Univerza Jamova cesta 2 1000 Ljubljana,Slovenija v Ljubljani telefon (01) 47 68 500 faks Fakulteta za (01) 42 50 681 gradbeništvo in tajnistvo@fgg.uni-lj.si geodezijo DOKTORSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM III. STOPNJE GRAJENO OKOLJE Doktorand/-ka: GREGA ZRIM UVEDBA AEROGELNE IZOLACIJSKE ODEJE SPACELOFT V OVOJ ZRAČNO PODPRTIH KONSTRUKCIJ IMPLEMENTATION OF AEROGEL INSULATION BLANKET SPACELOFT INTO ENVELOPE OF AIR-SUPPORTED STRUCTURES 2019 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Mentor/-ica: prof. znanst. svet. dr. Aleš Krainer, UL FGG Somentor/-ica: izr. prof. dr. Roman Kunič, UL FGG Poročevalci za oceno doktorske disertacije: - prof. dr. Igor Planinc, UL FGG - zaslužni raziskovalec, prof. dr. Boris Orel, Kemijski inštitut - doc. dr. Tomaž Novljan, UL FA Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. I Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. STRAN ZA POPRAVKE, ERRATA Stran z napako Vrstica z napako Namesto Naj bo II Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. V Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. BIBLIOGRAFSKO-DOKUMENTACIJSKA STRAN Z IZVLEČKOM UDK: UDK: 544.774.2:697:699.86:725.1(043.3) Avtor: Grega Zrim, MSc. SED (UK) Mentor: prof. znanst. svet. dr. Aleš Krainer Somentor: izr. prof. dr. Roman Kunič Naslov: Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij Tip dokumenta: doktorska disertacija Obseg in oprema: 152 str., 49 pregl., 80 sl., 52 en., 184 ref. Ključne besede: Zračno podprte stavbe, tekstilije in folije, optične lastnosti, dnevno osvetljevanje, koeficient dnevne svetlobe, količnik dnevne svetlobe, aerogel, eksperimentalno terensko delo, izračuni s programom DAYSIM, izračuni s programom EnergyPlus Izvleček Predstavljeno delo obsega raziskavo optičnih in toplotnih lastnosti obstoječega (toplotno neizoliranega) in predloga novega (toplotno izoliranega) konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja zračno podprtih konstrukcij z uvedeno aerogelno izolacijsko odejo Spaceloft®. Prikazani so učinki na delovanje vzorčnega primera stavbe z vidika njene dnevne osvetljenosti, rabe energije za ogrevanje in hlajenje ter toplotnega ugodja uporabnikov. Za raziskavo je bila izbrana Športna dvorana na Brezovici pri Ljubljani (ŠDB), približno devet kilometrov jugozahodno od središča mesta Ljubljana. Dvojni membranski ovoj obstoječe stavbe ni dodatno toplotno izoliran, sestavljata ga poliestrski tkanini (zunanja in notranja), prevlečeni s polivinilkloridno prevleko (PES(1)2009 in PES(2)2009). Zaradi pričakovane relativno nizke prosojnosti aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® je bila predlagana sestava novega konstrukcijskega sklopa z uporabo za svetlobo visokoprepustne etilen tetrafluoroetilenske (ETFE) folije kot primarne membranske nosilne konstrukcijske, aerogelne odeje (aerogel) kot toplotne izolacije in polietilenske tkanine (PEfabric), ki je bila namenjena za zaščito toplotne izolacije. S pomočjo laboratorijskih in terenskih meritev spektrov so bile določene: prvič, svetlobne (prepustnost in odbojnost v vidnem spektru), drugič, sončne (prepustnost, odbojnost na beli in črni podlagi, absorptivnost v ultravijoličnem, vidnem in bližnjem infrardečem spektru) in tretjič, toplotne lastnosti (v daljnem infrardečem spektru, valovna dolžina med 2,5 μm in 16 m) materialov, posameznih delov in celovitih različic konstrukcijskega sklopa (1. obstoječa iz dveh poliestrskih tkanin, prevlečenih s polivinilkloridno prevleko; 2. različica iz dveh enakih etilen tetrafluoroetilenskih folij; 3. toplotno izolirana različica). Terensko eksperimentalno delo je vključevalo meritve temperature in hitrosti zraka v zračnem kanalu dvojnega membranskega ovoja ŠDB, meritev okoljskih parametrov (temperature zraka v stavbi in zunaj nje) in drugih količin potrebnih za opis toplotnega odziva, ter meritve dnevne osvetljenosti. Rezultati terenskih meritev hitrosti in temperature zraka v zračnem kanalu med membranama so bili skupaj z optičnimi lastnostmi uporabljeni za izračun toplotnega upora vseh treh obravnavanih različic dvojnega membranskega ovoja v odvisnosti od naklona konstrukcije. Izveden je bil tudi izračun totalne prepustnosti za sončno energijo. Na podlagi eksperimentalnih meritev dnevne osvetljenosti ŠDB je bila narejena primerjava z računalniškim programom DAYSIM izračunanih in simuliranih vrednosti količnika dnevne svetlobe, ki je potrdila primernost priprave geometrijskega modela stavbe in vhodnih podatkov. Posledično je bil z istim računalniškim programom opravljen izračun za napoved dnevne osvetljenosti stavbe z novim predlaganim ovojem s toplotno izolacijo, ki je pokazal boljšo dnevno osvetljenost igrišča, tudi na oblačni dan. Izračun rabe energije za lokalno klimo s programom EnergyPlus je pokazal, da uporaba prosojne toplotne izolacije Spaceloft® ne vpliva ugodno le na dnevno osvetljenost izbrane stavbe, temveč tudi na podaljšanje obdobja uporabe, ko stavba lahko deluje v prostem teku in je pri tem celo za bivanje udobnejša, kar posledično zmanjša potrebo po energiji za ogrevanje, tudi na račun povečanih sončnih dobitkov. Nasprotno, izbrani ukrep na količino energije, potrebne za hlajenje, ne vpliva ugodno in jo močno poveča. To v realnosti nima posebnega pomena, saj se vzorčna stavba v poletnem času, tj. v času eventualne potrebe po ohlajevanju, ne uporablja, ker lokalno podnebje dopušča letne športne aktivnosti na odprtem prostoru. Analiza toplotnega ugodja pokaže, da tedaj, ko je stopnja aktivnosti dovolj nizka (na primer igranje tenisa) med ogrevalno sezono, uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® ugodno vpliva na toplotno in tudi na svetlobno ugodje uporabnikov. VI Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. BIBLIOGRAPHIC-DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT UDK: UDK: 544.774.2:697:699.86:725.1(043.3) Author: Grega Zrim MSc. SED (UK) Supervisor: Prof. Aleš Krainer, PhD Cosupervisor: Assoc. Prof. Roman Kunič, PhD Title: Implementation of aerogel insulation blanket Spaceloft into envelope of air-supported structures Document type: Doctoral Dissertation Scope and tools: 152 p., 49 tab., 80 fig., 52 eq., 184 ref. Keywords: air-supported structures, architectural fabrics and foils, optical properties, daylighting, daylight coefficient, daylight factor, aerogel insulated membrane, experimental fieldwork, DAYSIM calculations, EnergyPlus energy use calculations Abstract The presented work encompasses the research of optical and thermal properties of an air-supported double membrane envelope structure with aerogel thermal insulation blanket Spaceloft® applied and the research of the influence of the aerogel blanket implementation on daylighting, energy use for heating and cooling and thermal comfort of occupants for the selected case study of the air-supported dome »Športna dvorana Brezovica«. The double membrane envelope of the selected air-supported structure is composed of two polyester fabrics coated with polyvinyl chloride resin. Due to the expected relatively low transmittance of aerogel blanket Spaceloft® a new proposal of the considered constructional complex was prepared, including highly transparent ethylene tetrafluoroethylene foil and polyethylene fabric. With the help of laboratory and field spectrometry the luminous (transmittance and reflectance), solar (transmittance, reflectance on white and black background and absorptance) as well as the thermal properties such as emissivity of individual materials, parts or whole constructional complex variations (existing made of two polyvinyl chloride coated polyester fabrics, the new made of two ethylene tetrafluoroethylene foils and its insulated version), were determined. The field experimental work included also the measurements of air temperature and velocity inside the channel of the double membrane envelope of the studied building, measurements of environmental parameters (temperature of air inside and outside the building and others) for the description of its thermal response and daylighting measurements. On the basis of these measurements, in combination with the optical properties thermal resistance of the three constructional complex versions as well as the total solar energy transmittance were determined. The results of experimental illuminance measurements of the »Športna dvorana Brezovica« were compared to those of the DAYSIM daylighting calculation, which confirmed that the geometry model and the input data about the optical properties were prepared correctly. Consequently, the prediction of indoor playground illuminance was made possible and a DAYSIM calculation of daylight factor was made for the case of a building with its envelope insulated by the aerogel blanket Spaceloft®. Furthermore, the calculation of heating and cooling energy use for local climate was made using EnergyPlus computer programme. The calculations showed that the predicted use of translucent thermal insulation Spaceloft® not only increases the possibility of the studied building daylighting, but also prolongs the free running mode period and decreases energy use for heating, also due to the increased solar gain utilisation. On the other hand, the use of aerogel blanket insulated constructional complex strongly increases the energy use for cooling. The analysis of the occupants’ thermal comfort reveals that in case of low enough activity rate (i.e. tennis) during the heating season, the use of constructional complex with applied aerogel blanket Spaceloft® lowers the percentage of dissatisfied people. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. VII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju rednemu prof. znanst. svet. dr. Alešu Krainerju in somentorju izr. prof. dr. Romanu Kuniču za vodenje in pomoč pri študiju. Kemijskemu inštitutu, Katedri za stavbe in konstrukcijske elemente Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani ter Inštitutu za tekstilstvo in grafično tehnologijo ter oblikovanje se zahvaljujem, da so mi omogočili laboratorijsko delo in del terenskega eksperimentalnega dela. Zaslužnemu raziskovalcu, prof. dr. Borisu Orlu, se zahvaljujem za njegov prispevek, kritični pogled, spodbudo in čas, ki ga je namenil mojemu eksperimentalnemu delu. Hvala tudi dr. Mohorju Mihelčiču za nesebično podporo pri izvedbi laboratorijskih meritev. Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko se zahvaljujem za dostop do eksperimentalne opreme in pomoč pri izvedbi spektroradiometričnih meritev vpadnega sončnega sevanja. Zahvaljujem se podjetju DUOL, d. o. o., in OŠ Brezovica za neomejen dostop do Športne dvorane Brezovica, kjer sem opravil eksperimentalne meritve. Ženi, staršema in preostali družini se zahvaljujem za vso podporo, brez katere opravljeni študij preprosto ne bi bil mogoč. VIII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. IX Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. KAZALO VSEBINE STRAN ZA POPRAVKE, ERRATA I IZJAVE III BIBLIOGRAFSKO-DOKUMENTACIJSKA STRAN Z IZVLEČKOM V BIBLIOGRAPHIC-DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT VI ZAHVALA VII KAZALO VSEBINE IX KAZALO PREGLEDNIC XIII LIST OF TABLES XVII KAZALO SLIK XXI LIST OF FIGURES XXIX SEZNAM PRILOG XXXIX LIST OF APPENDICES XL SEZNAM KRATIC XLI LIST OF ABBREVIATIONS XLV 1 UVOD 1 1.1 Opredelitev problema 5 1.2 Cilji raziskovalnega dela 6 1.3 Hipoteze raziskovalnega dela 7 1.4 Struktura naloge 7 2 METODOLOGIJA 9 2.1 Predstavitev študijskega primera stavbe, izbora materialov in različic 9 konstrukcijskega sklopa zračno podprtega dvojnega membranskega ovoja 2.1.1 Predstavitev Športne dvorane Brezovica 9 2.1.1.1 Zemljepisna lega in geometrija stavbe 9 2.1.1.2 Materiali in geometrija ovoja 10 2.1.1.3 Sistem dovajanja zraka in sistem ogrevanja 11 2.1.1.4 Neposredna okolica stavbe 11 2.1.2 Predlog novega konstrukcijskega sklopa zračno podprtega dvojnega 11 membranskega ovoja 2.2 Materiali, meritve optičnih lastnosti, meritve hitrosti in temperature zraka v 14 dvojnem membranskem zračno podprtem ovoju ter terenske meritve dnevne osvetljenosti in toplotnega odziva vzorčne zračno podprte stavbe 2.2.1 Optične lastnosti dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica v sončnem in 14 toplotnem spektru elektromagnetnega valovanja 2.2.1.1 Meritve optičnih lastnosti tekstilij, folij in različic konstrukcijskega sklopa 16 dvojnega membranskega ovoja ŠDB opravljene v laboratoriju X Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.2.1.2 Vpliv debeline vzorca na prepustnost 20 2.2.1.3 Terenske meritve svetlobnih lastnosti s prenosnim spektrometrom v realnih 20 razmerah (oblačno nebo) 2.2.1.4 Meritev odbojnosti vzorcev membrane na območju nizko temperaturnega 21 dolgovalovnega infrardečega sevanja med 8000 in 14000 nm s spektrometrom in določitev emitivnosti površin 2.2.1.5 Meritev temperature površine vzorcev membrane in ocena prepustnosti nizko 21 temperaturnega infrardečega sevanja s pomočjo infrardeče kamere med 8000 nm in 14000 nm 2.2.1.6 Meritev odbojnosti vidne svetlobe in določitev barv obarvanih delov tal v Športni 21 dvorani Brezovica 2.2.2 Termične meritve: določitev hitrosti zraka in temperaturnega profila v zračnem 22 kanalu dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica 2.2.3 Meritve dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica in določitev 24 porazdelitve količnika dnevne svetlobe na igrišču v stavbi 2.2.4 Raziskava toplotnega odziva Športne dvorane Brezovica 27 2.3 Raziskave na podlagi računalniških izračunov in simulacij 28 2.3.1 Toplotne lastnosti konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja 28 2.3.1.1 Vpliv mejnih zračnih plasti 30 2.3.1.2 Zračni kanal 30 2.3.1.2.1 Koeficient prenosa toplote s konvekcijo 30 2.3.1.2.2 Koeficient prenosa toplote z radiacijo 31 2.3.1.2.3 Toplotni upor prezračevanega kanala 31 2.3.1.3 Toplotni upor trdnih materialov 32 2.3.1.4 Totalna prepustnost za sončno sevanje 32 2.3.2 Raziskava dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica za različne različice 33 sestave zračno podprtega ovoja 2.3.3 Raziskava rabe energije za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica 37 3 REZULTATI 41 3.1 Materiali, meritve optičnih lastnosti, meritve hitrosti in temperature zraka v 41 dvojnem membranskem zračno podprtem ovoju ter terenske meritve dnevne osvetljenosti in toplotnega odziva vzorčne zračno podprte stavbe 3.1.1 Optične lastnosti dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica v sončnem in 41 toplotnem spektru elektromagnetnega valovanja 3.1.1.1 Laboratorijska raziskava optičnih lastnosti na celotnem spektru sončnega sevanja 41 od 300 nm do 2500 nm 3.1.1.1.1 Svetlobne optične lastnosti 41 3.1.1.1.2 Terenske meritve svetlobnih lastnosti s prenosnim spektrometrom v razmerah 47 dejanskega oblačnega neba 3.1.1.1.3 Sončne optične lastnosti 49 3.1.1.1.4 Ocena vpliva umazanije na zunanji strani zunanje membrane 56 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XI Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.1.1.2 Meritev odbojnosti vzorcev membrane na območju nizko temperaturnega 56 dolgovalovnega infrardečega sevanja med 8000 in 14000 nm s spektrometrom in določitev emitivnosti površin 3.1.1.2.1 Prepustnost vzorcev za nizkotemperaturno IR-sevanje 57 3.1.1.3 Meritev odbojnosti vidne svetlobe in določitev barv obarvanih delov tal v Športni 57 dvorani Brezovica 3.1.2 Termične meritve: določitev hitrosti zraka in temperaturnega profila v zračnem 58 kanalu dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica 3.1.3 Meritve dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica in določitev 63 porazdelitve količnika dnevne svetlobe na igrišču v stavbi 3.1.3.1 Kontrola normalizacije izmerjene osvetljenosti na CIE standardno oblačno nebo 67 3.1.3.2 Primerjava rezultatov 69 3.1.4 Raziskava toplotnega odziva Športne dvorane Brezovica 71 3.2 Raziskave na podlagi računalniških izračunov in simulacij 74 3.2.1 Raziskava toplotnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja Športne dvorane 74 Brezovica 3.2.2 Raziskava dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica za različne različice 83 sestave zračno podprtega ovoja 3.2.2.1 Kontrola dimenzij geometrijskega modela 85 3.2.2.2 Določitev mreže točk izračuna količnika dnevne svetlobe s programom 85 DAYSIM 3.2.2.3 Vpliv geometrije na izračun količnika dnevne svetlobe s programom DAYSIM 86 3.2.2.4 Študija vpliva nadsvetlobe na dnevno osvetljenost igrišča v dvorani s pomočjo 89 koeficientov dnevne svetlobe 3.2.2.5 Vpliv aproksimacije ukrivljenosti dvojnega membranskega ovoja Športne 92 dvorane Brezovica z odsekoma ravnimi elementi 3.2.2.6 Izračun količnika dnevne svetlobe za različne vzorce barv tal 94 3.2.2.7 Količnik dnevne svetlobe za primer ovoja Športne dvorane Brezovica z uvedeno 98 aerogelno izolacijsko odejo 3.2.2.8 Umeritev vrednosti med merilnikoma osvetljenosti 99 3.2.2.9 Študija vpliva direktne komponente sončnega sevanja na količnik dnevne 100 svetlobe z uporabo računalniškega programa DAYSIM 3.2.2.10 Simulacija eksperimentalnih meritev dnevne osvetljenosti Športne dvorane 104 Brezovica s pomočjo računalniškega programa DAYSIM 3.2.3 Raziskava rabe energije za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica 107 3.2.3.1 Simulacija toplotnega odziva Športne dvorane Brezovica in primerjava z 107 eksperimentalnimi podatki 3.2.3.2 Izračun energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica 109 3.2.3.3 Toplotno ugodje v Športni dvorani Brezovica 111 3.2.3.4 Analiza vpliva optičnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja na sončne 114 dobitke XII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 4 RAZPRAVA 119 5 SKLEPI 126 6 POVZETEK 131 7 SUMMARY 137 VIRI 143 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XIII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1.1: Pregled tkanin s premazi in brez njih ter folij, namenjenih rabi v 3 stavbah Preglednica 2.1.1.1: Pregled vzorcev materialov obstoječega konstrukcijskega 10 sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB, odvzetih na terenu Preglednica 2.1.2.1: Pregled vzorcev materialov za novi predlagani konstrukcijski 12 sklop dvojnega membranskega ovoja ŠDB Preglednica 2.1.2.2: Predlog izolacijskega sklopa PEfabric/aerogel/PEfabric 13 Preglednica 2.1.2.3: Obravnavni konstrukcijski sklopi dvojnega membranskega 14 ovoja ŠDB Preglednica 2.2.1.1: Instrumenti za merjenje optičnih lastnosti vzorcev tekstilij, folij, 16 aerogelne odeje in površin v ŠDB Preglednica 2.2.2.1: Instrumentarij za izvedbo meritev temperature Ta,k [C] in 23 hitrosti zraka vk [m/s] v zračnem kanalu med membranama dvojnega ovoja ŠDB Preglednica 2.2.3.1: Instrumentarij, uporabljen pri meritvah dnevne osvetljenosti 25 ŠDB Preglednica 2.2.4.1: Instrumentarij za izvedbo meritev klimatskih parametrov zunaj 27 ŠDB in v njej Preglednica 2.3.2.1: Nakloni segmentov γi [°] cilindričnega dela geometrijskega 35 modela ŠDB Preglednica 2.3.3.1: Razlika med temperaturo, simulirano z EnergyPlus (kalibrirani 38 model) in temperaturo, izmerjeno na pozicijah T1, T2, Tcav, T3, T4 [C] Preglednica 3.1.1.1: Totalna prepustnost (TTvis, [%]), difuzna prepustnost (DTvis, 41 [%]), motnost (H, [%]) in totalna odbojnost (TRvis, [%]) različnih vzorcev tkanin, folij, izolacijske odeje in kompozitov za spektralno območje 380‒780 nm Preglednica 3.1.1.2: Totalna hemisferična-hemisferična prepustnost TTvis,h-h [%] 48 neizolirane in izolirane različice dvojnega membranskega sklopa ETFE/ETFE in posameznih komponent za vidno svetlobo na območju spektra vidne svetlobe od 380 nm do 780 nm Preglednica 3.1.1.3: Optične lastnosti kompozitov tkanin, folij in aerogelne 54 izolacijske odeje na območju spektra sončnega sevanja od 300 nm do 2500 nm: totalna (hemisferična) prepustnost [%] za celotno TTsol, UV (TTsol,UV), vidno VIS (TTsol,VIS) in NIR (TTsol,NIR) območje; totalna odbojnost [%] za črno (TRBsol) in belo (TRWsol) ozadje ter totalna absorptivnost Asol [%] iz A() = 1-(R()+T()), prav tako na celotnem, UV-, VIS- in NIR- spektralnem območju Preglednica 3.1.1.4: Vrednosti emitivnosti eT [-] vzorcev, izračunane za različne 56 temperature, njihove površine in dve spektralni območji (od 8 μm do 14 μm ter od 2.5 μm do 16 μm), na podlagi izmerjene spektralne odbojnosti dolgovalovnega infrardečega sevanja na zlatem ozadju Preglednica 3.1.1.5: Kolorimetrični podatki o barvah tal v ŠDB 58 XIV Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.1.2.1: Orientacija in pozicija sonde za različna obdobja meritev 60 hitrosti zraka v(t) [m/s] in pripadajoče temperature zraka Ta,k(t) [C] Preglednica 3.1.2.2: Ekstremne in povprečne vrednosti hitrosti vh [m/s] in 61 temperature zraka Ta,k,h [C] ter pripadajoči časi [h] za primere pozicij in orientacij sonde instrumenta od a do d, navedenih v preglednici 3.1.2.1 Preglednica 3.1.3.1: Rezultat testa primerljivosti odčitkov, zajetih z dvema 70 merilnikoma osvetljenosti (slika 3.1.3.6) istega tipa Voltcraft in uporabljenima za eksperimentalno delo, opravljeno dne 29. 10. 2015 Preglednica 3.2.1.1: Primeri vhodnih podatkov za izračun koeficientov radiacijskega 75 (hr) in konvekcijskega (hc) koeficienta prenosa toplote [W/m2.K]: čas v dnevu, ki mu pripadajo podatki [h], hitrost zraka v zračnem kanalu (v [m/s]), temperaturi stranic zračnega kanala oziroma zraka neposredno ob stranicah (Ts,k,i in Ts,k,o [C ali K]), razliko med temperaturo zraka in površine (ΔTa-s [K]) ter srednja absolutna temperatura zraka v kanalu (Tm [K]) Preglednica 3.2.1.2: Podatki o geometriji zračnega kanala: hidravlični premer Dhyd 75 [m], povprečna debelina zračnega kanala med membranama dpovp [m] (slika 2.3.2.1 B) in razmerje med višino zračnega kanala v posameznem segmentu in debelino zračnega kanala (dpovp) Agv,i [-] Preglednica 3.2.1.3: Podatki o lastnostih zraka in zračnega toka v zračnem kanalu 76 dvojnega membranskega ovoja za sete vhodnih podatkov od a do d v preglednici 3.2.1.1 Preglednica 3.2.1.4: Izračunane absorptivnosti sončnega sevanja A [-] (poglavje 81 2.2.1) v valovnem območju med 300 nm in 2500 nm zunanje (Ae1) (PES(1)2009z in ETFE)) in notranje (Ae2) (PES(2)2009z, ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane za obravnavane konstrukcijske sklope dvojnega membranskega ovoja Preglednica 3.2.2.1: Odbojnost (Rvis [%]) in RGB (rdeča/zelena/modra) vrednosti [-] 83 za zunanje površine stavb v okolici dvorane (slika 3.2.2.1), albeda zunanjih tal, tla in površino tribune v dvorani (slika 3.2.2.2) Preglednica 3.2.2.2: Optične lastnosti membran, ki so bile uporabljene za izračune z 84 računalniškim programom DAYSIM in upoštevanjem pristopa za prosojne (motne) materiale (TRANS [142]) Preglednica 3.2.2.3: Deleži [%] površin v notranjosti geometrijskega modela ŠDB 97 Preglednica 3.2.2.4: Vrednosti globalne osončenosti Io,glob [W/m2], izmerjene na dan 101 eksperimentalnih meritev 29. 10. 2015, pred setom 1, med setoma in po setu 2 Preglednica 3.2.2.5: Primeri analize vpliva absolutne vrednosti globalne osončenosti 102 Io,glob [W/m2] in deleža direktne normalne komponente n [-] na vrednosti KDSrač [%]. Difuzna (Io,dif [W/m2]) in direktna (Io,dir,n Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XV Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [W/m2]) komponenta Io,glob [W/m2] sta bili uporabljeni kot vhodni podatek za izračun KDSrač s programom DAYSIM Preglednica 3.2.2.6: Absolutna razlika med maksimalno in minimalno vrednostjo 104 KDSrač (ΔKDSrač [%]) v točkah, ki ponazarjajo merilna mesta 1a, 9a, 5c, 1e in 9e, v odvisnosti od položaja sonca na nebesnem svodu (od 12.15 do 13.22) za različne primere osončenosti in deleža direktne normalne komponente sončnega sevanja Io,dir,n [W/m2] (preglednica 3.2.2.5) Preglednica 3.2.2.7: Eksperimentalno določene vrednosti svetlobne učinkovitosti 105 sončnega sevanja K [lm/W] iz dne 29. 