.8: Razmerje površin (lasten vir). siva + bela barva površina fasade Modeli se skozi posamezne stopnje niso spreminjali in so naslednji: MODEL 1 osnovni model Slika 5.9: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 1.

41 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 31 MODEL 2 Slika 5.10: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 2. MODEL 3 Slika 5.11: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 3. MODEL 4 Slika 5.12: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 4.

42 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 32 MODEL 5 Slika 5.13: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 5. MODEL 6 Slika 5.14: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 6.

43 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 33 MODEL 7 Slika 5.15: Tloris (levo) in južna fasada (desno) modela 7. MODEL 8 Slika 5.16: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 8. Oblike modelov in začetki analize izhajajo iz diplomskega dela avtorice Nine Taje Kegl. Dodan je en model in spremenjena je razvrstitev vseh modelov zaradi drugačnega načina izračuna faktorja oblike, po katerem so razvrščeni modeli. Dodana je tudi ena nova lokacija, in sicer München. Sledi predstavitev posebnosti posameznih stopenj analize.

44 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran PRVI DEL KONSTANTNA POVRŠINA ZASTEKLITVE Kot že rečeno, imamo v prvem delu modele s konstantno površino zasteklitve na vseh fasadah. Površine zasteklitev so prikazane v tabeli 5. Število oken Velikost okna š x v [m] Površina vseh oken [m 2 ] Fasada sever 2 0,90 x 1,50 2,70 Fasada vzhod 3 0,90 x 1,50 4,05 Fasada zahod 3 0,90 x 1,50 4,05 Fasada jug 3 2,50 x 2,00 15,00 Tabela 5: Razporeditev zasteklitve. Vidimo, da je na jugu več steklenih površin, saj se tam predvidevajo večji solarni dobitki. Obratno je na severu predvidenih manj solarnih dobitkov. Podatki modelov: model 1 model 2 model 3 model 4 model 5 model 6 model 7 model 8 A tloris ,05 81, h V ogrevan ,15 243, A ovoj 358, , , , , , , ,425 f o 1,4733 1,4774 1,5041 1,5343 1,5939 1,6251 1,6579 1,7672 AR 1,00 0,83 1,69 1,27 1,68 1,90 1,45 2,47 št. zasenčenih n/a n/a n/a fasad DR / / / 2,77 0,91 0,375 0,5 0,5 AGAW s 7,87 8,66 6,09 6,55 5,53 5,06 5,41 4,13 AGAW j 43,73 48,10 33,81 36,39 30,72 28,13 30,08 22,92 AGAW v 11,81 10,73 15,17 12,43 13,91 14,43 11,81 15,27 AGAW z 11,81 10,73 15,17 12,43 13,91 14,43 11,81 15,27 Tabela 6: Podatki modelov.

45 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran DRUGI DEL AGAW 0,35 V drugem delu smo se zaradi največjih solarnih dobitkov osredotočili na južno fasado, zato smo okna na ostalih fasadah (severna, vzhodna in zahodna) odstranili. V drugem delu smo prilagodili delež zasteklitve na južni fasadi na 35%. Študija (Žegarac Leskovar, Premrov, 2011) je pokazala, da je prav ta delež zasteklitev optimalen. Tako smo količino zasteklitve na južni fasadi pri vseh modelih ustrezno povečali ali pomanjšali. Višina zasteklitve je ostala enaka, razen v primerih, kjer je opomba. Širina zasteklitev se je enakomerna povečala ali pomanjšala v levo in desno stran. Prikaz prilagoditve steklenih površin na posameznih modelih: MODEL 1 osnovni model MODEL 2 Slika 5.17: Tloris (zgoraj) in Slika 5.18: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 1. južna fasada (spodaj) modela 2.

46 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 36 MODEL 3 MODEL 4 Slika 5.19: Tloris (zgoraj) in Slika 5.20: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 3. južna fasada (spodaj) modela 4. MODEL 5 MODEL 6 Slika 5.21: Tloris (zgoraj) in Slika 5.22: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 5. južna fasada (spodaj) modela 6.

47 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 37 MODEL 7 MODEL 8 Višina oken je bila povečana na 2,6m. Slika 5.23: Tloris (zgoraj) in Slika 5.24: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 7. južna fasada (spodaj) modela 8. Podatki modelov: model 1 model 2 model 3 model 4 model 5 model 6 model 7 model 8 faktor oblike f o 1,4733 1,4774 1,5041 1,5343 1,5939 1,6251 1,6579 1,7672 A s,j 12,000 10,914 15,528 14,43 17,094 18,666 17,454 22,909 AGAW j 35 Tabela 7: Podatki modelov.

48 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran TRETJI DEL AGAW 0,45 V tretjem delu smo delež zasteklitve prilagodili na 45% površine celotne južne fasade. Pogoji prilagoditve zasteklitve so ostali enaki kot v drugem delu razen v primerih, kjer je drugače razloženo. MODEL 1 osnovni model MODEL 2 Slika 5.25: Tloris (zgoraj) in Slika 5.26: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 1. južna fasada (spodaj) modela 2. MODEL 3 MODEL 4 Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.27: Tloris (zgoraj) in Slika 5.28: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 3. južna fasada (spodaj) modela 4.

49 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 39 MODEL 5 MODEL 6 Višina oken je bila povečana na 2,6m. Slika 5.29: Tloris (zgoraj) in Slika 5.30: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 5. južna fasada (spodaj) modela 6. MODEL 7 MODEL 8 Površina južne fasade je manjša od potrebne površine zasteklitve, zato model ne obstaja. Slika 5.31: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 7. Podatki modelov: model 1 model 2 model 3 model 4 model 5 model 6 model 7 model 8 faktor oblike f o 1,4733 1,4774 1,5041 1,5343 1,5939 1,6251 1,6579 1,7672 A s,j 15,438 14,346 19,968 18,548 21,978 24,001 22,442 / AGAW j 45 Tabela 8: Podatki modelov.

