Пасивно проектиране за зелена жизнена средаЕфективен начин за минимизиране на потребностите от енергия за отопление и климатизация Aрхитектите са ключови фигури за постигане на оптимални възможности за развиване на принципите на устойчивото развитие в съвременното строителство на сгради, за да се намалят потребностите от енергия за отопление и климатични инсталации. Спазвайки няколко прости принципа при проектирането, те могат да постигнат значителен напредък в рационалното оползотворяване на ресурсите при експлоатацията на жилищни сгради.
текст инж. Вера Ангелова
Оползотворяването на потенциала за пасивна екологичност на сградите предполага възможност за използване на термална маса на ограждащата конструкция. Това е част от един цялостен подход, който включва намиране на баланса между ориентацията, остъкляването, вентилацията и засенчването на сградата, както и осигуряване на високоефективна изолация и непропускливост на въздух.
Термална маса може да бъде постигната, като се използват масивни строителни материали. На практика, тя се осигурява преди всичко от бетона, който е високоефективно средство за предотвратяване или намаляване на риска от свърхзатопляне през летните месеци по естествен начин без допълнителен разход на енергия. Сградите с висока термална маса притежават естествена способност да абсорбират и да освобождават топлина в различни часове на деня. През горещите дни на лятото сградата поема топлина, което подпомага стабилизирането на вътрешната температура и предотвратява свърхнагряване. Студеният нощен въздух може да се използва за вентилиране на сградата и прочистване на натрупаната топлина в структурата й. През зимата излъчваната от слънцето топлина се поема от термалната маса и се отделя вечер, като така намалява потребностите от отопление. Този процес се обозначава с термина „пасивно слънчево проектиране“. Възможността за проектиране с оглед на термалната маса и пасивната екологосъобразност означава, че от архитектите зависи дали функционирането на една сграда ще има реално въздействие върху околната среда.
Пасивното проектиране за лятото изисква да се вземат предвид вентилацията, засенчването и термалната маса. За ефективно управление на естествената вентилация са необходими оптимално разположени и лесни за отваряне и затваряне прозорци, за да се използва максимално потенциалният въздушен поток. Най-ефективно е кръстосаното вентилиране, при което свежият въздух се придвижва през помещението или цялото пространство на дома от прозорец към прозорец, разположени на различни фасади. Възможна е и постепенна вентилация, при която въздухът, който навлиза на ниско равнище, може да се придвижва безпроблемно до по-горния етаж и след това да излиза през прозорците на по-високо равнище. Постепенната вентилация е особено уместна през тихите нощи, когато няма вятър, който да подпомага вентилирането.
Традиционно засенчването (екранирането) не е много често използван архитектурен метод при проектирането на сградите. Това обаче е на път да се промени, тъй като засенчването играе все по-голяма роля в намаляването на въздействията от климатичните промени чрез ограничаване на прегряването. Засенчването и слънцезащитата все по-често се вземат предвид, наред с другите основни проектни критерии, като вентилация, ориентация и термална маса. Опциите за засенчване включват възможности за засенчване отвътре, като например венециански или ламелни щори или външно засенчване с ролетни щори или удължени навесни стрехи или сънцезащитни ламели или тенти.
Отчитане на потенциала на сградата през зимата
Пасивното проектиране за зимни условия изисква де се вземат предвид ориентацията, размерите на прозорците и засенчването от растителност или от съседните сгради. Ориентацията е най-критичният фактор за определяне на количеството слънчева топлина, което ще получава една сграда. Максимални предимства от пасивното слънчево проектиране се получават при южна ориентация на сградата.
На всички е известна промяната на траекторията на слънцето спрямо хоризонта, през различните годишни сезони. Този факт може също да се използва при пасивното проектиране. През лятото засенчването от удължена навесна стреха или друго слънцезащитно приспособление ще ограничава достъпа на слънчевата светлина през най-горещата част от деня, но през зимата ще позволява на светлината и топлината от много по-ниското стоящото над хоризонта слънце да навлиза директно и да затопля сградата.
Прозорците играят важна роля за оползотворяване на енергията от слънцето. От гледна точка на термалния дизайн, няма установени правила относно размерите на прозорците. Основното изискване е прозорците, които гледат на юг, да са с относително големи размери, а тези, които са обърнати на север, да са малки. За прозорците, които гледат на юг, трябва да се вземат предвид множество фактори като ефективността на изолацията на стъклото, термалната маса и другите топлотехнически характеристики, както и общите проектни изисквания за жилищни сгради.
При залагане в проекта на твърде големи прозорци често може да се появят неблагоприятни ефекти, тъй като загубата на топлина през тях през зимните нощи ще бъде по-голяма от евентуалното оползотворяване на слънчевата светлина през деня. С такива прозорци ще нараснат и възможностите за свръхнагряване през лятото.
