U ovom radu se podržava mišljenje da celoviti sistem za ocenjivanje inoviranih prozora pored tehničkih pitanja treba da se bavi i ekonomskim i ekološkim aspektima. Takav sistem za ocenjivanje treba da obuhvati sledeće aspekte: potencijal za uštedu energije, uticaje na životnu sredinu, očekivani vek trajanja i troškove kupovine.
Abstrakt
Potrošnja energije neophodna za održavanje termalnog komfora u zgradama ostaje značajan i posebno neophodan deo. Računa se da on iznosi od 30-40 % ukupne potrošnje energije.
Uprkos porastu pritiska zakonodavstva u sektoru energije (EPBD prerađen). Kvalitet unutrašnjeg okruženja ostaje jedan od kritičnih parametara na koji se mora obratiti više pažnje u pogledu konzistentnog ocenjivanja Nzeb (blizu nula potrošnje energije u zgradama).
Komponente prozora su često projektovane sa višim performansama toplotne izolacije nego minimalni zahtevi, ali oni imaju nedostatak projektovanja i kontrole incidentnog solarnog zračenja koje je naročito delikatna tema za unutrašnji komfor i uopštenije za višu energetsku efikasnost u zgradama.
Možda Vas zanima:
Oznake prozora kao ključan faktor za izbor energetski efikasnih prozora
Energetska ocena prozora
Soudal Window Manufacturing – dobavljač, sve na jednom mestu za industriju prozoraAko razmišljamo o brojnim varijablama uticaja (tipologija, orijentacija, geografska lokacija, itd.), mogućnosti povezane sa uštedom energije, kontrolom osvetljenja i komforom korisnika su neminovno pridružene dinamičkim sistemima integrisanim u staklu.
Kombinovana metodologija za ocenjivanje naprednog ostakljenja koja se predlaže u ovom radu, ima za cilj da postojećim sistemima ocenjivanja pridoda i ekonomski i ekološki aspekt. Uzimajući u obzir specijalne karakteristike naprednog ostakljenja iskombinovane su studije procene veka trajanja i analiza ekološke efikasnosti radi stvaranja alternativnog sistema za ocenjivanje, koji je primenjen na elektrohromatski prozor kao studija slučaja.
Odgovarajući grafički prikaz izabranih pokazatelja vodi do brojki koje jasno opisuju rezultat ocenjivanja za izabrani proizvod. Takvi sistemi za ocenjivanje mogu biti korisni kupcima, ali i proizvođačima, zato što, pored uobičajenih tehničkih karakteristika zahtevaju i dodatne neophodne ulazne podatke o očekivanom radnom veku proizvoda, njegovoj ceni i energiji potrebnoj za proizvodnju.
Studija slučaja: ocena elektrohromatskih prozora
Predložena metodologija za ocenjivanje primenjena je za procenu potencijala koji se tiču ekologije, energije i isplativosti elektrohromatskog prozora. Za studiju slučaja korišćen je prototip elektrohromatskog prozora veličine 60 cm x 60 cm, za procenu uštede energije primenom takvih prozora u zgradi umesto prozora sa jednim staklom.
Veoma je važno naglasiti da ovaj rad ima za cilj da ukaže na jednostavnost upotrebe predloženog procesa za ocenjivanje preko studije slučaja elektrohromatskog prozora. Elektrohromatski prozor nije predmet procene, već se koristi kao studija slučaja da pokaže značaj predložene metodologije. Moguće je uključiti i svaku drugu konstrukciju elektrohromatskog prozora (tj. novi jonski sloj ili polimer elektrolit). U principu, bilo koji jednostavan ili sofisticiran prozor može lako da se oceni primenom ove metodologije jednostavnim ubacivanjem potrebnih tehničkih karakteristika.
Opis studije slučaja
Za analizu procene veka trajanja koja je ovde predstavljena, kao funkcionalna jedinica korišćen je elektrohromatski prozor veličine 60 cm x 60 cm. Ovaj uređaj ima tipičnu strukturu koja čini pet slojeva, kao što je opisano na slici 3.