10. 2015 izmerjenih podatkov o globalni osvetljenosti Eo,exp,glob [lx] in osončenosti zunanje horizontalne površine Io,exp,glob [W/m2] Preglednica 3.2.2.8: Povprečna absolutna deviacija AAD [%] (poglavje 2.2.3) med 107 eksperimentalnimi in s programom DAYSIM simuliranimi vrednostmi KDS [%] za set 1 in set 2 eksperimentalnih meritev Preglednica 3.2.3.1: Temperatura tal pod ŠDB Ttla [°C], po posameznih mesecih v 108 letu ocenjena na podlagi povprečne mesečne temperature tal (globina 100 cm) [165] in povprečne mesečne temperature zunanjega zraka Ta,o [°C] za Ljubljano [162] Preglednica 3.2.3.2: Rezultat izračuna letne energije, potrebne za ogrevanje Qheat,a 110 [kWh/m2.a] in hlajenje Qcool,a [kWh/m2.a] ŠDB, s programom EnergyPlus za več različic prosojnosti sestave konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) Preglednica 3.2.3.3: Vhodni podatki in rezultat izračuna indeksov toplotnega ugodja 112 PMV [-] in PPD [%] v skladu s standardom SIST EN ISO 7730:2006 z uporabo programa PMV Tool ter določitev kategorije stavbe po indeksih PMV in PPD, izračunanih v skladu s standardom SIST EN 15251:2007 Preglednica 3.2.3.4: Delež časa v letu, ko je temperatura zraka v stavbi Ta,i [°C] nad, 113 v in pod območjem nastavitev termostata, ko ogrevanje oziroma hlajenje ni potrebno Preglednica 3.2.3.5: Gostota prepuščenega (qTTsol), odbitega (qTRBsol in qTRWsol) in 116 absorbiranega (qAsol) sevalnega toka sonca [W/m2] na celotnem sončnem spektru (od 300 nm do 2500 nm), na valovnem območju ultravijoličnega sevanja (UV), na valovnem območju vidne svetlobe (VIS) in valovnem območju kratkovalovnega infrardečega sevanja (NIR) za vzorce dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Preglednica 3.2.3.6: Razpoložljiva sončna energija [kWh/m2.mo] po mesecih 117 izračunana iz osončenosti horizontalne zunanje površine upoštevajoč letne vremenske podatke za Ljubljano [162] (Qsol,mo) ter s totalno prepustnostjo za sončni spekter med 300 in 2500 nm (TTsol) konstrukcijskih sklopov PES(1)2009z/PES(2)2009z (Q a b sg,mo ), ETFE/ETFE (Qsg,mo ) in XVI Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Q c sg,mo ) utežene vrednosti Preglednica 3.1.1.A.1: Spektralne optične lastnosti primera notranje membrane z B1 dodano aerogelno odejo PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE na valovnem območju od 300 nm do 2500 nm: TTsol() [%] (A), TRBsol() [%] (B) in TRWsol() [%] (C) Preglednica 3.1.2.A.1: Dnevnik meritev v obdobju od 17. 7. 2013 do 13. 8. 2017 C1 Preglednica 3.1.3.B.1: Podatki o položaju sonca (smerni [] in višinski kot []) med D3 izvedbo eksperimentalnega dela na Brezovici dne 29. 10. 2015 Preglednica 3.2.1.A.1: Toplotni upor Rsi in Rse [m2.K/W] notranje in zunanje mejne F1 zračne plasti za primere vhodnih podatkov od a do d iz preglednice 3.2.1.1 Preglednica 3.2.1.B.1: Prehod toplote Λ [W/m2.K] med zunanjo in notranjo površino F2 sklopa Preglednica 3.2.2.A.1: Dimenzije geometrijskega modela ŠDB G1 Preglednica 3.2.2.C.1: Osvetljenost zunanje horizontalne površine za tri G3 eksperimentalne čase: 12:10:00, 12:45:30 in 13:24:00 na dan 29. 10. 2015, ko je bila izmerjena globalna osončenost Io,glob [W/m2] Preglednica 3.2.2.D.1: Vhodni podatki o direktni normalni (Io,dir,n) in difuzni (Io,dif) G4 osončenosti [W/m2] zunanje horizontalne površine za simulacijo prvega seta (set 1) eksperimentalnih meritev s programom DAYSIM Preglednica 3.2.2.D.2: Vhodni podatki o direktni normalni (Io,dir,n) in difuzni (Io,dif) G5 osončenosti [W/m2] zunanje horizontalne površine za simulacijo drugega seta (set 2) eksperimentalnih meritev s programom DAYSIM Preglednica 4.A.1: Podatki o zračno podprti stavbi v Novem mestu in porabi H1 energenta [m3] za njeno ogrevanje Preglednica 4.A.2: Podatki o energiji potrebni za ogrevanje Športne dvorane H1 Brezovica upoštevajoč temperaturo zraka in čas obratovanja dvorane v Novem mestu Qheat, NM [kWh/m3.a] Preglednica 4.B.1: Ocena povratne dobe [leto] stroška aerogelne H2 toplotnoizolacijske odeje v odvisnosti od njegove cene [EUR/m2] in cene energenta [EUR/kWh] uporabljenega za ogrevanje študijskega primera zračno podprte stavbe na podlagi z EnergyPlus programom izračunanega prihranka energije [kWh/m2.a] za ogrevanje Športne dvorane Brezovica Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XVII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. LIST OF TABLES Table 1.1: Overview of uncoated or coated fabrics and foils for use in 3 building envelopes Table 2.1.1.1: Overview of materials acquired from the existing air- 10 supported double membrane envelope constructional complex of the sports hall Brezovica Table 2.1.2.1: Overview of materials included in the new proposed air- 12 supported double membrane envelope constructional complex of the sports hall Brezovica Table 2.1.2.2: Proposal of the insulation constructional complex 13 PEfabric/aerogel/PEfabric Table 2.1.2.3: Overview of the studied sports hall Brezovica double 14 membrane envelope constructional complex versions Table 2.2.1.1: List of instruments used in the research of optical properties of 16 the fabrics, foils, aerogel blanket and surfaces inside the air- supported structure at Brezovica Table 2.2.2.1: List of instruments used for measuring Ta,k [C] and speed of 23 air vk [m/s] in the air gap between the envelope membranes of the air-supported structure at Brezovica Table 2.2.3.1: List of instruments used for daylighting measurements of the 25 Brezovica air-supported dome Table 2.2.4.1: List of instruments used for measuring climatic parameters 27 inside and outside the air-supported dome at Brezovica Table 2.3.2.1: Inclination of the segments in the cylindrical part of the 35 Brezovica air-supported dome geometrical model Table 2.3.3.1: Difference between the EnergyPlus simulated temperature 38 (calibrated model) and the measured temperature at positions T1, T2, Tcav, T3, T4 [C] Table 3.1.1.1: Total transmittance (TTvis, [%]), diffuse transmittance (DTvis, 41 [%]), haze (H, [%]) and total reflectance (TRvis, [%]) of various fabrics, foils, aerogel blanket and their composites of visible spectral range between 380 nm and 780 nm Table 3.1.1.2: Total hemispherical-hemispherical transmittance TTvis,h-h [%] 48 of uninsulated and insulated version of ETFE/ETFE constructional complex and its individual layers of visible spectral range between 380 nm and 780 nm Table 3.1.1.3: Optical properties of composites composed of fabrics, foils 54 and aerogel insulation blanket on solar spectrum between 300 nm to 2500 nm: Total (hemispherical) transmittance [%] whole TTsol, UV (TTsol,UV), VIS (TTsol,VIS) and NIR (TTsol,NIR) spectral range; total reflectance on black (TRBsol) in white (TRWsol) background and total absorptance Asol [%] from A() = 1-(R()+T()) in total, UV, VIS and NIR spectral ranges Table 3.1.1.4: Emissivity eT [-] of samples at different temperatures of their 56 surface and two spectral ranges (8 to 14 μm and 2,5 to 16 m) XVIII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. on the basis of measured spectral reflectance of IR radiation on gold background Table 3.1.1.5: Colorimetric data of floor colours in the air-supported dome at 58 Brezovica Table 3.1.2.1: Position and orientation of thermal anemometer probe during 60 different periods of the air velocity v(t) [m/s] and corresponding air temperature Ta,k(t) [C] measurements Table 3.1.2.2: Extreme and average values of air velocity vh [m/s], its 61 corresponding temperature Ta,k,h [C] and time of thermal anemometer position and orientation cases a to d (Table 3.1.2.1) Table 3.1.3.1: Estimation of the light meter reading comparability of the two 70 Voltcraft instruments (Figure 3.1.3.6) used for experimental work on 29th October 2015 Table 3.2.1.1: Input data cases for the calculation of radiation (hr) in 75 convection (hc) heat transfer coefficient [W/m2.K]: corresponding time of day [h], air velocity in the channel (v [m/s]), temperatures of air channel sides right next to the surfaces (Ts,k,i in Ts,k,o [C or K]), difference between the air and channel sides temperature (ΔTa-s [K]) and average absolute air temperature in the channel (Tm [K]) Table 3.2.1.2: Data about the envelope air channel: hydraulic diameter Dhyd 75 [m], average thickness of the air channel between the membranes dpovp [m] (Figure 2.3.2.1 B) and the ratio between the channel segment height and the average channel thickness (dpovp) Agv,i [-] Table 3.2.1.3: Data about the air properties and its flow in the channel of the 76 double membrane envelope for the sets of input data from a to d given in Table 3.2.1.1 Table 3.2.1.4: The calculated absorptance of solar radiation (see chapter 81 2.2.1) in the spectral range between 300 nm and 2500 nm [-] of outer (Ae1) (PES(1)2009z and ETFE) and inner (Ae2) (PES(2)2009z, ETFE and PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane of the studied constructional complexes of double membrane envelope Table 3.2.2.1: Reflectance (Rvis [%]) and RGB (red/green/blue) values [-] for 83 external surfaces of surrounding buildings (Figure 3.2.2.1), external ground albedo, floor surfaces and surfaces of spectator stand inside the studied dome (Figure 3.2.2.2) Table 3.2.2.2: Optical data used input for running DAYSIM calculations 84 using the option for semispecular translucent material (TRANS [142]) Table 3.2.2.3: Percentages [%] of different surfaces in the interior of the air- 97 supported dome at Brezovica Table 3.2.2.4: Result of global irradiance Io,glob [W/m2] measurements on 29th 101 Oct. 2015 before, in-between and after set 1 and 2 of experimental measurements Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XIX Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Table 3.2.2.5: Analysis cases of the influence of the global irradiance Io,glob 102 [W/m2] and the proportion of normal direct component n [-] on the daylight factor KDSrač [%] values. The diffuse (Io,dif [W/m2]) and direct normal (Io,dir,n [W/m2]) component of Io,glob [W/m2] were used as input for the DAYSIM daylight factor KDSrač calculations Table 3.2.2.6: Absolute difference between maximal and minimal value of 104 daylight factor KDSrač (ΔKDSrač [%]) at grid points representing the measuring sites measuring points 1a, 9a, 5c, 1e and 9e in dependence of sun's position in sky vault (between 12.15 and 13.22) and the percentage of direct normal component of global solar radiation Io,dir,n [W/m2] (Table 3.2.2.5) Table 3.2.2.7: Experimental values of solar radiation luminous efficacy K 105 [lm/W] on 29th Oct. 2015 determined from the measured values of global illuminance Eo,exp,glob [lx] and solar irradiance of external horizontal surface Io,exp,glob [W/m2] Table 3.2.2.8: Average absolute deviation AAD [%] (chapter 2.2.3) between 107 the experimental KDS [%] values and the DAYSIM simulated KDS values for set 1 and 2 of experimental measurements Table 3.2.3.1: The estimated temperature of soil underneath the air- 108 supported dome at Brezovica T tla [C], based on average monthly temperature of soil (100 cm below surface) [165] and the average monthly outdoor air temperature Ta,o [°C] in Ljubljana [162] Table 3.2.3.2: EnergyPlus calculation of yearly energy use for heating Qheat,a 110 [kWh/m2.a] and cooling Qcool,a [kWh/m2.a] of the air- supported dome at Brezovica for different cases of transparent and translucent composition of the double membrane envelope constructional complex (PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) Table 3.2.3.3: Input data and result of PMV [-] and PPD [%] thermal 112 comfort indices in accordance with international standard SIST EN ISO 7730:2006 by using computer program PMV and determination of building category considering the calculated PMV and PPD according to European standard SIST EN 15251:2007 Table 3.2.3.4: Percentage of time in a year, when the indoor air temperature 113 Ta,i [°C] is above, in and under the range of thermostat settings, when heating or cooling is not required Table 3.2.3.5: Radiative flux density [W/m2] of solar radiation transmitted 116 (qTTsol), reflected (qTRBsol and qTRWsol) or absorbed (qAsol) by the double membrane envelope samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE in full solar spectrum (from 300 nm to 2500 nm), in the ranges of ultraviolet (UV), visible (VIS) and infrared (NIR) radiation XX Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Table 3.2.3.6: The available solar energy [kWh/m2.mo] by months calculated 117 from outdoor horizontal surface irradiance considering the yearly weather data for Ljubljana [162] (Qsol,mo) and its values weighted by the total solar transmittance (TTsol) of the double membrane envelope constructional complex variants PES(1)2009z/PES(2)2009z (Q a b sg,mo ), ETFE/ETFE (Qsg,mo ) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Q c sg,mo ) Table 3.1.1.A.1: Solar optical properties of the inner membrane insulated by B1 aerogel blanket PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE in the spectral range between 300 nm and 2500 nm: TTsol [%], TRBsol [%], TRWsol [%] and Asol [%] from A() = 1-(R() +T()) Table 3.1.2.A.1: Diary of measurements between 17th July 2013 and 13th C1 August 2013 Table 3.1.3.B.1: Sun's position (azimuth [] and altitude []) during the D3 execution of the experimental work at Brezovica on 29th October 2015 Table 3.2.1.A.1: Thermal resistance of internal and external boundary layer F1 thermal resistance Rsi and Rse [m2.K/W] for analysed cases given in Table 3.2.1.1 Table 3.2.1.B.1: Heat transfer Λ [W/m2.K] between internal and external F2 constructional complex surface Table 3.2.2.A.1: The dimensions of the Brezovica air-supported dome G1 geometry model Table 3.2.2.C.1: Outdoor horizontal surface illuminance at times when global G3 solar irradiance Io,glob [W/m2] was measured on 29th Oct. 2015, at 12:10:00, 12:45:30 and 13:24:00 Table 3.2.2.D.1: Solar irradiance [W/m2] input data (direct normal (Io,dir,n) and G4 diffuse horizontal (Io,dif) irradiance) for the DAYSIM simulation of the first set (set 1) of experimental measurements Table 3.2.2.D.2: Solar irradiance [W/m2] input data (direct normal (Io,dir,n) and G5 diffuse horizontal (Io,dif) irradiance) for the DAYSIM simulation of the second set (set 2) of experimental measurements Table 4.A.1: Data about the air-supported dome in Novo mesto and use of H1 natural gas [m3] for its heating Table 4.A.2: Energy use for heating of the air-supported dome in Brezovica H1 considering the air temperature and running period of the air- supported dome in Novo mesto Qheat, NM [kWh/m3.a] Table 4.B.1: Estimation of thermal insulation material payback period H2 [years] in dependence on its price [EUR/m2] and the price of heating agent [EUR/kWh] on basis of calculated heating energy savings [kWh/m2.a] using EnergyPlus software Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXI Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. KAZALO SLIK Slika 1.1: Pnevmatske konstrukcije: zračno podprte (A) in napihnjene z zrakom: 2 nadtlak znotraj konstrukcijskega elementa (B) in podtlak znotraj konstrukcijskega elementa (C) Slika 1.2: Shema strukture vsebine disertacije 8 Slika 2.1.1.1: Pogled iz zraka na ŠDB (A), ortografski posnetek njene bližnje (B) in 9 neposredne (C) okolice. (B) in (C) povzeto po [64] Slika 2.1.1.2: Prečni prerez cevastega segmenta dvojnega membranskega ovoja 11 ŠDB Slika 2.1.2.1: Funkcionalna analiza obstoječega (A) in novega predlaganega (B) 13 konstrukcijskega sklopa (glej preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1 in seznam kratic) Slika 2.2.1.1: Spektralna porazdelitev gostote sevalnega toka črnega telesa pri 15 temperaturi površine 5773 K (krivulja a, leva ordinata) in 293 K (krivulja b, desna ordinata) v valovnem območju od 0,2 μm in do 25 μm Slika 2.2.1.2: Shema strukture raziskave optičnih lastnosti vzorcev posameznih 15 materialov in sklopa dvojnega membranskega ovoja in tal ŠDB Slika 2.2.1.3: Orientacija vzorcev (preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1) glede na vpadni 17 snop svetlobe med meritvami optičnih lastnosti membran (na sliki sta prikazana vzorca obstoječega konstrukcijskega sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 (A) in predloga novega konstrukcijskega sklopa, izoliranega z aerogelno odejo ETFE/PEfabric/SL/PEfabric/ETFE (B)). Povzeto po [82] Slika 2.2.1.4: Shematski prikaz meritev optičnih lastnosti s spektrometrom Perkin 18 Elmer Lambda 950: meritve prepustnosti (A) in meritve odbojnosti (B) Slika 2.2.1.5: Shematski prikaz terenskih meritev prepustnosti za vidno svetlobo 20 TTvis,h-h [%] s spektrometrom StellarNet Black Comet Slika 2.2.1.6: Shematski prikaz terenskih meritev odbojnostnega faktorja tal za 22 vidno svetlobo Rvis,dif() [%] s spektrometrom StellarNet Black Comet Slika 2.2.2.1: Prikaz mesta meritev temperature Ta,k [C] in hitrosti zraka vk [m/s] v 23 zračnem kanalu v dvorani (puščica) (A) in na prečnem prerezu zračnega kanala (križec) (B) Slika 2.2.2.2: Prikaz vpliva orientacije sonde anemometra na odčitek hitrosti zraka 23 [m/s] glede na smer zračnega toka (v smeri označbe 100 % vrednost, v nasprotni smeri 70 % vrednosti) Slika 2.2.3.1: Tloris Športne dvorane Brezovica in potek meritev 25 Slika 2.2.4.1: Prikaz pozicije notranje in zunanje enote vremenske postaje Conrad 28 [115]: tloris (A), prerez A-A (B) Slika 2.3.1.1: Shematski prikaz toplotnega vezja za obstoječo različico 29 konstrukcijskega sklopa ovoja ŠDB (PES(1)2009z/PES(2)2009z) (A) in za predlagano novo različico z uvedeno aerogelno odejo Spaceloft® (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) (B) Slika 2.3.1.2: Shematski prikaz modela prenosa toplote med stranicama zračnega 31 kanala (notranjo in zunanjo površino) in zrakom v njem z uporovno mrežo v kateri je upor R1 (pripadajoč prenosu toplote z radiacijo brez XXII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. sodelujočega vmesnega medija) vzporedno vezan z zaporedno vezavo uporov, pripadajočih konvekciji ob dveh stranicah Slika 2.3.2.1: Tloris geometrijskega modela ŠDB (A), prerez A-A (B) in prerez B- 34 B (C). Na slikah (B) in (C) je prikazana tudi segmentacija lokov s pripadajočimi indeksi posameznih linearnih segmentov Slika 2.3.2.2: Ponazoritev izbora tipa metode generacije žarkov pri njihovem 36 vzvratnem sledenju s programom Radiance, brez upoštevanja (A) in ob upoštevanju (B) predpostavk o optičnih lastnostih primerov dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) Slika 2.3.3.1: Geometrijski model ŠDB za izračun njenega toplotnega odziva in 39 energije, potrebne za njeno ogrevanje in hlajenje, s programom EnergyPlus. Tloris geometrijskega modela z označenimi dimenzijami in mesti zvarov med segmenti ovoja (A). 3D pogled geometrijskega modela (B) Slika 3.1.1.1: Totalna (hemisferična) spektralna prepustnost TTvis(λ) [%] (A) in 42 totalna (hemisferična) spektralna odbojnost TRvis(λ) [%] (B) vzorcev PES(1)2009 (zunanja membrana) in PES(2)2009 (notranja membrana) in njunega kompozita PES(1)2009/PES(2)2009 na spektralnem območju od 380 nm do 780 nm. Oznaki -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Slika 3.1.1.2: Totalna (hemisferična) spektralna prepustnost TT() [%] (A) in 43 totalna (hemisferična) spektralna odbojnost TR() [%] (B) vzorcev tkanine PEfabric, folije ETFE, izolacijske odeje aerogel in kompozitov ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Slika 3.1.1.3: Izračunana (hemisferična) prepustnost vidne svetlobe TTvis,calc(d) [%] 43 aerogelne odeje v odvisnosti od debeline d [mm] Slika 3.1.1.4: Difuzna (hemisferična) spektralna prepustnost DT() [%] vzorcev 45 posameznih materialov PES(1)2009z, PES(2)2009z, ETFE, PEfabric in aerogel (A) ter vzorci kompozitov PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) Slika 3.1.1.5: Izračunana totalna prepustnost TTvis [%] vzorcev dvojnega elementa z 46 vzporednima stranicama: PES(1)2009z (a), PES(2)2009z (b), PES(1)2009z/PES(2)2009z (c), ETFE (d), ETFE/ETFE (c), PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (priloga 3.1.1.A) (f) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (g) v skladu z (2) (poglavje 2.2.1) Slika 3.1.1.6: Na terenu izmerjena totalna hemisferična-hemisferična spektralna 47 prepustnost TTvis,h-h() [%] nove izolirane različice dvojnega membranskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, izolacijskega kompozita PEfabric/ETFE/PEfabric in posameznih materialov (PEfabric, ETFE, aerogel) za vidno svetlobo na območju spektra vidne svetlobe od 380 nm do 780 nm Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXIII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.1.7: Relativne spektralne porazdelitve sevalnega toka D(λ) [%] CIE 48 standardnega svetila A, svetila D65 in neba v času meritev svetlobnih lastnosti dne 25. 11. 2015, normalizirane pri valovni dolžini 555 nm Slika 3.1.1.8: Totalna hemisferična spektralna prepustnost. TTsol() [%] vzorcev 50 PES(1)2009z (a), PES(1)2009n (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e), PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) in očiščenega vzorca PES(1)2009z (g) na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Slika 3.1.1.9: Totalna hemisferična spektralna odbojnost [%] za vzorce 51 PES(1)2009z (a), PES(1)2009n (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e) in PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) na črni TRBsol() (A) in beli TRWsol() (B) podlagi na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Slika 3.1.1.10: Totalna hemisferična spektralna prepustnost TTsol() [%] vzorcev 52 ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/ PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Slika 3.1.1.11: Totalna hemisferična spektralna odbojnost [%] vzorcev ETFE (a), 53 ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) na črni TRBsol() (A) in beli TRWsol() (B) podlagi na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Slika 3.1.1.12: Spektralno povprečne vrednosti optičnih lastnosti (totalna prepustnost 55 [%] (A), totalna odbojnost [%] na črni podlagi (B), totalna odbojnost [%] na beli podlagi (C), absorptivnost [%] (D) vzorcev PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) ETFE/ETFE (krivulja b), ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja c) na treh valovnih območjih sončnega spektra: ultravijoličnem (UV), vidnem (VIS) in kratkovalovnem infrardečem (NIR) Slika 3.1.1.13: Temperaturno polje [°C], posneto z IR-kamero za vzorca ETFE (A) 57 in PEfabric (B) Slika 3.1.1.14: Izmerjeni spektralni faktor odbojnosti Rvis,dif() [%] različno 58 obarvanih delov tal v ŠDB: rdeča barva (črna polna črta), svetlo modra barva (črna črtkana črta), temno modra barva (siva polna črta) Slika 3.1.2.1: Povprečne hitrosti zraka, izmerjene v zračnem kanalu v posamezni 59 uri v dnevu (vh [m/s]), polna črta, +; vh/0.7 [m/s], črtkana črta, +) (levo) in pripadajoča povprečna izmerjena temperatura (Ta,k,h [C]) (polna črta, ●) (desno) tekom dneva za različne pozicije in orientacije sonde instrumenta (preglednica 3.1.2.1): ob zunanji stranici navzgor (A) in navzdol (B); ob notranji stranici navzdol (C) in navzgor (D) XXIV Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.2.2: Diagram sončne poti za dan 01. 08. 