PROTOTIP SOLARNE KUĆE NA PODRUČJU SRBIJE

PROTOTYPE SOLAR HOUSE IN SERBIAN CONDITIONS

Milica Djordjević*,Velimir Stefanović**

Gradjevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra Medvedeva 14 , 18000 Niš* Mašinski fakultet, Aleksandra Medvedeva 14, 18000 Niš**

Abstract: Solar energy is a radiant heat source that causes natural processes upon which all life depends. Some of the natural processes can be managed through building design in a manner that helps heat and cool the building. When sunlight strikes a building, the building materials can reflect, transmit, or absorb the solar radiation. These basic responses to solar heat lead to design elements, material choices and placements that can provide heating and cooling effects in a home. The notes and documents that are referenced record the progress of the design of a solar house. Designed in contemporary way, this house with its architecture of animated plastic forms represents the principles of passive solar architecture.

Key words: prototype,functionality, energy efficiency, economical construction, simplicity, modernity 1. SOLARNA ARHITEKTURA

“Kuća treba da se gradi tako da se ponaša kao cvet, kao lala koja otvara latice i okreće

prema Suncu, kada ga ima a kada su uslovi nepovoljni da ih zatvara.” (B. Lalović) Pasivna solarna energija znači da mehanička sredstva nisu upotrebljena za korišćenje solarne energije. Pravila koja se često primenjuju kod pasivnih solarnih sistema:

- Objekat treba biti svojom dužom stranom postavljen u pravcu sever-jug - Južna strana objekta trebalo bi da primi sunčeve zrake izmedju 9 i 15 h (trajanje sunca

za vreme grejne sezone). - Unutrašnji prostori koji zahtevaju najviše osvetljenja, grejanje i hladjenje, trebalo bi

biti smešteni duž južne strane objekta. Redje korišćeni prostori mogu biti smešteni na severu.

- U letnjem periodu koristiti zastore kako bi se sprečilo prodiranje letnjeg sunca u unutrašnjost objekta.

1.1. Orjentacija u odnosu na vetar i sunce Objekat treba prevashodno biti orijentisan prema jugu, što je najidealnija pozicija za pasivno prihvatanje solarne energije. A kada su u pitanju pravci duvanja vetrova, objekat svojom dužom stranom treba da prati pravac najprisutnijeg zimskog vetra u okruženju u kome je smešten. Kao dodatna zaštita od vetra, preporučuje se i zaštita pojasem zimzelenog drveća prema strani sa koje vetar duva.

- Zima

Sunce izlazi na jugoistoku, ostaje nisko na južnom horizontu, i zalazi na jugozapadu. Samo južna strana kuće dobija punu sunčevu svetlost, cilj je da što je moguće veća količina sunčevih zraka prodre u unutrašnjost kuće.

- Leto

Sunce izlazi na severo - istoku, podiže se visoko na horizontu, i zalazi na severo - zapadu. Istočni zid i krov dobijaju najviše sunčevog zračenja, leti je naravno cilj da što manje direktnog sunčevog zračenja, a time i toplote prodre u kuću.

1.2. Izolacija Pored elemenata zahvatanja energije, pasivna solarna ili “samogrejuća” kuća utemeljena

je i na principu uštede energije. Vodjenje računa o toplotnoj provodljivosti, odnosno gubitku toplote svih materijala i celog sklopa zgrade, uz maksimalnu izolaciju svih elemenata sistema (prozora, zidova, tavanice podova) je jedan od glavnih zahteva ovog koncepta. 1.3. Princip dvostrukog omotača

Princip “kuća u kući” u koncepciji konstrukcije kuće, omogućuje zonu izmene vazduha unutar omotača.Ta zona koja se stvara izmedju omotača i objekta je tampon zona, koja ublažava sve spoljne uticaje, služi kao izolacija i smanjuje energetsku potrebu samog unutrašnjeg objekta. Zaštitna mikroklimatska opna i pasivni solarni dobici celog prostora stvaraju blage klimatske uslove kao mikroklimatsku sredinu u kojoj su smešteni objekti. 1.4. Staklenik

Staklenik ili staklena bašta kao kolektori-prijemnici sunčeve energije su usnovni elemnti solarne zgrade, koji utiču na njeno energetsko pasivno funkcionisanje. Ovi prostori nijansiraju razliku izmedju spoljneg i unutrasnjeg, javnog i privatnog. Kao izolacioni prostori imaju ulogu regulatora toplote. Kao kolektori toplote imaju svoju primenu isključivo u orijentacijama čist jug i jug-jugozapad.