Staklo Pilkington K–GlassTM (koje se u daljem tekstu pominje kao K–staklo) obloženo je filmom (nominalne debljine od 350 nm) od volfram oksida (WO3) koji je nataložen pomoću emitera elektrona. Kao jonski sloj korišćen je film od vanadijum–pentoksida premazan litijumom (Liy V2O5) (nominalne debljine 110 nm) nataložen na drugu tablu K–stakla toplotnim isparenjem, dve table stakla su postavljene jedna prema drugoj i formiraju šupljinu za elektrone polimera, propilen karbonat i polimetil metakrilat služe kao polimerna matrica za rastvaranje soli litijum-perhlorata (LiClO4–PC–PMMA).
Kada se eksterni DC napon (2-3 V) pusti preko dva terminalna uređaja (to jest tabli K-stakla), joni litijuma iz elektrolita potiskuju se u aktivni elektrohromatski sloj WO3.
Elektroni se takođe ubrizgavaju kroz eksterno kolo u rešetku WO3 da bi se napravila ravnoteža naelektrisanja, promenom njegove elektronske gustine i izazivajući obojenost materijala (katodna koloracija).
U isto vreme joni litijuma se odstranjuju sa sloja Liy V2O5 koji takođe postaju tamniji (anodna koloracija). Preokret polariteta napona izaziva suprotno kretanje jona i elektrona, kao posledica toga, materijal se izbeljuje. Tipične vrednosti propustljivosti svetla u izbeljenom i obojenom stanju bile su 63 % i 2 % sa efikasnošću koloracije koja je bila jednaka 50 cm2/C. Detaljan opis elektrohromatskog prozora može se naći u [54-55].
Primena metode procene veka trajanja
Prema metodologiji standarda ISO 14040 [48], potpuna studija procene veka trajanja treba da sadrži sledeće faze: definiciju cilja i obima, analizu inventara veka trajanja, procenu uticaja tokom veka trajanja i tumačenje.
Za proučavani sistem, to jest za elektrohromatski prozor, jasno su definisane granice njegovog veka trajanja: proizvodnja sirovine, proizvodnja prozora, korišćenje i uklanjanje (slika 4). Iz analize su isključeni procesi transporta.
Detaljan opis svih procesa vezanih za fazu proizvodnje i za proizvodnju sirovine korišćene za svaki deo uređaja može se naći u [54]. Ulazna energija, potrebna tokom faze upotrebe, određena je pretpostavljenim životnim vekom i izabranom strategijom regulacije. U principu, proračun potencijala za uštedu energije nije obuhvaćen analizom procene veka trajanja, i u našem slučaju procena je izvršena korišćenjem dodatnih proračuna, kako bi se dobio energetski bilans elektrohromatskog prozora tokom njegovog veka trajanja.
S obzirom na to da pitanje uklanjanja elektrohromatskih prozora i sličnih naprednih proizvoda, u već ispitivanim tehnikama i procesima nije dovoljno obrađena ta poslednja faza u veku trajanja proizvoda. Zbog toga je izabran najgori scenario za uklanjanje proizvoda za sprovedenu analizu procene veka trajanja (tj. odnošenje na deponiju).
Obrada poslednje faze u radnom ciklusu proizvoda je mahom povezana sa upravljanjem otpadom od laminiranog stakla koje nastaje u sektoru zgrada. Što se tiče zastakljivanja u arhitekturi stepen recikliranja (od zamene i rušenja objekata) i dalje je mali, kontaminacije (laminirano i ožićeno zastakljenje) smatra se jednom od glavnih mana koja sprečava recikliranje arhitektonskog stakla. Takođe, u sektoru vozila, postignut je izuzetno mali stepen reciklaže. Uklanjanje elektrohromatskih prozora bi moglo da bude ključno pitanje, naročito u slučaju širenja njihovog tržišta. Pored toga, treba ispitati da li će biti potreban dalji razvoj postojećih procesa stabilizacije za usitnjeno staklo, zbog sirovina sadržanih u tankim slojevima u vidu filma na elektrohromatskim prozorima. [28]
Tokom analize inventara radnog ciklusa materijali i potrebna energija kao i emisija gasovitog, tečnog i čvrstog otpada u procesima radnog ciklusa, izračunavaju se korišćenjem jedinice mase ili energije po proizvedenoj jedinici elektrohromatskog prozora. Konkretno, sprovedena analiza inventara energije obuhvatala je sve povezane ulazne energije: energiju uključenu u proizvodnju sirovina, energiju potrebnu za rane faze proizvodnje i energiju potrošenu tokom rada tj. funkcionisanje. Procenjeno je da je potrebno 1125 MJ/m2 primarne energije za proizvodnju elektrohromatskih prozora, tj. 370 MJ za funkcionalnu jedinicu veličine 60 cm x 60 cm, od čega 30 % ide na primarnu energiju za sirovine i ostatak na električnu energiju potrošenu tokom raznih procesa proizvodnje.
