Ulaz za korisnike

Transportna toplinska izolacija

|
Transportna toplinska izolacija
 
Transportna toplinska izolacija
Za široku uporabu transportne toplinske izolacije kako u novogradnji tako i u starogradnji, presudan je reprezentativan odnos trošak-korist. Jedno pomno planiranje mora, osim oblikovnih aspekata, uzeti u obzir i niz različitih kriterija koji imaju velik utjecaj na ekonomičnost ove mjere

Transportna toplinska izolacija – TWD – na omotaču građevine može pasivnim iskorištavanjem solarne energije dalje smanjivati potrošnju energije za grijanje u novo- i starogradnji nasuprot neprozirno (konvencionalno) izoliranim građevinama. Visokotransparentni materijali za toplinsku izolaciju koji ne moraju biti prozirni objedinjuju u sebi funkciju toplinske zaštite i solarno dobivanje energije. Neprozirnom toplinskom izolacijom smanjuju se transmisijski gubici topline preko vanjskog zida. Primjenom TWD-a ne postiže se samo kompenzaciju ovih gubitaka nego povrh toga i dodatne dobitke topline.

Upijena toplina biva, u jednoj vremenskoj odgodi, od masivnog zida predana prostorima koji se nalaze iza njega. Vremensko razvlačenje i porast temperature određuju materijal od kojeg je zid izgrađen i debljina zida. Već prema kakvoći TWD-sustava i ovisno o različitim rubnim uvjetima neto dobici energije iznose prema iskustvu 50-150 kWh/m2. Ova se vrijednost odnosi na čistu otvorenu površinu, tj. gubici zbog okvirne konstrukcije nisu uzeti u obzir. TWD-sustavi mogu se primjenjivati i kao sustav direktnog dobivanja energije u području iskorištavanja dnevnog svjetla. Solarno zračenje ulazi na način difuznog rasipanja u prostoriju. Time dolazi do dobrog osvjetljenja prostora dnevnim svjetlom.

Osim toga solarno zračenje se na unutarnjoj površini prostorije pretvara u toplinu. Od početka osamdesetih vrše se istraživanja na području TWD-a. Već je preko 100 zgrada opremljeno sa TWD-om i one pokazuju učinkovitost ove tehnike. Kako bi se postigla široka primjena za TWD, izrađena je studija. Ona predstavlja aktualne rezultate, spoznaje i razvoj transparentne toplinske izolacije i treba pridonositi povećanju primjene TWD-a u praksi. TWD-fasadni sustavi postigli su razvojni stadij koji omogućava rutinsku primjenu na stambenim i poslovnim zgradama, kako kod novogradnje tako i kod starogradnje. Različiti materijali i konstrukcije za to su se vrijeme dokazali i omogućuju rješavanje raznovrsnih arhitektonskih zahtjeva.

TWD – materijali

Transparentni materijali za toplinsku izolaciju moraju imati dobra svojstva toplinske izolacije (k-vrijednost < 1,2 W/m2K) i istovremeno posjedovati veliku propusnost za svjetlo odnosno solarno zračenje (g-vrijednost > 0,4). Iz energetskih razloga strukture sa šupljim komorama (kapilare, saće) od plastike ili stakla predstavljaju najbolju kombinaciju toplinske izolacije i transparentnosti. One se postavljaju tako da sunčeve zrake upadaju u smjeru ćelijske uzdužne osovine. Kod povoljnog odnosa dužine i širine ćelija konvektivna toplinska struja gotovo se potiskuje i skoro cjelokupno padajuće solarno zračenje reflektira se naprijed u smjeru apsorbera.

TWD od plastike: Plastični materijali polimetilakrilat (PMMA), poznat i kao pleksiglas i polikarbonat (PC, makrolon), su provjerene izlazne sirovine za ekstrudirane materijale. Odabir se vrši prema traženim fizikalnim i građevinsko-tehničkim zahtjevima pri čemu je postojanost na temperaturu i UV-zrake važan kriterij. PMMA ima najvišu uporabnu temperaturu od 90C; PC ima 140C uz istovremeno veću mehaničku stabilnost. TWD od stakla: staklo nudi najveću postojanost na temperaturu s optimalnim svojstvima što se tiče ponašanja u požaru kao i postojanost na UV-zrake, i vrlo je prikladan kao TWD-materijal. U usporedbi s plastikom staklo pokazuje veću gustoću a time i veću težinu. TWD od silikatnog aerogela: Radi potpunosti spomenimo i ovaj materijal iako komercijalno trenutno nije na raspolaganju. Radi se o jednoj mikrošupljikavoj silikatnoj strukturi s udjelom čvrstog tijela od ca. 10% naspram 90% zraka. Sastavni dijelovi zraka ne mogu se slobodno kretati tako da sposobnost vođenja topline ostaje unutar stojećeg zraka, a veoma male debljine slojeva postižu veliku otpornost na toplinu (k-vrijednost = 0,5 W/m2K, kod debljine 5 cm uključujući pokrovne slojeve).

