PROTOTIP SOLARNE KUE NA PODRUJU SRBIJE

PROTOTYPE SOLAR HOUSE IN SERBIAN CONDITIONS

Milica Djordjevi*,Velimir Stefanovi**

Gradjevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra Medvedeva 14 , 18000 Ni* Mainski fakultet, Aleksandra Medvedeva 14, 18000 Ni**

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

Kua treba da se gradi tako da se ponaa kao cvet, kao lala koja otvara latice i okree

prema Suncu, kada ga ima a kada su uslovi nepovoljni da ih zatvara. (B. Lalovi) Pasivna solarna energija znai da mehanika sredstva nisu upotrebljena za korienje solarne energije. Pravila koja se esto primenjuju kod pasivnih solarnih sistema:

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

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

biti smeteni du june strane objekta. Redje korieni prostori mogu biti smeteni na severu.

- U letnjem periodu koristiti zastore kako bi se spreilo prodiranje letnjeg sunca u unutranjost objekta.

1.1. Orjentacija u odnosu na vetar i sunce Objekat treba prevashodno biti orijentisan prema jugu, to je najidealnija pozicija za pasivno prihvatanje solarne energije. A kada su u pitanju pravci duvanja vetrova, objekat svojom duom stranom treba da prati pravac najprisutnijeg zimskog vetra u okruenju u kome je smeten. Kao dodatna zatita od vetra, preporuuje se i zatita pojasem zimzelenog drvea prema strani sa koje vetar duva.

- Zima

Sunce izlazi na jugoistoku, ostaje nisko na junom horizontu, i zalazi na jugozapadu. Samo juna strana kue dobija punu sunevu svetlost, cilj je da to je mogue vea koliina sunevih zraka prodre u unutranjost kue.

- Leto

Sunce izlazi na severo - istoku, podie se visoko na horizontu, i zalazi na severo - zapadu. Istoni zid i krov dobijaju najvie sunevog zraenja, leti je naravno cilj da to manje direktnog sunevog zraenja, a time i toplote prodre u kuu.

1.2. Izolacija Pored elemenata zahvatanja energije, pasivna solarna ili samogrejua kua utemeljena

je i na principu utede energije. Vodjenje rauna 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 omotaa

Princip kua u kui u koncepciji konstrukcije kue, omoguuje zonu izmene vazduha unutar omotaa.Ta zona koja se stvara izmedju omotaa i objekta je tampon zona, koja ublaava sve spoljne uticaje, slui kao izolacija i smanjuje energetsku potrebu samog unutranjeg objekta. Zatitna mikroklimatska opna i pasivni solarni dobici celog prostora stvaraju blage klimatske uslove kao mikroklimatsku sredinu u kojoj su smeteni objekti. 1.4. Staklenik

Staklenik ili staklena bata kao kolektori-prijemnici suneve energije su usnovni elemnti solarne zgrade, koji utiu 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 iskljuivo u orijentacijama ist jug i jug-jugozapad.

1.5. Masivnost i skladita toplote Masivni zidovi, konstrukcija i posebno konstruisan Trombeov zid uvaju toplotu koja

stabilizuje temperature vazduha u prostoriji. Putem prirodnog ili mehanikog protoka, topao vazduh moe biti uskladiten u toplotnom skladitu, odakle se distribuira po potrebi, tokom hladnog perioda. Trombov zid se obino izrauje 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 sunevo zraenje pada na Trombov zid i zagreva ga. Toplota se sa spoljanje na unutranju stranu zida prenosi konduktivnim putem.

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

1.6. Zasenenje Sistemom razliitih spoljanjih ili unutranjih zatita od sunca, kada je to potrebno,

blokira se prolaz sunevih zraka i spreava prodor toplote u unutranji prostor. Nadstrenica i zastori se koriste u cilju zatite objekta od toplog letnjeg sunca, a zimi u spreavanju toplotnih gubitaka i mogunosti prodora sunevih zraka. One mogu biti pokretne ili nepokretne.

1.7. Prirodna ventilacija

Jako je vano upotrebiti princip prirodnog protoka vazduha, bez dodatnog utroka energije na ventilaciju. Sistemom otvora pri dnu (ulazak hladnog sveeg vazduha) i vrhu (izlazak toplijeg istroenog vazduha) fasadnog omotaa, kao i njihovom dobrom pozicijom u odnosu na pravac sever-jug, na kome je strujanje najjae, obezbedjuje se zadovoljavajuci komfor.

Pasivni solarni principi primenjivi su ne samo na porodinim, individualnim kuama, nego i na objektima raznih namena. Principi utede energije, dobre izolacije, ukopavanja, junog prijema Suneve energije pomou otvaranja to veih staklenih povrina, kao i ukljuivanje mase zidova kao skladita toplote, mogui su i ak imaju vie efekta na veim objektima.

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

U ukupnom zahvatanju Suneve energije pored june staklene povrsine, najveu ulogu imaju povrine i mase zidova. Ukoliko je koncept prijema Suneve energije zasnovan na termikoj masi zidova, onda povrina prijemnih zidova treba da bude tri puta vea od povrine prozora. A neophodna masa toplotnog skladita kod pasivnih sistema se rauna u odnosu na junu staklenu povrinu zahvatanja i izraava se u koliini vode ili masi zida, koja treba da bude smetena u okviru objekta.