50 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran ČETRTI DEL AGAW 0,55 V četrtem delu smo delež zasteklitve prilagodili na 55%. Ta del služi zgolj za primerjavo. Že iz tlorisne zasnove posameznih modelov je jasno, da prilagoditev na ta delež v vseh primerih ni bila mogoča. Natančnejše pojasnitve so navedene sproti v besedilu. MODEL 1 osnovni model MODEL 2 Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.32: Tloris (zgoraj) in Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.33: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 1. južna fasada (spodaj) modela 2. MODEL 3 MODEL 4 Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.34: Tloris (zgoraj) in Višina oken je bila povečana na 2,9m. Slika 5.35: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 3. južna fasada (spodaj) modela 4.

51 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 41 MODEL 5 MODEL 6 Površina južne fasade je manjša od potrebne površine zasteklitve, zato model ne obstaja. Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.36: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 5. MODEL 7 MODEL 8 Površina južne fasade je manjša od potrebne površine zasteklitve, zato model ne obstaja. Višina oken je bila povečana na 2,5m. Slika 5.37: Tloris (zgoraj) in južna fasada (spodaj) modela 7. Podatki modelov: model 1 model 2 model 3 model 4 model 5 model 6 model 7 model 8 faktor oblike f o 1,4733 1,4774 1,5041 1,5343 1,5939 1,6251 1,6579 1,7672 A s,j 18,862 17,153 24,577 22,672 26,858 / 27,427 / AGAWj 55 Tabela 9: Podatki modelov.

52 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran REZULTATI Prvi del konstantna površina zasteklitve V prvem delu smo imeli konstantno površino zasteklitve na vseh fasadah, torej se je spreminjal delež zasteklitve na posameznih fasadah. Na Slikah 5.38 do 5.41 so prikazane količine toplotnih dobitkov in izgub za posamezne modele. Slika 5.38 prikazuje količine internih dobitkov za vse modele. Slika 5.38: Interni dobitki. Kot je razvidno iz Slike 5.38 vidimo, da se vrednost internih dobitkov v Ljubljani pri posameznih modelih ne spreminja in je enaka za München. Enako je pri vseh ostalih količinah oziroma deležih zasteklitve, tako v Münchnu kot Ljubljani.

53 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 43 Slika 5.39 prikazuje solarne dobitke v Ljubljani in Münchnu. Slika 5.39: Solarni dobitki. Iz grafa solarnih dobitkov (Slika 5.39) lahko razberemo, da se ti spreminjajo kljub temu, da je količina zasteklitve pri vseh modelih enaka. Pri modelih 5, 6 in 7 je teh nekoliko manj, saj je del južne fasade senčene zaradi razgibanosti oblike. Najmanj sončnih dobitkov ima tako model 5 (20,042 kwh/m 2 a v Ljubljani oziroma 14,819 kwh/m 2 a v Münchnu), kjer je okno na sredini pomaknjeno povsem navznoter. Temu sledi model 7, kjer je okno zasenčeno del dneva, ampak je vrednost dobitkov še vedno manjša kot pri modelu 6.

54 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 44 Transmisijske izgube so prikazane na naslednjem grafu (Slika 5.40). Slika 5.40: Transmisijske izgube. Transmisijske izgube se večajo z večanjem površine zunanjega ovoja, vendar prihaja do manjših odstopanj. Slika 5.41 prikazuje graf ventilacijskih izgub v Ljubljanu in Münchnu. Slika 5.41: Ventilacijske izgube. Ventilacijske izgube se med modeli ne spreminjajo veliko (največ 0,9%). Razlike med krajema so v razmerju kot kaže graf.

55 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran Drugi del AGAW = 0,35 V tem je bil delež zasteklitve na južni fasadi (AGAW j ) prilagojen na 35% celotne površine južne fasade. Sledi graf solarnih dobitkov (Slika 5.42). Slika 5.42: Solarni dobitki. Okna na ostalih fasadah smo izvzeli, saj nas njihov učinek ni zanimal. Količina zasteklitve na južni fasadi je pri vseh modelih različna in posledično tudi izpostavljenost sončnim žarkom, torej vrednost solarnih dobitkov.

56 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 46 Slika 5.43 prikazuje transmisijske izgube. Slika 5.43: Transmisijske izgube. Transmisijske izgube so v Münchnu in Ljubljani približno enake, zato je na grafu prikaz vrednosti le za Ljubljano. Razmerje med modeli in krajema se ponovi tudi v nadaljevanju, vendar so vrednosti nekoliko večje. V nadaljevanju vidimo graf ventilacijskih izgub (Slika 5.44). Slika 5.44: Ventilacijske izgube.

57 Vpliv geometrijskih parametrov na energijsko bilanco stavbe Stran 47 Za ventilacijske izgube velja enako kot že v prvem delu, torej da se v posameznem kraju med modeli ne spreminja preveč in da so razlike med krajema primerljive. Enako velja za tretji in četrti del analize, vendar so tam vrednosti izgub malo večje Tretji del AGAW = 0,45 V tretjem delu smo prilagodili delež zasteklitve na južni fasadi na 45%, solarni dobitki so prikazani v grafu na Sliki Zaradi velikih površin zasteklitve smo izločili model 8. Slika 5.45: Solarni dobitki. Zaradi velike količine zasteklitve, smo morali izločiti model 8. Solarni dobitki se spreminjajo, kakor se spreminja količina zasteklitve. Nanje kot že prej vpliva tudi senčenje samega objekta.