Urbanscape – rezultati naučnog rada

Zbog odsustva eksperimentalnih istraživanja vezanih za ponašanje zelenih krovova u Srbiji,  Laboratorija za termotehniku i energetiku Instituta za nuklearne nauke "Vinča" sprovela je istraživanje sa ciljem da se utvrdi potencijal poboljšanja izolacionog efekta krovnih konstrukcija primenom Urbanscape zelenog krova.

Kako bi se sagledao uticaj Urbanscape zelenog krova na postojeću krovnu konstrukciju sprovedena su eksperimentalna merenja u toku najtoplijih letnjih dana na zgradi Tehničke škole "Novi Beograd", smeštenoj u urbanoj sredini. Ova školska zgrada predstavlja tipičan objekat građen u periodu masovne izgradnje (70-tih godina prošlog veka) kada su konstrukcije ravnih krovova primenjivane u najvećoj meri i kada se o energetskoj efikasnosti zgrada nije vodilo računa.

U novembru 2018. godine na delu postojećeg ravnog krova škole zgrade postavljen je Urbanscape zeleni krov kompanije Knauf Insulation površine 25m². Slika 1 prikazuje postavljanje Urbanscape zelenog krova i postavljanje merne opreme.

Urbanscape ekstenzivni zeleni krov, prikazan na slici 2, sastoji se od protivkorenske membrane, drenažnog sistema sa rezervoarima, supstrata za rast biljaka od kamene mineralne vune i sloja vegetacije koju čini više vrsta sedumskog bilja.

Postojeći ravan konvencionalni krov na Tehničkoj školi "Novi Beograd" je od betona sa hidroizolacijom na vrhu i slojem šljunka. Na slici 3 prikazana je školska zgrada sa lokacijama zelenog krova i konvencionalnog krova.

Na slici 4 prikazani su Urbanscape zeleni krov i postojeći konvencionalni krov na zgradi Tehničke škole "Novi Beograd" sa mernom opremom. Zeleni i konvencionalni krov na kojima su vršena eksperimentalna merenja su iste površine i orijentacije, kao i prostorije ispod zelenog i konvencionalnog krova.

Eksperimentalna merenja su vršena tokom letnjeg raspusta, pa su obe prostorije bile prazne, kako bi se osiguralo da neće doći do dobitaka toplote od ljudi.

Na osnovu izmerenih podataka izvršena je komparativna analiza toplotnog ponašanja Urbanscape zelenog krova i postojećeg betonskog konvencionalnog krova.

Na slici 5 prikazana je temperatura spoljne površine krovne konstrukcije na poziciji zelenog krova (Ts,sp ZK) i konvencionalnog krova (Ts,sp KK).

Zeleni krov je smanjio fluktuacije temperature spoljne površine krova za 83%, ukazujući na odličan izolacioni efekat Urbanscape zelenog krova.

Urbanscape zeleni krov štiti krov od visoke temperature, velikih temperaturnih oscilacija i UV zračenja, i samim tim može produžiti vek trajanja krovne konstrukcije.

Na slici 6 prikazana je temperatura unutrašnje površine krovne konstrukcije na poziciji zelenog krova (Ts,un ZK) i konvencionalnog krova (Ts,un KK). Iako je u obe prostorije održavana ista unutrašnja temperatura, temperatura unutrašnje površine krovne konstrukcije na poziciji zelenog krova je bila manja u poredjenju sa konvencionalnim krovom.

Takođe su dnevne fluktuacije temperature unutrašnje površine krovne konstrukcije na poziciji zelenog krova prigušene u odnosu na konvencionalni krov.

Dodavanjem Urbanscape zelenog krova povećava se toplotno izolacioni efekat krova, što čini unutrašnju temperaturu krovne konstrukcije manje osetljivom na promene ambijentalne temperature. Ovo je posebno značajna prednost Urbanscape zelenog krova u slučaju visokih letnjih temperatura.

Na slici 7 prikazana je temperatura vazduha na 10 cm iznad zelenog krova (T10 ZK) i konvencionalnog krova (T10 KK). Najveća razlika ove dve temperature je u toku najtoplojeg dela dana od 12h do 16h.

U ovom periodu jako sunčevo zračenje i visoka ambijentalna temperatura podstiču proces evapotranspiracije vode iz zelenog krova i na taj način se snižava temperatura vazduha neposredno iznad površine na kojoj je primenjen zeleni krov.

Urbanscape zeleni krov je pokazao dobru sposobnost hlađenja okolnog vazduha i može biti efikasan u ublažavanju efekta urbanih toplotnih ostrva i borbi protiv klimatskih promena.

Na slici 8 prikazan je vertikalni temperaturni profil na poziciji zelenog krova.

Temperaturni profil tokom sunčanih letnjih dana pokazuje da je Urbanscape zeleni krov smanjio dnevne temperaturne fluktuacije unutar zelenog krovnog sistema i odložio prenos toplote kroz krov.

Na slici 9 prikazan je toplotni fluks kroz zeleni krov (q ZK) i konvencionalni krov (q KK) u odnosu na solarno zračenje (SZ). Urbanscape zeleni krov je smanjio protok toplote kroz krov za 57% i odložio prenos toplote za 3 h i 40 min, a samim tim se smanjuje potrošnja energije za hlađenje objekta.

Dnevne fluktuacije toplotnog fluksa kroz krov zgrade bile su manje kod zelenog krova u poređenju sa konvencionalnim krovom.

