Oblast istraživanja
(Slika preuzeta sa: https://vektorpro.com/energetska-efikasnost/)
Oblast istraživanja obuhvata energetsku efikasnost postojećih objekata (konkretno objekata izgrađenih pre uvođenja savremenih standarda energetske efikasnosti 2011. godine), sa posebnim fokusom na optimizaciju termalnog komfora u objektima kroz postavljanje novoprojektovanog sistema spoljnje zasene. U savremenoj arhitekturi, sistemi zasene imaju ključnu ulogu u kontroli prirodnog osvetljenja i smanjenju toplotnih dobitaka, čime direktno utiču na potrošnju energije (konkretno za potrošnju energije za grejanje, hlađenje, ovsvetljenje i ventilaciju) i kvalitet boravka u prostoru. Istorijski gledano, sistemi zasene razvijali su se od tradicionalnih rešenja, poput šalukatri i venecijanera, do savremenih parametarskih, inteligentnih i biomimetičkih sistema.
Tema istraživanja
S toga, tema ovog istraživanja je unapređenje energetske efikasnosti postojećih objekata kroz kombinovanu primenu pasivnih i aktivnih mera, sa posebnim fokusom na smanjenje toplotnih dobitaka i pregrevanja unutrašnjih prostora. Pasivne mere obuhvataju optimizaciju termičkog omotača zgrade (zidovi, prozori, vrata, krov i podovi — koji razdvajaju grejani prostor od spoljne sredine/negrejanog prostora), uključujući toplotnu izolaciju zidova, krovova i podova, kvalitetno zastakljenje prozora i vrata, kao i funkcionalno rešenje prostora, dok aktivne mere podrazumevaju savremene instalacione sisteme koji koriste energiju iz obnovljivih i neobnovljivih izvora. Poseban akcenat stavljen je na primenu spoljnog sistema zasene, koji blokira direktno sunčevo zračenje pre nego što dospe do staklenih površina i time značajno smanjuje letnje toplotne dobitke, dok unutrašnji sistemi zasene imaju ograničen učinak u ovom pogledu. Na ovaj način, istraživanje analizira kako kombinacija pasivnih i aktivnih mera, uz efikasnu upotrebu spoljnog sistema zasene, može doprineti unapređenju energetskih performansi postojećih objekata.
Stanje u oblasti
Postojeći sistemi zasene evoluirali su tokom vremena, prelazeći od tradicionalnih rešenja ka savremenim, visokotehnološkim pristupima. U istraživanju su analizirani primeri poput šupljih brisoleja, venecijanera, roletni, SageGlass reaktivnih fasada, ETFE membranskih sistema i Solskin PV fasada. Svako rešenje ima svoje prednosti i mane — dok tradicionalni sistemi nude jednostavnost i pristupačnost, savremeni modeli donose bolju kontrolu svetlosti i energetske dobitke, ali zahtevaju visoka početna ulaganja i redovno održavanje. Analizom su identifikovani ključni faktori koji utiču na funkcionalnost sistema: materijal, konstrukcija, adaptivnost, cena i integracija sa postojećim objektima. Ova kritička analiza poslužila je kao osnova za definisanje problema i dalji razvoj sopstvenog sistema.
Problemi
Analizom postojećih primera uočeni su brojni izazovi u projektovanju efikasnih sistema zasene. Kod fiksnih sistema, poput roletni i klasičnih brisoleja, kontrola svetlosti je ograničena i često dovodi do prekomerne upotrebe veštačkog osvetljenja. Kod reaktivnih sistema, kao što je SageGlass, problem predstavljaju visoki početni troškovi i složeno održavanje. Membranski sistemi, poput ETFE folija, nude vizuelnu lakoću, ali zahtevaju dodatne ventilacione sisteme. Čak i najnapredniji sistemi, poput Solskin PV fasada, nisu pogodni za sve klimatske zone i takođe su veoma skupi. Svi ovi izazovi ukazuju na potrebu za efikasnim, prilagodljivim i ekonomičnim sistemom koji balansira energetske, funkcionalne i estetske zahteve.
Cilj
Dakle, jasno izraženi problemi prekomernih dobitaka toplote izazvanih neadekvatnim ili nepostojećim sistemima zasene, uz izražen nedostatak primene drigih pasivnih mera, su evidentni. Stoga, potrebno je unaprediti energetsku efikasnost i omogućiti unutrašnji termalni komfor postojećih objekata, izgrađenih pre uvođenja Pravilnika o energetskoj efikasnosti zgrada 2011. godine, kroz efikasan dizajn spoljnog sistema zasene koji se postavlja sa spoljne strane prozorskih otvora. Cilj istraživanja je razvoj adaptivnog sistema spoljnje zasene koji će efikasno kontrolisati upad sunčevog zračenja, smanjiti toplotne dobitke i doprineti energetskoj efikasnosti objekta.
(Slika preuzeta sa: https://www.daibau.rs/clanak/872)
Hipoteza
Polazna hipoteza istraživanja zasniva se na pretpostavci da parametarski dizajn u kombinaciji sa biomimetičkim principima može dovesti do razvoja sistema zasene koji će značajno unaprediti termalni i vizuelni komfor u objektima. Ako se elementi sistema projektuju tako da reaguju na spoljne uslove poput biljnog tkiva određenih vrsta trave poput Festuce i Stipe koje se uvijaju usled asimetričnog rasta ćelija ili promena vlažnosti, smanjujući površinu izloženu suncu i štiteći tkiva od isušivanja, moguće je smanjiti toplotne dobitke i povećati energetsku efikasnost objekta bez potrebe za dodatnom potrošnjom energije za grejanje, hlađenje, ovsvetljenje i ventilaciju.
