Zaštita zgrada od prekomjerne topline od klimatskih promjena

Može se primijeniti nekoliko pristupa kako bi se zgrade zaštitile od previsokih temperatura. Takve se mogućnosti odnose na projektiranje zgrade (uključujući upotrebu informatičkih tehnologija za optimizaciju toplinske udobnosti) i ovojnice zgrade (krovni krov, stropovi, vanjski zidovi, vrata, prozori – uključujući solarna upravljačka stakla koja smanjuju sunčevo zračenje koje ulazi u stambeni prostor – i temelje).

Rješenja za projektiranje zgrada uključuju tradicionalna obilježja koja se obično nalaze u regijama s toplim klimatskim uvjetima, kao što su:

• Omjer aspekta zgrade: Omjer unutarnjeg prostora i vanjske površine zgrade, koji optimizira unutarnju disperziju topline uz minimalnu apsorpciju solarne topline.
• Arhitektonski elementi: Značajke kao što su tende, prevjesi, prozorske nijanse, porticoes, bijeli ili lagano obojeni vanjski zidovi i krovovi koji reflektiraju toplinu.
• Orijentacija na solarnu energiju: Postavljanje zgrade kako bi se smanjila dnevna izloženost izravnoj sunčevoj svjetlosti.

Hi-tech rješenja također mogu igrati vrlo važnu ulogu. To uključuje senzore koji prate toplinske uvjete, omogućujući precizne prilagodbe klimatizacije i ventilacije, kao i orijentaciju ploča za sjenčanje u stvarnom vremenu na temelju izolacijskih uvjeta. Senzori i digitalni uređaji za regulaciju toplinske energije mogu se integrirati s mjerama upravljanja potrošnjom, čime se pridonosi smanjenju utjecaja potražnje za hlađenjem na vršna opterećenja tijekom razdoblja naprezanja električnog sustava (vidjeti i opciju prilagodbe na promjene u ponašanju pojedinaca u energetskom sektoru). Poznati primjer zgrade u kojoj je primijenjen kompletan paket najsuvremenijih rješenja je uredska zgrada Edge u Amsterdamu, dovršena 2014. godine. Njegova omotnica uključuje dinamičke prozore, automatske nijanse i prozračivanje. S 28.000 senzora koji prate kretanje, razinu osvjetljenja, vlažnost i temperaturu, zgrada se može odmah prilagoditi energetskim potrebama, kao što je automatsko isključivanje grijanja, klimatizacije i rasvjete u neiskorištenim područjima. Štoviše, zaposlenici mogu koristiti aplikaciju za prilagodbu temperature i razine osvjetljenja u svom radnom prostoru. Osim toga, hlađenje i grijanje optimizirano je prijenosom topline između zgrade i vodonosnika ispod nje.

Tehničke značajke ovojnice zgrade ključne su za njezinu sposobnost upravljanja unutarnjim temperaturama. Materijali koji se koriste u ovojnici i njihova masa igraju ključnu ulogu u tome kako se brzo kompenziraju temperaturne razlike između zatvorenog i vanjskog prostora. Na primjer, tradicionalne zgrade debelih zidova na Sredozemlju zahtijevaju znatno manje klimatizacije od modernih struktura. Alternativno, korištenje materijala s visokim toplinskim otporom može pomoći smanjiti toplinu koja ulazi u zgradu. Ova opcija je posebno zanimljiva za nadogradnju postojeće zgrade s izolacijskim slojevima koji kompenziraju loša toplinska svojstva izvornih građevinskih materijala.

Također, upotreba mehaničke ili prirodne ventilacije ili skladištenje hladnoće u materijalima s visokom toplinskom masom poput pločica ili kamenja smanjuje potrebu za klimatizacijom. Hladno skladištenje može se kombinirati s dizalicom topline (koja se može temeljiti na geotermalnom sustavu, iskorištavajući razliku između podzemnih i površinskih temperatura) kako bi se povećala fleksibilnost u uvođenju hladnog zraka. Prilagodba unutarnje vlažnosti može snažno utjecati na percipirane temperature i u konačnici na toplinsku udobnost stanara zgrade.