2013, s prikazano orientacijo 61 glavne osi ŠDB (črtkana rdeča črta) in poudarjenima pozicijama sonca ob 7. in 15. uri po lokalnem času (rumeni zvezdici). Slika je povzeta po [157] Slika 3.1.2.3: Povprečni urni profil hitrosti zraka na sredini kanala v povp h,mid [m/s] 62 (polna črta, +) (A), povprečna urna profila temperature zraka ob notranji T povp povp a,k,h,i [C] (črtkana črta, ●) in zunanji Ta,k,h,o [C] (polna črta, ●) stranici (B) zračnega kanala za celotno obdobje meritev. Na (C) je prikazana razlika med urnima profiloma temperature ob zunanji in notranji stranici zračnega kanala ΔT povp a,k,h,povp [C] Slika 3.1.3.1: Izvedba meritev osvetljenosti Ei,exp,glob (Ni) [lx] za 45 merilnih mest 64 (Ni = od 1 do 45) na igrišču v ŠDB s pripadajočimi izoluksami, izraženimi z vrednostmi KDS [%] (KDS(Ni)) med setom 1 (A) in setom 2 (B), z alternativno predstavitvijo na sliki (C) ( set1, ○; set2, *; standardna deviacija, navpične črte). Na sliki (A) in (B) tribuna in koridorji ob igrišču niso prikazani Slika 3.1.3.2: Variacija difuzne osvetljenosti zunanje površine (Eo,calc,dif(Ni) [lx]) (●, 65 krivulji a in c) v času meritev osvetljenosti v stavbi (Ei,exp,glob(Ni) [lx]) (×, krivulji b in d) za merilna mesta (Ni = od 1 do 45) na tleh igrišča v ŠDB dne 29. 10. 2015 za set 1 (A) in set 2 (B). Za korelacijo merilnih mest in časa glej sliki 3.1.3.1 A in B Slika 3.1.3.3: Meritve osvetljenosti zunaj ŠDB: globalna osvetljenost Eo,exp,glob [lx] 66 (izvorni vidni kot instrumenta) (krivulja a) in difuzna osvetljenost Eo,calc,dif [lx], izračunana iz Eo,exp,tube [lx] (zmanjšani vidni kot instrumenta na 28°) (●, krivulja b) Slika 3.1.3.4: Osvetljenost zunanje nezasenčene horizontalne površine za set 68 meritev 1 med 8.57 in 9.02 (A) in set meritev 2 med 9.10 in 9.15 (B) dne 5. 5. 2017: globalna osvetljenost, izmerjena z ročnim merilnikom osvetljenosti (Eo,exp,glob [lx], ○); globalna osvetljenost, izračunana iz izmerjenih spektralnih radiometričnih podatkov (Eo,calc,glob,spectro [lx], ); difuzna hemisferična osvetljenost (Eo,calc,dif [lx], ●) izračunana iz podatkov o količini vpadne svetlobe iz izseka neba v smeri zenita in vidnim kotom 28 (Eo,exp,tube). Interpolirane vrednosti Eo,calc,glob,spectro za čase, pripadajoče Eo,calc,dif (črna polna črta) Slika 3.1.3.5: Osončenost zunanje horizontalne površine [W/m2] v času 69 eksperimenta dne 5. 5. 2017: globalna osončenost (Io,exp,glob, ○); difuzna osončenost (Io,exp,dif, ●) Slika 3.1.3.6: Merilnika osvetljenosti, uporabljena za eksperimentalno delo na 70 Brezovici dne 29. 10. 2015. Prikaz zaščite instrumenta za meritve zunaj stavbe na Brezovici Eo,exp,tube (posnetek je bil narejen ob 13.36 uri) (A). Primerjava vrednosti inštrumentov opravljena istega dne po opravljenem setu 2 meritev osvetljenosti (posnetek je bil narejen ob 13.41 uri) (B) Slika 3.1.4.1: Temperatura zraka, izmerjena znotraj Ta,i [C] in zunaj Ta,o [C] ŠDB 71 za primere od a do d iz preglednice 3.1.2.1: obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013 (A), obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXV Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. (B), obdobje c 6. 8. 2013 (C), obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013 (D). Prikazana je tudi linearna interpolacija med vrednostmi temperature zraka ob polnih urah (črtkana črta) Slika 3.1.4.2: Povprečne temperature zraka, izmerjene znotraj T povp a,i [C] in zunaj 72 T povp a,o [C] ŠDB (A) v obdobjih, definiranih v preglednici 3.1.2.1 (obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013, obdobje c 6. 8. 2013, obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013), ter njuna razlika (B) Slika 3.1.4.3: Povprečna temperatura zraka Ta,h [C] ob izbranih urah dneva na 73 štirih merilnih mestih: v stavbi Ta,h,i (krivulja a), ob notranji stranici zračnega kanala Ta,k,h,i (krivulja b), ob zunanji stranici zračnega kanala Ta,k,h,o (krivulja c) ter zunaj stavbe Ta,h,o (krivulja d) Slika 3.1.4.4: Povprečne hitrosti vetra vw [m/s], izmerjene na zunanji strani ob ŠDB 73 v obdobjih prikazanih v preglednici 3.1.2.1 (obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013, obdobje c 6. 8. 2013, obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013) Slika 3.2.1.1: Izračunani koeficienti prenosa toplote z radiacijo hr,i(i) [W/m2.K] in 78 konvekcijo hc,i(i) [W/m2.K] v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa i []: hr,i(i) za primera PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE (A), hr,i(i) za primer ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) in hc,i(i) za vse tri primere sklopa PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C). Različne krivulje na (A),(B) in (C) ponazarjajo različne primere vhodnih podatkov za izračun koeficientov (primeri od a do e v preglednici 3.2.1.1) Slika 3.2.1.2: Toplotni upor Ri(i) [m2.K/W], izračunan za različice 79 konstrukcijskega sklopa dvojnega ovoja ŠDB PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (A) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa i [] za različne sete eksperimentalno pridobljenih vhodnih podatkov (od a do e, preglednica 3.2.1.1). Krivulja f ponazarja hipotetični primer brez upoštevanja konvekcijskega prenosa toplote (hc,i(i)) Slika 3.2.1.3: Izračunana totalna prepustnost za sončno energijo (g [-]) za 81 obravnavane različice konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB: PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (B) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C) Slika 3.2.2.1: Shematski prikaz ŠDB z njeno neposredno okolico: glavna stavba OŠ 83 Brezovica (A), individualna hiša z drevesi (B) in mesto meritev osvetljenosti zunaj stavbe (C). Barve zunanjih površin sosednjih stavb so prikazane s pripadajočo kodo RAL lestvice barv (preglednica 3.2.2.1). Smer sever je označena s črko N Slika 3.2.2.2: Razporeditev barv tal in tribune v notranjosti ŠDB 84 Slika 3.2.2.3: Tloris geometrijskega modela obravnavane ŠDB, namenjen za 85 izračune njene dnevne osvetljenosti Slika 3.2.2.4: Zgoščena mreža z razdaljo med opazovanimi točkami 0.5 m x 0.5 m 86 in rezultat izračuna KDSrač [%] s programom DAYSIM za dva XXVI Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. primera obarvanosti tal: črna (Rd = 0 %) bela (Rd = 100 %) šahovnica (A, C) in bela oziroma popolnoma odbojna tla (Rd = 100%) (B, D) Slika 3.2.2.5: Segmenti (A) raziskane ŠDB, uporabljeni za izračun vrednosti KDS. 87 B: seštevek DC-jev, izračunanih za pozicijo 5c (♦, krivulja a) in DC (○, označen s puščico) za isto pozicijo, 5c, izračunan za celoten cilindrični del, prosojen. C: primerjava DC-jev za vseh 45 pozicij, izračunanih s postopnim izračunom cilindrov (♦, krivulja b) z DC-ji, izračunanimi za celotni cilindrični del, prosojen (○, krivulja a) Slika 3.2.2.6: Pogled v geometrijski model dvorane (A); prikaz segmentov neba 88 [148] (B); s programom DAYSIM izračunani DC-ji za vseh 45 opazovanih pozicij v primeru, da sta skrajna dela ovoja ŠDB zatemnjena, cilindrični del pa prosojen (♦, krivulja a), ter primer, da je celoten ovoj ŠDB prosojen (♦, krivulja b) (C). Optične lastnosti prosojnega dela ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z) so navedene v preglednici 3.2.2.2 Slika 3.2.2.7: DC-ji [-], izračunani za vseh 45 opazovanih pozicij za primere, ko sta 90 skrajna dela ovoja ŠDB zatemnjena, velikost prosojnega dela ovoja pa narašča: 6 segmentov (krivulja a), 12 segmentov (krivulja b) in 18 segmentov (krivulja c) cilindričnega dela stavbe. Optične lastnosti prosojnega dela ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z) so navedene v preglednici 3.2.2.2 Slika 3.2.2.8: DC-ji [-], izračunani za vseh 45 opazovanih pozicij za primere, ko je 91 celotna konstrukcija prosojna, velikost prozornega (ETFE/ETFE) dela ovoja pa narašča: 6 segmentov (krivulja a), 12 segmentov (krivulja b) in 18 segmentov (krivulja c) cilindričnega dela stavbe. Optične lastnosti prosojnega (PES(1)2009z/PES(2)2009z) in prozornega (ETFE/ETFE) dela ovoja so navedene v preglednici 3.2.2.2 Slika 3.2.2.9: Vpliv števila segmentov na vrednosti KDSrač [%] pri aproksimaciji 93 dvojno ukrivljenega ovoja z odsekoma ravnimi elementi: bela tla (A), črna tla (B), vzorec dejanskih tal (pozicija 5c (krivulja a), pozicija 1e (krivulja b)) (C) Slika 3.2.2.10: Izračunane vrednosti KDSrač [%] (CIE standardno oblačno nebo) za 95 ŠDB a tlemi, obarvanimi belo (□, krivulja a), kot dejansko v obstoječi stavbi (svetlo modro/rdeče/temno modro) (♦, krivulja b) in črno (■, krivulja c) ter KDSrač za večslojno membrano z aerogelno izolacijo ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (◊, krivulja d) Slika 3.2.2.11: Vrednosti KDSrač [%], izračunane za različne črno-bele vzorce barve 96 tal v ŠDB: predominantno beli (A) in predominantno črni (B) Slika 3.2.2.12: Delež ur [%], ko je na voljo dnevna svetloba in je osvetljenost tal 99 dvorane 300 (krivulja a), 500 (krivulja b) oziroma 700 (krivulja c) lx ali več, v odvisnosti od količnika dnevne svetlobe (minimum, povprečje, maksimum) za obstoječo varianto konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z (prvi set (set 1) eksperimentalnih meritev, ; drugi set (set 2) eksperimentalnih meritev, ) ter novo različico konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE () Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXVII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.2.2.13: Količnik dnevne svetlobe KDS [%], izračunan iz meritev Ei,exp,glob 100 (merilnik 1 na sliki 3.1.3.8 B) in Eo,exp,tube (merilnik 2 na sliki 3.1.3.8 B) med setom meritev 1 (A) in 2 (B) dne 29. 10. 2015 (krivulja a), KDS z dodano razliko v vrednosti v primerjavi z merilnikom 1 (merilnik 2 v povprečju preceni vrednosti za 14,7 %, preglednica 3.1.3.1) (krivulja b), KDSrač, izračunan s programom DAYSIM (CIE standardno oblačno nebo) (krivulja c) Slika 3.2.2.14: Spreminjanje izračunanega faktorja dnevne osvetljenosti KDSrač [%] 102 v odvisnosti od lokacije merilnega mesta in položaja sonca na nebesnem svodu za vseh 45 merilnih mest v času eksperimenta dne 29. 10. 2015 med 12.15 in 13.22 v časovnem koraku 1 min in pri konstantni osončenosti nezasenčene horizontalne površine (Io,glob = Io,dif = 35 W/m2) Slika 3.2.2.15: Količnik dnevne svetlobe KDS [%] v odvisnosti od časa v vogalnih 103 točkah in središču igrišča za različna razmerja direktne normalne in difuzne horizontalne osončenosti, navedene v preglednici 3.2.2.5. Količnik dnevne svetlobe, izračunan kot razmerje med E DAYSIM i,calc,glob in E DAYSIM o,calc,dif Slika 3.2.2.16: S programom DAYSIM simulirani količnik dnevne svetlobe KDSsim 106 [%], pripadajoč eksperimentalnim merilnim mestom dne 29. 10. 2015 v času med 12.15 in 12.45 (set 1) (A) ter med 12.56 in 13.22 (set 2) (B) za različne primere deleža direktne komponente (n = Io,dir,n/Io,dif): 0 % (krivulja a), 4 % (krivulja b), 7 % (krivulja c), 10 % (krivulja d). Krivulja e pomeni izračun za CIE standardno oblačno nebo (tudi slika 3.2.2.8), krivulja f pa eksperimentalno določen KDS Slika 3.2.3.1: Primerjava rezultata simulacije (Ta,i,sim [C], krivulja a) in 109 eksperimentalne meritve (18. 7. 2013 do 6. 8. 2013) (Ta,i [C], krivulja b) temperature zraka v ŠDB Slika 3.2.3.2: Januarsko mesečno povprečje temperature notranjega zraka Ta,i 111 tekom dneva v ŠDB za primer konstrukcijskega sklopa obstoječega dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) in nove različice ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja b) Slika 3.2.3.3: Januarsko mesečno povprečje srednje radiacijske temperature površin 112 v ŠDB (MRT [°C]) tekom dneva za primer konstrukcijskega sklopa obstoječega dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) in nove različice ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja b) Slika 3.2.3.4: Sončni spekter Φe,ISO9845 [W/m2.μm], utežen s totalno spektralno 115 prepustnostjo TTsol() [-] za vzorce PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE Slika 3.2.3.5: Sončni spekter Φe,ISO9845 [W/m2.μm], utežen s totalno spektralno 115 odbojnostjo na črni podlagi TRBsol() [-] za vzorce PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Slika 3.2.3.6: Mesečna količina sončnega sevanja na zunanji horizontalni površini 118 Qsol,mo [kWh/m2.mo] in mesečna energija, potrebna za ogrevanje ŠDB Qheat,mo [kWh/m2.mo], izračunana s programom EnergyPlus za obravnavane različice konstrukcijskega sklopa njenega dvojnega XXVIII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Slika 2.2.4.A.1: Prikaz razlike v izmerjeni vrednosti temperature s termometroma na A1 notranji (krivulja a) in zunanji (krivulja b) enoti vremenske postaje Slika 3.1.1.A.1: Spektralne optične lastnosti primera notranje membrane z dodano B1 aerogelno odejo PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE na valovnem območju od 300 nm do 2500 nm: TTsol() [%] (A), TRBsol() [%] (B) in TRWsol() [%] (C) Slika 3.1.1.B.1: Totalna spektralna odbojnost TRIR(λ) [%] dolgovalovnega B2 infrardečega sevanja na spektralnem območju med 2.5 in 16 m vzorcev ETFE, PEfabric, aerogel in PES(1) Slika 3.1.2.B.1 Prikaz spremembe temperature zraka v zračnem kanalu med C2 membranama ob spremembi pozicije merilne sonde instrumenta od zunanje k notranji stranici zračnega kanala dne 26. 7. 2013 Slika 3.1.3.A.1: Eksperimentalne vrednosti osvetljenosti horizontalne površine, D1 osvetljene z izsekom neba v smeri zenita in vidnim kotom 28 Eo,exp,tube izmerjene v setu meritev 1 () v času od 12.15 do 12.45, in seta meritev 2 (▲) med 12.56 in 13.22 na Brezovici dne 29. 10. 2015 Slika 3.1.3.B.1: Prikaz položaja sonca glede na orientiranost ŠDB (zem. š.: 46,01 S; D2 zem. d.: 14,41 V) (A) ter diagram sončne poti (B) na dan 29. 10. 2015 ob časih meritev globalne osončenosti Iglob [W/m2]: pred začetkom meritev osvetljenosti (ob 12.10 uri), med setoma 1 in 2 (ob 12.45 uri) in po končanih meritvah osvetljenosti (ob 13.23 uri). Povzeto po [163] Slika 3.1.4.A.1: Vrednosti temperature zraka, izmerjene zunaj ŠDB Ta,o(t) [C] E1 (krivulja a), v ŠDB Ta,i(t) [C] (krivulja b) in ob zunanji stranici zračnega kanala Ta,k,o(t) [C] (krivulja c), hitrosti zraka v zračnem kanalu v [m/s] (krivulja d) in hitrost vetra vw [m/s*10-1] (krivulja e) (18. 7. 2013) Slika 3.2.2.B.1: Količnik dnevne svetlobe v odvisnosti od časa, v vogalnih točkah in G2 središču igrišča za različna razmerja direktne normalne in difuzne horizontalne osončenosti, navedene v preglednici 3.2.2.5. Količnik dnevne svetlobe, izračunan kot razmerje med E DAYSIM i,calc,glob in E DAYSIM o,calc,glob Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXIX Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. LIST OF FIGURES Figure 1.1: Pneumatic structures: insuflated (A), inflted with air (B) and aspired 2 structures (C) Figure 1.2: The schematic representation of the dissertation content structure 8 Figure 2.1.1.1: Arial view of the air-supported sports hall Brezovica (A), 9 orthographic shot of its immediate (B) and broader surroundings. (B) and (C) after [64] Figure 2.1.1.2: Cross section of the tubular double membrane envelope segment of 11 the air-supported dome Brezovica Figure 2.1.2.1: Functional analysis of the existing (A) and newly proposed (B) 13 constructional complex (see Tables 2.1.1.1 in 2.1.2.1 and list of abbreviations) Figure 2.2.1.1: Spectral distribution of radiation flux density of black body at 15 temperature of surface 5773 K (curve a, left ordinate) and 293 K (curve b, right ordinate) in spectral region from 0,2 μm to 25 μm Figure 2.2.1.2: Schematic representation of the individual materials', double 15 membrane envelope constructional complexes' and indoor floor's optical properties research Figure 2.2.1.3: Orientation of the samples (Tables 2.1.1.1 and 2.1.2.1) with respect 17 to the incident beam of light during the measurements of optical properties (In the Figure the existing PES(1)2009z/PES(2)2009z and the newly proposed version of the double membrane envelope ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE constructional complex are shown). After [82] Figure 2.2.1.4: Schematic representation of the optical properties' measurements 18 conducted with Perkin Elmer Lambda 950: transmittance measurements (A) and reflectance measurements (B) Figure 2.2.1.5: Schematic representation of field transmittance TTvis,h-h [%] 20 measurements conducted with portable spectrometer StellarNet Black Comet Figure 2.2.1.6: Schematic representation of field visible light reflection factor 22 Rvis,dif() [%] measurements conducted with portable spectrometer StellarNet Black Comet Figure 2.2.2.1: Location of air temperature Ta,k [C] and its velocity v [m/s] 23 measurements inside the air channel of the double membrane envelope (on building plan (A) and envelope cross section (B)) Figure 2.2.2.2: Presentation of the anemometer orientation influence on the reading 23 of air velocity [m/s] in respect to the air flow direction (flow in the direction of arrow 100 % value, in the opposite direction 70 %) Figure 2.2.3.1: Plan of the air-supported dome in Brezovica and the course of 25 measurements Figure 2.2.4.1: Location of the indoor and outdoor Conrad [115] weather station 28 unit: plan (A), cross section A-A (B) Figure 2.3.1.1: Schematic representation of the thermal circuit for the existing 29 version of the constructional complex of the Brezovica air-supported dome (PES(1)2009z/PES(2)2009z) (A), and the newly proposed XXX Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. version insulated by the aerogel blanket Spaceloft® (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) (B) Figure 2.3.1.2: Schematic representation of the heat transfer between the internal 31 and external side of the envelope air channel with the new thermal resistor network inside which the thermal resistance R1 (radiative heat transfer between surfaces) parallelly bound with the sequentially bound of thermal resistances belonging to convective heat transfer next to the channel sides Figure 2.3.2.1: Plan of the Brezovica air-supported structure geometry model (A), 34 its cross-section A-A (B) and its cross-section B-B (C). In (B) and (C) also the segmentation of arcs with corresponding indices is shown Figure 2.3.2.2: Illustration of the ray generation method choice in the raytracing 36 runs by Radiance software without (A) and with (B) consideration of assumptions about the optical properties of the double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 2.3.3.1: Geometry model of the air-supported dome at Brezovica used for 39 EnergyPlus calculations of the building's thermal response and energy use for heating and cooling. Top view of the model with dimensions and location of welds between tubular envelope segments (A). 3D view of the geometry model (B) Figure 3.1.1.1: Total (hemispherical) spectral transmittance TTvis(λ) [%] (A) and 42 total (hemispherical) spectral reflectance TRvis(λ) [%] (B) of samples PES(1)2009 (external membrane), PES(2)2009 (internal membrane) and their composite PES(1)2009/PES(2)2009 on spectral range from 380 nm to 780 nm. Labels -n and -z mark the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Figure 3.1.1.2: Total (hemispherical) spectral transmittance TT(λ) [%] (A) and total 43 (hemispherical) spectral reflectance TR(λ) [%] (B) of fabric sample PEfabric, foil ETFE, aerogel insulation blanket Spaceloft® and composites ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.1.1.3: Calculated (hemispherical) visible light transmittance TTvis,calc(d) 43 [%] of aerogel insulation blanket Spaceloft® in dependence on sample thickness d [mm] Figure 3.1.1.4: Diffuse (hemispherical) spectral transmittance DT() [%] of 45 individual material samples PES(1)2009z, PES(2)2009z, ETFE, PEfabric and aerogel (A) and samples of composites PES(1)2009z/ PES(2)2009z, ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric, ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (B) Figure 3.1.1.5: Calculated total transmittance TTvis [%] of double membrane 46 element with parallel sides: PES(1)2009z (a), PES(2)2009z (b), PES(1)2009z/PES(2)2009z (c), ETFE (d), ETFE/ETFE (e), PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Appendix 3.1.1.A) (f) in ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (g) in accordance with (2) (see chapter 2.2.1) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXXI Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Figure 3.1.1.6: Total hemispherical-hemispherical spectral transmittance TTvis,h-h() 47 [%] of the new thermally insulated version of the double membrane envelope constructional complex ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ ETFE, insulation composite PEfabric/ETFE/PEfabric and individual materials (PEfabric, ETFE, aerogel) in the spectral range from 380 nm to 780 nm Figure 3.1.1.7: Relative spectral distribution D(λ) [%] of CIE standard illuminant A, 48 illuminant D65 and natural sky radiation flux normalized at wavelength of 555 nm. The spectral distribution of sky radiation flux was recorded on 25th November 2015 Figure 3.1.1.8: Total hemispherical spectral transmittance TTsol() [%] of samples 50 PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e), PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) and cleaned sample PES(1)2009z (g) on spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Figure 3.1.1.9: Total hemispherical spectral reflectance [%] of samples 51 PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e) and PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) on black TRBsol() (A) and white TRWsol() (B) background and in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Figure 3.1.1.10: Total hemispherical spectral transmittance TTsol() [%] of samples 52 ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/ PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Figure 3.1.1.11: Total hemispherical spectral reflectance [%] of samples ETFE (a), 53 ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/PEfabric (e) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) on black TRBsol() (A) and white TRWsol() (B) background and in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Figure 3.1.1.12: Spectral average values of optical properties (total transmittance [%] 55 (A), total reflectance [%] on black background (B), total reflectance [%] on white background (C), absorptance [%] (D)) of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a), ETFE/ETFE (curve b), ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve c) in three spectral ranges of solar spectrum: ultraviolet (UV), visible (VIS) and near infrared (NIR) XXXII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Figure 3.1.1.13: Temperature field [°C] recorded with IR camera for samples ETFE 57 (A) and PEfabric (B) Figure 3.1.1.14: Measured spectral reflection factor Rvis,dif() [%] of differently 58 coloured parts of the floor inside the studied air-supported dome at Brezovica: red colour (black full line), light blue colour (black dashed line), dark blue colour (grey full line) Figure 3.1.2.1: Over period of measurements averaged values of measured air 59 velocity during each hour of the day (vh [m/s], full line, +; vh/0.7 [m/s], dashed line, +) (left) and corresponding average measured air temperature (Ta,k,h [C]) (full line, ●) (right) for different locations and orientations of the instrument's probe (Table 3.1.2.1): next external side upwards (A) and downwards (B); next inner side downwards (C) and upwards (D) Figure 3.1.2.2: Sun path diagram on 1st August 2013 with main axis of the air- 61 supported dome at Brezovica (red dashed line) added and emphasized sun's position (yellow stars) at 7 AM and 3 PM local time. After [157] Figure 3.1.2.3: Average hourly air velocity profile at the middle of air channel 62 between the membranes v povp h,mid [m/s] (full line, +) (A), average hourly air temperature profile next to inner T povp a,k,h,i [C] (dashed line, ●) and outer T povp a,k,h,o [C] (full line, ●) side (B) of the air channel for the whole period of field measurements. In (C) the difference between the hourly temperature profiles next to inner and outer side o fair channel is shown ΔT povp a,k,h,povp [C] Figure 3.1.3.1: The execution of Ei,exp,glob(Ni) [lx] illuminance measurements at 45 64 points (Ni =1 to 45) on the playground floor with the corresponding iso-illuminance values expressed with the KDS values (KDS(Ni)) for set1 (A) and set2 (B) measurement data with the alternative presentation shown on (C) ( set1, open ○; set2, *; standard deviation, vertical bars). Spectator stand and corridors are not shown on A and B Figure 3.1.3.2: The variation of the outdoor sky illuminance (Eo,calc,dif(Ni)) [lx] (●, 65 curves a and c) during the measurements of the indoor illuminance (Ei,exp,glob(Ni) [lx]) values (×, curves b and d) at various sites (Ni =1 to 45) on the playground floor inside the air-supported dome measured on 29th of Oct. 2015 for the set1 (A) and set2 (B) of measurements. For the correlation of time to the sites see Figure 3.1.3.1 A and B Figure 3.1.3.3: Outdoor illuminance measurements: global illuminance Eo,exp,glob [lx] 66 (instruments original angle of view) (curve a) and sky illuminance Eo,calc,dif [lx] calculated from Eo,exp,tube [lx] (reduced angle of view to 28°) (●, curve b) Figure 3.1.3.4: Illuminance of unobstructed outdoor horizontal surface for set 1 68 (8.57 to 9.02) (A) and set 2 (9.10 to 9.15 ) (B) of measurements on 5th May 2017: global illuminance measured with handheld light meter (Eo,exp,glob [lx], ○); global illuminance calculated from the measured spectral radiometric data (Eo,calc,glob,spectro [lx], ); diffuse hemispherical illuminance (Eo,calc,dif [lx], ●) calculated from the data Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXXIII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. about the amount of incident light from the sky segment in direction of zenith and filed of view 28 (Eo,exp,tube [lx]). Interpolated values of Eo,calc,glob,spectro at times of corresponding Eo,calc,dif (black full line) Figure 3.1.3.5: Solar irradiance of outdoor horizontal surface [W/m2] during the 69 time of experiment on 5th May 2017: global irradiance (Io,exp,glob, ○); diffuse irradiance (Io,exp,dif, ●) Figure 3.1.3.6: The two lightmeters used for experimental work at Brezovica on 29th 70 October 2015. In Figure the instrument's protection for outdoor Eo,exp,tube measurements is shown (picture taken at 13.36) (A). Comparison of the two instruments' readings, conducted on the same day after set 2 of illuminance measurements (picture taken at 13.41) (B) Figure 3.1.4.1: The measured air temperature inside Ta,i [C] and outside Ta,o [C] 71 the air-supported structure at Brezovica for analysis cases a to d given in Table 3.1.2.1: period a from 17. 