Kriterijumi
Takođe, kako bismo ustanovili da je zadati cilj ispunjen, rešenje treba da ispunjava sledeće kriterijume:
• Potrebno je da sistem zadovolji nisku propusnost sunčevog zračenja, pri čemu koeficijent prolaska solarne energije (g-vrednost / SHGC – udeo sunčeve energije koja ulazi kroz prozor, izražen kao broj između 0 i 1) ne bi trebalo da prelazi 0,35 u letnjim uslovima.
• Elementi zasene moraju biti dizajnirani tako da blokiraju najmanje 70% letnjeg sunčevog zračenja na južnim, jugozapadnim i zapadnim stranama, dok istovremeno omogućavaju minimalno 60% prodora sunčeve svetlosti zimi.
• Potreban maksimalni ukupni kapacitet hlađenja (Maximum Total Cooling Capacity) ne bi trebalo da prelazi 2288 W, čime se obezbeđuje adekvatan nivo termalnog komfora i efikasno dimenzionisanje sistema klimatizacije.
• U pogledu dnevnog osvetljenja, sistem bi trebalo da omogući da najmanje 60 % vremena tokom radnog dana osvetljenost prostora bude u korisnom opsegu, odnosno u nivou osvetljenja koji je dovoljno visok da zadovolji potrebe korisnika, ali ne previše jak da stvara zaslepljujući efekat (UDI – Useful Daylight Illuminance (Korisna dnevna osvetljenost)).
• Faktor dnevne svetlosti (Daylight Factor – procenat unutrašnje u odnosu na spoljašnju osvetljenost, izražen u procentima) ne bi trebalo da bude manji od 2%, kako bi se obezbedila adekvatna prirodna osvetljenost i vizuelni komfor.
Takođe, sistem treba da zadovolji sledeće projektanstske kriterijume:
• Sistem treba da omogući potpuno otvaranje i zatvaranje, pružajući maksimalnu kontrolu nad upadom svetlosti.
• Konstrukcija sistema treba da bude što tanja, minimizirajući obstrukciju pogleda ka spoljašnjoj okolini i pritom pružajući maksimalni vizuelni komfor.
• Sistem mora biti pouzdan i izdržljiv, sa sposobnošću da podnese repetitivno otvaranje i zatvaranje bez gubitka funkcionalnosti.
• Zasena mora biti modularna i jednostavna za montažu, pri čemu vreme postavljanja na standardni prozorski otvor ne bi trebalo da prelazi 2 sata, uz maksimalno pet sastavnih elemenata po otvoru.
• Sistem treba da bude primenljiv kao adaptabilna struktura na postojećim objektima.
• Potrebna je mogućnost manuelnog i automatskog upravljanja, kako bi sistem bio fleksibilan i lak za implementaciju bez potrebe za naprednom tehnologijom.
• Materijali koji se koriste za izradu spoljnog sistema zasene moraju biti otporni na spoljne uticaje i ekonomski isplativi.
Ispunjenjem ovih zahteva, razvija se univerzalno rešenje sistema zasene koje omogućava preciznu regulaciju svetlosnih i termalnih dobitaka u postojećim objektima koji ne ispunjavaju savremene zahteve energetske efikasnosti propisane regulativom iz 2011. godine. Pored toga, cilj istraživanja jeste i stvaranje tehnički i ekonomski održivog sistema koji se može jednostavno implementirati u navedene objekte, uz visok stepen prilagodljivosti različitim funkcionalnim, klimatskim i prostornim uslovima.
Metode
Metode istraživanja obuhvataju identifikaciju postojećeg objekta i sprovođenje energetske analize pomoću namenski izrađenog Excel fajla, u kojem se unose relevantni podaci o termičkom omotaču, sistemima grejanja, hlađenja i ventilacije. Softver automatski proračunava ukupnu potrošnju energije prema standardu SRPS EN ISO 13790, omogućavajući procenu trenutnog stanja i simulaciju poboljšanih parametara prolaska toplote. Posebna pažnja posvećuje se transparentnim površinama i uvođenju spoljnog sistema zasene, pri čemu se analiziraju različite konfiguracije segmenata i njihove pozicije u prostoriji. Rezultati omogućavaju identifikaciju optimalnih rešenja za efikasno smanjenje toplotnih dobitaka i unapređenje termalnog komfora, uzimajući u obzir kompletno stanje objekta.
Na osnovu svega gore navedenog, zbog potrebe boljeg segmentisanja i razumevanja ovog rada istraživanje je podeljeno u 3 faze:
- Analiza energetske efikasnosti objekta – način sprovođenja kvantifikacije trenutne i projektovane potrošnje energije (procena potrošnje energije nakon sprovođenja određenih mera unapređenja ili poboljšanja) u Microsoft Exel softveru uz identifikovan značaj implementacije zasene.
- Dizajn i karakteristike sistema zasene – analiza odabranog sistema zasene, uključujući konstruktivne karakteristike, izbor i svojstva materijala, tehnologiju izrade, kao i funkcionalne mogućnosti i principe rada.
- Parametarska analiza performansi sistema zasene – korišćenjem alata Ladybug i Honeybee unutar Grasshopper okruženja, izvršena je simulacija performansi sistema zasene na konkretnoj prostoriji unutar identifikovanog postojećeg objekta, u odnosu na kriterijume propusnosti sunčevog zračenja, termalnog komfora i dnevnog osvetljenja.