Krovovi su također važne površine za izmjenu topline, a njihov dizajn (npr. bijeli krovovi, zeleni krovovi) može pomoći u znatnom smanjenju energetskih potreba zgrade. Na primjer, prisutnost drveća povećava protok zraka, smanjuje utjecaj sunčevog zračenja i također pomaže u suzbijanju učinka urbanog toplinskog otoka. Pri provedbi mjera za suočavanje s ekstremnom toplinom zapravo je važno uzeti u obzir utjecaj građevinskih materijala i stilova gradnje na mikroklimu urbanih područja. Istraživanjem ublažavanja topline u gradovima promiče se uporaba reflektirajućih površina kako bi se suzbili negativni učinci ekstremne topline. Refleksija površine ključni je parametar za razumijevanje, modeliranje i izmjenu energetske ravnoteže urbane površine kako bi se hladili gradovi i poboljšala toplinska udobnost na otvorenom (Fox et al., 2018.). Rješenja za smanjenje učinka urbanog toplinskog otoka, uz poboljšanje unutarnjih uvjeta kroz ovojnicu zgrade, mogu se pristupiti na dva načina: povećanje sunčeve refleksije i povećanje isparavanja i transpiracije. Solarna refleksija (albedo) eksterijera zgrada i urbanog popločavanja može pomoći ublažiti učinak toplinskog otoka. To se može postići upotrebom hladnih premaza u boji i reflektirajućih premaza kao što su retroreflektirajući materijali. Osim toga, sve veće isparavanje i transpiracija mogu se olakšati zelenim površinama i stablima, kao što su vertikalne zelene površine, zelene fasade i zeleni krovovi.

Dodatne informacije o upotrebi zelene infrastrukture za poboljšanje mogućnosti života u gradovima u kontekstu klimatskih promjena mogu se pronaći u opciji prilagodbe klimatskim promjenama – ADAPT – gradska zelena i plava infrastruktura.

Posebnu pozornost trebalo bi posvetiti povijesnim zgradama jer mnoge opisane mjere možda nisu primjenjive zbog postojećih zakona i propisa usmjerenih na očuvanje upotrijebljenih izvornih materijala i građevinskih tehnika. Potrebno je utvrditi, planirati i provesti različite posebne intervencije, pažljivo uzimajući u obzir značajke povijesnih zgrada i njihovo kulturno značenje. Preporučljivo je savjetovati se sa stručnjacima za povijesno očuvanje i inženjering zgrada kako bi se izradio prilagođeni plan hlađenja za određene zgrade. Međutim, već su dostupna rješenja za prilagodbu klimatskim promjenama kojima se čuva povijesni značaj zgrada uz istodobno očuvanje njihove arhitektonske i kulturne vrijednosti. Neki primjeri navedeni su u projektu RIBuild.

Direktivom o energetskim svojstvima zgrada državama članicama omogućuje se da prilagode minimalne zahtjeve energetskih svojstava za stambene (članak 5. stavak 2.) i nestambene zgrade (članak 9. stavak 6.a).

Karakteristike zgrade, uključujući način na koji sprječava prekomjerno grijanje u zatvorenom prostoru, obično su privatna ugovorna stvar između graditelja i kupaca zgrade. Sudjelovanje dionika može biti relevantno u slučaju velikih javnih zgrada ako su troškovi predloženog projekta znatno veći od troškova standardne zgrade, što može izazvati zabrinutost u pogledu učinka na javne proračune i/ili sposobnosti predlagatelja da pronađe odgovarajuće financiranje projekta. Među navedenim opcijama, stvaranje zelenih površina oko zgrada za sjenčanje podliježe standardnom postupku odobravanja. Također je potrebno savjetovanje s lokalnim zajednicama kako bi se ocijenila njihova sklonost tom rješenju u odnosu na alternativne uporabe prostora. Za obnovu povijesnih zgrada potrebno je sudjelovanje organizacija i tijela kulturne baštine, posebno kada je potrebno slijediti posebne postupke izdavanja dozvola.

Glavne prepreke za projektiranje zgrada otpornih na klimatske promjene gospodarske su i kulturne. Neke od predloženih opcija (kvalitetniji materijal za ovojnice zgrada, zeleni krovovi, automatizirano sjenilo prozora) skuplje su i teže ih je provesti i održavati od standardnih građevinskih praksi. Kulturno, arhitekti mogu percipirati svoju kreativnost umanjenu složenošću nekih od tih rješenja. Dizajniranje zgrade s potpunom slobodom izbora oblika i materijala, uz oslanjanje na klimatizaciju kako bi se osigurala toplinska udobnost u zatvorenom prostoru primamljiva je perspektiva koja smanjuje tehničke izazove, troškove izgradnje i povećava estetski raspon opcija dizajna. To je posebno važno za velike građevinske cjeline kao što su neboderi, trgovački centri, kampusi itd. Važnost te prepreke vjerojatno će pasti u nadolazećim godinama jer rješenja za otpornost na klimatske promjene dostižu tehnološku zrelost, a tehnološke inovacije smanjit će njihove troškove. Međutim, ne postoji jamstvo da će se fleksibilnost u projektiranju zgrada koja se trenutačno nudi klimatizacijskim uređajima ikada izjednačiti s tim rješenjima.