1.5. Masivnost i skladišta toplote Masivni zidovi, konstrukcija i posebno konstruisan Trombeov zid čuvaju toplotu koja

stabilizuje temperature vazduha u prostoriji. Putem prirodnog ili mehaničkog protoka, topao vazduh može biti uskladišten u toplotnom skladištu, odakle se distribuira po potrebi, tokom hladnog perioda. Trombov zid se obično izrađuje od cigli ili betona debljine 20-40 cm. Na rastojanju 2-10 cm ispred zida nalazi se staklo. U praksi se koriste dve konstrukcione varijante Trombovog zida: bez otvora i sa otvorima pri osnovi i vrhu zida. Nakon prolaska kroz staklo sunčevo zračenje pada na Trombov zid i zagreva ga. Toplota se sa spoljašnje na unutrašnju stranu zida prenosi konduktivnim putem.

. Trombov zid bez otvora za cirkulaciju vazduha: l) prednje staklo, 2) unutrašnje staklo, 3) Trombov zid

1.6. Zasenčenje Sistemom različitih spoljašnjih ili unutrašnjih zaštita od sunca, kada je to potrebno,

blokira se prolaz sunčevih zraka i sprečava prodor toplote u unutrašnji prostor. Nadstrešnica i zastori se koriste u cilju zaštite objekta od toplog letnjeg sunca, a zimi u sprečavanju toplotnih gubitaka i mogućnosti prodora sunčevih zraka. One mogu biti pokretne ili nepokretne.

1.7. Prirodna ventilacija

Jako je važno upotrebiti princip prirodnog protoka vazduha, bez dodatnog utroška energije na ventilaciju. Sistemom otvora pri dnu (ulazak hladnog svežeg vazduha) i vrhu (izlazak toplijeg istrošenog vazduha) fasadnog omotača, kao i njihovom dobrom pozicijom u odnosu na pravac sever-jug, na kome je strujanje najjače, obezbedjuje se zadovoljavajuci komfor.

Pasivni solarni principi primenjivi su ne samo na porodičnim, individualnim kućama, nego i na objektima raznih namena. Principi uštede energije, dobre izolacije, ukopavanja, južnog prijema Sunčeve energije pomoću otvaranja što većih staklenih površina, kao i uključivanje mase zidova kao skladišta toplote, mogući su i čak imaju više efekta na većim objektima.

Direktan prijem Sunčeve energije preko južnih prozora ili staklenika, optimalan je ako površine pod staklom obuhvataju 65% ukupne površine južnih zidova, a prozori ka severu ili dr. stranama sveta budu 5% površine zidova. Da leti, po danu ne bi došlo do pregrevanja ovih prostora, a noću do velikih rashladjivanja, važan element su termalni zastori, koji svojim zatvaranjem, kao latice cveta, sprečavaju preterano zagrevanje, odnosno hladjenje. Za letnji period, spoljni zastori su efikasniji a nadstrešnice i pokretni brisoleji su takodje vazan elemenat u podesavanju optimalnog zahvatanja Sunca.

U ukupnom zahvatanju Sunčeve energije pored južne staklene povrsine, najveću ulogu imaju površine i mase zidova. Ukoliko je koncept prijema Sunčeve energije zasnovan na termičkoj masi zidova, onda površina prijemnih zidova treba da bude tri puta veća od površine prozora. A neophodna masa toplotnog skladišta kod pasivnih sistema se računa u odnosu na južnu staklenu površinu zahvatanja i izražava se u količini vode ili masi zida, koja treba da bude smeštena u okviru objekta.

1.8. Insolacija Energija zračenja koja dopire do površine Zemlje zavisi u prvom redu od trajanja insolacije (trajanja sijanja Sunca, odnosno o vremenu kroz koje se Sunce nalazi iznad horizonta). Trajanje insolacije zavisi od geografske širine i o godišnjeg doba. Razlika između vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vreme trajanja insolacije kojoj je izložena horizontalna i nezaštićena površina. Ono iznosi za našu zemlju oko 15h leti i oko 9h zimi. Stvarno trajanje insolacije je znatno kraće zbog pojave oblaka i magle, ali i zbog stanja atmosfere na posmatranom području (zagađenost). Npr. realno trajanje insolacije za Beograd (na horizontalnu površinu) iznosi 2071h godišnje, od toga 70.5% u periodu od aprila do septembra meseca i 29.5% u periodu od oktobra do marta. Za Podgoricu je to vreme 2442h.

2. OSNOVNE KLIMATSKE KARAKTERISTIKE NA TERITORIJI SRBIJE

Klima Srbije se može opisati kao umereno-kontinentalna sa manje ili više izraženim lokalnimkarakteristikama. Prostorna raspodela parametara klime uslovljena je geografskim položajem, reljefom i lokalnim uticajem, kao rezultatom kombinacije reljefa, raspodele vazdušnog pritiska većih razmera, ekspozicijom terena, prisustvom rečnih sistema, vegetacijom, urbanizacijom itd.. Preovlađujući meridionalni položaj kotlina reka i ravničarski predeo na severu zemlje, omogućuju duboko prodiranje polarnih vazdušnih masa na jug.