7. 2013 to 22. 7. 2013 (A), period b from 23. 7. 2013 to 26. 7. 2013 (B), period c 6. 8. 2013 (C), period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013 (D). The linear interpolation between air temperature values at full hours is also shown (dashed line) Figure 3.1.4.2: Average measured temperatures of air inside and outside the air- 72 supported dome at Bezovica (A), averaged over the time periods given in Table 3.1.2.1 (period a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, period b between 23. 7. 2013 and 26. 7. 2013, period c on 6. 8. 2013, period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013) and their difference (B) Figure 3.1.4.3: Average temperature of air Ta,h [C] at chosen hours of a day at four 73 measurement locations: inside the studied building Ta,h,i (curve a), next to the inner side of air channel Ta,k,h,i (curve b), next to the outer side of air channel Ta,k,h,o (curve c) and outside the building Ta,h,o (curve d) Figure 3.1.4.4: Average measured wind velocities vw [m/s] next to the air-supported 73 dome at Brezovica and averaged over the time periods given in Table 3.1.2.1 (period a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, period b between 23. 7. 2013 and 26. 7. 2013, period c 6. 8. 2013, period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013) Figure 3.2.1.1: The calculated radiative hr,i(i) [W/m2.K] and convective hc,i(i) 78 [W/m2.K] heat transfer coefficients in dependence on constructional complex inclination i []: hr,i(i) of PES(1)2009/PES(2)2009 and ETFE/ETFE (A), hr,i(i) of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) and hc,i(i) for all three envelope cases PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (C). Different curves in (A), (B) and (C) represent different cases of input data for the calculation of the coefficients (cases from a to e in Table 3.2.1.1) Figure 3.2.1.2: The calculated thermal resistance Ri(i) [m2.K/W] of air-supported 79 dome double membrane envelope constructional complex PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (A) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) in dependence on the XXXIV Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. complex inclination i [] for different sets of experimentally obtained input data (from a to e, see Table 3.2.1.1). Curve f represent the hypothetical case without consideration of convective heat transfer (hc,i(i)) Figure 3.2.1.3: Calculated total solar energy transmittance (g [-]) of all studied 81 versions of Brezovica air-supported dome double membrane envelope constructional complex: PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (B) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C) Figure 3.2.2.1: Schematic presentation of the air supported dome at Brezovica with 83 surrounding buildings; primary school facility (A), detached house with a line of trees (B) and site of solar irradiation measurements (C). Surface colours (expressed as RAL numbers) are depicted on the surfaces of buildings and listed in Table 3.2.2.1. North direction is indicated with letter N Figure 3.2.2.2: Distribution of floor colours over the interior of the air-supported 84 dome at Brezovica Figure 3.2.2.3: Top view of the Brezovica air-supported dome geometry model, 85 used in daylighting calculations Figure 3.2.2.4: Densified grid of KDSrač [%] calculation nodes 0.5 m x 0.5 m and 86 the result of DAYSIM calculation for two cases of floor colour: black (Rd = 0 %) and white (Rd = 100 %) checkerboard (A, C) and white floor (Rd = 100%) (B, D) Figure 3.2.2.5: Segments (A) of the air-supported dome at Brezovica used for the 87 calculation of the DFs values (B and C). B: the sum of DCs calculated for point 5c (♦, curve a) and DC (○, indicated with arrow) for the same point (5c) calculated for the whole DUOL structure, C: comparison of DCs for all 45 sites obtained by taking sequentially optically translucent cylinders (♦, curve b) with DCs obtained for the whole structure (○, curve a) Figure 3.2.2.6: View into the dome geometry model (A); illustration of sky 88 segments [148] (B); DC values calculated with DAYSIM at all 45 observed sites in case, that the end parts of the air-supported structure at Brezovica are completely opaque and black and the cylindrical part translucent (♦, curve a); case when whole air- supported envelope is transparent (♦, curve b) (C). Optical properties of translucent part of envelope (PES(1)2009z/PES(2)2009z) are given in Table 3.2.2.2 Figure 3.2.2.7: Calculated DC's [-] of all 45 measurement sites for cases, when the 90 end parts of air-supported structure composed of triangular envelope segments are completely opaque and the area of translucent area of the cylindrical part of the building is increasing: 6 segments (curve a), 12 segments (curve b) and 18 segments (curve c). Optical properties of translucent (PES(1)2009z/PES(2)2009z) part of the envelope are given in the Table 3.2.2.2 Figure 3.2.2.8: Calculated DC's [-] of all 45 measurement sites for cases, when 91 whole air-supported structure is translucent and the transparent area of the cylindrical part of the building (ETFE/ETFE) is increasing: 6 segments (curve a), 12 segments (curve b) and 18 segments (curve Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXXV Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. c). Optical properties of translucent (PES(1)2009z/PES(2)2009z) and transparent (ETFE/ETFE) part of the envelope are given in the Table 3.2.2.2 Figure 3.2.2.9: The influence of number of envelope segments on the KDSrač [%] 93 values when approximating the double curved envelope with planar elements: white floor (A), black floor (B), actual colour pattern (only sites 5c (curve a) and 1e (curve b)) (C) Figure 3.2.2.10: Calculated daylight values KDSrač [%] (CIE standard overcast sky) 95 for the air-supported structure at Brezovica with the playground floor painted white (□, curve a), as painted in the structure (light blue/red/dark blue) (♦, curve b) and painted black (■, curve c) and KDSrač for multilayer membrane with aerogel blanket applied ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (◊, curve d) Figure 3.2.2.11: Calculated daylight factor values KDSrač [%] for a variety of black 96 and white coloured floor samples: predominantly white (A) and predominantly black (B) Figure 3.2.2.12: Percentage of hours [%], when daylight is available and the dome 99 floor illuminance is equal to or higher than 300 (curve a), 500 (curve b) and 700 (curve c) lx depending on daylight factor value (minimum, average, maximum) for the existing case of double membrane envelope constructional complex PES(1)2009z/PES(2)2009z (set 1 of experimental measurements, ; set 2 of experimental measurements, ) and the new version of it ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE () Figure 3.2.2.13: Daylight factor KDS [%] calculated on basis of Ei,exp,glob (lightmeter 100 1 in Figure 3.1.3.8 B) and Eo,exp,tube (lightmeter 2 in Figure 3.1.3.8 B) recorded during set 1 (A) and set 2 (B) measurements on 29th October 2015 (curve a), corrected KDS value in respect to the difference with lightmeter 1 (lightmeter 2 overestimates the value in average by 14,7%, Table 3.1.3.1) (curve b) and KDSrač calculated with DAYSIM considering CIE standard overcast sky (curve c) Figure 3.2.2.14: Variation of the calculated daylight factor KDSrač [%] in dependence 102 of measurement site location and sun's position on sky vault for all 45 measurement sites during the time of experiment on 29th October 2015 between 12.15 and 13.22. Calculations were performed for 1 min time step and constant irradiance of unobstructed horizontal surface (Io,glob = Io,dif = 35 W/m2) Figure 3.2.2.15: Daylight factor KDS [%] in dependence of time at corner points and 103 in centrum of playground for various ratios (Table 3.2.2.4) of direct normal and diffuse horizontal components of incident solar radiation. Daylight factor was calculated as the ratio between E DAYSIM DAYSIM i,calc,glob and Eo,calc,dif Figure 3.2.2.16: The simulated (DAYSIM) daylight factor values KDSsim [%] 106 corresponding to experimental measurement sites on 29th October 2015 between 12.15 and 12.45 (set 1) (A) and between 12.56 and 13.22 (set 2) (B) for various cases of the direct normal solar radiation component proportions (n = Io,dir,n/Io,dif): 0 % (curve a), 4 % (curve b), 7 % (curve c), 10 % (curve d). Curve e represents the XXXVI Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. calculation for CIE standard overcast sky (also Figure 3.2.2.8) and curve f represents the experimentally obtained KDS Figure 3.2.3.1: Comparison of simulated (EnergyPlus) (18th July 2013 do 6th 109 August 2013) (Ta,i,sim [C], curve a) and experimentally measured (Ta,i [C], curve b) air temperature inside the air-supported dome at Brezovica Figure 3.2.3.2: Monthly average interior air temperature during a January day Ta,i 111 inside the Brezovica air-supported dome double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve b) Figure 3.2.3.3: Monthly average mean radiant temperature (MRT [°C]) of surfaces 112 inside the air-supported dome at Brezovica during a January day for double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve b) Figure 3.2.3.4: Solar spectrum Φe,ISO9845 [W/m2.μm] weighted by total spectral 115 transmittance TTsol() [-] of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.2.3.5: Solar spectrum Φe,ISO9845 [W/m2.μm] weighted by total spectral 115 reflectance on black background TRBsol() [-] of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.2.3.6: Monthly amount of solar energy incident on outdoor horizontal 118 surface Qsol,mo [kWh/m2.mo] and monthly energy demand for heating of the air-supported dome at Brezovica Qheat,mo [kWh/m2.mo] calculated with EnergyPlus software considering the three studied double membrane envelope constructional complexes PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 2.2.4.A.1: The temperature of air measured by indoor unit (curve a) and A1 outdoor unit (curve b) of the weather station used in the field work Figure 3.1.1.A.1: Spectral optical properties of internal membrane with PEfabric and B1 aerogel blanket applied (PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) in spectral range from 300 nm to 2500 nm: TTsol() [%] (A), TRBsol() [%] (B) and TRWsol() [%] (C) Figure 3.1.1.B.1: Total spectral reflectance TRIR(λ) [%] of longwave IR radiation on B2 spectral range from 2,5 m and 16 m of samples ETFE, PEfabric, aerogel and PES(1) Figure 3.1.2.B.1: Representation of the air temperature inside the channel between the C2 inner and outer membrane for different positions of the instruments probe Figure 3.1.3.A.1: Experimental values of horizontal surface illuminance, illuminated D1 by the sky segment in the direction of zenith and field of view 28 Eo,exp,tube measured during set 1 of measurements () (12.15 to 12.45) and set 2 of measurements (▲) (12.56 to 13.22) at Brezovica on 29th October 2015 Figure 3.1.3.B.1: Illustration of sun's position in respect to the orientation of the air- D2 supported structure at Brezovica (altitude: 46,01 S; longitude: 14,41 V) (A) and corresponding sun path diagram (B) on 29th October Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXXVII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2015 at times of global irradiance Iglob [W/m2] measurements: before the start of indoor floor daylighting measurements (12.10), between sets 1 and 2 (12.45), and after the end of daylighting measurements (13.23). After [163] Figure 3.1.4.A.1: The measured air temperature outside Ta,o(t) [C] (curve a) and E1 inside Ta,i(t) [C] (curve b) the air-supported structure at Brezovica, air temperature next to the outer side of the air channel Ta,k,o(t) [C] (curve c), air velocity inside the air channel v [m/s] (curve d) and wind velocity vw [m/s*10-1] (curve e) (18. 7. 2013) Figure 3.2.2.B.1: Time dependent daylight factor in corner grid points and in centre of G2 playground for different ratios between direct normal and diffuse horizontal solar irradiance given in Table 3.2.2.5. Daylight factor calculated as the ratio between E DAYSIM DAYSIM i,calc,glob and Eo,calc,glob XXXVIII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XXXIX Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. SEZNAM PRILOG PRILOGA 2.2.4.A: Kontrola razlik izmerjenih vrednosti parametrov A1 PRILOGA 3.1.1.A: Optične lastnosti notranje toplotno izolirane membrane B1 PRILOGA 3.1.1.B: Rezultat meritev totalne spektralne odbojnosti dolgovalovnega B2 nizkotemperaturnega infrardečega sevanja PRILOGA 3.1.2.A: Dnevnik terenskih meritev v obdobju julij−avgust 2013 C1 PRILOGA 3.1.2.B: Prikaz spremembe temperature zraka v zračnem kanalu med C2 membranama ob spremembi pozicije merilne sonde PRILOGA 3.1.3.A: Eksperimentalne vrednosti osvetljenosti horizontalne površine, D1 osvetljene z izsekom neba v smeri zenita PRILOGA 3.1.3.B: Prikaz pozicije sonca in diagram sončne poti med eksperimentom D2 dne 29.10.2015 PRILOGA 3.1.4.A: Primerjava temperature zraka v Športni dvorani Brezovica in zunaj E1 nje ter v zračnem kanalu njenega dvojnega membranskega ovoja PRILOGA 3.2.1.A: Toplotni upor mejnih zračnih plasti F1 PRILOGA 3.2.1.B: Prehod toplote med zunanjo in notranjo površino konstrukcijskega F2 sklopa dvojnega membranskega ovoja PRILOGA 3.2.2.A: Dimenzije geometrijskega modela obravnavane Športne dvorane G1 Brezovica PRILOGA 3.2.2.B: Količnik dnevne svetlobe v odvisnosti od časa, v vogalnih točkah G2 in središču igrišča za različna razmerja direktne normalne in difuzne horizontalne osončenosti PRILOGA 3.2.2.C: Osvetljenost zunanje horizontalne površine na dan 29. 10. 2015 G3 PRILOGA 3.2.2.D: Vhodni podatki o direktni normalni in difuzni osončenosti zunanje G4 horizontalne površine za simulacijo eksperimentalnih meritev s programom DAYSIM PRILOGA 4.A: Podatki o energiji potrebni za ogrevanje zračno podprte stavbe v H1 Novem mestu, primerljivi Športni dvorani Brezovica PRILOGA 4.B: Ocena povratne dobe stroška aerogelne toplotnoizolacijske odeje H2 na podlagi z EnergyPlus programom izračunanega prihranka energije za ogrevanje Športne dvorane Brezovica XL Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. LIST OF APPENDICES APPENDIX 2.2.4.A: Control of the difference in measured values A1 APPENDIX 3.1.1.A: Optical properties of thermally insulated inner membrane B1 APPENDIX 3.1.1.B: The result of total spectral reflectance measurements of longwave B2 low temperature infrared radiation APPENDIX 3.1.2.A: Fieldwork diary for the time period July-August 2013 C1 APPENDIX 3.1.2.B: Representation of the air temperature inside the channel between C2 the inner and outer membrane for different positions of the instrument’s probe APPENDIX 3.1.3.A: The experimental values of horizontal surface illuminance, D1 illuminated by zenithal sky segment APPENDIX 3.1.3.B: Sun's position and solar path diagram during the execution of the D2 experimental work at Brezovica on 29th October 2015 APPENDIX 3.1.4.A: Comparison of air temperature, inside and outside the air- E1 supported dome Brezovica and in the channel of its double membrane envelope. APPENDIX 3.2.1.A: Thermal resistance of the boundary air layers F1 APPENDIX 3.2.1.B: Thermal conductance between the outer and inner surface of the F2 double membrane envelope constructional complex APPENDIX 3.2.2.A: Dimensions of air-supported dome Brezovica geometry model G1 APPENDIX 3.2.2.B Time dependent daylight factor in corner grid points and in centre G2 of playground for different ratios between direct normal and diffuse horizontal solar irradiance APPENDIX 3.2.2.C Outdoor horizontal surface illuminance on 29th Oct. 2015 G3 APPENDIX 3.2.2.D External surface solar irradiance input data (direct normal and G4 diffuse horizontal irradiance) for the DAYSIM simulation of experimental measurements APPENDIX 4.A Energy use for heating of the air-supported dome in Novo mesto, H1 comparable to the air-supported dome in Brezovica APPENDIX 4.B Estimation of the thermal insulation material payback period on H2 basis of calculated heating energy savings using EnergyPlus software Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XLI Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. SEZNAM KRATIC AAD Povprečna absolutna deviacija ASTM Ameriško združenje za testiranje in materiale ATR Metoda oslabljene totalne odbojnosti aerogel Oblika silicijevega oksida, v disertaciji tudi oznaka za aerogelno izolacijsko odejo Spaceloft® CIE Mednarodna komisija za razsvetljavo ETFE Etilen tetrafluoroetilen EXPO Svetovna razstava FE Fakulteta za elektrotehniko FEP Fluoriran etilen propilen HI Hidroizolacija IESNA Severno ameriško združenje inženirjev razsvetljave IMRAD Uvod, Metodologija, Rezultati, Diskusija NK Nosilna konstrukcija NRC Nacionalni svet za raziskave OŠ Osnovna Šola PES Poliester PVC Polivinil klorid PVF Polivinil fluorid PVDF Polivinilidene fluorid PTFE Politetrafluoroetilen PE Polietilen RMSE Koren povprečne kvadratne napake S, J, V, Z, SV, Smeri neba JV, JZ, SZ, S- SV, V-SV, V- JV, J-JV, J-ZJ, Z-JZ, Z-SZ,S- SZ SEK HI Sekundarna hidroizolacija SEK TI Sekundarna toplotna izolacija SEV Zaščita proti sevanju ŠDB Športna dvorana Brezovica TER TI Terciarna toplotna izolacija TFE Tetrafluoroetilen THV Tetrafluoroetilen / Heksafluoropropilen / Vinilidene fluorid kopolimer TI Toplotna izolacija TIM Transparentni izolacijski material VIP Vakuumsko izolacijski paneli ZKSEKTI Zaščitna konstrukcija sekundarne toplotne izolacije ZKTI Zaščitna konstrukcija toplotne izolacije ZPS Zračno podprta stavba A() Absorptivnost [%] Agv,i Razmerje med višino zračnega kanala v posameznem segmentu [-] ovoja in debelino zračnega kanala Ae1, Ae2 Absorptivnosti [-] a() Spektralna absorptivnost [-]  prestopni koeficient toplote [W/m2.K] at.dif. Termična difuzivnost [m2/s] a Absorpcijski koeficient [cm-1] B(,T) Spektralna sevnost črnega telesa [W/sr.m2.m] XLII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 𝑏(λ), Kolorimetrična funkcija za modro barvo Bi Biotovo število [-] Cr Difuzna odbojnost rdeče komponente svetlobe [-] Cg Difuzna odbojnost zelene komponente svetlobe [-] Cb Difuzna odbojnost modre komponente svetlobe [-] c0 Hitrost svetlobe v vakuumu [m/s] cp Specifična toplotna kapaciteta [J/kg.K] D Svetlost neba po Perezu [] d Debelina [m] D(λ) Relativna porazdelitev moči vira svetlobe D65 [-] Dh Difuzna komponenta globalne osončenosti horizontalne površine [W/m2] Dhyd Hidravlični premer [m] Δ Razlika, interval [-] ds Razmerje med najdaljšo stranico in razdaljo od točke opazovanja [-] do obravnavanega elementa dj Trepetanje direktne komponente vpadne svetlobe ang. »direct jitter« DC Koeficient dnevne svetlobe [-] DIR Smer [] DT() Difuzna prepustnost za sevanje [%] E Osvetljenost [lx] e() Spektralna emitivnost [-]  Stopnja čistosti neba po Perezu [-] eT Emitivnost [-] ERC Od okoliških stavb in elementov odbita komponenta vpadne svetlobe FOV Vidni kot Φe, spektralna porazdelitev sevalnega toka [W/nm.m2] Φe,ISO9845 spektralna porazdelitev osončenosti Φe,ISO9845 [W/m2.μm] G Globalna osončenost horizontalne površine [W/m2] 𝑔(λ), Kolorimetrična funkcija za zeleno barvo  Naklon konstrukcijskega sklopa [] Gr Grashofovo število [-] H Motnost [%] h Koeficient prenosa toplote [W/m2.K] hPlanck Planckova konstanta [Js] I Osončenost [W/m2] IRh Infrardeče sevanje vpadno z neba [W/m2] IRC Znotraj stavbe odbita komponenta vpadne svetlobe K() Spektralna svetlobna efikasnost monokromatičnega sevanja [lm/W.nm] K, Km Svetlobna efikasnost [lm/W] k Toplotna prevodnost (tudi lambda) [W/m.K] k1 Korekcijski faktor za debelino okvira k2 Korekcijski faktor za upoštevanje umazanije na steklu kB Boltzmannova konstanta [J/K] kgv,i Toplotna prevodnost i-tega stekla [W/m.K] KDS Količnik dnevne svetlobe [%] L Svetlost [lm/sr.m2] l Dolžina [m] Λ Toplotna prehodnost [W/m2.K] λ Valovna dolžina [nm] Δλ Interval valovne dolžine [nm] MRT Srednja radiacijska temperatura [C] m(X) Srednja vrednost vzorca Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XLIII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje.  