Общото правило е, че прозорците трябва да бъдат поне 15% от подовата площ на помещението, за да доставят достатъчно дневна светлина и не повече от 50% от площта на фасадата с цел избягване на прекалено нагряване и прекалена загуба на топлина. Препоръчва се да се монтират добре изолирани двойни или тройни прозорци с U-стойност от около1.6W/m2K или по-добра. Ефективен начин за ограничаване на загубите на топлина е използването на нискоемисионно стъкло. Това стъкло обикновено е с 10–15% по-скъпо от обикновеното, но може да ограничи загубите на топлина до 30–50%. Неговата употреба, обаче също трябва да бъде съобразена с останалите архитектурни фактори, тъй като през летния сезон то спомага за допълнително задържане на слънчевата топлина в помещенията.
Отчитането на тези съображения при проектирането на сградата ще способства нейната пасивна екологосъобразност да допринася за охлаждането на дома през лятото и ще намали потребностите от отопление през зимата.
Използването на термалната маса като част от подхода за пасивно екологосъобразно проектиране намалява въглеродните емисии от сградите. Това намаляване компенсира въглеродните емисии, отделени при производството на материалите, които са използвани за строителството на сградата, както сочат независими научни изследвания.
Сравнение на различните конструктивни възможности
Докладът „Материализирани и работни въглеродни емисии от жилищното строителство: Проучване на въздействията на термалната маса и климатичните промени” представлява проучване за четиристайна фамилна къща. Проведен е анализ на жизнения цикъл на въглеродните емисии на базата на четири различни типа материали, използвани за строителството: леки, средно-леки, средно-тежки и тежки. При типа строителство с леки материали е изградена къща с конструкция от дърво, облицована отвън с тухли и отвътре с гипсови плоскости. Къщата от средно-леки материали е със същия дизайн, но със стени от тухли с въздушни празнини. Приземният и първият етаж на къщата от средно-тежки материали са изградени от предварително излети секции от средно тежки бетонни блокове и облицовани с гипсови плоскости. И най-накрая, къщата от тежки материали е с най-висока термална маса, като за външните стени и за вътрешните секции са използвани тежки блокове, а първият и таванският етаж са изградени от предварително излети панели.
През жизнения цикъл на къщата с дървена конструкция изследването установява, че в по-голяма степен се разчита на климатизация, което, сравнено с по-доброто пасивно оползотворяване на слънчевата енергия при масивната къща, всъщност води до нарастване на отделяните въглеродни емисии и, в крайна сметка, сумарният резултат надвишава значително малкото количество въглеродни емисии, използвани за производството на тези материали. За къщата от средно-леки материали е изчислено, че при производството на материалите са отделени около 1,25 тона повече въглеродни емисии в сравнение с еквивалентната дървена къща, но също така е установено, че в течение на 60-годишен период при функционирането на къщата с дървена конструкция ще се отделят 15 тона повече въглеродни емисии.
Изследването доказва присъщата на зиданите и бетонови конструкции способност да предоставят най-добрата дългосрочна опция за устойчиво и природосъобразно строителство чрез енергийноефективно проектиране. Тези изводи са приложими и за други типове сгради. Бетоновите конструкции с тяхната присъща термална маса би трябвало да бъдат неразделна съставна част на пасивната екологосъобразност.
Накратко
При проектиране на жилищни сгради с използване на принципите на пасивно проектиране на конструкциите, отоплението, климатизацията и вентилацията с използване на термалната маса и слънчевото греене може да се обобщи по следния начин:
През лятото. През топлите дни прозорците остават затворени, за да не се допуска топлият въздух да навлиза във вътрешността и засенчването се регулира така, че да се минимизира слънчевото греене. Охлаждането се осигурява от термалната маса. Ако летният ден не е толкова горещ, прозорците могат да се отварят за вентилиране на помещенията.
През нощта, ако денят е бил горещ, прозорците се отварят за нощно охлаждане с използване термалната маса.
Термалната маса през отоплителния сезон. През един типичен зимен ден от 10 до 17 ч слънчевата светлина навлиза през прозорците, които гледат на юг, и спомага за трайното нагряване на въздуха в помещенията, благодарение на голямата термична маса на ограждащата конструкция. През дните с активно слънчево греене, слънчевата топлина може да спомогне за поддържане на топлинен комфорт от средата на около обяд до късния следобед.
В периода от 17 до 23 ч след залеза на слънцето в ограждащата конструкция се запазва значително количество топлина, която се отделя бавно, като спомага за поддържане на топлинен комфорт вечерта.
През нощта, при добре изолирана сграда е необходимо минимално допълнително отопление, което може да се регулира от обитателите. Въздухонепропускливостта и топлоизолацията изолацията минимизират загубите на топлина.
При пасивното оползотворяване на слънчевата енергия ранното утро е най-трудният период за поддържане на топлинен комфорт. Обикновено термалната маса вече е отдала по-голямата част от съхранената топлина и обитателите трябва да разчитат на допълнително отопление. Не пропускането на въздух и добрата изолация и в този случай спомагат за минимизиране на потребностите от енергия за отопление.20/09/2010 |