Transparentni materijali za toplinsku izolaciju moraju imati dobra svojstva toplinske izolacije i istovremeno posjedovati veliku propusnost za svjetlo, odnosno solarno zračenje. Iz energetskih razloga strukture sa šupljim komorama od plastike ili stakla predstavljaju najbolju kombinaciju toplinske izolacije i transparentnosti

Princip funkcioniranja TWD-a

Zbog temperaturne razlike između unutrašnjosti zgrade i okoline, a koja vlada zimi, dolazi do toplinske struje u smjeru iznutra prema van, tj. jedan dio dovedene topline ponovo se gubi kroz omotač zgrade kao transmisijska toplina. Jedna dobra neprozirna izolacija vanjskih zidova, doduše, ograničava gubitke uslijed transmisije; padajuće solarno zračenje ostaje pak neiskorišteno. Obrat protoka topline u smjeru unutrašnjosti zgrade postiže se primjenom neke transparentne izolacije. Ona propušta velik dio solarnog zračenja kroz izolacijski sloj.

Na tamnom zidu (apsorber) vrši se pretvaranje u toplinu. Uslijed velikog transmisijskog otpora TWD-materijala na toplinu, u odnosu na materijale od kojeg je građen zid, ova biva uvedena u zid. Zid djeluje kao termički skupljač i opet predaje skupljenu toplinu s odgovarajućim vremenskim razvlačanjem u prostorije koje se nalaze iza njega. Toplinsku struju ne određuju samo otpori na propuštanje topline nego dodatno i ponuđeno zračenje i temperaturna razlika između apsorbera i okoline odnosno unutrašnjosti zgrade. Kod male ponude zračenja mogu se možda pokriti samo transmisijski gubici zida. Poveća li se ulazak zračenja, to vodi do zatopljenja vanjske strane zida i, uz vremensko razvlačenje, do porasta temperature unutarnje površine zida.

Odabrani materijal za gradnju zida (sirove gustoće najmanje 1200 kg/m3) i debljina zida određuju kako vremensko razvlačenje tako i porast temperature. Prijeđe li temperatura unutarnje plohe zida temperaturu zraka u prostoriji, dolazi do toplinske struje u smjeru od zida prema prostoriji. Cijeli zid djeluje kao širokopovršinsko niskotemperaturno grijanje tako da se temperatura zraka u prostoriji kod nepromijenjene osjetne temperature može sniziti. Kako bi se tijekom ljeta i u prijelaznom vremenu izbjeglo neugodno velike temperature u prostorijama, nužna je, u pravilu, jedna privremena zaštita od sunca.

TWD – funkcijski sustavi

U području primjene TWD-a razvila su se tri funkcijska tipa koji se razlikuju prema načinu iskorištavanja solarne energije. Kod sustava solarnog zida su apsorber i skupljač u obliku jednog masivnog vanjskog zida čvrsti sastavni dio omotača zgrade. Apsorber se sastoji od jedne crne zidne boje koja pokazuje stupanj upijanja od preko 90%. Ovaj sustav upotpunjavaju TWD i jedan uređaj za zasjenjivanje koji regulira unos energije u zid za skupljanje energije. Kod termički razvezanih sustava solarno zračenje biva na jednoj upijajućoj plohi, izoliranoj od prostorije, pretvoreno u toplinu i preneseno na neki noseći medij (zrak, voda).

Time se solarnom toplinom mogu opskrbiti i prostori okrenuti prema sjeveru. On treba ipak, za razliku od drugih sustava, skupu tehniku za reguliranje kao i dodatni trošak energije (npr. crpke). Sustavi neposrednog dobivanja energije iz TWD-a predstavljaju jedan oblik ostakljenja. Prozirnost je, u stvari, jako smanjena tako da bi u stanovitom slučaju trebalo planirati kombinaciju sa prozirnim staklom. Povoljnim odnosom g- i k-vrijednosti ovi sustavi mogu, uz odgovarajuću orijentaciju, isto tako pridonositi pokrivanju potrebe za toplinom pomoću solarnog zračenja.