1.8. Insolacija Energija zraenja koja dopire do povrine 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 irine i o godinjeg doba. Razlika izmeu vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vreme trajanja insolacije kojoj je izloena horizontalna i nezatiena povrina. Ono iznosi za nau zemlju oko 15h leti i oko 9h zimi. Stvarno trajanje insolacije je znatno krae zbog pojave oblaka i magle, ali i zbog stanja atmosfere na posmatranom podruju (zagaenost). Npr. realno trajanje insolacije za Beograd (na horizontalnu povrinu) iznosi 2071h godinje, 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 moe opisati kao umereno-kontinentalna sa manje ili vie izraenim lokalnimkarakteristikama. Prostorna raspodela parametara klime uslovljena je geografskim poloajem, reljefom i lokalnim uticajem, kao rezultatom kombinacije reljefa, raspodele vazdunog pritiska veih razmera, ekspozicijom terena, prisustvom renih sistema, vegetacijom, urbanizacijom itd.. Preovlaujui meridionalni poloaj kotlina reka i ravniarski predeo na severu zemlje, omoguuju duboko prodiranje polarnih vazdunih masa na jug.

Prosena godinja temperatura vazduha za podruja sa nadmorskom visinom do 300 m iznosi 10.9oC. Podruja sa nadmorskom visinom od 300 do 500 m imaju prosenu godinju temperaturu oko 10.0oC, a preko 1000 m nadmorske visine oko 6.0oC. Vei deo Srbije ima kontinentalni reim padavina, sa veim koliinama u toplijoj polovini godine, izuzev jugozapadnih krajeva gde se najvie padavina izmeri u jesen. Godinje sume trajanja sijanja Sunca kreu se u intervalu od 1500 do 2200 sati godinje.Prizemna vazduna strujanja su u velikoj meri uslovljena orografijom. U toplijem delu godine preovlauju vetrovi sa severozapada i zapada. Tokom hladnijeg dela godine dominira istoni i jugoistoni vetarkoava. U planinskim oblastima na jugozapadu Srbije preovlauju vetrovi sa jugozapada.

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

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

3. SOLARNA KUA- NOVOPROJEKTOVANO REENJE

Novoprojektovano reenje 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 simetrinih i svedenih linija, postavljen svojom duom stranom u pravcu sever-jug. Prostorije koje se aktivno koriste su orjentisane ka jugu, dok su pomone prostorije orjentisane ka severu. Dnevna soba i deo spavaih prostorija su smeteni u prizemlju objekta, dok je na spratu predviena spavaa zona. Funkcionalnost reenja ulazne zone u objekat omoguuje nezavisno korienje ova dva nivoa.

Juna strana objekta je uglavnom iskoriena za primanje solarne energije i u kontrastu je po materijalizaciji sa zatvorenom severnom stranom. Prikupljanje suneve energije je ostvareno uz pomo staklenika koji vizuelno dominira i predstavlja proirenje prijatnog dnevnog prostora, koji se prostire kroz dve etae. On je leti spona izmedju stambenih prostorija i bate, a zimi prijatna, zelena oaza. Jednostavna i ekonomina konstrukcija staklenika je sa otvarajuim delovima za prirodnu ventilaciju unutranjeg prostora. Strmo zastakljene povrine omoguuju jednostavnu zatitu staklenika od prekomernog zagrevanja u letnjem periodu.

Prozori i otvori na junoj strani omoguavaju maksimalnu insolaciju u zimskom periodu dok nadstrenice i zastori onemoguavaju direktno prodiranje sunevih zraka u letnjem periodu. Nadstrenica titi objekat od toplog letnjeg sunca, a zimi spreava toplotne gubitke i mogunost prodora sunevih zraka. Ona je takvih dimenzija da pored zatite omoguava i pristup kolektorima smetenim na krovu.

Na severnoj strani objekta su predvieni samo prozori za prirodno ventilisanje pomonih prostorija, ime su gubici preko otvora svedeni na minimum, a kua zastena od hladnih severnih vetrova. Ovaj objekat je takoe snabdeven termalnim kapcima koji spreavaju curenje toplote prema spoljnom prostoru u toku zime a leti umanjuje preterano zagrevanje.

Solarne ploe koje proizvode struju su planirane za upijanje solarne energije sa june strane krovne povrine. Budui da se kako dnevno tako i meseno menja intenzitet insolacije, novoprojektovanim reenjem se teilo maksimalnom iskorienju suneve energije. Spoljnim oblikovanjem krovne povrine u formi prelomljenog luka omoguena je rotacija solarnih jedinica a samim tim je ostvareno i maksimalno iskorienje solarne energije u svim dnevnim i godinjim periodima. Upotrebljeni graevinski materijal i nain gradnje je klasian, a toplotna zatita je u granicama ekonominosti solarnih kua. Savremeno koncipirana, ova kua svojom arhitekturom razigranih plastinih 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 kue, Prof.dr Branko Lalovi, 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