Dinamična viskoznost zraka [N.s/m2] n Delež direktne komponente [-] ν Kinematična viskoznost zraka [m2/s] η Efikasnost sončnega sevanja [lm/W] Ni Zaporedna številka merilnega mesta Nm Indeks vozlišča v mreži merilnih mest (stolpec, vrstica) Nu Nusseltovo število [-] p Zračni tlak [Pa] Pr Prandtlovo število [-] PMV Pričakovana presoja stopnje toplotnega ugodja [-] PPD Indeks deleža nezadovoljnih uporabnikov [%] Q Energija [kWh/m2.a] q Gostota energijskega /toplotnega toka [W/m2] ReT() Totalna odbojnost infrardečega sevanja [%] Rvis,dif() Odbojnostni faktor [%] RH Relativna vlažnost [%] R Toplotni upor [m2.K/W] R() Toplotni upor v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa [m2.K/W] r() Spektralna odbojnost [-] ρ Gostota [kg/m3] 𝑟(λ) Kolorimetrična funkcija za rdečo barvo Ra Rayleighovo število [-] Re Reynoldsovo število [-] Rd povprečna fotopična odbojnost rdeče, zelene in modre barve [-] Rs Delež zrcalno odbite komponente svetlobe [-] S() Relativna porazdelitev moči standardnega sončnega spektra ISO [-] 9845-1  Stefan-Boltzmannova konstanta [W/m2.K4] Sr Hrapavost površine [-] St Delež zrcalne komponente (-) ΔSi Površina segmenta neba SC Neposredno prepuščena komponenta vpadne svetlobe T Temperatura, absolutna temperatura [C], [K] t Čas [s] t(λ) Spektralna prepustnost [-] Td delež difuzno prepuščene svetlobe (-) Ts zrcalna prepustnost (-) tgv,i Debelina i-tega stekla [m] TT() Totalna prepustnost za sevanje [%] TR() Totalna odbojnost sevanja [%] TRW() Totalna odbojnost sevanja na beli podlagi [%] TRB() Totalna odbojnost sevanja na črni podlagi [%] TT, DT, TR, Spektralno povprečne vrednosti optičnih lastnosti [%] TRW, TRB, A, ReT, Rvis,dif U Toplotna prehodnost [W/m2.K] V(λ) Relativna barvna občutljivost očesa za CIE 1931 standardnega [-] opazovalca v Hitrost zraka [m/s] v(t) Hitrost zraka v odvisnosti od časa [m/s] xi Spremenljivka vzorca h-h Hemisferično-hemisferično n-h Normalno-hemisferično XLIV Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. h-n Hemisferično-normalno vis Svetlobne lastnosti sol Sončne lastnosti UV Ultravijolični del spektra elektromagnetnega valovanja VIS Vidni del spektra elektromagnetnega valovanja NIR Kratkovalovni infrardeči del spektra elektromagnetnega valovanja IR Dolgovalovni infrardeči del spektra elektromagnetnega valovanja specular Zrcalna komponenta vpadnega sevanja s Površina č.t. Črno telo a Zrak k Kanal o Zunaj i Notri m Srednja temperature površin mid Sredina h Urni interval povp Povprečno setpoint Nastavitev termostata a-s Razlika med zrakom in površino w Veter tla Tla exp Eksperimentalna vrednost calc Izračunana vrednost glob Globalna vrednost dif Difuzna komponenta globalne vrednosti dir, n Direktna normalna komponenta globalne vrednosti spectro Spektrometer cor Korigirana vrednost z, vz Vertikalno v smeri zenita rač Izračunana vrednost sim Simulirana vrednost p Indeks q Indeks r Indeks sum Vsota gv Zasteklitev, šipa si Notranja površina se Zunanja površina i Zaporedno število ex Zunanji int Notranji cv Konvekcija c Konvekcija r Radiacija heat Ogrevanje cool Hlajenje a Letna sg Sončni dobitki Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XLV Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. LIST OF ABBREVIATIONS AAD Average absolute deviation ASTM American Society for Testing and Materials ATR Attenuated total reflectance aerogel Form of silicon oxide, in the dissertation also a mark for aerogel insulation blanket Spaceloft® CIE Commission Internationale de l'Eclairage ETFE Etilen tetrafluoroetilen EXPO International Exposition, also World’s Fair FE Faculty of Electrical Engineering FEP Fluoriran etilen propilen HI Waterproofing IESNA Illuminating Engineering Society of North America IMRAD Introduction, Methodology, Results, Discussion NK Structural element NRC National Research Council OŠ Primary school PES Polyester PVC Polyvinyl chloride PVF Polyvinyl fluoride PVDF Polyvinylidene fluoride PTFE Polytetrafluoroethylene PE Polyethylene RMSE Root mean square error S, J, V, Z, SV, Sky directions JV, JZ, SZ, S- SV, V-SV, V- JV, J-JV, J-ZJ, Z-JZ, Z-SZ,S- SZ SEK HI Secondary waterproofing SEK TI Secondary thermal insulation SEV Protection against radiation ŠDB Sports hall Brezovica TER TI Tertiary thermal insulation TFE Tetrafluoroethylene THV Tetrafluoroethylene / Hexafluoropropylene / Vinylidene fluoride copolymer TI Thermal insulation TIM Transparent insulation material VIP Vacuum insulated panels ZKSEKTI Protective layer of secondary thermal insulation ZKTI Protective layer of thermal insulation ZPS Air-supported structure A() Absorptance [%] Agv,i Ratio between the air channel height and its thickness [-] Ae1, Ae2 Absorptance [-] a() Spectral absorptance [-]  Heat transfer coefficient [W/m2.K] at.dif. Thermal diffusivity [m2/s] a Absorption coefficient [cm-1] B(,T) Temperature dependent spectral radiance of black body [W/sr.m2.m] XLVI Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 𝑏(λ), Colour-matching function for blue colour Bi Biot number [-] Cr Diffuse reflectance – red colour [-] Cg Diffuse reflectance – green colour [-] Cb Diffuse reflectance – blue colour [-] c0 Speed of light in vacuum [m/s] cp Specific heat capacity [J/kg.K] D Sky luminance according to Perez [] d Thickness [m] D(λ) Relative spectral power distribution of D65 illuminant [-] Dh Diffuse component of global horizontal irradiance [W/m2] Dhyd Hydraulic diameter [m] Δ Difference, interval [-] ds Ratio between element’s/source’s longest side and distance from [-] the point of observation to considered element dj Source jitter DC Daylight coefficient [-] DIR Direction [] DT() Diffuse transmittance of radiation [%] E Illuminance [lx] e() Spectral emissivity [-]  Sky clearness according to Perez [-] eT Emissivity [-] ERC Externally reflected component of incident light FOV Field of view Φe, Spectral irradiance [W/nm.m2] Φe,ISO9845 Solar spectral irradiance Φe,ISO9845 [W/m2.μm] G Global horizontal irradiance [W/m2] 𝑔(λ), Colour-matching function for green colour  Inclination of building envelope segment [] Gr Grashof number [-] H Haze [%] h Heat transfer coefficient [W/m2.K] hPlanck Planck constant [Js] I Solar irradiance [W/m2] IRh Infrared irradiance [W/m2] IRC Internally reflected component of incident light K() Spectral luminous efficacy of monochromatic radiation [lm/W.nm] K, Km Luminous efficacy [lm/W] k Thermal conductivity [W/m.K] k1 Frame thickness correction factor k2 Soiling correction factor kB Boltzmann constant [J/K] kgv,i Thermal conductivity of i-th glass pane [W/m.K] KDS Daylight factor [%] L Luminance [lm/sr.m2] l Length [m] Λ Thermal conductance [W/m2.K] λ Wavelength [nm] Δλ Wavelength interval [nm] MRT Mean radiant temperature [C] m(X) Mean value  Dynamic viscosity of air [N.s/m2] n Ratio of direct radiation component [-] Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. XLVII Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ν Kinematic viscosity of air [m2/s] η Solar radiation efficacy [lm/W] Ni Measurement site Nm Calculation site Nu Nusselt number [-] p Air pressure [Pa] Pr Prandtl number [-] PMV Predicted Mean Vote [-] PPD Percentage people dissatisfied [%] Q Energy [kWh/m2.a] q Heat flux density [W/m2] ReT() Total reflectance of infrared (thermal) radiation [%] Rvis,dif() Reflection factor [%] RH Relative humidity [%] R Thermal resistance [m2.K/W] R() Inclination angle dependent thermal resistance [m2.K/W] r() Spectral reflectance [-] ρ Density [kg/m3] 𝑟(λ) Colour-matching function for red colour Ra Rayleigh number [-] Re Reynolds number [-] Rd Average photopic reflectance of red, green and blue colours [-] Rs Fraction of light reflected off the first surface in a mirror-like [-] way - specular reflectance S() Relative spectral power distribution of standard solar spectrum [-] ISO 9845-1  Stefan-Boltzmann constant [W/m2.K4] Sr Surface roughness [-] St Transmitted specularity (-) ΔSi Area of sky segment SC Directly transmitted component of incident light T Temperature, absolute temperature [C], [K] t Time [s] t(λ) Specular transmissivity [-] Td fraction of light passing all the way through the surface diffusely (-) - diffuse transmissivity Ts Specular transmittance (-) tgv,i Thickness of i-th glass pane [m] TT() Total transmittance [%] TR() Total reflectance [%] TRW() Total reflectance on white background [%] TRB() Total reflectance on black background [%] TT, DT, TR, Spectral average values of optical properties [%] TRW, TRB, A, ReT, Rvis,dif U Thermal transmittance [W/m2.K] V(λ) spectral luminous efficiency for photopic vision defining the [-] standard observer for photometry v Speed of air [m/s] v(t) Time dependent speed of air [m/s] xi Sample variable h-h Hemispherical-hemispherical n-h Normal-hemispherical XLVIII Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. h-n Hemispherical-normal vis Luminous properties sol Solar properties UV Ultraviolet region of electromagnetic radiation spectrum VIS Visible region of electromagnetic radiation spectrum NIR Near-infrared region of electromagnetic radiation spectrum IR Longwave infrared region of electromagnetic radiation spectrum specular Specular component of incident radiation s Surface č.t. Black body a Air k Channel o Outside i Inside m Mean temperature mid Middle h Hour interval povp Average setpoint Thermostat setpoint a-s Difference between air and surface w Wind tla Floor exp Experimental value calc Calculated value glob Global value dif Diffuse component of global radiation dir, n Direct normal component of global solar radiation spectro Spectrometer cor Corrected value z, vz Zenithal rač Calculated value sim Simulated value p Index q Index r Index sum Sum gv Glazing si Internal surface se External surface i Sequential number ex External int Internal cv Convection c Convection r Radiation heat Heating cool Cooling a Yearly sg Solar gain Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 1 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 1 UVOD Pnevmatske konstrukcije (pneuma) so ploskovno stabilizirane membranske nosilne konstrukcije pri katerih se zaradi tlačne razlike med prostoroma, ki ju membrana loči, vzpostavi določena oblika v stabilni legi. Membrana mora biti sposobna prenašati določene napetosti oziroma mora imeti določeno natezno trdnost. Tlačna razlika je vzpostavljena preko plina, kapljevine, pene ali sipkega materiala [1], pri čemer je pogoj, da mora biti konstrukcija stalno natezno obremenjena [2]. Pomemben predstavnik pnevmatske arhitekture so zračno podprte stavbe (ZPS), ki jih pri nas poimenujemo tudi napihljive hale ali preprosto baloni. V tujih jezikih najdemo ZPS pod različnimi imeni, v angleščini »air-supported structures«, »air structures«, »air-halls«, »air-houses«, »air-domes« in v nemščini kot »Lufthallen«. V letu 2017 je minilo ravno sto let od prve znane prijave patenta za ZPS [3] in petdeset let od prvega mednarodnega kolokvija (1967) na temo pnevmatskih stavb v Stuttgartu [4], ki ga je organiziralo združenje »International Association for Shell and Spatial Structures (IASS)«. Sto let staro iznajdbo zračno podprte stavbe različni avtorji [5] [6] pripisujejo britanskemu inženirju in inovatorju Fredericku W. Lanchesterju. Njegov patent [3] iz leta 1918, obravnava izboljšavo konstrukcije vojaške terenske bolnišnice, skladišč, depojev in stavb sorodne namembnosti. V splošni literaturi ni zaslediti, da je Lanchester le dve leti pozneje prijavil tudi patent za ZPS, ki so namenjene prekrivanju prizorišč za družabne dogodke in sejmišča [7]. Kot piše Forster [6]. Lanchesterjevi izumi niso bili uspešno uresničeni v praksi, domnevno zaradi javnega mnenja in, bolj verjetno, zaradi pomanjkanja ustrezno vzdržljivega materiala. Razvoj ZPS v Združenih državah Amerike, katerega pionir je nedvomno Walter Bird, naj bi potekal neodvisno, brez poznavanja Lanchesterjevega patenta [2]. Walter Bird je delovanje na področju pnevmatskih konstrukcij začel skupaj z ameriškim vojaškim letalstvom pri razvoju strešne konstrukcije za radarje (ang. »radome«), leta 1946 pa je bil narejen prvi prototip tovrstne konstrukcije. Za njegovo izvedbo je bila uporabljena tkanina iz steklenih vlaken, prevlečena z neoprenom [4]. Leta 1955 je W. Bird ustanovil »Birdair Structures« in začel postavljati tovrstne konstrukcije za civilne namene (prekrivanje teniških igrišč in bazenov). Z Walterjem Birdom je veliko sodeloval tudi ameriški arhitekt Victor Lundy, med drugim tudi kot avtor paviljona programa »Atoms for Peace« v sklopu razstave Ameriške komisije za jedrsko energijo, ki je leta 1960 potovala po srednjeameriških in južnoameriških državah. Posebnost te konstrukcije je bil ovoj, sestavljen iz dveh membran z vmesnim zračnim kanalom skupne debeline 1,2 m [5]. Primarni namen druge (notranje) membrane je bil zagotoviti varnost, če se poškoduje zunanja primarna membrana. Kmalu potem, ko so se v 50. letih 20. stoletja pojavili prvi primeri ZPS, so v 60. letih vzporedno z uspešno komercializacijo in rabo za prekrivanje skladišč, športnih prizorišč, sejmišč in tudi tovarniških stavb sledile tudi prve tehnične smernice za načrtovanje tovrstnih konstrukcij. Primer je priročnik za načrtovanje tovrstnih stavb z enojnim ali dvojnim ovojem, ki ga je med letoma 1963 in 1968 pripravila korporacija »Hayes International Corporation« [8], v 70. letih pa so se uveljavili že prvi standardi (britanski, nemški in japonski) [9]. ZPS (ang. »insufflated structures«) so le del širše pnevmatske arhitekture, ki je doživela enega svojih viškov na svetovnem sejmu EXPO 1970 v Osaki. Tam je bilo razstavljenih več inovativnih pnevmatskih konstrukcij kot so ameriški paviljon (Davis – Brody Architects in de Harak, Chermayeff & Geismar Designers, inženir je bil David Geiger), ki je bil en prvih primerov s kabli ojačane ZPS; paviljon Fuji Group (Yutaka Murata in inženir Kawaguchi) kot primer napihnjene konstrukcije (ang. »inflated structures«) in »Floating Theatre« (Yutaka Murata) kot primer pnevmatske konstrukcije stabilizirane s podtlakom (ang. »aspired structures«). Uporabljena je bila poliestrska tkanina, prevlečena s polivinilkloridnim premazom, s ciljem doseganja majhne teže in 2 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. odpornosti proti vremenskim vplivom ob hkratnem zagotavljanju dobre natezne trdnosti. Kot navajajo Pauletti [10] in drugi ([11] [12]), navedeni primeri pomenijo tudi tri osnovne tipologije pnevmatskih struktur [10] (slika 1.1). A B C Slika 1.1: Pnevmatske konstrukcije: zračno podprte (A) in napihnjene z zrakom: nadtlak znotraj konstrukcijskega elementa (B) in podtlak znotraj konstrukcijskega elementa (C) Figure 1.1: Pneumatic structures: insuflated (A), inflated with air (B) and aspired structures (C) Vzporedno s tehnološkim in izvedbenim razvojem pnevmatskih konstrukcij, katerega začetek predstavlja razvoj toplozračnih balonov (pionirski eksperiment je izvedel brazilski duhovnik Bartolomeu de Gusmão leta 1709, prvi toplozračni balon pa brata Montgolfier leta 1783) [10], so potekale tudi najrazličnejše študije in raziskave njihovih lastnosti. Med najbolj prepoznavnimi so tudi raziskave oblike pnevmatskih konstrukcij, katerih pionir je Otto Frei [2]. Njegove študije milnih mehurčkov (t. i. bionika, veda o prenosu izkušenj iz narave v tehnično sfero) so popoln primer prikaza lahkotnosti in breztežnosti pnevmatskih konstrukcij. Tako kot njegov predhodnik Buckminster Fuller [13], je sledil istemu cilju: izboljšati kakovost življenja z maksimalno učinkovitostjo in minimalno rabo materialov in energije [5]. Frei Otto je v svojem delu definiral pneu kot enega naj učinkovitejših nosilnih konstrukcijskih sistemov [2], ki ga je mogoče najti vsepovsod v naravi. Pneu je konstrukcijski sistem sestavljen iz duktilnega ovoja, ki lahko prenaša natezne obremenitve (raven obremenitve je odvisna od sistema), ima notranji (nad)tlak in je obdan z medijem. Sestavljajo ga vsebina (plin, kapljevina, žele, granulat,…), ovoj (plinotesen ali pogojno tudi delno propustne za pline) in (obdajajoči) medij. Pneu lahko predstavlja enojno membrano (kapljica), dvojno membrano (mehurček), folijo, mrežo ali drugo [2]. V primeru kapljic in mehurčka površinska napetost kapljevine zagotavlja stabilnost sistema. Leta 1971 je Frei Otto skupaj z Ewaldom Bubnerjem, Kenzom Tangejem in Ovejem Arupom predstavil predlog kupole s premerom 2 km, poimenovano »The Arctic City«, v kateri bi bilo mogoče naseliti 45.000 prebivalcev [5]. V koraku s časom in trendom je bila tudi takratna Fakulteta za arhitekturo in gradbeništvo, Univerze v Ljubljani, kjer je bilo opravljeno diplomsko delo Mirana Debeljaka [14] na temo pnevmatskih konstrukcij in njihove klasifikacije, tudi s pomočjo študije milnih mehurčkov. Opravil ga je pod mentorstvom profesorja Nika Seliškarja in somentorstvom, takrat še asistenta Aleša Krainerja. Kot piše Debeljak so pnevmatske konstrukcije le tiste ploskovno stabilizirane membranske konstrukcije pri katerih je stabilizacijski medij v plinasti obliki. Malo pred tem, leta 1972, je na rimski univerzi »La Sapienza«, takrat še kot študent, danes pa mednarodno priznani arhitekt in profesor Thomas Herzog, opravil doktorsko disertacijo na temo pnevmatskih stavb, štiri leta pozneje pa je izdal tudi knjigo o tovrstni arhitekturi, s pregledom zgodovine in prvih preizkusov. Njen naslov je »Pneumatische Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 3 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Konstruktionen« [15]. K vsebini knjige [15] sta prispevala svoj delež tudi Gernot Minke in Hans Eggers. V Veliki Britaniji, natančneje v Londonu, je leta 1971 po naročilu institucije »Ministry of Public Building and Works« Cedric Price, eden najvplivnejših in najbolj priznanih britanskih arhitektov, skupaj s sodelavci izdelal študijo o ZPS. Med avtorji študije je bil tudi mednarodno priznani britanski konstruktor Frank Newby, s katerim je C. Price soustanovil »Lightweight Enclosures Unit« [16]. Za razvoj pnevmatskih konstrukcij od prvih zasnov in inovacij do njihove razširjene uporabe v stavbah sta bila prav gotovo ključna dejavnika obstoj in dostopnost ustreznih materialov [10, 17]. Medtem ko je prve napihljive konstrukcije za vojaške namene med drugo svetovno vojno omogočilo odkritje najlona, je bila za omenjeni projekt ameriškega paviljona na svetovni razstavi EXPO 1970 v Osaki na novo razvita tkanina iz steklenih vlaken prekrita s teflonsko fluorokarbonsko smolo (TFE in FEP) [18]. Geigerjeva inovacija zračno podprte konstrukcije strehe omenjenega paviljona je bila zgled številnim poznejšim (na primer v 80. letih 20. stoletja) projektom streh stadionov v Združenih državah Amerike. Popularnost tovrstnih konstrukcij je sicer nekoliko upadla, ker so se večje strehe večkrat zrušile, predvsem zaradi prevelike teže snega in velikih vplivov vetra [19], kot v primeru strehe stadiona »Hubert H. Humphery Metrodome« (1981, Minneapolis, Skidmore, Owings & Merrill; Setter, Leach & Lindstrom ter Geiger-Berger Associates) [18]. Kljub temu se v različnih oblikah podobne konstrukcije izvajajo še danes. Primer iz slovenskega okolja so ZPS slovenskega podjetja DUOL [20]. Preglednica 1.1: Pregled tkanin s premazi in brez njih ter folij, namenjenih rabi v stavbah Table 1.1: Overview of uncoated or coated fabrics and foils for use in building envelopes Prosojnost za vidni del Odbojnost / svetlobnega odpornost na Življenjska Prevleka (+ zaključni sevanja pojav doba Obstojnost pri Material in struktura tekstilije sloj) [%] umazanije [leto] upogibanju Poliestrska tkanina PVC prevleka 0–25 Zadostna 10–15 Dobra PVC + akril Dobra Poliestrska tkanina PVC + PVF 0–25 Zelo dobra <20 Dobra PVC + PVDF Zelo dobra PTFE prevleka 4–22 (30) Zelo dobra 25–30 Slaba Silikonska prevleka 10–20 (30) Dobra 25–30 Slaba Tkanina iz steklenih vlaken Fluorova polimerna 10 Dobra 15–20 Slaba prevleka Tkanina iz PTFE enojne niti <90 Zelo dobra <25 Zelo dobra Tkanina iz ETFE preje THV prevleka <90 <25 Zelo dobra Tkanina iz nerjavnih jeklenih <95 Dobra <50 Slaba vlaken Tkanina iz aramidnih vlaken PVC – Slaba <20 Dobra Tkanina iz mešanice bombažnih in poliestrskih 5–10 Slaba <5 Zelo dobra vlaken PVC folija <90 15–20 Slaba Folija na osnovi fluorovega <96 Zelo dobra <25 Slaba polimera ETFE folija: <96 Zelo dobra <25 Slaba Povzeto po [22] V sodobnem času so v ospredje stopile pnevmatske konstrukcije, kjer je bila primarna nosilna konstrukcija palična ali okvirna konstrukcija, na katero so bile kot sekundarna nosilna konstrukcija montirane z zrakom napihnjene blazine, narejene iz prosojne ETFE folije (etilen tetrafluoroetilen) [21]. ETFE je komercialno poznan že iz 70. let 20. stoletja [21]. V obliki folije za rabo v stavbnem ovoju pa 4 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. je doživel razcvet pri uporabi iz ozko-namenskega proizvoda šele leta 2001, po končanju projekta biomov “Eden Project” (2000, Cornwall, UK, Nicholas Grimshaw) [21]. Med svetovno prepoznavnimi stavbami z dvo- ali večslojnimi ETFE blazinami so še: »National Space Centre« (2001, Leicester, Nicholas Grimshaw), »Allianz Arena« (2005, München, Herzog & de Meuron ter ArupSport) in »Water Cube«, Nacionalni plavalni center v Pekingu (2008, PTW Architects). V preglednici 1.1 je povzet pregled tkanin in folij, ki se v stavbah uporabljajo za različne namene. Kot je videti tudi pri uporabi ETFE folij [23] [24], se skozi celoten razvoj pnevmatskih in tudi bolj specifično ZPS [25] [26] zastavljajo vprašanja o domnevnih prednostih in slabostih tovrstnih stavb. Tako kot pri zasteklitvah [27], je tudi pri ultralahkih membranskih konstrukcijah iz tekstilij in folij mogoče na različnih delih spektra elektromagnetnega valovanja kombinirati optične lastnosti posameznega sloja membrane oziroma ovoja pneva. Že leta 1967 je na prej omenjenem prvem kolokviju o pnevmatskih strukturah v Stuttgartu [4], kjer so bili med gosti Freia Otta zbrani številni pionirji ZPS, med drugimi Walter Bird, Victor Lundy in Ciedric Price, Nikolaus Laing (nemški inženir, meteorolog in fizik) objavil prispevek z naslovom »The Use of Solar and Sky Radiation for Air Conditioning of Pneumatic Structures«. Prispevek obravnava večslojno membrano z zračnimi komorami pri čemer sta zunanja in notranja membrana prepustni za sončno sevanje, vmesna premična pa je neprepustna in prevlečena s kovinskim premazom, ki dobro odbija sončno sevanje [4]. John Campbell [25] je v svojem članku »Environmental considerations of lightweight structures« med drugimi vidiki opozoril na problematiko zagotavljanja toplotnega ugodja v ZPS, ter povezavo med prepustnostjo za sončno sevanje in toplotnim uporom ovoja z energetsko učinkovitostjo tovrstne stavbe. Izpostavil je tudi potrebo po matematičnih modelih za opis teh dejavnikov. Derek Croome [26] je ZPS izpostavil kot cenovno ugodno gradnjo, preprosto za transport, vendar z visokimi stroški obratovanja (zagotavljanje tlačne razlike in ogrevanje). Kot problem je navedel tudi dnevno osvetljevanje, saj so takratne napovedi o potrebi po zagotavljanju stanovitnejših notranjih razmer z vidika toplotnega ugodja in manjše porabe energije za ogrevanje pripeljale do uvedbe debelejših slojev toplotnih izolacij, ki pa žal niso prepuščale sončnega sevanja. Prikaz raziskovanja čim širše namembnosti ZPS sta tudi objavljeni raziskavi o zračno podprtih rastlinjakih iz leta 1987, kar so objavili S.A.M. Burek, B. Norton in S.D. Probert [28], in o energetski učinkovitosti ZPS, namenjenih bivanju, ki sta jo leta 1990 objavila I. Sanders in S.D. Probert [29]. A. Krainer je zapisal: »Arhitektonski artefakt je vmesnik med naravnim okoljem in človekovim grajenim okoljem, prilagojen človekovemu bivanju in delu« [30]. Podobno je o membranskih konstrukcijah razmišljal tudi Scheuermann [31], ki je zapisal, da pri membranskem ovoju lahko govorimo o vmesniku, s katerim lahko moderiramo in reguliramo vpliv zunanje klime na toplotni in vizualni odziv ovoja ter posledično energetsko učinkovitost z uravnavanjem načina kako ovoj odbija, prepušča ali absorbira različne dele spektra elektromagnetnega sevanja. Tovrstne konstrukcije navaja tudi kot zelo odzivne na vplive okolja, kar obravnava kot prednost za stavbe s prekinjajočim se vzorcem zasedenosti. Za poglobljeno analizo toplotnih lastnosti membranskih stavb priporoča ločeno obravnavo delovanja v hladnem in vročem podnebju, in sicer tako v