Zaštita od sunca

Zgrade kojih su fasade obložene TWD-sustavima trebaju preko ljeta zaštitu od pregrijavanja. Pomoću rebrenica, naboranih zastora i žaluzina koji se, već prema izvedbi, postavljaju ispred TWD-elementa ili se u njega integriraju može se smanjiti g-vrijednost u zatvorenom stanju za 60-90%, kod visokoreflektirajućih rebrenica (bijela ili metalik boja) za 100%. Kod izvanjskih zasjena treba paziti da postoji dovoljna otpornost na nevrijeme. Integrirani sustavi mogu dodatno poboljšati toplinsku zaštitu i time k-vrijednost nekog TWD-elementa za ca. 10-20%.

Kod odabira štitnika od sunca načelno treba uzeti u obzir iskorištavanje zgrade. Jednostavne sezonske zasjene kojima se ručno rukuje trebalo bi umetnuti samo ako su nekoliko dana tolerantni na previsoke prostorne temperature. Za kuće u nizu i uredske kuće prikladni su isključivo automatski regulirani sustavi. I nepomični zasjeni poput balkona, izbočina ili lamela mogu se također koristiti. Ne postoji zapravo nikakva mogućnost za reguliranje tako da se razdoblja s lagano povišenom prostornom temperaturom moraju prihvatiti.

Za primjenu TWD-a na zgradama nužan je odgovarajući fasadni sustav koji prima TWD-materijal ali i postiže ugodno arhitektonsko rješenje. Zajedničko svim inačicama solarnih zidova jest to da se jedan element s transparentnom toplinskom izolacijom instalira ispred zidnog apsorbera koji je u pravilu identičan s masivnim zidom

TWD – fasadni sustavi

Za primjenu TWD-a na zgradama nužan je odgovarajući fasadni sustav koji prima TWD-materijal te osim tehničkih zahtjeva postiže i jedno arhitektonski ugodno rješenje. Zajedničko svim inačicama solarnih zidova je da se jedan element s transparentnom toplinskom izolacijom instalira ispred zidnog apsorbera koji je u pravilu identičan sa masivnim zidom. Izbor fasadnog sustava ovisi o nizu različitih čimbenika kao npr. funkcije TWD-fasade, težine elemenata, stupnja učinkovitosti koji se nastoji postići i mogućeg troškovnog okvira. Budući da je TWD-materijal osjetljiv mehanički, na nevrijeme te podložan onečišćenjima, on treba montažu pomoću okvirnog sustava kao i jedan sloj nepropustan za UV-zrake i vodu. U nastavku su predstavljene fasadne konstrukcije koje se najčešće kupuju:

Sustavi solarnog zida

Ispred postavljeni modelski sustav: Pojedinačni prefabricirani TWD-elementi pričvršćuju se neposredno na zid i mogu se točno namjestiti po visini i kutu. Modelski je okvir sastavljen uglavnom od drveta, pomoću jednog aluminijskog okvira, u koji se umeće prednje ostakljenje, zaštićen je od utjecaja nevremena. Stražnji zidni priključak jamče brtvene šarke. Zasjena se pravi rebrenicama između TWD-a i vanjskog okna. Sustav stup-kračun: TWD-elementi ugrađuju se između vodoravnih kračuna i uspravnih stupova (aluminij ili drvo-aluminij), (slika 3). Pojedinačne TWD-oplate sastoje se od jednog prednjeg i stražnjeg pokrovnog staklenog okna koja sadrže TWD-materijal, djelomično i jednu internu zaštitu od sunca. Za rubno vezanje koristi se specijalni termički odvojeni aluminijski profil. Modelske fasade i stup-kračun-fasade isporučuju se na gradilište u gotovom funkcijskom obliku i postavljaju se u iskušane držaće elemente.