Prosečna godišnja temperatura vazduha za područja sa nadmorskom visinom do 300 m iznosi 10.9oC. Područja sa nadmorskom visinom od 300 do 500 m imaju prosečnu godišnju temperaturu oko 10.0oC, a preko 1000 m nadmorske visine oko 6.0oC. Veći deo Srbije ima kontinentalni režim padavina, sa većim količinama u toplijoj polovini godine, izuzev jugozapadnih krajeva gde se najviše padavina izmeri u jesen. Godišnje sume trajanja sijanja Sunca kreću se u intervalu od 1500 do 2200 sati godišnje.Prizemna vazdušna strujanja su u velikoj meri uslovljena orografijom. U toplijem delu godine preovlađuju vetrovi sa severozapada i zapada. Tokom hladnijeg dela godine dominira istočni i jugoistočni vetar–košava. U planinskim oblastima na jugozapadu Srbije preovlađuju vetrovi sa jugozapada.

Grafikon 1. Odstupanje srednje godišnje temperature u periodu 1888-2005 u Beogradu, od normale.

Grafikon 2. Opseg srednjih i apsolutnih mesečnih maksimalnih temperatura u Beogradu. Referentni period 1971-2000.

3. SOLARNA KUĆA- NOVOPROJEKTOVANO REŠENJE

Novoprojektovano rešenje je individualna stambena jedinica, planirana za veliku

porodicu, spratnosti P+1+Pk. Projektovana je za kontinentalnu klimu a po principima pasivne solarne arhitekture.

Objekat je simetričnih i svedenih linija, postavljen svojom dužom stranom u pravcu sever-jug. Prostorije koje se aktivno koriste su orjentisane ka jugu, dok su pomoćne prostorije orjentisane ka severu. Dnevna soba i deo spavaćih prostorija su smešteni u prizemlju objekta, dok je na spratu predviđena spavaća zona. Funkcionalnost rešenja ulazne zone u objekat omogućuje nezavisno korišćenje ova dva nivoa.

Južna strana objekta je uglavnom iskorišćena za primanje solarne energije i u kontrastu je po materijalizaciji sa zatvorenom severnom stranom. Prikupljanje sunčeve energije je ostvareno uz pomoć staklenika koji vizuelno dominira i predstavlja proširenje prijatnog dnevnog prostora, koji se prostire kroz dve etaže. On je leti spona izmedju stambenih prostorija i bašte, a zimi prijatna, zelena oaza. Jednostavna i ekonomična konstrukcija staklenika je sa otvarajućim delovima za prirodnu ventilaciju unutrašnjeg prostora. Strmo zastakljene površine omogućuju jednostavnu zaštitu staklenika od prekomernog zagrevanja u letnjem periodu.

Prozori i otvori na južnoj strani omogućavaju maksimalnu insolaciju u zimskom periodu dok nadstrešnice i zastori onemogućavaju direktno prodiranje sunčevih zraka u letnjem periodu. Nadstrešnica štiti objekat od toplog letnjeg sunca, a zimi sprečava toplotne gubitke i mogućnost prodora sunčevih zraka. Ona je takvih dimenzija da pored zaštite omogućava i pristup kolektorima smeštenim na krovu.

Na severnoj strani objekta su predviđeni samo prozori za prirodno ventilisanje pomoćnih prostorija, čime su gubici preko otvora svedeni na minimum, a kuća zasštćena od hladnih severnih vetrova. Ovaj objekat je takođe snabdeven termalnim kapcima koji sprečavaju “curenje” toplote prema spoljnom prostoru u toku zime a leti umanjuje preterano zagrevanje.

Solarne ploče koje proizvode struju su planirane za upijanje solarne energije sa južne strane krovne površine. Budući da se kako dnevno tako i mesečno menja intenzitet insolacije, novoprojektovanim rešenjem se težilo maksimalnom iskorišćenju sunčeve energije. Spoljnim oblikovanjem krovne površine u formi prelomljenog luka omogućena je rotacija solarnih jedinica a samim tim je ostvareno i maksimalno iskorišćenje solarne energije u svim dnevnim i godišnjim periodima. Upotrebljeni građevinski materijal i način gradnje je klasičan, a toplotna zaštita je u granicama ekonomičnosti solarnih kuća. Savremeno koncipirana, ova kuća svojom arhitekturom razigranih plastičnih formi reprezentuje principe pasivne solarne arhitekture.

Slika 2.Osnova prizemlja

Slika 1. Situacija objekta

Slika 3. Osnova prvog sprata

4. 3D MODEL OBJEKTA

4. 3D MODEL OBJEKTA

REFERENCE Knjiga [1] “Solarne kuće”, Prof.dr Branko Lalović, septembar 1987. Sajtovi [2] www.un-ecobuilding.info [3] www.jc-solarhomes.com [4] www.hidmet.sr.gov.yu [5] www.greenbuilder.com [6] www.nesea.org [7] www.southface.org [8] www.greenhouse.gov.au [9] www.well.org.yu [10] www.elsol.co.yu