Poboljšanje toplinske udobnosti u zgradama

Klimatski utjecaji
Ekstremne temperature i toplinski valovi
Sektori
Građevinski objekti, Specifično za pojedini sektor, Urbanizam, Zdravlje
Kategorija prema IPCC-u
Strukturna i fizička kategorija: Mogućnosti inženjerstva i izgrađenog okoliša, Strukturna i fizička kategorija: Mogućnosti prilagodbe na temelju ekosustava, Strukturna i fizička kategorija: Tehnološke mogućnosti

Opis

Klimatske projekcije ukazuju na to da bi ekstremni ljetni toplinski valovi mogli postati učestaliji tijekom 21. stoljeća kao posljedica klimatskih promjena, posebno u južnoj i jugoistočnoj Europi (EEA indikatori, 2019). Mediteranske obale, na kojima se nalaze brojni gusto naseljeni gradovi, posebno su ugrožene porastom ekstremnih temperatura i učestalosti vrućina. Ta su područja izrazito izložena sunčevim zrakama, što ljeti može uzrokovati pregrijavanje omotača zgrade (krova i zidova) i unutarnjeg okoliša, što dovodi do potrebe za klimatizacijom i trošenjem velikih količina energije. Hlađenje zgrada postignuto s manjim utjecajem na okoliš i nižim troškovima energije jedan je od glavnih izazova u zemljama u kojima prevladava vruća klima.

Mjere uključene u ovu mogućnost prilagodbe odnose se na izmjene unutarnjeg dizajna zgrada i omotača zgrada (granice između unutarnjeg i vanjskog okoliša) s ciljem poboljšanja toplinske udobnosti, posebno kao zaštita od prekomjernog zagrijavanja tijekom vrućih ljeta. Mjere uključuju i sustave i tehnike koji se u tradicionalnoj arhitekturi koriste za smanjenje akumulacije topline (npr. pravilna solarna orijentacija zgrade, optimizirani raspored unutarnjih prostora), inovativne pristupe (npr. novi građevinski materijali i tehnike) i visokotehnološka rješenja (npr. fino podešavanje rada klimatizacijskih sustava, automatska regulacija vlažnosti zraka).

Kontrola akumulacije topline i disipacija topline postignuta bez uporabe mehaničkih ili električnih uređaja naziva se „pasivno hlađenje“. Pasivno hlađenje uključuje široki spektar specifičnih rješenja usmjerenih na izbjegavanje izravne akumulacije sunčeve topline, skladištenje svježeg zraka unutar omotača zgrade, odvođenje dobivene topline i usporavanje prijenosa topline iz vanjskog okruženja u zgradu. Tradicionalno projektiranje zgrada na Mediteranu uzima u obzir lokalne klimatske uvjete, uključujući pasivne elemente za hlađenje kojima je cilj smanjiti pregrijavanje i potrošnju energije u ljetnim mjesecima. Elementi za hlađenje uključuju debele zidove, orijentaciju zgrade u smjeru puhanja morskog povjetarca u ljetnim mjesecima, uporabu kamenih materijala koji djeluju kao toplinska masa, zidove bijele boje. Debeli ili dobro izolirani zidovi, odgovarajući otvori, sustavi za zaštitu i vanjski prostori (npr. dvor) koji nude hlad i prirodnu ventilaciju neka su od mogućih rješenja za povećanje toplinske udobnosti, uz istodobnu uštedu energije. Fasade i krovovi, kao elementi koji su najizloženiji sunčevim zrakama, predstavljaju važne površine izmjene topline. Način na koji su projektirani može pomoći u smanjenju pregrijavanja u zgradama, bez nepotrebnog trošenja energije. Zeleni krovovi i fasade, bojanje krovova reflektirajućim bojama ili ventilacija krovnih konstrukcija među najčešće su korištenim rješenjima. Nadalje, bitna je i organizacija prostora u blizini zgrada: strateško postavljanje stabala može osobito povećati protok zraka i smanjiti utjecaj sunčevog zračenja i učinak toplinskog otoka koji se često javlja u modernim gradovima.

Visokotehnološka rješenja također mogu imati vrlo važnu ulogu. Među njima su senzori koji omogućuju precizno praćenje toplinskih uvjeta, a time i optimizirano precizno namještanje klimatizacije i ventilacije, pa čak i orijentaciju pokrovnih ploča, ovisno o uvjetima izolacije u stvarnom vremenu. Senzori i digitalni uređaji za regulaciju topline mogu se povezati s mjerama upravljanja potražnjom koje pomažu u smanjenju utjecaja zahtjeva za hlađenjem na vršna opterećenja, odnosno doba kada je električni sustav pod velikim pritiskom.

U sklopu projekta LIFE Herotile istražena su nova rješenja za mediteransku regiju s ciljem poboljšanja energetske učinkovitosti zgrada putem razvoja inovativnih crepova koji mogu poboljšati ventilaciju krova. Projekt je uključivao demonstraciju konkretnog slučaja novoprojektiranih crepova u jednoj staroj zgradi u Cadelboscu (Emilia Romagna, Italija).

I nove i postojeće zgrade potrebno je prilagoditi promjenama porasta temperature kako bi i u zatvorenim prostorima temperatura ostala ugodna i pogodna za zdravlje. Aktivnosti naknadne ugradnje u starim zgradama koje se nalaze u povijesnim jezgrama predstavljaju izazov, ali i velike mogućnosti prilagodbe, jer čine značajan udio fonda zgrada u Europi (oko 40% zgrada izgrađeno je prije 1960. godine, BPIE, 2011.). 