Transparentni sustav vezanja toplinske izolacije (TWDVS): TWDWS treba načelno drugu fasadnu konstrukciju nego modelski način gradnje odnosno inačica stup-kračun. TWD-element se nanosi pomoću jednog crnog ljepila (apsorber) kao sustav vezanja toplinske izolacije neposredno na masivni zid. Sa zidne strane TWD-ploča je opremljena jednom transparentnom staklenom žbukom kao i jednim runom sa stražnje strane i može ju se zalijepiti neposredno u razdijeljena polja neprozirne izolacije (slika 4). Zasjena ovog sustava tada nije predviđena jer se s jednom odgovarajuće dimenzioniranom fasadnom oblogom izbjegava pregrijavanje unutrašnjih prostora. Osim toga, staklena vuna vodi k unosu energije koji ovisi o stanju sunca. Prednost ovog sustava je jednostavna i troškovno štedljiva montaža na omotač zgrade koja je veoma prikladna i za područje saniranja stare gradnje jer izvanjski izgled sliči jednoj konvencionalno ožbukanoj fasadi. Propusnost energije kod TWDVS-a je ca. 10-20% ispod ostakljenih sustava.

Pojedinačni prefabricirani TWD-elementi pričvršćuju se neposredno na zid i mogu se točno namjestiti po visini i kutu. Modelski je okvir sastavljen uglavnom od drveta, pomoću jednog aluminijskog okvira, u koji se umeće prednje ostakljenje

Sustavi neposrednog dobivanja energije

Već opisane tehnike fasadne konstrukcije (ne vrijedi za TWDVS) mogu se primijeniti i kao sustavi za neposredno dobivanje energije (DG). Sunčeva svjetlost ulazi kroz transparentnu toplinsku izolaciju neposredno u prostoriju i biva na unutarnjoj površini prostorije pretvorena u toplinu.

Perspektive

Presudno za široku uporabu TWD-sustava, kako u novogradnji tako i u starogradnji, je reprezentativan odnos trošak-korist. Jedno pomno planiranje mora tako, osim oblikovnih aspekata, uzeti u obzir i niz različitih kriterija koji imaju velik utjecaj na ekonomičnost ove mjere. U to se ubrajaju, primjerice, geometrija zgrade, određivanje mjesta za TWD-zid, odnos TWD-a i prozora, standard toplinskog izolatora kao i materijal od kojeg je zid napravljen, te debljina zida. Relativno visok udio u troškovima čini sustav zasjena, uvjetovan znatnim planerskim i tehničkim troškom.

Zbog toga se razvijaju pasivni, samoregulirajući sustavi zasjena, npr. s termotropskim materijalima. Ovisno o prevladavajućoj temperaturi mijenja se rasipanje svjetla jednog sloja materijala tako da se mogu izbjeći prejaka zagrijavanja zgrade. Na scenu stupaju hidrogelovi koji sadrže vodu i polimerske zasjene bez vode. Sustav se sada nalazi u fazi iskušavanja tako da se ubuduće može očekivati učinkovit i troškovno povoljan pasivni sustav zasjena. Daljnji razvojni potencijal nudi energetska kakvoća materijala. Procesno-tehničkim usavršavanjem proizvodnje moguće je povećati otpornost na prolaz topline za ca. 10% i smanjiti optičke gubitke za ca. 10-15%, tako da se može poboljšati stupanj učinkovitosti.

Osim uštede energije iz grijanja kod primjene TWD-a ne smije se previdjeti dobitak na udobnosti u stanovanju za korisnika. Uvjetovana temperaturom zida, koja leži iznad temperature zraka u prostoriji, povećava se kvaliteta stanovanja naspram konvencionalno grijane izolirane kuće. Ovo pokazuje i anketa provedena u sklopu prisutne studije. Svi korisnici koji su odgovorili rado bi ponovno uselili u stan s TWD-om. Idealno za primjenu transparentne toplinske izolacije je željena potreba za toplinom u kasno poslijepodne i u večernjim satima.

Investicijski troškovi

Specifični investicijski troškovi TWD-sustava ovisni su o različitim utjecajnim veličinama. To su: površina TWD-fasade jer se kod velikih površina sustavom uvjetovani fiksni troškovi smanjuju u odnosu na sveukupne troškove, funkcionalno stvaranje sustava (sustav masivnog zida, direktni sustav), izvedba i razina izvedbe fasade (materijal, fasadni sustav, vlastita gradnja, graditelj fasada), saniranje stare gradnje ili novogradnja, uvažavanje potencijala uštede, vrsta referentne konstrukcije. Pored investicijskih troškova, moguću uštedu troškova na temelju različitih utjecajnih veličina pokazuju znatne širine šarki

Izvor: www.masmedia.hr

Materijali