zimskih kot poletnih obdobjih. Prepustnost za vidno svetlobo (in podobno tudi za sončno sevanje) poliestrskih tkanin prevlečenih s PVC, in steklenih tkanin prevlečenih s PTFE, se giblje v območju med 0 in 40 % [22], medtem ko za ETFE prepustnost naraste tudi na več kot 90 % [32] [33]. Pri uporabi ETFE folij je nekaj zadržkov, kot Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 5 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. n.pr.; zaradi bistveno večje prepustnosti svetlobe in sončnega sevanja v primerjavi s tkaninami se stavbe narejene iz (ETFE) folij lahko pregrevajo. Po analogiji z okenskimi stekli je to pripeljalo do predlogov sistemov narejenih iz polimernih folij [34] [35] v kombinaciji z uporabo v preklopnih elektrokromnih [36] [37], termokromnih [38] in termotropnih [39] [40] bolj ali manj transparentnih sklopih. Ti sistemi zagotavljajo modulacijo intenzitete prepuščenega sončnega sevanja skozi sistem na podlagi električnega pulza in/ali povišanja temperature. Na drugi strani visoka optična prepustnost folij omogoča njihovo uporabo v dvo- ali večslojnih sistemih, pri katerih se hkrati kombinira dve ali več različnih lastnosti. Na primer, folije bi lahko uporabili v kombinaciji z aerogeli [41], saj aerogel ne ogroža pretoka svetlobe kompozitne membrane folija/aerogel/folija. Tovrstni poskusi kompenzacije visoke toplotne prehodnosti enojnih ali večslojnih membranskih ovojev niso novi. Že leta 1987 je Huntington obravnaval uporabo prosojnih izolacijskih materialov ali t. i. »Transparent Insulation Materials« (TIM) v membranskih konstrukcijah [42], ter opozoril na stavbo »Lindsay Park« (zdaj športni center Repsol) v mestu Calgary (Kanada) zgrajeno leta 1983. V ovoju te stavbe je bila med zunanjo (18-odstotna prepustnost) in notranjo (90-odstotna prepustnost) membrano vstavljena prosojna toplotna izolacija z 20-odstotno prepustnostjo za vidno svetlobo. Študija uporabe prosojne izolacije TIM v kombinaciji z ETFE folijami pri pnevmatskih blazinah je bila predstavljena leta 2006 na mednarodni konferenci o adaptivnih stavbnih konstrukcijah v Eindhovnu na Nizozemskem, avtorji pa so bili Lingyun Zhang, Thomas Herzog in Gerd Hauser [43]. Aerogeli na osnovi amorfne silike [44] se že dalj časa obravnavajo kot zelo obetavni materiali v stavbarstvu, saj zagotavljajo najvišji toplotni upor pri najmanjši debelini (toplotna prevodnost  se giblje med samo 0,011 in 0,018 W/(m.K) [45] [46]), hkrati pa so visoko prosojni (monolitni aerogel ima prepustnost za svetlobo med 84 in 87 %, čisto steklo pa 90 % [47] [48]. Za doseganje še večje toplotne izolativnosti je trenutno edina možnost izvedba z izsesavanjem zraka – t. i. vakuumsko izolacijski paneli (VIP). TIM vključno z aerogeli, so v 90. letih 20. stoletja podrobno raziskovali v Goetzbergerjevi raziskovalni skupini na »Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE«, v Freiburgu [49]. Med raziskavo v okviru disertacije sta bila komercialno dostopna vsaj dva sistema zasteklitve z dodanim aerogelom, Scoba-lit in Okagel® [41]. Aerogel ima v teh dveh sistemih toplotno prevodnost 0,018 W/(m.K), toplotna prehodnost zasteklitve pa je za primer s 30 mm aerogela 0,6 W/(m2.K) in za primer s 60 mm aerogela 0,30 W/(m2.K). Kljub izjemnim lastnostim zasteklitev z umeščenim monolitnim aerogelom (Airglass AB in Sweden, toplotna prehodnost 0,66 W/(m2.K), g-faktor 76-80 %) [46] in robustnejšim rešitvam z aerogelnimi granulami oziroma zrni [50] [51] [45] ti nimajo ustreznih mehanskih lastnosti za uporabo v pnevmatskih konstrukcijah. V tem pogledu iglana vlaknovina Spaceloft® [52], ki jo proizvaja Aspen Aerogels, katere steklena in poliestrska vlakna so obdana z nanoporoznim silika aerogelom, predstavlja pomemben korak k morebitni uspešni uporabi prosojnih izolacij v pnevmatskih konstrukcijah. Poleg izjemno visokega toplotnega upora, ki ga daje osnovna 10 mm debela plast odeje (toplotna prevodnost D je enaka 0,015 W/m.K) [53], so njene glavne prednosti podajnost, možnost prilagajanja poljubnim, tudi ukrivljenim podlagam, vodoodbojnost in odpornost na pojav gliv in mahov. 1.1 Opredelitev problema Konec leta 2010 je bila v sodelovanju med podjetjema Aerogel CARD, d. o. o., in DUOL, d. o. o., pripravljena rešitev za uvedbo aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® v ZPS, z namenom zmanjšanja transmisijskih toplotnih izgub skozi dvojni membranski ovoj. Leta 2011 je bila izvedena pilotna vgradnja večslojnega kompozita v zračno podprto streho športne dvorane v Trondheim-u na Norveškem. 6 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Dana rešitev [54] ni omogočala dnevnega osvetljevanja stavbe. V tem primeru sicer zahteva po dnevnem osvetljevanju ni bila izražena, vendar kot pravi literatura [55] je možnost dnevnega osvetljevanja ena bistvenih prednosti membranskih konstrukcij, pomen naravne svetlobe pa sta poudarila Altomonte [56] in Figuerio s sodelavci [57]. Kljub razmeroma dobri raziskanosti osnovnih tehničnih lastnosti aerogelnih izolacijskih odej [53] in toplotnih lastnosti fasad z aerogelno izolacijo [58], podatki, potrebni za oblikovanje odgovorov na vprašanje o učinkih uvedbe aerogelne odeje Spaceloft® v ultralahke dvojne membranske konstrukcije z vidika dnevne svetlobe in toplote, niso bili dostopni. V nasprotju s poliestrskimi tkaninami prevlečenimi s polivinil kloridom o optičnih lastnostih aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® ni bilo dovolj podatkov, podatki o toplotni prehodnosti izoliranega sklopa pa so bili le računsko ocenjeni [59]. Poznejše meritve toplotne prehodnosti na obstoječem neizoliranem primeru ZPS športne dvorane na Brezovici v nočnem času, ko stavba ni bila izpostavljena vplivu sončnega sevanja, ter okoliških stavb (dvorana je na odprtem) in ni bilo dodatnih notranjih virov sevanja (prostor je bil prazen in luči ugasnjene), so pokazale močno nihanje vrednosti toplotne prehodnosti (v območju od 1,50 W/m2.K do 2,20 W/m2.K) v sorazmerno kratkih časovnih intervalih [60]. Hkrati so ti eksperimentalni podatki pridobljeni na terenu močno v navzkrižju s podatki laboratorijskih meritev, sicer na drugačnem, vendar močno podobnem primeru dvojnega membranskega ovoja z večjo debelino zračnega kanala, ki naj bi (kot kažejo rezultati) imela v nasprotju s pričakovanji višjo toplotno prehodnost [61]. Ti rezultati so nakazali, da je toplotno prehodnost tovrstne konstrukcije zaradi kompleksnosti prenosa toplote znotraj zračnih kanalov (prisotnosti sevalnih in konvekcijskih tokov), njihovih lastnosti (lastnosti materialov in oblika) ter občutljivosti na spreminjanje robnih pogojev zahtevno določiti. Hkrati je zahtevnost določitve različnih vhodnih podatkov ter robnih pogojev po vplivu na rezultat enakovredne natančnosti različna. Različna pa je tudi možnost upoštevanja v sami metodologiji uveljavljenih računskih metod. Na primer, pričakovati je bilo, da optične in toplotne lastnosti materialov (glede na računske rezultate) bolj vplivajo na toplotne lastnosti kakor fluktuacija gibanja zraka znotraj zračnega kanala med membranama dvojnega membranskega ovoja. Vrednost laboratorijsko pridobljene toplotne prehodnosti je primerljiva z vrednostjo za navadno dvojno zasteklitev 3,7 W/m2.K. Tako je bila naša naloga, da (i) raziščemo, kakšen je vpliv vgradnje nove različice toplotnoizolacijskega in za svetlobo prepustnega konstrukcijskega sklopa (folija/(za svetlobo prosojna različica aerogelne odeje Spaceloft®) [52]/folija) na optične in toplotne lastnosti dvojnega membranskega ovoja ZPS in (ii) ugotovimo, vpliv , ki ga ima predlagani ovoj na dnevno osvetljevanje [62] ter rabo energije za ogrevanje in hlajenje v obravnavani Duolovi zračno podprti strukturi. Poglavitno vprašanje je: ▪ ali je mogoče z uvedbo aerogelne izolacijske odeje v dvojni ovoj Duolove ZPS izboljšati delovanje in energetsko učinkovitost zračno podprtih stavb v skladu z načeli bioklimatskega načrtovanja [63] [64] 1.2 Cilji raziskovalnega dela ▪ Določiti toplotne in optične lastnosti membranskega dvojnega ovoja brez in z uvedbo aerogelne izolacije. ▪ Ugotoviti vpliv uvedbe aerogelnega izolacijskega sloja na prenos toplote skozi obravnavane različice konstrukcijskih sklopov. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 7 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ▪ Ugotoviti smiselne debeline uvedene aerogelne izolacijske odeje, vključno z zahtevami po dnevni osvetlitvi, ter ob tem preveriti smiselnost uporabe dvojnega ovoja. ▪ Ugotoviti ali se lahko predogreti zrak v zračnem sloju uporablja za ogrevanje prostora kot podpora aktivnemu ogrevanju ali samostojno, odvisno od kombinacije klimatskih parametrov. ▪ Raziskati učinek različnih stopenj prosojnosti ovoja na toplotne in vizualne razmere znotraj stavbe ter njegovo energetsko učinkovitost za več različic debeline izolacijskega sloja ter kombinacij klimatskih dejavnikov. ▪ Ugotoviti primerno prosojnost oziroma razmerje površin prosojnih in neprosojnih delov in vpliv takšnih sprememb ovoja na uravnoteženo porabo energije za ogrevanje in hlajenje za več različic debeline izolacijskega sloja ter kombinacij klimatskih dejavnikov. ▪ Določiti smernice za načrtovanje lastnosti ovoja ZPS z uvedeno aerogelno izolacijsko odejo. 1.3 Hipotezi raziskovalnega dela ▪ Ali je in v kolikšni meri je možno z uvedbo aerogelne izolacijske plasti izboljšati toplotno ugodje in vizualne razmere v stavbah z zračno podprtim, dvojnim lahkim zunanjim ovojem in ▪ ali je možno in v koliki meri je možno z uvedbo aerogelne izolacijske plasti zmanjšati količino potrebne energije za ogrevanje in hlajenje stavbe z zračno podprtim dvojnim, lahkim zunanjim ovojem. 1.4 Struktura naloge Struktura naloge (slika 1.2) sledi shemi IMRAD. Razdeljena je na uvod, metodologijo, predstavitev rezultatov, analizo rezultatov in razpravo s sklepi. Poglavje 1 sestavljajo pregled razvoja ZPS, opredelitev problema in struktura naloge. Medtem, ko poglavje o metodah (poglavje 2) poda podrobne informacije o študijskem primeru stavbe obravnavanih materialih, predpostavkah na katerih temeljita raziskovalno delo ter opis metod in instrumentarija za izvedbo eksperimentalnega in računskega dela, so v poglavju 3 predstavljeni rezultati. Obe poglavji sta smiselno razdeljeni na eksperimentalni del (tako laboratorijski kot terenski) in ločeno na računski del, ki zajema tudi delo z različnimi računalniškimi orodji. Sinteza rezultatov je opravljena v njihovi analizi skupaj z razpravo v poglavju 4, sklepi pa so predstavljeni v poglavju 5. Skozi nalogo se prepletata dve poglavitni tematski področji: prvo, dnevno osvetljevanje ZPS [62] (obravnavamo le vidni del sončnega sevanja), in drugo, toplotni tokovi skozi zunanji ovoj ZPS (obravnava kondukcije, konvekcije in radiacije v vidnem, bližnjem in oddaljenem IR-spektru). Zračni tokovi v dvojnem ovoju pa so obravnavani do stopnje smiselnosti. Hkrati se v nalogi skušata ti dve temi (dnevna svetlobe in energijska učinkovitost), povezati z uporabo aerogelnih plasti, ki zahtevajo spremembo iz prezračevanega v neprezračevani kanal. Na vseh treh ravneh opazovanja: mikro (material), mezo (ovoj) in makro (stavba) so analizirani elementi ovoja, procesi v njih (prehod svetlobe in toplote) in na koncu tudi posledice oziroma rezultati teh procesov. Za obravnavo dnevne osvetljenosti in rabe energije za ogrevanje in hlajenje je bilo izbrano lokalno podnebje kjer stoji obravnavana stavba, podan pa je tudi komentar k obravnavi tovrstne konstrukcije z aerogelno odejo v drugih ekstremnih razmerah. 8 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® v ovoj zračno podprtih konstrukcij 1. Uvod 2. Metodologija Predstavitev študijskega primera stavbe, izbora materialov ter različic konstrukcijskega sklopa zračno podprtega dvojnega membranskega ovoja Prehod svetlobe Prehod toplote Eksperimentalne metode določitve optičnih lastnosti Eksperimantalne metode določitev toplotnih lastnosti materialov in konst. sklopov ter dnevne osvetljensoti materialov in okoljskih parametrov Računske metode določitve optičnih lastnosti in Računske metode določitve toplotnih lastnosti simulacije dnevne osvetljenosti materialov in konstrukcijskih sklopov Raba energije za ogrevanje in hlajenje Metode meritev okoljskih parametrov in Metoda raziskave rabe energije za ogrevanje in hlajenje eksperimentalne določitve toplotnega odziva stavbe stavbe na podlagi računskih simulacij 3. Rezultati Prehod svetlobe Prehod toplote Optične lastnosti materialov in konstrukcijskih sklopov Toplotni odziv konstrukcijskega sklopa Dnevna osvetljenost stavbe za več različic Toplotne lastnosti materialov in konstrukcijskih sklopov konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja Raba energije za ogrevanje in hlajenje Raba energije za ogrevanje in hlajenje stavbe za več Toplotni odziv stavbe različic dvojnega membranskega ovoja 4. Analiza in diskusija rezultatov 5. Zaključki Viri Slika 1.2: Shema strukture vsebine disertacije Figure 1.2: The schematic representation of the dissertation content structure Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 9 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2 METODOLOGIJA 2.1 Predstavitev študijskega primera stavbe, izbora materialov ter različic konstrukcijskega sklopa zračno podprtega dvojnega membranskega ovoja 2.1.1 Predstavitev Športne dvorane Brezovica 2.1.1.1 Zemljepisna lega in geometrija stavbe Športna dvorana Brezovica (ŠDB) (slika 2.1.1.1) se nahaja približno 9 km JZ od središča mesta Ljubljana (46,01° S, 14,41° V), na ravnem območju med avtocestnim odsekom Dolgi most - Vrhnika ter železniško progo Ljubljana - Koper na nadmorski višini 297 m. Stavba je približno 50,0 m dolga, 25,0 m široka in 11,0 m visoka [65] [66]. Površina zračno podprtega ovoja ŠDB, ki pokriva 1250 m2 velik tloris dvorane, meri približno 1875 m2, njen volumen pa je 9075 m3. Faktor oblike, definiran kot razmerje med površino zunanjega ovoja stavbe in (ogrevanim) volumnom, znaša 0,34 /m, kar pomeni, da je geometrija stavbe kompaktna in posledično tako z energetskega stališča ugodna. Glavna os stavbe (J-JZ) - (S-SV) je zasukana 31° od severa v smeri urnega kazalca. Dvoplastni zračno podprti ovoj ŠDB opisuje sinklastična ploskev, napeta čez tloris pravokotne oblike in tako predstavlja eno izmed dveh osnovnih oblik ZPS. A B C Slika 2.1.1.1: Pogled iz zraka na ŠDB (A), ortografski posnetek njene bližnje (B) in neposredne (C) okolice. (B) in (C) povzeto po [67] Figure 2.1.1.1: Arial view of the air-supported sports hall Brezovica (A), orthographic shot of its immediate (B) and broader surroundings. (B) and (C) after [67] 10 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.1.1.2 Materiali in geometrija ovoja Dvojni zračno podprti ovoj stavbe je sestavljen iz medsebojno zvarjenih cevastih segmentov širokih 2,58 m, ki jih tvorita zunanja in notranja membrana. Membrani proizvajalca Serge Ferrari (Italija) sta poliestrski tkanini, prevlečeni s PVC in PVDF prevleko [68], in se razlikujeta v debelini (preglednica 2.1.1.1). Karakteristični prerez dvojnega ovoja je prikazan na sliki 2.1.1.2. Maksimalna razdalja med zunanjo in notranjo membrano je približno 20 cm [69]. Zračni kanali cevastih segmentov v obliki lokov so na dnu med seboj povezani. Površina prečnega prereza segmenta, širokega približno 2,52 m je ocenjena na povprečno vrednost 0,39 m2. Preglednica 2.1.1.1: Pregled vzorcev materialov obstoječega konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB, odvzetih na terenu Table 2.1.1.1: Overview of materials acquired from the existing air-supported double membrane envelope constructional complex of the sports hall Brezovica Proizvajalec Akronim, komentar, slikovni prikaz in Opis diagramski prikaz Serge PES(1)2009z Stranica z proti Zunanja folija v dvojnem membranskem Ferrari, nebu ovoju obstoječe ŠDB Italija PES(1)2009n Stranica n proti igrišču Tkana vlaknovina iz poliestrskih (PES) vlaken s PVC (polivinil klorid) in PVDF (poliviniliden fluorid) prevleko na obeh stranicah vzorca Debelina vzorca: 0,74 mm Namen uporabe: nosilna konstrukcija (NK), hidroizolacija (HI), zaščita nosilne konstrukcije in uporabnika pred UV sevanjem (SEV) Serge PES(2)2009z Stranica z proti Notranja folija v dvojnem Ferrari, nebu membranskem ovoju obstoječe ŠDB Italija PES(2)2009n Stranica n proti igrišču Tkana vlaknovina iz poliestrskih (PES) vlaken s PVC (polivinil klorid) in PVDF (poliviniliden fluorid) prevleko na obeh stranicah vzorca Debelina vzorca: 0,43 mm Namen uporabe: zaščitna konstrukcija toplotne izolacije (ZKTI), sekundarna hidroizolacija (SEK HI), preprečevanje kondenzacije Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 11 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. - Zračni kanal Sloj zraka Namen uporabe: toplotna izolacija (TI) . Slika 2.1.1.2: Prečni prerez cevastega segmenta dvojnega membranskega ovoja ŠDB Figure 2.1.1.2: Cross section of the tubular double membrane envelope segment of the air- supported dome Brezovica 2.1.1.3 Sistem dovajanja zraka in sistem ogrevanja ZPS niso popolnoma tesne. Za zagotavljanje potrebne razlike med notranjim in zunanjim zračnim tlakom je nujno stalno dovajanje zraka v stavbo. Ventilator z volumsko kapaciteto vpihovanja zraka 20000 m3/h je nameščen v strojnici poleg ŠDB. Na notranji strani stavbe je dovedeni zračni tok s posebno šobo razdeljen tako, da bistveni delež vstopi v notranjost stavbe, manjši (prerez dovodne cevi v zračni kanal približno 1 % glavne dovodne cevi) pa v zračni kanal med membranama dvojnega ovoja. Sistem ogrevanja je pri ŠDB toplo-zračni in vključuje plinski gorilnik (Nominalna moč 395,3 kW, kar predstavlja inštalirano moč 316,2 W/m2 športne dvorane, proizvedeni toplotni tok 348,8 kW, toplotni izkoristek 88,3 %) [70], ki je povezan s sistemom dovajanja zraka v stavbo. 2.1.1.4 Neposredna okolica stavbe V neposredni bližini obravnavane stavbe se na jugozahodni strani nahaja Osnovna šola Brezovica (skrajni vogal oddaljen približno 7 m od J-JZ stranice dvorane) na jugovzhodni strani pa samostojna stanovanjska hiša (oddaljena približno 9 m in vzporedna z V-JV stranico) (slika 2.1.1.1). Poleg stanovanjske hiše na J-JZ strani raste tudi nekaj iglavcev. Na severni in zahodni strani ni umetnih ovir. Tla v okolici obravnavane dvorane prekrivajo asfalt, prod, oziroma pesek in travnate površine. Privzeta vrednost albeda okolice je bila 0,20. 2.1.2 Predlog novega konstrukcijskega sklopa zračno podprtega dvojnega membranskega ovoja Aerogelna izolacijska odeja Spaceloft® [52] je večnamenski izolacijski produkt, sestavljen iz osnovne večslojne iglane vlaknovine, aerogela, ki obdaja vlakna, in dodatkov. Aerogel na osnovi amorfne silike 12 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. (SiO2), katerega pripravo in lastnosti je prvi objavil Kistler že leta 1932 [44] [71], v primeru odeje Spaceloft® ni proizveden ločeno od preostalih komponent, temveč je vlaknovina vključena v postopek sol-gel [72]. Nano-porozna struktura (pore so velike nekaj 10 nm [44]) daje aerogelu nekatere izjemne fizikalne lastnosti, kot na primer najnižjo toplotno prevodnost med izolacijskimi proizvodi, ki ne vključujejo vakuumske tehnologije. Mehanske, toplotne in optične lastnosti celotne izolacijske odeje Spaceloft® niso odvisne le od lastnosti aerogela ampak tudi od lastnosti vlaknovine. [73] [74] [75]. Pri odeji Spaceloft® so vlakna mešana, uporabljena pa so tako poliestrska kot steklena vlakna [52]. Spaceloft® ima od leta 2012 pridobljeno evropsko tehnično soglasje [53]. Preglednica 2.1.2.1: Pregled vzorcev materialov za novi predlagani konstrukcijski sklop dvojnega membranskega ovoja ŠDB Table 2.1.2.1: Overview of materials included in the new proposed air-supported double membrane envelope constructional complex of the sports hall Brezovica Proizvajalec Akronim, komentar, slikovni prikaz in Opis diagramski prikaz Vector ETFE Obe stranici enaki Ekstrudirani tanek film izdelan iz Foiltec fluoroplastike ETFE (etilen Texlon® tetrafluoroetilen) Debelina vzorca: 0,30 mm Namen uporabe: nosilna konstrukcija (NK), nosilna konstrukcija toplotne izolacije (NK TI), hidroizolacija (HI), zaščita pred UV sevanjem (SEV) Lenzing PEfabric Obe stranici enaki Polietilenska (PE) tkanina Debelina vzorca: 0,34 mm Namen uporabe: zaščita toplotne izolacije (ZK TI), terciarna toplotna izolacija (nižja emitivnost IR) (TER TI) Aspen aerogel Iglana vlaknovina, proizvedena iz Aerogels steklenih in poliestrskih vlaken ter Spaceloft® areogela iz amorfne silike Debelina vzorca: 10,00 mm Namen uporabe: primarna prosojna toplotna izolacija (TI) - Zračni kanal Sloj zraka Namen uporabe: sekundarna toplotna izolacija (SEK TI) Aerogel, ki obdaja vlakna in aerogel, ki je ujet v matrici med vlakni je krhek material, ki se kruši pri rokovanju z odejami. Slednje pri delu s temi materiali zahteva ustrezno zaščitno opremo in delovne Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 13 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. pogoje. V izogib neprijetnostim kot tudi potencialni zdravstveni nevarnosti je bilo predvideno oplaščenje aerogelne odeje s prosojno tkanino iz polietilenskih vlaken [76] (PEfabric) (preglednica 2.1.2.2). Drugo namembnost aplikacije in uporabo druge različice aerogelne odeje (Pyrogel®) istega proizvajalca so predhodno objavili tudi drugi avtorji [75]. Preglednica 2.1.2.2: Predlog izolacijskega sklopa PEfabric/aerogel/PEfabric Table 2.1.2.2: Proposal of the insulation constructional complex PEfabric/aerogel/PEfabric PEfabric/aerogel/PEfabric Oplaščena aerogelna izolacijska odeja Debelina vzorca: 10,68 mm Za sestavo končnega predloga novega konstrukcijskega sklopa je bila že na začetku raziskave predvidena uporaba folije ETFE [21], prvenstveno zaradi tega, ker ima visoko prepustnost za dnevno svetlobo. Na podlagi vizualne ocene je bilo predvideno, da je prepustnost aerogelne odeje Spaceloft® majhna in da je zato potrebno s PVC prevlečeni poliestrski tkanini PES(1)2009 in PES(2)2009 zamenjati s prozorno ETFE-folijo, če se želi ohraniti možnost dnevnega osvetljevanja podobne ali celo boljše kakovosti in intenzitete kot pri obstoječi različici ZPS. A zunaj/outside B zunaj/outside / l eg 9 o 0 9 /9 9 re EF 0 0 0 0 ci l ci a/ 2 K 0 0 0 r e r c ) 2 2 2 K ) E b g b E ir ET/ 1 A ) ) 2 F A F b ci ( R 2 1( ( T R af or af T a r S Z (S b ES E Z E e E E Ef a E ESP P P a P P P EP Ef E/ P F ET     NK HI ZKTI NK TERTI ZKSEKTI SEV TI SEKHI HI SEV SEKTI ZKTI TI ZKTI SEKHI notri/inside notri/inside Slika 2.1.2.1: Funkcionalna analiza obstoječega (A) in novega predlaganega (B) konstrukcijskega sklopa (glej preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1 in seznam kratic) Figure 2.1.2.1: Functional analysis of the existing (A) and newly proposed (B) constructional complex (see Tables 2.1.1.1 in 2.1.2.1 and list of abbreviations) Na sliki 2.1.2.1 so prikazane funkcije, ki jih opravlja posamezen sloj vsake od različic konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja. Sklop ETFE/ETFE ni posebej prikazan, saj je posredno vključen 14 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. na sliki 2.1.2.1 B. Iz te slike je mogoče tudi razbrati, da je predvidena uvedba aerogelne plasti v membranski sklop ni funkcionalno enoplasten, temveč, kot se izkaže v nadaljevanju vključuje poleg izolacijske aerogelne odeje (TI) in zraka v kanalu (SEK TI) tudi zmanjšanje prenosa toplote na račun optičnih lastnosti PEfabric (notranja stranica zračnega kanala) na dolgovalovnem infrardečem območju sevanja (TER TI). Preglednica 2.1.2.3: Obravnavni konstrukcijski sklopi dvojnega membranskega ovoja ŠDB Table 2.1.2.3: Overview of the studied sports hall Brezovica double membrane envelope constructional complex versions Ime Akronim, komentar in shematični prikaz Opis Sklop I PES(1)2009z/PES(2)2009z Debelina sklopa: 201.17 mm Sklop II ETFE/ETFE Debelina sklopa: 200,60 mm Sklop III ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Debelina sklopa: 211.28 mm V preglednici 2.1.2.3 so podani različni konstrukcijski sklopi dvojnega membranskega ovoja, ki zajemajo izhodiščni primer konstrukcijskega sklopa ŠDB PES(1)2009z/PES(2)2009z; ETFE/ETFE, kar predstavlja strukturo večine konstrukcij z napihnjenimi blazinami, in novi predlagani sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE z uvedeno aerogelno odejo Spaceloft®. 