Toplinska izolacija omotača zgrade općeprihvaćena je kao temeljna strategija za smanjenje potražnje za energijom za grijanje te smanjenje emisija stakleničkih plinova. Međutim u javnim medijima i stručnoj praksi često se promiče pojednostavljeno pravilo 'što više izolacije, to bolje'.
Prof. dr. sc. Fabrizio Ascione i dr. sc. Giuseppe Aruta, istraživači s Odjela za industrijsko inženjerstvo Sveučilišta u Napulju Federico II (Università degli Studi di Napoli Federico II) u Italiji, donose znanstvenu procjenu fizike zgrada kako bi pokazali da je učinkovitost izolacije strogo ovisna o kontekstu, odnosno da ovisi o više faktora, a ne samo debljine izolacije, poput klime, tipologije zgrade, položaja slojeva i svojstvima samih materijala.
Glavne segmente njihova znanstvenoga rada donosimo u nastavku kao i video u kojem ih nam je znanstvenik Ascione pobliže pojasnio.
Što?
Ovo istraživanje kritički procjenjuje česte zablude vezane uz toplinsku izolaciju pri energetskoj obnovi zgrada. Spajanjem stacionarnih proračuna prolaza topline i dinamičkih satnih energetskih simulacija za više europskih klimatskih zona, rad analizira kako debljina izolacije, njezin položaj (vanjska, unutarnja ili u šupljini zida) te izbor fizikalnih svojstava materijala utječu na cjelogodišnju energetsku potražnju, otpornost na vlagu, zvučnu udobnost, požarnu sigurnost i ekološki otisak tijekom životnog vijeka.
Kako i zašto?
Analiza je provedena integracijom stacionarnih proračuna U-vrijednosti i prolaznih dinamičkih simulacija zgrada korištenjem alata DesignBuilder i EnergyPlus. Modeliranjem 24 različita scenarija (kombinirajući obiteljske kuće i višestambene zgrade u Splitu, Berlinu i Sankt Peterburgu kroz četiri povijesna razdoblja građenja), rad objašnjava zašto opće tvrdnje o uštedi energije često padaju u praksi. Cilj je pružiti inženjerske smjernice utemeljene na dokazima koje sprječavaju nepotrebno trošenje materijala, uklanjaju rizik od ljetnog pregrijavanja i jamče dugotrajnu stabilnost konstrukcije.
Pogrešno interpretirana tvrdnja
Reprezentativan primjer pogrešnog tumačenja u javnosti pojavio se u članku na jednom hrvatskom portalu pod naslovom 'Koliko košta nova fasada? Detaljan vodič kroz cijene i vrste izolacije'. U članku se navodi da zgrade s neizoliranim ili oštećenim fasadama gube do 40 % toplinske energije, čime se sugerira da ugradnja debljih slojeva izolacije donosi proporcionalno jednake uštede bez obzira na okolnosti. Takva tvrdnja pretjerano pojednostavljuje fiziku zgrada: zanemaruje zakon opadajućih povrata, previđa znatan rizik od akumulacije topline ljeti te pretpostavlja da izolacijski materijali sa sličnom toplinskom vodljivošću djeluju jednako i u pogledu zaštite od vlage, akustike i mehaničke otpornosti.
Sažeci glavnih poglavlja
Suvremene politike energetske učinkovitosti zgrada proizašle su iz naftne krize 1970-ih godina te su se kroz više od pet desetljeća razvile od osnovnih propisa za zimsko grijanje do obuhvatnog zakonodavnog okvira Europske unije. Taj se okvir, u rasponu od prve EPBD direktive 2002/91/EC do najnovijih izmjena, usmjerava prema potpunoj dekarbonizaciji zgradarstva do 2050. Budući da sektor zgradarstva sudjeluje s više od trećine u ukupnoj potrošnji energije, zakonodavni se fokus s vremenom prirodno proširio prema ciljevima nultih emisija.
Međutim takav je dugotrajni razvoj nehotice stvorio tehničku pristranost koja toplinsku izolaciju često tretira kao univerzalno i samostalno rješenje umjesto kao samo jednu varijablu unutar složenog sustava zgrade. U stvarnosti, prijenos topline kroz omotač zgrade strogo slijedi fizikalni zakon opadajućih povrata. Analiza stacionarnog koeficijenta prolaza topline (U-vrijednosti) jasno pokazuje da ugradnja prvih 2 do 4 cm izolacije na neizolirani zid iz 1960-ih (s početnom U-vrijednošću od oko 1,0 W/m²K) donosi najdramatičnije smanjenje gubitaka topline, koje doseže i do 33 %. Izvan optimalnog praga od približno 8 do 10 cm, svaki dodatni centimetar daje sve manje energetske dobiti, dok istovremeno linearno povećava izravne financijske troškove, težinu same konstrukcije i ugrađeni ekološki otisak. Zbog toga oblikovanje omotača zgrade uvelike mora voditi načelo optimizacije, a ne maksimizacije.
Nadalje, dinamičke satne energetske simulacije provedene za Split, Berlin i Sankt Peterburg dokazuju da je učinkovitost izolacije strogo ovisna o lokalnoj klimi. Dok obnova neizoliranih zgrada u hladnim kontinentalnim klimama ostvaruje znatne godišnje uštede na grijanju, primjena prekomjerne izolacije u toplijim ili umjerenim klimatskim zonama stvara opasnu ljetnu toplinsku zamku.
Debeli sloj izolacije sprječava prirodno noćno odvođenje unutarnjih toplinskih dobitaka nastalih od sunčeva zračenja, stanara i električnih uređaja, čime osjetno povećava potrebu za energijom za hlađenje i rizik od ljetnog pregrijavanja prostora. Osim same klime i debljine materijala, cjelokupno ponašanje omotača ovisi o položaju izolacije (bilo da je riječ o vanjskom ETICS sustavu, unutarnjoj izolaciji ili ugradnji u šupljinu zida) te o fizikalnim svojstvima materijala koja nadilaze samu toplinsku vodljivost. Vanjska izolacija uspješno štiti toplinsku masu konstrukcije i smanjuje toplinske mostove, dok unutarnja izolacija pomiče temperaturni profil prema unutra, stvarajući visoke rizike od unutarnje kondenzacije koji zahtijevaju strogu kontrolu difuzije pare. Jednako tako, izbor materijala mora uskladiti zvučnu izolaciju (gdje lagani EPS zaostaje za gustom mineralnom vunom), požarnu sigurnost kod ventiliranih fasada, otpornost na puzanje pod pritiskom kod nosivih krovova te ugrađeni ugljik u procjeni životnog vijeka (LCA). U konačnici, stajalište da je 'što više izolacije uvijek bolje' znanstveno je neodrživo pa održivo inženjerstvo, u duhu latinskoga načela 'cuique suum tribuere' ('svakome dati njegovo'), zahtijeva prilagođeno projektiranje omotača koje ostvaruje optimalne cjelogodišnje performanse.
Replica
Kompletan rad dostupan je na Replici. To je, napomenimo, digitalna platforma posvećena provjeri točnosti informacija u specijaliziranim područjima energije i računarstva.
Platforma pruža neovisnu, znanstveno utemeljenu analizu medijskih informacija kako bi se smanjila prisutnost dezinformacija u javnom prostoru, uključujući medije i društvene mreže. Cilj je projekta - na čijem je čelu izv. prof. dr. sc. Petar Šolić sa splitskog FESB-a - jačanje otpornosti društva na dezinformacije u ključnim tehnološkim područjima, nudeći stručne recenzije i objašnjenja temeljena na dokazima iz stručnih i znanstvenih izvora.