Talijanska Strategija prilagodbe klimatskim promjenama preporučuje primjenu klimatskih standarda za građevinske materijale koji ograničavaju akumulaciju topline u zgradama, čime se potiče da energetski učinkovita rješenja i pasivni sustavi hlađenja postignu željenu toplinsku udobnost uz smanjenu potrošnju energije. U Hrvatskoj, Fond za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost provodi programe energetske obnove koje je usvojila Vlada Republike Hrvatske i sufinancira mjere energetske učinkovitosti u različitim vrstama zgrada (obiteljske kuće, višestambene zgrade, nestambene poslovne zgrade i javne zgrade). Cilj takvih programa jest smanjiti potrošnju energije i emisiju CO2 na nacionalnoj razini kroz mjere koje unapređuju toplinsku zaštitu i učinkovitost sustava grijanja, hlađenja i ventilacije. Na hrvatskom Nacionalnom portalu energetske učinkovitosti dostupne su poveznice na različite smjernice i mogućnosti koje se odnose na energetske preglede, toplinsku izolaciju, pasivne i niskoenergetske zgrade i pametne kuće.

Troškovi i koristi

Održive rashladne sustave potrebno je početi razmatrati već u najranijoj fazi projektiranja zgrade kako bi ti sustavi mogli postići puni potencijal. Troškovi se razlikuju ovisno o primijenjenom rješenju i lokaciji na kojoj se provode. Primjerice, cijene izolacije zidova i krovišta uvelike se razlikuju ovisno o izolacijskom materijalu, ali najčešće se kreću između 40 i 100 eura/m2. Cijene solarnih kontrolnih staklenih jedinica približno odgovaraju ili su neznatno veće od standardnih izolacijskih stakala koje se obično ugrađuju u prozore domova diljem Europe. Isto vrijedi i za staklo s LOW-E premazom koji može znatno poboljšati učinkovitost grijanja i hlađenja. 

Te je troškove potrebno usporediti s pozitivnim utjecajima na kućanstva, trgovačka društva i proračune javne uprave u smislu uštede energije, koji kod najsuvremenijih rješenja mogu biti vrlo značajni, pa čak i dovesti do gotovo nulte neto energetske potrošnje. Građevinski sektor čini značajan udio u globalnim emisijama stakleničkih plinova povezanih s fosilnim gorivima, prvenstveno proizašlih iz unutarnjeg grijanja i hlađenja. 40% ukupne europske potrošnje energije otpada na zgrade. Često se navodi da se oko 75% zgrada u Europskoj uniji smatra energetski neučinkovitima, ali nedavna analiza koju je objavio BPIE (Europski institut za svojstva zgrada) pokazuje da bi 97,5% fonda zgrada trebalo nadograditi. 2018. godine nova pravila za energetsku učinkovitost zgrada stupila su na snagu Direktivom (EU) 2018/844. Od 1. siječnja 2021., sve nove zgrade u Europskoj uniji trebale bi imati manju ili neznatnu potrošnju energije za grijanje, hlađenje ili toplu vodu. Stoga je najučinkovitiji pristup poboljšanju toplinskih uvjeta u zgradama poboljšanje energetske učinkovitosti i doprinos ublažavanju klimatskih promjena.

Koristi koje se ostvaruju kroz toplinsku udobnost ovise o primijenjenom rješenju i vrlo su specifične za pojedinu lokaciju i uglavnom ovise o klimatskim varijablama (noćna/dnevna temperatura, vjetar, vlažnost zraka) koje treba posebno razmotriti u odnosu na projektiranje zgrade. Povećanje zelenih površina u gradovima donosi i niz dodatnih koristi u smislu poboljšanog zdravlja, urbane bioraznolikosti, društvenih interakcija i estetike. Nadalje, doprinosi i ublažavanju klimatskih promjena.

Vrijeme provedbe i vijek trajanja

Vrijeme provedbe varira ovisno o specifičnoj razmatranoj mjeri i proteže se u rasponu od nekoliko sati za postavljanje zavjesa i sjenila do nekoliko mjeseci ili čak godina za projektiranje i izgradnju ili obnovu zgrade zaštićene od klimatskih promjena. Vijek trajanja varira ovisno o vrsti intervencije, u rasponu od nekoliko godina do preostalog vijeka trajanja zgrade. Primjerice, očekivani vijek trajanja nove stambene zgrade u Torinu (Italija) „25 verde“ iznosi oko 50 godina, a jedina pretpostavka je redovno održavanje. Zgrada je dizajnirana tako da se u fasadu i na krov integrira preko 150 stabala i drugih biljaka kako bi se stvorila idealna mikroklima unutar zgrade, čime se istovremeno smanjuje zagađenje zraka i razina buke. Zgrada je također dobro izolirana od ljetnih visokih i zimskih niskih temperatura vanjskog zraka. BPIE procjenjuje se da će 2050. godine 75-90% postojećih zgrada i dalje postojati, a stopa gradnje općenito ostaje niska. Brza i dubinska (u smislu uštede energije) stopa obnove presudna je ako Europa želi iskazati predanost Pariškom sporazumu.

Izvor dodatnih informacija

Climate Adapt

CTCN, Climate Technology Centre and Network (Klimatski tehnološki centar i mreža) 

Nacionalni portal energetske učinkovitosti

Fond za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost

Freewan, A.A.Y., (2019.). Advances in passive cooling design: an integrated design approach. In Zero and Net Zero Energy (ur. Getu Hailu).

Stagrum, A.E.; Andenæs, E.; Kvande, T.; Lohne, J., (2002.). Climate change adaptation measures for buildings — a scoping review. Sustainability 2020, 12, 1721.