2.2 Materiali, meritve optičnih lastnosti, meritve hitrosti in temperature zraka v dvojnem membranskem zračno podprtem ovoju ter terenske meritve dnevne osvetljenosti in toplotnega odziva vzorčne zračno podprte stavbe 2.2.1 Optične lastnosti dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica v sončnem in toplotnem spektru elektromagnetnega valovanja Če privzamemo, da sonce seva kot idealno črno telo s temperaturo približno 5770 K, potem s pomočjo Planckovega zakona lahko ocenimo, da na intervalu med 0,2 m in 2,5 m izseva približno 96 % energije glede na celotno sevalno območje med 0,2 m in 25 m [77]. Hkrati, ob uporabi istega zakona, Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 15 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 9.0E+07 9.0E+01 m] jmax (Tč.t. = 5773 K) pri  = 0.5 m . 8.0E+07 8.0E+01 m] 2 . m 2 / a 7.0E+07 7.0E+01 m/ W[ ) W K 6.0E+07 6.0E+01 [ ) 3 K 77 5.0E+07 5.0E+01 39 5 2 = = .t. 4.0E+07 4.0E+01 .t. T č( jmax (Tč.t.=293 K) pri  = 9.89 m T č j ( 3.0E+07 3.0E+01 j k k o o t t i 2.0E+07 2.0E+01 i n n l l a a ve 1.0E+07 1.0E+01 ve S S b 0.0E+00 0.0E+00 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 Valovna dolžina  [m] Slika 2.2.1.1: Spektralna porazdelitev gostote sevalnega toka črnega telesa pri temperaturi površine 5773 K (krivulja a, leva ordinata) in 293 K (krivulja b, desna ordinata) v valovnem območju od 0,2 μm in do 25 μm Figure 2.2.1.1: Spectral distribution of radiation flux density of black body at temperature of surface 5773 K (curve a, left ordinate) and 293 K (curve b, right ordinate) in spectral region from 0,2 μm to 25 μm OPTIČNE LASTNOSTI MATERIALOV IN ELEMENTOV STAVBNEGA OVOJA ŠTUDIJSKEGA PRIMERA ZRAČNO PODPRTE STAVBE PREPUSTNOST SONČNE OPTIČNE LABORATORIJ LASTNOSTI POVRŠIN ODBOJNOST DVOJNI MEMBRANSKI OVOJ TERENSKE PREPUSTNOST SVETLOBNE OPTIČNE MERITVE LASTNOSTI POVRŠIN LABORATORIJ MOTNOST ZRAČNO PODPRTA STAVBA TERENSKE PREPUSTNOST TOPLOTNE OPTIČNE MERITVE LASTNOSTI POVRŠIN LABORATORIJ ODBOJNOST ODBOJNOST TLA NA SVETLOBNE OPTIČNE TERENSKE TERENU LASTNOSTI POVRŠIN MERITVE BARVA (XYZ&RGB) Slika 2.2.1.2: Shema strukture raziskave optičnih lastnosti vzorcev posameznih materialov in sklopa dvojnega membranskega ovoja in tal ŠDB Figure 2.2.1.2: Schematic representation of the individual materials', double membrane envelope constructional complexes' and indoor floor's optical properties research 16 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ugotovimo, da je razmerje med količino izsevane energije črnega telesa pri temperatur 293 K v valovnem območju Zemljinega atmosferskega okna (jasno nebo je prepustno za dolgovalovno infrardeče sevanje od 8 µm do 13 µm [78]) ter količino izsevane energije v valovnem območju od 0,2 m in 25 m pri enaki temperaturi enako približno 45 %. Slika 2.2.1.1 prikazuje spektralni porazdelitvi gostote sevalnega toka črnega telesa pri absolutni temperaturi njegove površine 5773 K (krivulja a, leva ordinata) in 273 K (krivulja b, desna ordinata). Odziv stavbe (za podroben opis glej [78]) pri ultralahkih prosojnih konstrukcijah, uravnavamo z optičnimi lastnostmi njihovega ovoja. Pri pnevmatskih stavbah z dvojnim prosojnim ovojem je, podobno kot pri sodobnih stavbah z dvojno zastekljenimi fasadami z zračnim kanalom, izbor optičnih lastnosti prosojnega ovoja (tudi posameznih slojev) v skladu s klimatskimi razmerami ključnega pomena za uspešno načrtovanje udobnega bivalnega okolja v stavbi [79] in njeno energetsko učinkovitost [80][23]. Kot je bilo omenjeno že v uvodu, se ZPS uporabljajo tudi za poljedelstvo, na primer za rastlinjake [28]. Pomen optičnih lastnosti materialov za prekrivanje rastlinjakov so obsežno predstavili med drugimi Papadakis in sodelavci [81], tudi skozi vidik spektralne selektivnosti. Pomen slednje zahteve in ustreznega oblikovanja za potrebe elementov stavbnega ovoja, so nazorno predstavili Orel in sodelavci [82]. Slika 2.2.1.2 prikazuje raziskave optičnih lastnosti, ki so služile za primerjalno analizo učinka uvedbe aerogelne odeje Spaceloft® v ovoj ZPS z obstoječo različico in napoved dnevne osvetljenosti ter toplotnega odziva ZPS z dodatno izoliranim dvojnim membranskim ovojem. V preglednici 2.2.1.1 pa je podan pregled opravljenih meritev. Preglednica 2.2.1.1: Instrumenti za merjenje optičnih lastnosti vzorcev tekstilij, folij, aerogelne odeje in površin v ŠDB Table 2.2.1.1: List of instruments used in the research of optical properties of the fabrics, foils, aerogel blanket and surfaces inside the air-supported structure at Brezovica Inštrument Tip meritve Oznaka Perkin Elmer Lambda Meritev totalne in difuzne spektralne normalne- TTvis,n-h() [%] 950 hemisferične prepustnosti na vidnem delu sončnega DTvis,n-h() [%] spektra Perkin Elmer Lambda Meritev totalne spektralne normalne-hemisferične TTsol() [%] 950 prepustnosti na celotnem delu sončnega spektra Perkin Elmer Lambda Meritev totalne spektralne usmerjene-hemisferične TRWsol() [%] 950 odbojnosti na celotnem sončnem spektru – bela (W) in TRBsol() [%] črna (B) podlaga StellarNet Black Meritev totalne spektralne hemisferične-hemisferične TTvis,h-h() [%] Comet prepustnosti na vidnem delu sončnega spektra Bruker Optics IFS 66/S Meritev odbojnosti na območju dolgovalovnega ReT() [%] FT-IR infrardečega sevanja za določitev emitivnosti Testo 881-3 Določitev temperature površine Ts [C] StellarNet Black Meritev odbojnostnega faktorja tal Rvis,dif() [%] Comet 2.2.1.1 Meritve optičnih lastnosti tekstilij, folij in različic konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB opravljene v laboratoriju Velikost vzorcev je bila praviloma 5 cm x 5 cm, le pri vzorcih, ki so vključevali aerogelno odejo, je bil uporabljen tudi lesen okvir za zagotovitev vzporednosti stranic. Velikost teh vzorcev je bila 4,5 cm x Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 17 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 4,5 cm. Večslojni vzorci so bili pripravljeni tako, da so se vsi sloji (preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1) zložili drug vrh drugega v predpisanem zaporedju, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3. Pri pripravi vzorcev je bilo treba zagotoviti čim bolj ravno površino, da se je ohranil predvideni kot vpadne svetlobe glede na površino (prepustnost 0°, odbojnost 8°). Vzorci so bili pred vsako meritvijo vstavljeni v komoro spektrometra in dodatno pritrjeni ob steno ohišja integracijske krogle s čimer je bil zagotovljen dober stik med vzorcem in ohišjem integracijske krogle. Velikost vzorcev je bila glede na smer vpadne svetlobe dovolj velika, da je popolnoma prekrila odprtino integracijske krogle s premerom 2 cm v obeh primerih meritev. Pri meritvah prepustnosti je bil vzorec vstavljen med vir sevanja in integracijsko kroglo, pri meritvah odbojnosti pa za integracijsko kroglo v zadnji nosilec vzorca. V zadnjem primeru je bila za vzorcem črna komora (»light trap«). V standardu navedene nepravilnosti [83] so prisotne zaradi narave materiala, namreč na folijah so praske neizogibne. A B Smer vpadne svetlobe ETFE PEfabric Smer vpadne svetlobe Tkanina PES(1)2009 Zunanja površina - z aerogel Notranja površina - n Tkanina PES(2)2009 Zunanja površina - z Notranja površina - n PEfabric ETFE Slika 2.2.1.3: Orientacija vzorcev (preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1) glede na vpadni snop svetlobe med meritvami optičnih lastnosti membran (na sliki sta prikazana vzorca obstoječega konstrukcijskega sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 (A) in predloga novega konstrukcijskega sklopa, izoliranega z aerogelno odejo ETFE/PEfabric/SL/PEfabric/ETFE (B)). Povzeto po [62] Figure 2.2.1.3: Orientation of the samples (Tables 2.1.1.1 and 2.1.2.1) with respect to the incident beam of light during the measurements of optical properties (In the Figure the existing PES(1)2009z/PES(2)2009z and the newly proposed version of the double membrane envelope ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE constructional complex are shown). After [62] UV-Vis spektri tkanin, folij ter celovitih konstrukcijskih sklopov (preglednice 2.1.1.1, 2.1.2.1 in 2.1.2.3) so bili posneti s pomočjo Perkin Elmer Lambda 950 UV-Vis spektrometra opremljenega z integracijsko sfero (premer 150 mm) na Kemijskem Inštitutu v Ljubljani. Vzorci tkanin, folij in kompozitnih membran dimenzij 4,5 cm x 4,5 cm so bili vstavljeni v komoro spektrometra in spektri totalne TTvis,n-h() in difuzne normalne-hemisferične prepustnosti DTvis,n-h() (v koraku 5 nm od 380 nm do 780 nm) totalne normalne-hemisferične prepustnosti TTsol,n-h() (v koraku 10 nm od 300 nm do 2500 18 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. nm) ter totalne usmerjene-hemisferične odbojnosti TRsol,n-h() (v koraku 10 nm od 300 nm do 2500 nm) pomerjeni v atmosferi laboratorija (slika 2.2.1.4). Motnost (H), definirana kot razmerje (DT/TT v %) difuzne (DT) in totalne prepustnosti (TT), je bila izračunana prav tako na območju od 380 nm do 780 nm po postopku B podanem v standardu ASTM D1003 [83], ki predvideva usmerjeno vpadno svetlobo in hemisferično opazovanje. Meritve in izračuni so bolj podrobno opisani v literaturi, kot n.pr. [84]. Odbojnost je bila pomerjena (slika 2.2.1.4 B) tako na črni TRB() kot na beli podlagi TRW(). Detektor Integracijska Integracijska A krogla B krogla Bela Črna Vzorec odbojna Detektor komora ploščica Vpadna Vpadna Vzorec svetloba svetloba 8° Slika 2.2.1.4: Shematski prikaz meritev optičnih lastnosti s spektrometrom Perkin Elmer Lambda 950: meritve prepustnosti (A) in meritve odbojnosti (B) Figure 2.2.1.4: Schematic representation of the optical properties' measurements conducted with Perkin Elmer Lambda 950: transmittance measurements (A) and reflectance measurements (B) Naknadno je bila opravljena kontrola metode, ki smo jo uporabili za pripravo vzorcev dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa in za izvedbo meritev optičnih lastnosti v vidnem delu sončnega spektra med 380 in 780 nm. V namen kontrole je bila uporabljena enačba (1), ki velja za spektralne optične lastnosti izražene z enostavnim razmerjem intenzitete prepuščene in referenčne svetlobe [-] pri posamezni valovni dolžini. T1 in T2 predstavljata spektralni prepustnosti [-], R1 in R2 pa spektralni odbojnosti [-] posameznega sloja dvojne membrane. 𝑇 𝑇𝑇 = 1 𝑇2 (1) 1 − 𝑅1 𝑅2 Totalne prepustnosti (TTvis [%]) in odbojnosti (TRvis [%]) vidne svetlobe vseh vzorcev so bile pridobljene z integracijo (Riemannovo vsoto) pripadajočih spektralnih vrednosti (TT(), TR()) z uporabo (2) in (3): ∑780𝑛𝑚 𝑇𝑇(𝜆) 𝐷(𝜆) 𝑉(λ) Δ𝜆 𝑇𝑇 380𝑛𝑚 (2) 𝑣𝑖𝑠 = ∑780𝑛𝑚 𝐷(𝜆) 𝑉(λ) Δ𝜆 380𝑛𝑚 ∑780𝑛𝑚 𝑇𝑅(𝜆) 𝐷(𝜆) 𝑉(λ) Δ𝜆 𝑇𝑅 380𝑛𝑚 𝑣𝑖𝑠 = (3) ∑780𝑛𝑚 𝐷(𝜆) 𝑉(λ) Δ𝜆 380𝑛𝑚 V enačbah TT() in TR() pomenita spektralno prepustnost in odbojnost, D() [-] relativno spektralno porazdelitev moči vira svetlobe D65, V() [-] funkcijo relativne barvne občutljivosti človeškega očesa Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 19 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. za fotopičen vid CIE standardnega opazovalca po definiciji iz leta 1931 [85] in Δ [nm] valovni interval. Pri pripravi spektralno povprečnih vrednosti, ki jih avtomatsko izračuna računalniški program za upravljanje spektrometra, je bil uporabljen CIE standardni vir svetlobe tipa A. Za obravnavo spektrov sončnega sevanja v povezavi s toplotnimi dobitki in energetsko učinkovitostjo so bile poleg totalne prepustnosti TTsol [%] (4) in odbojnosti TRsol [%] (5) sončnega spektra pridobljene tudi spektralno povprečne vrednosti v območjih ultravijoličnega sevanja (UV, od 300 nm do 380 nm) (6) (7), vidnega sevanja (VIS, od 380 nm do 780 nm) (8) (9) ter kratkovalovnega infrardečega sevanja (NIR, od 780 nm do 2500 nm) (10) (11), pri čemer je bil upoštevan standardni sončni spekter ISO 9845-1 [86], označen kot S() [-]. ∑2500𝑛𝑚 𝑇𝑇 𝑇𝑇 300𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙 = (4) ∑2500𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 300𝑛𝑚 ∑2500𝑛𝑚 𝑇𝑅 𝑇𝑅 300𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙 = (5) ∑2500𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 300𝑛𝑚 ∑380𝑛𝑚 𝑇𝑇 𝑇𝑇 300𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑈𝑉 = (6) ∑380𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 300𝑛𝑚 ∑380𝑛𝑚 𝑇𝑅 𝑇𝑅 300𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑈𝑉 = (7) ∑380𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 300𝑛𝑚 ∑780𝑛𝑚 𝑇𝑇 𝑇𝑇 380𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑉𝐼𝑆 = (8) ∑780𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 380𝑛𝑚 ∑780𝑛𝑚 𝑇𝑅 𝑇𝑅 380𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑉𝐼𝑆 = (9) ∑780𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 380𝑛𝑚 ∑2500𝑛𝑚 𝑇𝑇 𝑇𝑇 780𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑁𝐼𝑅 = (10) ∑2500𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 780𝑛𝑚 ∑2500𝑛𝑚 𝑇𝑅 𝑇𝑅 780𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙,𝑁𝐼𝑅 = (11) ∑2500𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 780𝑛𝑚 Spektralna absorptivnost je bila izračunana s pomočjo enačbe (12). Spektralno povprečna vrednost je bila izračunana podobno kot npr. TTsol z enačbo (13). 𝐴𝑠𝑜𝑙(𝜆) = 1 − 𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙(𝜆) − 𝑇𝑅𝑠𝑜𝑙(𝜆) (12) 20 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ∑2500𝑛𝑚 𝐴 𝐴 300𝑛𝑚 𝑠𝑜𝑙(𝜆) 𝑆(𝜆) Δ𝜆 𝑠𝑜𝑙 = (13) ∑2500𝑛𝑚 𝑆(𝜆) Δ𝜆 300𝑛𝑚 2.2.1.2 Vpliv debeline vzorca na prepustnost Vpliv debeline vzorca aerogelne polsti TTvis,calc(d) je bil ocenjen z uporabo Beerovega zakona (14) [87], ki velja za celotni spekter elektromagnetnega sevanja. V enačbi (14) je a [cm-1] absorpcijski koeficient, d [cm] pa debelina. 𝑇𝑇𝑣𝑖𝑠,𝑐𝑎𝑙𝑐(𝑑) = 10(−𝑎×𝑑) (14) 2.2.1.3 Terenske meritve svetlobnih lastnosti s prenosnim spektrometrom v realnih razmerah (oblačno nebo) Totalna spektralna hemisferična-hemisferična prepustnost (TTvis,h-h()) je bila izmerjena s spektrometrom StellarNet Black Comet [88] (slika 2.2.1.5) v intervalih, širokih 5 nm, na valovnem območju med 380 in 780 nm. Za meritve smo uporabili stojalo, spektrometer StellarNet Black Comet, optični kabel, kosinusni receptor (vidni kot 180), kabel za povezavo z računalnikom in pripadajoče programsko orodje. Izdelan je bil tudi priročen nosilec vzorca, ki je hkrati priskrbel temno ozadje. Meritve so bile izvedene v skladu z navodili [88]. Najprej je bilo posneto črno ozadje (receptor pokrit), nato referenčni spekter vpadnega sevanja (receptor odkrit) in nazadnje še spekter prepuščene svetlobe (receptor pokrit z vzorcem). Za vsako meritev je bilo treba prilagoditi integracijski čas posameznega posnetka (večinoma pod 250 ms) in število posnetkov iz katerih je bil izračunan povprečni spekter prepustnosti (pet posnetkov). Pri danem poteku meritev ni bilo mogoče zagotoviti sočasne meritve referenčnega spektra svetlobe in spektra prepustnosti, vendar je bilo v ta namen uporabljeno že omenjeno povprečenje. Temperaturna korekcija je bila med vsemi meritvami izključena. Svod neba 180° Horizontalna površina Spektrometer Vzorec Črno ozadje Slika 2.2.1.5: Shematski prikaz terenskih meritev prepustnosti za vidno svetlobo TTvis,h-h [%] s spektrometrom StellarNet Black Comet Figure 2.2.1.5: Schematic representation of field transmittance TTvis,h-h [%] measurements conducted with portable spectrometer StellarNet Black Comet Spektralno povprečne vrednosti TTvis,h-h so bile pridobljene v skladu s standardom SIST EN 410:2011 [85], v spektralnem območju od 380 nm do 780 nm. Pri tem je bila uporabljena enaka enačba (2), kot je navedena pri laboratorijski spektrometriji. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 21 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.2.1.4 Meritev odbojnosti vzorcev membrane v območju nizko temperaturnega infrardečega (IR) sevanja (območje od 8000 14000 nm) z IR spektrometrom in določitev emitivnosti (eT) površine vzorcev Za določitev termične emitivnosti površin eT je bila na valovnem območju med 2500 in 16000 nm s spektrometrom Bruker IFS 66/S z resolucijo meritve 4 cm-1 izmerjena totalna spektralna hemisferična odbojnost TRIR(). Spektrometer je bil opremljen z integracijsko sfero (OPTOSOL), kot referenčna površina za difuzni odboj pa je bila uporabljena zlata ploščica. 𝑡(𝜆) = 0 in 𝑎(𝜆) = 1 − 𝑟(𝜆) (15) Kadar je prepustnost 𝑡(𝜆) = 0 (15) in kadar velja Kirchoffov zakon (𝑎(𝜆) = 𝑒(𝜆)), izmerjena reflektivnost 𝑟(𝜆) omogoča določitev termične emitivnosti površine materiala in sicer po enačbi (16): 𝑒(𝜆) = 1 − 𝑟(𝜆) (16) Podobno kot pri svetlobnih in sončnih lastnostih je bila termična emitivnost eT [-] izračunana z integracijo spektrov po enačbi (17). Poleg e() v enačbi za izračun eT (17) nastopata še spektralna sevnost črnega telesa B(,T), odvisna od valovne dolžine λ in njegove temperature Tč.t. [K], ter valovni interval Δ [nm]. Sevnost (ang. »radiance«) črnega telesa se izračuna po Planckovem zakonu, ki opiše spektralno porazdelitev gostote energije, ki jo izseva črno telo pri temperaturi Tč.t. (18). ∑16000𝑛𝑚 𝑒(𝜆) 𝐵(𝜆, 𝑇 𝑒 2500𝑛𝑚 č.𝑡.) Δ𝜆 𝑇 = (17) ∑16000𝑛𝑚 𝐵(𝜆, 𝑇 2500𝑛𝑚 č.𝑡.)Δ𝜆 2 𝜋 ℎ 𝑐2 B(, T 0 č.𝑡.) = ℎ 𝑐 (18) 𝜆5 [𝑒𝑥𝑝 ( 0 ) − 1 𝑘 ] 𝐵 𝜆 𝑇č.𝑡. V enačbi (18) nastopajo naslednje količine: Planckova konstanta hPlanck [Js], hitrost svetlobe v vakuumu c0 [m/s], valovna dolžina  [nm], Boltzmannova konstanta kB [J/K] in temperatura črnega telesa Tč.t. [K]. 2.2.1.5 Meritev temperature površine vzorcev membrane in ocena prepustnosti nizko temperaturnega infrardečega sevanja s pomočjo infrardeče kamere med 8000 nm in 14000 nm Za oceno prepustnosti vzorcev tkanin in folij IR sevanje je bila uporabljena infrardeča kamera TESTO 881-3, katere bolometer je občutljiv v valovnem območju med 8000 nm in 14000 nm [89]. 2.2.1.6 Meritev odbojnosti vidne svetlobe in določitev barv obarvanih delov tal v Športni dvorani Brezovica Meritve spektralnega odbojnostnega faktorja Rvis,dif() barv tal v dvorani so bile opravljene s prenosnim spektrometrom Black Comet proizvajalca StellarNet [88], glede na referenčno standardno belo površino na valovnem območju med 380 in 780 nm. V skladu s tehnično dokumentacijo [90], je bila geometrija meritev hemisferična (difuzna svetloba iz vseh smeri neba) in normalna (vpadni kot odbite svetlobe na receptor je bil 0), kot prikazuje slika 2.2.1.6. Pri meritvi je bil poleg že omenjene opreme uporabljen 22 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. tudi nastavek z lečo, ki zmanjša vidni kot s 180 na majhno točko (CR2-AD leča). Pri takšni geometriji meritev je zrcalna komponenta totalne odbojnosti izključena [90]. Kot pri predhodno opisanih terenskih meritvah prepustnosti z istim instrumentom je bilo tudi tu nemogoče izvesti referenčno meritev in meritev odbojnosti sočasno. Zanemarjen je bil tudi vpliv pozicije instrumenta na igrišču na barvo vpadne svetlobe, tudi kot posledice predhodnih odbojev od različno obarvanih površin znotraj stavbe. Horizontalna površina Standardni vzorec Vzorec barve tal FOV Slika 2.2.1.6: Shematski prikaz terenskih meritev odbojnostnega faktorja tal za vidno svetlobo Rvis,dif() [%] s spektrometrom StellarNet Black Comet Figure 2.2.1.6: Schematic representation of field visible light reflection factor Rvis,dif() [%] measurements conducted with portable spectrometer StellarNet Black Comet Odbojnosti faktor Rdif je bil izračunan z uporabo enačbe (3). Da bi dobili difuzno odbojnost površin za rdečo (Cr), zeleno (Cg) in modro (Cb) barvo, so bile vrednosti V() v (3) nadomeščene s kolorimetričnimi funkcijami 𝑟(λ), 𝑔(λ), 𝑏(λ) [91]. 2.2.2 Termične meritve: določitev hitrosti zraka in temperaturnega profila v zračnem kanalu dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica Za izračun toplotnega upora zračnega kanala in določitev vpliva dovajanja zraka na toplotne lastnosti izbranih variant dvojnega membranskega ovoja ZPS (poglavje 2.1) je bilo treba izvesti kontinuirane meritve hitrosti in temperature zraka v zračnem kanalu med membranama. Te so bile pripravljene po zgledu in v skladu z zahtevami standarda ASTM D3464 [92]. Temperatura (Ta,k [°C]) in hitrost (v [m/s]) zraka v zračnem kanalu med membranama sta bili izmerjeni s pomočjo digitalnega več-funkcijskega toplotnega anemometra TESTO 0560.4450 [93] in sonde TESTO 0635.1041 [94]. Ta vključuje toplotni anemometer, ki je namenjen meritvam hitrosti gibanja zraka oziroma pretoka pri relativno majhnih hitrostih od 0 m/s do 2 m/s (zunaj območja klasičnih Venovih anemometrov). Podrobne karakteristike so navedene v preglednici 2.2.2.1. Privzeto je bilo, da je anemometer narejen iz materialov, ki slabo absorbirajo sončno sevanje in da je zato vpliv na meritve zanemarljiv. Na sliki 2.2.2.1 A je označeno mesto meritev hitrosti (vk) in temperature zraka (Ta,k) na JV stranici ŠDB. Meritve so potekale z notranje strani stavbe na višini 4,1 m od tal. Na sliki 2.2.2.1 B sta označeni glavni mesti meritev ob zunanji in notranji stranici zračnega kanala. Za zagotavljanje pozicije in orientiranosti Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 23 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. sonde je bil iz žice izdelan priročni nosilec teleskopske sonde, ta pa je bil z lepilnim trakom prilepljen na membrano. Preglednica 2.2.2.1: Instrumenti za izvedbo meritev temperature Ta,k [C] in hitrosti zraka vk [m/s] v zračnem kanalu med membranama dvojnega ovoja ŠDB Table 2.2.2.1: List of instruments used for measuring Ta,k [C] and speed of air vk [m/s] in the air gap between the envelope membranes of the air-supported structure at Brezovica Instrument Tip meritve Oznaka Drugo TESTO 0560.4450 in Hitrost zraka v vk(t) Možnost avtomatskega zajemanja podatkov. TESTO 0635.1041 zračnem kanalu Sonda Ø 10 z vročo žico. med membranama m. obm.: 0,0 m/s do 20,0 m/s napaka: pri 22 C za hitrost 0,0 m/s do 2 m/s (0,03 m/s + 3% sr.v.) Temperatura zraka Ta,k m. obm.: -20 C do 70 C A B e cladelg az Meritev T a,k [C] in vk an [m/s] zraka 4.1 m nad ub ir tlemi T Slika 2.2.2.1: Prikaz mesta meritev temperature Ta,k [C] in hitrosti zraka vk [m/s] v zračnem kanalu v dvorani (puščica) (A) in na prečnem prerezu zračnega kanala (križec) (B) Figure 2.2.2.1: Location of air temperature Ta,k [C] and its velocity v [m/s] measurements inside the air channel of the double membrane envelope (on building plan (A) and envelope cross section (B)) Slika 2.2.2.2: Prikaz vpliva orientacije sonde anemometra na odčitek hitrosti zraka [m/s] glede na smer zračnega toka (v smeri označbe 100 % vrednost, v nasprotni smeri 70 % vrednosti) Figure 2.2.2.2: Presentation of the anemometer orientation influence on the reading of air velocity [m/s] in respect to the air flow direction (flow in the direction of arrow 100 % value, in the opposite direction 70 %) 24 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Medtem, ko orientacija sonde na meritev temperature zraka (Ta,k) ne vpliva, je za meritev hitrosti zraka (vk) orientacija še kako pomembna, saj je z njo moč določati tudi smer zračnega toka [95] (slika 2.2.2.2). 