U vremenu kada zgrade troše između 30 i 40 odsto ukupne svetske energije, potraga za načinima da se smanji potreba za klimatizacijom postaje jedno od ključnih pitanja savremene gradnje.
Foto: Wikimedia Commons/MrPanyGoff, licenca CC BY 2.0
U suvim i izrazito toplim područjima, gde su visoke temperature i intenzivno sunčevo zračenje svakodnevica, kvalitet omotača zgrade ima presudnu ulogu.
Novo istraživanje posvećeno drevnoj kušitskoj arhitekturi iz Sudana pokazuje da odgovor na deo tog izazova možda već hiljadama godina stoji ugrađen u masivne zidove od ćerpiča.
Oglas
Analizom monumentalne Zapadne Deffufe u antičkom gradu Kerma, naučnici su pokušali da kvantifikuju termičke principe koji su ovoj građevini omogućavali da ublaži ekstremne spoljne temperature bez mehaničkog hlađenja.
Građevina iz Nubije kao termička laboratorija
Zapadna Deffufa, na teritoriji današnjeg Sudana, jedna je od najvećih sačuvanih građevina od nepečene opeke na svetu. Visoka je gotovo 20 metara, a pripada kušitskoj kulturi koja se razvijala između 2000. i 1500. godine pre nove ere.
Njena vrednost nije samo arheološka. Masivni zidovi, unutrašnji prolazi, šupljine i vertikalni otvori predstavljaju primer gradnje prilagođene izuzetno toploj i suvoj klimi doline Nila. Konstrukcija od nepečene opeke tokom dana apsorbuje toplotu, usporava njen prodor ka unutrašnjosti i postepeno je oslobađa kada spoljne temperature opadnu.
Upravo je ta sposobnost materijala da skladišti i odlaže prolazak toplote poznata kao termička masa. Kod objekata u pustinjskim uslovima ona može imati važniju ulogu od samog povećanja sloja izolacije.
Simulacija pet varijanti zida
Autorka studije Shaza Yousif Taha koristila je softver DesignBuilder, zasnovan na EnergyPlus simulacionom sistemu, kako bi uporedila pet modela zidova. Kao savremena referentna varijanta uzet je armiranobetonski zid debljine 30 centimetara, dok su modeli od ćerpiča analizirani u debljinama od 30, 60, 100 i 150 centimetara.
Za ćerpič su korišćene karakteristike lokalnog sudanskog materijala: gustina od 1.800kg/m3, specifični toplotni kapacitet od 950J/kgK i toplotna provodljivost od 0,65W/mK. Proračuni su obuhvatili najtopliju letnju i najhladniju zimsku sedmicu, uz klimatske podatke za područje Kerme.
Posebna pažnja posvećena je pokazateljima dinamičkog ponašanja zida. Prvi je vremensko kašnjenje, odnosno period koji prođe između maksimuma spoljne temperature i njenog uticaja na unutrašnju površinu zida. Drugi je faktor prigušenja, koji pokazuje koliko zid ublažava temperaturni vrh.
Debljina zida pravi veliku razliku
Rezultati ukazuju da se sa povećanjem debljine zida od ćerpiča poboljšava njegovo termičko ponašanje, ali ne linearno. Najdeblji analizirani zid, debljine 150 centimetara, postigao je vremensko kašnjenje od približno 11 sati i faktor prigušenja od 0,20.
U najtoplijim uslovima spoljašnja temperatura dostizala je 43°C, dok je unutrašnja temperatura kod najmasivnijeg zida bila oko 32°C. To znači da je temperaturni maksimum ublažen za 11°C, što je prema rezultatima simulacije bilo za 57 odsto bolje u odnosu na armiranobetonski zid debljine 30 centimetara.
Drugim rečima, masivni zemljani zid nije samo sprečavao naglo zagrevanje prostora, već je toplotni udar iz najtoplijeg dela dana pomerao ka noći, kada su spoljne temperature znatno niže.
"Deffufa efekat" pri debljini od jednog metra
Jedan od zanimljivijih zaključaka istraživanja odnosi se na zidove debljine 100 centimetara i više. Kod te debljine toplotni tok kroz zid prelazi iz pozitivnog u negativan: umesto da zid doprinosi porastu temperature unutrašnjosti, prema simulaciji počinje da deluje kao snažniji termički tampon.
Kod zida debljine jednog metra registrovan je negativan dobitak toplote od –6W/m2, dok je kod zida debljine 150 centimetara dostigao –21W/m2. Autorka ovu pojavu naziva "Deffufa efekat", po drevnoj građevini koja je bila predmet istraživanja.
Takvo ponašanje objašnjava se velikim zapreminskim toplotnim kapacitetom ćerpiča. Masivni zidovi tokom dana preuzimaju višak toplote i usporavaju njen prodor toliko da se najveći pasivni efekat hlađenja javlja upravo tokom popodnevnih sati, između 13 i 18 časova, kada je opterećenje zgrade toplotom najizraženije.
Kako se drevni princip može preneti u savremenu gradnju
Istraživanje ne predlaže da savremene zgrade jednostavno dobiju zidove od metar i po. Umesto toga, razvijen je okvir za prevođenje performansi kušitskog ćerpiča u parametre primenljive na današnje materijale.
Prema prikazanim proračunima, sličan termički učinak mogao bi se približno ostvariti zidovima od armiranog betona debljine 45 do 62 centimetra, termoizolovanom opekom debljine 30 do 42 centimetra ili blokovima od presovane zemlje debljine 35 do 48 centimetara.
Kao posebno zanimljivo rešenje izdvajaju se blokovi od presovane zemlje, zbog bliskih termofizičkih svojstava, manjih potrebnih debljina i potencijalno manjeg uticaja na životnu sredinu.
Potencijal koji tek treba potvrditi
Autorka naglašava da su rezultati dobijeni simulacijom prostora bez ljudi, rasvete, opreme i drugih unutrašnjih izvora toplote. Model je pojednostavljen i nije terenski kalibrisan merenjima u samoj Deffufi, pa zaključke treba posmatrati kao osnovu za dalja istraživanja, a ne kao gotovu specifikaciju za projektovanje.
Za potpuniju sliku biće potrebne simulacije sa realnim režimom korišćenja prostora, detaljniji prikaz strujanja vazduha kroz unutrašnje šupljine, kao i terenska merenja. Ipak, studija jasno pokazuje da lokalna graditeljska tradicija nije samo deo kulturnog nasleđa, već i važan izvor praktičnih saznanja za energetski efikasnu arhitekturu u toplim klimama.