Slojevi zelenog krova redukuju protok toplote u unutrašnjost objekta, čime se smanjuje potreba za hlađenjem, i na taj način se postiže bolja energetska efikasnost objekata.

Eksperimentalni rezultati iz ove studije pokazuju da se primenom Urbascape zelenog krova, postiže efekat pasivnog hlađenja, ublažavanje efekata toplotnog ostrva, bolja termoizolacija krova i energetska efikasnost objekata, a samim tim i smanjenje potrebne energije za hlađenje objekata, troškova i zagađenja vazduha usled ušteda u potrošnji energije.

Urbascape zeleni krov doprinosi termoizolovanosti objekta od temperaturnih promena spoljašnjeg okruženja. Ovi benefiti su posebno značajni za brojne toplotno neizolovane ili loše izolovane građevinske objekte kojima predstoji sanacija.

Sa ekološke perspektive, Urbanscape zeleni krov smanjujući temperaturu površine krova i okolnog vazduha daje dragoceni doprinos poboljšanju mikroklime u urbanoj sredini.

Urbanscape zeleni krov je efikasno rešenje za nedostatak zelenih površina u urbanim sredinama i važan alat u borbi protiv klimatskih promena.

Laboratorija za termotehniku i energetiku Instituta za nuklearne nauke "Vinča" je takođe sprovela istraživanje uticaja Urbanscape zelenog krova na zagađenje u urbanim sredinama, sa fokusom da da se utvrdi potencijal smanjenja koncentracija suspendovanih čestica (PM - Particulate Matter) u urbanoj sredini primenom Urbanscape zelenog krova kompanije Knauf Insulation.

Ocenom kvaliteta vazduha potvrđeno je da je vazduh prekomerno zagađen u velikom broju gradskih sredina širom Srbije. Koncentracija suspendovanih čestica (PM – Particulate Matter) je osnovni uzrok prekomernog zagađenja vazduha u Srbiji, naročito poslednjih godina Beograd je uvršten u jedan od najzagađenijih gardova u Evropi.

Na kvalitet unutrašnjeg vazduha utiče zagađenje spoljašnjeg vazduha.

Kako bi se istražio uticaj Urbanscape zelenog krova na životnu sredinu u smislu zagađenja vazduha u gradovima, sprovedena su eksperimentalna merenja ambijentalne koncentracije suspendovanin PM čestica na lokaciji Tehničke škole "Novi Beograd".

Lokacija zgrade Tehničke škole "Novi Beograd" prikazana je na slici 1. Školska zgrada se nalazi u ulici Omladinskih Brigada na Novom Beogradu, koja ima veliki intenzitet saobraćaja i kojom prolazi 7 autobuskih linija. Ova školska zgrada je udaljena 700 m od magistralnog puta i nalazi se u blizini velikih poslovno-stambenih kompleksa.

Masene koncentracije suspendovanih čestica PM1, PM2.5, PM10 u spoljašnjem vazduhu su kontinuirano merene na 1.4 m iznad zelenog i konvencionalnog krova, sa intervalom merenja od 10 min.

Izmerene koncentracije PM1, PM2.5 i PM10 u spoljašnjem vazduhu iznad zelenog krova i konvencionalnog krova, u periodu od 01.07.2020. do 08.07.2020. prikazane su na slikama 2, 3 i 4. Tokom čitavog perioda merenja, PM koncentracije iznad zelenog krova su bile niže u poređenju sa konvencionalnim krovom.

Prosečne dnevne koncentracije PM1, PM2.5 i PM10 u spoljašnjem vazduhu iznad zelenog krova i konvencionalnog krova prikazane su na slikama 5, 6 i 7.

Procentualne razlike prosečnih dnevnih PM koncentracija iznad konvencionalnog krova i zelenog krova prikazane su na slici 8.

Pokazalo se da je zeleni krov najviše smanjio koncentraciju najfinijih PM čestica, koje su najopasnije za zdravlje ljudi.

Rezultati eksperimentalnih merenja pokazuju da Urbanscape zeleni krov deluje kao pasivni filter PM čestica i indirektno utiče na smanjenje zagađenja, tako što se snižavanjem ambijentalne temperature usporavaju fotohemijske reakcije (time se smanjuje sekundarno zagađenje vazduha).

Povećanje površina pod Urbanscape zelenim krovom, doprinelo bi unapređenju kvaliteta životne sredine u urbanim sredinama kroz poboljšanje mikroklime oko objekta i umanjenje zagađenja vazduha.

ZAKLJUČCI

• Zeleni krov utiče na temperaturu unutrašnjeg vazduha i u direktnoj je korelaciji sa potrošnjom energije za hlađenje i grejanje zgrade;
• Koeficijent prolaza toplote zelenog i konvencionalnog krova se znatno razlikuje;
• Toplotni fluks kroz zeleni krov ima značajnu ulogu u procesu prenosa toplote i različit je u odnosu na konvencionalni krov tokom sezone grejanja i hlađenja;
• Mineralna vuna unutar zelenog krova apsorbuje i zadržava više vlage i time utiče na toplotni fluks kroz krovnu konstrukciju;
• Zeleni krov ima veliki značaj sa energetskog, ekonomskog i ekološkog aspekta;

Izvodi iz Reference:

Danka Kostadinović, Marina Jovanović, Vukman Bakić, Nenad Stepanić, Maja Todorović, Experimental investigation of summer thermal performance of the green roof system with mineral wool substrate, Building and Environment, Volume 217, 1 June 2022, 109061, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109061