S druge strane, posebno za manje jedinice kao što su jednoobiteljske kuće ili stambene četvrti male srednje veličine, otpornost na klimatske promjene može se pokazati vrlo poticajnim izazovom za dizajn. U EU-u postoji niz inicijativa za provedbu zelenih rješenja za stambene zgrade i urbanističko planiranje, uključujući ozelenjivanje urbanih krajobraza, kampanje za podizanje svijesti i financijske poticaje. Među ostalim, primjeri financijskih poticaja mogu se pronaći u Rotterdamu (subvencija za prilagodbu klimatskim promjenama), Hamburgu (strategija za zeleni krov u Hamburgu) i Italiji (zeleni bonus).  

Osim toga, priprema za klimatske promjene u postojećim zgradama, posebno u zgradama kulturne baštine, predstavlja posebne izazove zbog propisa i paradigmi očuvanja. Izazov je pronaći ravnotežu između prilagodbe klimatskim promjenama i očuvanja autentičnosti i cjelovitosti tih povijesnih lokaliteta.

Troškovi se razlikuju ovisno o primijenjenom rješenju i lokaciji na kojoj se provode zbog različite zrelosti industrije i karakteristika lokalne gradnje. Prema studiji slučaja strategije za zeleni krov iz Hamburga, zeleni krovovi ulaganje su s jasnim budućim povratima. Troškovi za najopsežnije zelene krovove su u rasponu od 40-45 € /m2, dok intenzivni zeleni krovovi mogu koštati oko 58 € /m2.

Bijeli krovovi su znatno jeftiniji. Cijene izolacije zidova i krovova uvelike se razlikuju ovisno o izolacijskom materijalu, ali obično se kreću od 40 do 100 EUR po kvadratnom metru. Cijene solarnih kontrolnih naočala usporedive su ili neznatno više od standardnih izolacijskih naočala koje se obično ugrađuju u prozore europskih domova. Pakiranje cjelovitog izbornika najsuvremenijih rješenja za zaštitu od klimatskih promjena u zgradu može biti skupo, a to je lakše učiniti od nule projektiranjem nove zgrade u tu svrhu. Izuzetno energetski učinkovito i termički ugodno 39,673 m ² uredskog prostora (plus 11,558 m ² unutarnjeg parkirnog mjesta) zgrade Edge zahtijevalo je investiciju od 74 milijuna EUR (ukupni troškovi zgrade).

Ti se troškovi moraju odvagnuti u odnosu na korisne učinke na proračune kućanstava, poduzeća i javnih uprava u smislu uštede energije, koja za najsuvremenija rješenja može biti vrlo znatna i čak dovesti do gotovo nulte neto potrošnje energije. Povećanje zelenih površina u urbanom kontekstu donosi i brojne dodatne koristi u smislu poboljšanja zdravlja, urbane bioraznolikosti, društvenih interakcija i estetskih poboljšanja.

Na regulatornoj razini prethodno navedena tehnička rješenja mogu se uključiti u građevinske propise. Ako se to već ne provodi, državama članicama EU-a s toplom klimom preporučuje se regulatorni korak u tom smjeru.

Revidiranom Direktivom o energetskim svojstvima zgrada (EU/2024/1275) poboljšavaju se zahtjevi energetskih svojstava za nove zgrade. Njime se zahtijeva da sve nove stambene i nestambene zgrade budu zgrade s nultim emisijama od 1. siječnja 2028. za zgrade u vlasništvu javnih tijela i od 1. siječnja 2030. za sve druge nove zgrade, uz mogućnost posebnih izuzeća. U skladu s revidiranom direktivom zgrada s nultim emisijama nema emisija ugljika iz fosilnih goriva u krugu zgrade i ima vrlo visoku energetsku učinkovitost .  Iako nisu izravno usmjerene na prilagodbu visokim temperaturama, ti će zahtjevi zahtijevati široku primjenu ovdje opisanih mjera.

Vrijeme provedbe varira ovisno o vrsti intervencije, u rasponu od nekoliko sati za ugradnju zavjesa i nijansi do nekoliko mjeseci ili čak godina za projektiranje i izgradnju klimatski otporne zgrade od nule.

Životni vijek varira ovisno o vrsti intervencije, od nekoliko godina do preostalog životnog vijeka zgrade.