U fazi analize inventara radnog ciklusa, svaka supstanca se klasifikuje prema njenom doprinosu i izabranim kategorijama uticaja: globalno zagrevanje, acidifikacija, eutrofikacija, toksičnost po ljude, ekotoksičnost, stvaranje fotooksidanata, smanjenje stratosferskog ozona, smanjenje abiotskih resursa. Za svaku kategoriju uticaja, korišćeni su: faktori karakterizacije i rezultati su izraženi kroz reprezentativne jedinice (ekvivalentni kg CO2, ekvivalentni kg 1,4–DCB itd).
S obzirom na to da se ovaj rad odnosi samo na emisiju gasova staklene bašte i emisiju toksina, analiza inventara radnog ciklusa prikazana u ovom radu ograničena je na proračun potencijala globalnog zagrevanja (GWP) i potencijala toksičnosti od ljudskih aktivnosti (HTP). [56]
Odgovarajuće procenjene vrednosti za životni ciklus elektrohromatske funkcionalne jedinice su bile ekvivalentne 13 kg CO2 i 4 kg 1, 4–DCB.
Potencijal za uštedu energije pomoću elektrohromatskog prozora
Da bi se izrazili rezultati procene radnog ciklusa preko odgovarajućih pokazatelja ekološke efikasnosti, treba izvršiti procenu potencijala za uštedu energije pomoću EH prozora. Smanjenje godišnjih potreba za grejanjem i hlađenjem prostora u zgradi izračunato je tokom radnog veka prozora, kako bi bilo izvodljivo poređenje između potrošene i ušteđene energije tokom očekivanog veka trajanja prozora.
Ušteda energije za grejanje i hlađenje izračunata je pomoću paketa za simulaciju RESFEN. [33] Naša analiza se odnosi na zgrade sa velikim fasadama (tj. kada je odnos prozora i poda oko 40 %), za tri klimatska tipa: oblast gde je dominantno hlađenje, oblast gde je dominantno grejanje i oblast sa umerenom klimom. Proučeno je nekoliko strategija regulacije, prisustvo korisnika prostora je zadržano kao ključna karakteristika koja je uzeta u obzir, dok je ključni parametar bio odnos između vremena kada elektrohromatski (EC) prozor treba da se održava u potpuno obojenom i u potpuno izbeljenom stanju, tokom godine. Na kraju, optimizovani scenario je izabran tako da obezbedi zadovoljavanje unutrašnjih uslova (u smislu toplotne i optičke ugodnosti).
U ovom scenariju, EC prozor je mahom bio u izbeljenom/ obojenom stanju tokom hladne/tople sezone. Prema ovom scenariju, 25 godina rada, maksimalna ušteda energije u oblastima gde je hlađenje dominantno može da dostigne 40.000 MJ/m2 elektrohromatskih prozora (13.000 MJ po EH funkcionalnoj jedinici). Ova ušteda se pripisuje smanjenju rashladnog i grejnog opterećenja koje je jednako 127 kWh/m2 po godini i 94 MJ/m2 po godini. [30]
Karakteristike elektrohromatskog (EC) prozora su upoređene sa tipičnim dvostruko zastakljenim prozorom (DG) i dva optimizovana slučaja za oblasti u kojima dominira hlađenje; alternativni selektivni premaz niske emisije (ECSS, DGSS). Detaljan opis fizičkih parametara ovih prozora može se naći u [55].
Literatura
- [28] Lee, E., S. Selkowitz, R. Clear, D. Di Bartolomeo, J. Klems, L. Fernandes, G. Word, V. Inkarojrit, M. Yazdanian, A. Design Guide for Early-Market Electrochromic Window, California Energy Commission, PIER 500-01-023 LBN-59950.2006.
- [30] Sottile, G.M., Materials Science and Engineering. B 119 (2005) 240
- [33] *** Australasian Window Council Inc, How to use WERS-Window Energy Rating Scheme, http://www.wers.net
- [55] ***Leiden University. Life Cycle Assessment: An operational quide to ISO standards. Centre of Enviromental Science, Leiden University 2001. Netherlands
Autori teksta: Prof. dr D. Škobalj, Ž. Đokić, dipl. maš. inž.