2.2.3 Meritve dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica in določitev porazdelitve količnika dnevne svetlobe na igrišču v stavbi V tej študiji je bila pozornost usmerjena na eksperimentalno določitev porazdelitve svetlobe na igrišču znotraj ŠDB (poglavje 2.2) s pomočjo količnika dnevne svetlobe [96]. Število eksperimentalnih določitev osvetljenosti v stavbah in zunaj njih s pomočjo količnika dnevne svetlobe je relativno majhno [97] [98] v primerjavi s številom validacij, opravljenih na podlagi izračunov s programi, ki omogočajo simulacijo dnevne osvetljenosti. Simultane meritve direktne in difuzne osvetljenosti zunaj in znotraj izbranih stavb v naravnem merilu so opravili na inštitutu »British Building Research Establishment« [99] in v laboratoriju za dnevno svetlobo na »National Research Council Canada« (NRC), kjer so priskrbeli podatke za različne testne primere z nizko, srednjo in visoko stopnjo kompleksnosti, kot na primer od strani osvetljeni prostori s standardno dvojno zasteklitvijo, prostori s svetlobnimi policami [97], prosojnimi paneli namesto čistega (prozornega) stekla [100] in zunanjimi žaluzijami [101]. Primer stavbe, obravnavan v dani disertaciji, se od navedenih razlikuje po tem, da celotna dvojno ukrivljena pnevmatska konstrukcija deluje kot prosojno okno, svetloba pa vpada iz vseh smeri neba hkrati, uporaba raznih senčil pa ni običajna, največkrat tudi težko izvedljiva. Količnik dnevne svetlobe (KDS) [96] se pri načrtovanju stavb uporablja za oceno nivojev dnevne osvetljenosti površin v notranjosti stavb, na podlagi katerih se lahko oceni, ali je za določen namen dejavnosti osvetljenost za uporabnika ustrezna. Definiran je kot razmerje med osvetljenostjo opazovane površine v stavbi in osvetljenostjo zunanje nezasenčene (ang. »unobstructed«) horizontalne osvetljenosti, ki se običajno eksperimentalno določa pri popolnoma oblačnem nebu in porazdelitvi svetlosti po nebesnem svodu, ki približno ustreza CIE standardnemu oblačnemu nebu [102]. Britanski standard [103] predlaga minimalne vrednosti KDS za stanovanjske stavbe med 1,0 in 2,0 %. Boubekri [104] omeji KDS za učilnice na vsaj 1,5 %, z možnostjo povišanja na 2,0 %. Takih vrednosti KDS ni lahko doseči, še zlasti tedaj, ko svetloba vpada le iz ene strani, iz stranskega okna večinoma z visoko prepustnostjo za svetlobo. Po drugi strani, če vrednosti KDS presežejo 2,0 %, lahko poleti nastane problem zaradi bleščanja in pregrevanja, kar posledično pomeni nižjo stopnjo vizualnega in toplotnega ugodja. Do podobnih ugotovitev je prišel tudi Li v svojem preglednem članku, kjer je izpostavil veliko število meritev in študij na temo dnevne svetlobe [105]. Lahko povzamemo, da je tedaj, ko je KDS < 2 % za primere obravnavanih stavb in njihove uporabe, notranjost stavbe podosvetljena [106] in je potrebna dodatna umetna osvetlitev; če velja 2 % < KDS < 5 % je notranjost stavbe primerno naravno osvetljena, če pa je KDS > 5 %, je umetna razsvetljava potrebna le ob jutrih in večerih, vendar obstaja možnost, da bosta bleščanje in pregrevanje zaradi povečanih solarnih dobitkov energije povzročala težave [107] [108]. Na KDS ne glede na tipologijo stavbe vplivajo dejavniki, kot so delež neba, ki ga iz opazovane točke v notranjosti stavbe lahko vidimo (ang. »sky component«, SC), delež svetlobe, odbite od zunanjih površin okoliških stavb do mesta opazovanja (ang. »externally reflected component«, ERC) in tudi delež svetlobe, prepuščen skozi prosojni del ovoja, vendar odbit od notranjih površin stavbe preden doseže mesto opazovanja (ang. »internally reflected component«, IRC). 𝐾𝐷𝑆 = (SC + ERC + IRC) TT𝑣𝑖𝑠 k1 k2 (19) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 25 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Osvetljenost Ei,exp,glob(Ni) [lx] na določenem mestu (Ni) v obravnavani stavbi sovpada z vsoto teh treh deležev (SC, ERC in IRC, enačba (19)) in je odvisna od (difuzne) osvetljenosti v določenem trenutku (t), izmerjene zunaj ŠDB (Eo,calc,dif(t)). V enačbi (19) nastopajo še prepustnost prosojnega ovoja (TTvis), korekcijski faktor za debelino okvira (k1) in korekcijski faktor za upoštevanje umazanije na steklu (k2). Po definiciji je KDS neodvisen od nihanja osvetljenosti, dokler je upoštevan dovolj dober približek CIE standardno oblačnega neba. Zadnje je bilo v našem primeru za izvedbo eksperimentalnega dela ključnega pomena, saj se je kljub nenehno spreminjajoči se intenziteti sončnega sevanja enostavno s pomočjo eksperimenta določilo KDS na podlagi meritev Ei,exp,glob(Ni) v notranjosti stavbe, kot je predstavljeno v tem in v poglavju 3.1.3. 1.05 m alce gled za na iburT 0.5 m 1.05 m Slika 2.2.3.1: Tloris Športne dvorane Brezovica in potek meritev Figure 2.2.3.1: Plan of the air-supported dome in Brezovica and the course of measurements V skladu s tem je bil za izbranih 45 pozicij (Ni = 1 do 45) na igrišču (slika 2.2.3.1) v ŠDB (poglavje 2.1) eksperimentalno določen količnik dnevne svetlobe [102] za dva seta (set 1 in set 2) razlikujočih se razmer neba, izveden v zaporednem časovnem obdobju v dobrih dveh urah. Za ta namen sta bila uporabljena dva detektorja svetlobe (preglednica 2.2.3.1) [109], prvi za poznejši izračun difuzne osvetljenosti zunanje nezasenčene površine Eo,calc,dif iz eksperimentalno določene Eo,exp,tube, in drugi za pripadajočo osvetljenost merilnih mest v stavbi Ei,exp,glob(Ni) (Ni = 1 do 45). Mreža merilnih mest je bila pripravljena v skladu s priporočili priročnika »IESNA Lighting Handbook« [110], tako je bila razdalja v obeh smereh, vzdolž in prečno glede na glavno os stavbe 4,5 m. Predvideno zaporedje merilnih mest je prav tako prikazano na sliki 2.2.3.1. Preglednica 2.2.3.1: Instrumentarij, uporabljen pri meritvah dnevne osvetljenosti ŠDB Table 2.2.3.1: List of instruments used for daylighting measurements of the Brezovica air- supported dome Instrument Tip meritve Oznaka Drugo VOLTCRAFT 4 v 1 Osvetljenost Ei,exp,glob m. obm.: 0 lx do 20000 lx Instrument 1 napaka.: ± (5% rdg + 10dgt) VOLTCRAFT 4 v 1 Osvetljenost Eo,exp,tube m. obm.: 0 lx do 20000 lx Instrument 2 napaka.: ± (5% rdg + 10dgt) TESTO 545 Osvetljenost Eo,exp,glob m. obm.: 0 lx do 100000 lx napaka.: ± 1 dgt VOLTCRAFT Osončenost Iglob m. obm.: 0 lx do 1999 W/m2 napaka.: ± 10 W/m2 oz. ± 5% 26 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Osvetljenost nezasenčene zunanje horizontalne površine z nebom (označena z o) ob ŠDB (Eo,calc,dif [lx]) je bila določena po sledečem postopku: za meritve vpadnega sončnega sevanja v spektralnem območju med 400 nm in 700 nm je bil izbran multi-funkcijski instrument Voltcraft [111] opremljen s silikonsko diodo (maksimalna občutljivost pri 550 nm). Merilno območje je bilo nastavljeno za vrednosti osvetljenosti do 20 000 lx pri resoluciji 10 lx. Za izvedbo meritev prispevka k osvetljenosti horizontalne površine s segmentom difuznega neba v smeri zenita, je bil uporabljen iz cevi improviziran nastavek valjaste oblike (radij 35 mm in višina 70 mm, ki nudi vidni kot 28° oziroma ~ 1 sr), da se je lahko izmerilo sevanje le iz dela difuznega neba v smeri zenita (Eo,exp,tube [lx]). S tem je bil med merjenjem izključen od pozicije odvisen vpliv okolice (senčenje in odboj svetlobe s sosednjih objektov in tudi morebitna direktna komponenta z oblačnega neba vpadnega sončnega sevanja). Na tako pridobljene vrednosti Eo,exp,tube je bila normalizirana difuzna osvetljenost nezasenčene horizontalne površine Eo,calc,dif, pri čemer je bilo prevzeto CIE standardno oblačno nebo [102]. V postopku izračuna je bila najprej določena svetlost zenita (Lo,calc,z [lm/sr.m2]) z enačbo (20) oziroma (21). V naslednjem koraku je bila izračunana Eo,calc,dif tako, da so bile pred tem izračunane vrednosti Lo,calc,z pomnožene s faktorjem 7π/9 (enačba (22) oziroma (23)). 𝜋 2 1 + 2 sin𝛾 𝐸𝑜,𝑒𝑥𝑝,𝑡𝑢𝑏𝑒 = 2𝜋𝐿𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑧 ∫ sin γ cos γ dγ 3 (20) 19𝜋 45 𝜋 2 1 + 2 sin𝛾 𝐿𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑧 = 𝐸𝑜,𝑒𝑥𝑝,𝑡𝑢𝑏𝑒 / (2𝜋 ∫ sin γ cos γ dγ) (21) 3 19𝜋 45 𝜋 2 1 + 2 sin𝛾 𝐸𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑑𝑖𝑓 = 2𝜋 𝐿𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑧 ∫ sin γ cos γ dγ 3 (22) 0 7𝜋 𝐸𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑑𝑖𝑓 = 𝐿 9 𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑧 (23) Set meritev globalne (direktne + difuzne) osvetljenosti (Eo,exp,glob [lx]) v intervalu petih sekund je bil izveden zunaj ŠDB z merilnikom osvetljenosti Testo 545 [112]. Merilno območje je bilo nastavljeno na 100.000 lx z resolucijo 10 lx. Ocena razlike med vrednostmi Eo,exp,glob in Eo,calc,dif je bila izražena s korenom povprečne kvadratne napake (ang. »Root mean square error«, RMSE) (24)). V enačbi (24) xi pomeni i-to zaporedno napovedano vrednost (Eo,calc,dif), x̂i pa i-to zaporedno izmerjeno vrednost (Eo,exp,glob). 𝑛 1 𝑅𝑀𝑆𝐸 = √ ∑(𝑥 (24) 𝑛 𝑖 − 𝑥 ̂𝑖)2 𝑖=1 Za obdelavo podatkov je bila uporabljena tudi povprečna absolutna deviacija (AAD [enota vzorca]), izračunana po enačbi (25), kjer xi ponazarja i-to vrednost vzorca, m(X), pa srednjo vrednost vzorca. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 27 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 𝑛 1 𝐴𝐴𝐷 = ∑|𝑥 (25) 𝑛 𝑖 − 𝑚(𝑋)| 𝑖=1 Meritve globalnega sončnega sevanja so bile izvedene s pomočjo ročnega merilnika proizvajalca Voltcraft tipa PL-110 SM z merilnim območjem od 0 W/m2 do 1999 W/m2, ob resoluciji 0,1 W/m2 in natančnosti ± 10 W/m2 oziroma ± 5% [113]. Meritev spektralno-radiometričnih podatkov na območju valovnih dolžin od 300 nm do 1100 nm je bila izvedena s spektroradiometrom EKO MS-711 [114] v Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Globalna osvetljenost ravne nezasenčene horizontalne površine (Eo,calc,glob [lx]) je bila iz spektralnih podatkov izračunana s pomočjo enačbe (26) [115]. Z V() [-] je označena funkcija relativne barvne občutljivosti človeškega očesa za fotopičen vid, Km [lm/W] ponazarja maksimum spektralne svetlobne efikasnosti monokromatičnega sevanja K() [lm/W] pri valovni dolžini 555 nm, s Φe, [W/nm.m2] pa je označena spektralna porazdelitev sevalnega toka. ∞ 𝐸𝑜,𝑐𝑎𝑙𝑐,𝑔𝑙𝑜𝑏 = 𝐾𝑚 ∫ Φ𝑒,𝜆 𝑉(𝜆) 𝑑𝜆 (26) 0 V Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani so bile izvedene tudi meritve globalne osončenosti nezasenčene horizontalne površine Io,exp,glob [W/m2] in njene difuzne komponente Io,exp,dif [W/m2]. V ta namen sta bila uporabljena dva piranometra MS-410 proizvajalca Eko Instruments [116], od katerih je eden imel montiran tudi obroč, ki senči direktno komponento vpadnega sončnega sevanja. 2.2.4 Raziskava toplotnega odziva Športne dvorane Brezovica Zaporedje meritev (set) z vremensko postajo Conrad [117] (preglednica 2.2.4.1) je bilo izvedeno na ŠDB, da bi pridobili informacije o lokalnih klimatskih razmerah zunaj stavbe (temperatura zraka Ta,o [C], vlažnosti zraka RHa,o [%], hitrosti vetra vw [m/s], smeri vetra DIRw []) in za analizo spremembe temperature Ta,i [C] in vlažnosti RHi [%] zraka v stavbi. Cilj je bil določiti glavne vplive na toplotni odziv stavbe in pripraviti podatke za računsko delo, predstavljeno v poglavju 2.3.3. Preglednica 2.2.4.1: Instrumentarij za izvedbo meritev klimatskih parametrov zunaj ŠDB in v njej Table 2.2.4.1: List of instruments used for measuring climatic parameters inside and outside the air-supported dome at Brezovica Instrument Tip meritve Oznaka Drugo Vremenska postaja Smer vetra DIRw Conrad 672286 Hitrost vetra vw m .obm.: 0 km/h do 160 km/h napaka.: 1 m/s Temperatura zraka zunaj stavbe Ta,i m. obm.: -40 C do +65 C napaka.:1C Temperatura zraka v stavbi Ta,o m. obm.: 0 C do +50 C napaka.:1C 28 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Relativna vlažnost zraka zunaj RHa,o m. obm.: 10 % do 90 % stavbe napaka.:5 % Relativna vlažnost zraka v stavbi RHa,i m. obm.: 10 % do 90 % napaka.: 5 % Izvedena je bila kontrola razlike v vrednosti izmerjene temperature zraka s termometroma na notranji in zunanji enoti vremenske postaje Conrad [117], njen rezultat pa je podan v prilogi 2.2.4.A. A B Sonda Ta,o 2.1 m in sonda A vw 2.45 m nad tlemi ecla Sonda T d a,i 0.8 m nad Zunanja sonda A-A el tlemi g az anub Notranja sonda irT A Slika 2.2.4.1: Prikaz pozicije notranje in zunanje enote vremenske postaje Conrad [117]: tloris (A), prerez A-A (B) Figure 2.2.4.1: Location of the indoor and outdoor Conrad [117] weather station unit: plan (A), cross section A-A (B) Na sliki 2.2.4.1 sta označeni poziciji notranje in zunanje enote vremenske postaje Conrad [117]. V času meritev je bila obravnavana stavba v prostem teku (ang. »free-running mode«), brez ogrevanja in hlajenja (prisoten le stalen mehanski dovod zraka), v njej pa so potekale le dejavnosti, povezane s predstavljenim raziskovalnim delom (tudi poglavje 2.2.2). Posledično je bil vpliv potencialnih notranjih dobitkov (visoko aktivni uporabniki, razsvetljave ipd.) izključen iz meritev in analize. Stavba je bila naravno osvetljena, osončena in izpostavljena vetru. 2.3 Raziskave na podlagi računalniških izračunov in simulacij 2.3.1 Toplotne lastnosti konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja Toplotna prehodnost (U [W/m2.K]) konstrukcijskih sklopov (neprosojnih in prosojnih) se ne uporablja le pri stacionarnem izračunu energetske bilance [118] stavb, temveč tudi kot eden poglavitnih podatkov o toplotnih lastnostih elementov stavbnega ovoja [41] [58] za primerjalne analize. Toplotna prehodnost konstrukcijskih sklopov opiše, koliko je dani sestav konstrukcijskega sklopa pri stacionarnih razmerah sposoben prevajati toploto, torej toplotni tok skozi enoto površine sklopa 1 m2 pri temperaturni razliki notranjega in zunanjega okolja 1 K. Na splošno pa se izračuna kot recipročna vrednost skupnega toplotnega upora konstrukcijskega sklopa R [m2.K/W] (27), vključno z upoštevanjem toplotnega upora mejnih zračnih plasti. 1 𝑈 = 𝑅 (27) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 29 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Delo v sklopu obravnave toplotnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja ŠDB je bilo osredotočeno predvsem na računsko določitev toplotnega upora obstoječe različice konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z z uporabo eksperimentalno pridobljenih vhodnih podatkov (poglavje 2.2.2). Narejen je bil še primerjalni izračun toplotnega upora sklopa ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Izračun totalne prepustnosti sklopov za sončno sevanje je bil narejen z uporabo eksperimentalno določenih optičnih lastnosti membran (poglavje 2.2.1). Vzporedno s temi analizami je bilo tudi ocenjeno ali je ohranitev zračnega kanala z vidika prehoda toplote z radiacijo v primeru ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE smiselna ali ne. Dodatno smo dobili še oceno, ali je vpliv dovajanja zraka v zračni kanal zanemarljiv ali ne. A zunanja PES(1) zračni PES(2) notranja mejna kanal mejna zračna zračna plast plast B zunanja ETFE zračni PEfabric aerogel PEfabric ETFE notranja mejna kanal mejna zračna zračna plast plast Slika 2.3.1.1: Shematski prikaz toplotnega vezja za obstoječo različico konstrukcijskega sklopa ovoja ŠDB (PES(1)2009z/PES(2)2009z) (A) in za predlagano novo različico z uvedeno aerogelno odejo Spaceloft® (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) (B) Figure 2.3.1.1: Schematic representation of the thermal circuit for the existing version of the constructional complex of the Brezovica air-supported dome (PES(1)2009z/PES(2)2009z) (A), and the newly proposed version insulated by the aerogel blanket Spaceloft® (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) (B) Toplotni upor sklopov R [m2.K/W] je bil izračunan kot navaja standard ISO 15099:2003 [119] za idealen presek, tj. za sredino zasteklitve (ang. »centre of glazing«) pri čemer je vpliv vogalnih učinkov in okvira zanemarjen. Pri tem je bila vodilna enačba (28). Pri izračunih je bilo predpostavljeno, da sta membrani vzporedni, učinki geometrije pa so bili posredno upoštevani le pri izračunih koeficienta konvekcijskega prenosa toplote. 𝑛 𝑛 1 1 𝑅 = + ∑ 𝑅 + ∑ 𝑅 + ℎ 𝑖 𝑔𝑣,𝑖 (28) 𝑒𝑥 ℎ𝑖𝑛𝑡 𝑖=2 𝑖=1 30 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. V enačbi (28) hex [W/m2.K] in hint [W/m2.K] ponazarjata koeficient prestopa toplote za notranjo in zunanjo mejno zračno plast; Ri [m2.K/W] toplotni upor i-te zračne plasti v zasteklitvi (v obravnavanem primeru le ena) in Rgv,i [m2.K/W] toplotni upor i-te šipe (v obravnavanem primeru materialov navedenih v preglednicah 2.1.1.1, 2.1.2.1). Na sliki 2.3.1.1 A je prikazana shema toplotnega vezja za obstoječi konstrukcijski sklop ŠDB in na sliki 2.3.1.1 B shema za predlagano različico z aerogelom izoliranega dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa. 2.3.1.1 Vpliv mejnih zračnih plasti Za oceno vpliva mejnih zračnih plasti na potek temperature v zidu, tako pri stacionarnih kot nestacionarnih pojavih, potrebujemo Biotovo število Bi [-], ki je definirano s količnikom toplotnega upora zidu (d/k) in toplotnega upora mejne zračne plasti (1/) (29) [120]. V enačbi (29)  [W/m2.K] pomeni prestopni koeficient toplote, d [m] debelino zidu in k [W/m.K] njegovo toplotno prevodnost. 𝑑 𝐵𝑖 = 𝛼 (29) 𝜆 2.3.1.2 Zračni kanal 2.3.1.2.1 Koeficient prenosa toplote s konvekcijo Standard ISO 15099:2003 [119] poda naslednjo enačbo (30) za izračun koeficienta prenosa toplote s konvekcijo hcv,i [W/m2.K]: 𝑘 ℎ 𝑖 𝑐𝑣,𝑖 = 𝑁𝑢𝑖 ( ) (30) 𝑑𝑖 Indeks i ponazarja i-to zračno plast v večslojnem sistemu zasteklitve, z Nu [-] je označeno Nusseltovo število, s ki [W/m.K] pa toplotna prevodnost medija v kanalu med membranama (v našem primeru zraka), di [m] pa označuje povprečno debelino zračnega kanala. Isti standard (členi 5.3.3.1 do 5.3.3.5 [119]) najprej podaja podroben postopek in enačbe za izračun koeficienta konvekcijskega prenosa toplote med površinama neprezračevanega zračnega kanala pod različnimi nakloni prosojnih elementov ovoja. Po tem postopku pridobljeni koeficienti upoštevajo združen vpliv prenosa toplote s kroženjem zraka kot z difuzijo toplote. Za primer prezračevanega zračnega kanala na podlagi metode delitve toplotnega toka (ang. »split flux method«) standard [119] veže izračun toplotnega toka in pripadajočega koeficienta prenosa toplote s kondukcijo/konvekcijo na ekvivalentno povprečno temperaturo zraka v kanalu. Pri tem predpostavi tudi polovični toplotni upor zračnega sloja med površinama stranic kanala in mestom ekvivalentne povprečne temperature zraka v kanalu. Vrednosti prenosa toplote med stranicama kanala s kondukcijo/konvekcijo hcv,i [W/m2.K] (30) se tako povečajo za faktor dva, prištet pa je še vpliv izmenjave zraka v kanalu 4vi, ki ponazarja proces prisilne konvekcije. Tako na koncu standard ISO 15099:2003 [119] poda dopolnjeno enačbo za izračun koeficienta prenosa toplote med stranicama kanala s konvekcijo hcvd,i [W/m2.K] (31): ℎ𝑐𝑣𝑑,𝑖 = 2ℎ𝑐𝑣,𝑖 + 4𝑣𝑖 (31) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 31 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Kot vhodni podatek za izračun hcv,i po tem standardu je treba podati hidravlični premer zračnega kanala Dhyd, ki je bil izračunan po enačbi (32) [121]. 4 ∗ 𝑝𝑜𝑣𝑟š𝑖𝑛𝑎 𝑡𝑜𝑘𝑎 𝐷ℎ𝑦𝑑 = (32) 𝑜𝑚𝑜č𝑒𝑛𝑖 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑔 2.3.1.2.2 Koeficient prenosa toplote z radiacijo Za izračun koeficienta prenosa toplote med stranicama zračnega kanala z radiacijo hr [W/m2.K] je bilo predpostavljeno, da sta stranici zračnega kanala vzporedni in neprepustni za IR. Hkrati se izračun hr v tej raziskavi zgleduje po izračunu hr med absorberjem in pokrivno ploščo sončnega kolektorja [122], pri katerem je bila uporabljena enačba (33). V tej enačbi nastopajo naslednje količine: eT' [-] in eT' [-], ki pomenita hemisferični emitivnosti stranic kanala, Tm [K] ponazarja srednjo absolutno temperaturo zraka v kanalu (izračunana po enačbi (34)) in  [W/m2.K4] pomeni Stefan-Boltzmannovo konstanto. 4𝜎𝑇 3 ℎ 𝑚 𝑟 = (1 𝑒′ ⁄ ) ′′ ⁄ ) (33) 𝑇 + (1 𝑒𝑇 − 1 𝑇 𝑇 𝑠,𝑘,𝑖 + 𝑇𝑠,𝑘,𝑜 𝑚 = 2 (34) Tovrstni približek (33) koeficienta prenosa toplote z radiacijo [123] lahko naredimo le tedaj, ko so temperaturne spremembe ob notranjih površinah zračnega kanala v primerjavi z absolutno temperaturo zraka (v [K]) med stenama majhne [124]. 2.3.1.2.3 Toplotni upor prezračevanega kanala Standard ISO 15099:2003 [119] eksplicitno ne poda enačbe za določitev toplotnega upora prezračevane zračne plasti za primer, ki upošteva tako prenos toplote s konvekcijo kot radiacijo. Ta,k,p R3 R2 Ts,k,o R T 1 s,k,i Slika 2.3.1.2: Shematski prikaz modela prenosa toplote med stranicama zračnega kanala (notranjo in zunanjo površino) in zrakom v njem z uporovno mrežo v kateri je upor R1 (pripadajoč prenosu toplote z radiacijo brez sodelujočega vmesnega medija) vzporedno vezan z zaporedno vezavo uporov, pripadajočih konvekciji ob dveh stranicah Figure 2.3.1.2: Schematic representation of the heat transfer between the internal and external side of the envelope air channel with the new thermal resistor network inside 32 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. which the thermal resistance R1 (radiative heat transfer between surfaces) parallelly bound with the sequentially bound of thermal resistances belonging to convective heat transfer next to the channel sides Ob predpostavki, da velja teorija toplotnih vezij, ki se zgleduje po razporeditvi upornikov in drugih elementov električnih vezij [125], lahko zračni kanal ponazorimo, kot je prikazano na sliki 2.3.1.2 in zapišemo enačbo (35), ki se poenostavi v enačbo (36). 𝑅 1 𝑅 1(𝑅2 + 𝑅3) 𝑖 = = 𝑅 1 1 (35) 1 + 𝑅2 + 𝑅3 𝑅 + 1 𝑅2 + 𝑅3 1 𝑅𝑖 = ℎ (36) 𝑟,𝑖 + ℎ𝑐𝑣𝑑,𝑖 Kot primer je toplotni upor zračne plasti v solarnih kolektorjih, ob upoštevanju prenosa toplote tako s konvekcijo kot z radiacijo, izračunan po enakem modelu z enačbo (36) [121]. Pri tem se predvideva, da zrak v kanalu ne nastopa kot sodelujoči medij pri izmenjavi toplote med stranicama s sevanjem, ker proces prenosa toplote z radiacijo poteka popolnoma neodvisno od konvekcije. 2.3.1.3 Toplotni upor trdnih materialov Izračun toplotnega upora materialov, ki sestavljajo membrani (preglednici 2.1.1.1 in 2.1.2.1), je bil izračunana po enačbi (37), definirani v standardu ISO 15099:2003 [119]. 𝑡𝑔𝑣,𝑖 𝑅𝑔𝑣,𝑖 = (37) 𝜆𝑔𝑣,𝑖 2.3.1.4 Totalna prepustnost za sončno sevanje Totalna prepustnost sončnega sevanja ali g [-] je bila prav tako izračunana za tri različice konstrukcijskega sklopa dvojnega zračno podprtega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Izračun je bil narejen po postopku za dvojne zasteklitve, kot je definiran v standardu ISO 9050:2003 [126]. Eksperimentalni vhodni podatki za izračun so bili pridobljeni po postopkih predstavljenih v poglavju 2.2.1. 𝑔 = 𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙 + 𝑞𝑖 (38) 𝐴 𝐴 ( 𝑒1 + 𝐴𝑒2 + 𝑒2 ℎ Λ ) 𝑞 𝑒𝑥 𝑖 = (39) 1 1 1 ( + + ℎ𝑖𝑛𝑡 ℎ𝑒𝑥 Λ) Medtem, ko so količine TTsol, hint in hex že znane v enačbah (38) in (39) nastopata še Ae1 [-] in Ae2 [-], ki označujeta absorptivnost posameznega sloja dvojne zasteklitve v smeri vpadnega sončnega sevanja in Λ [W/m2.K], ki označuje toplotno prehodnost med zunanjo in notranjo stranico konstrukcijskega sklopa brez upoštevanja mejnih zračnih plasti na notranji in zunanji strani konstrukcijskega sklopa. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 33 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.3.2 Raziskava dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica za različne različice sestave zračno podprtega ovoja Prvotno so KDS izračunavali z enostavnimi razpredelnicami [108] in metodo ločitve tokov (ang. »split flux method«), čemur so sledile naprednejše računske tehnike, zasnovane na izsevani in odbiti komponenti sevanja skupaj (ang. »radiosity«) [127] [128]. Danes je načrtovalcem in raziskovalcem bivalnih in delovnih razmer v stavbah, med drugim dostopno tudi računalniško orodje DAYSIM [129], ki omogoča za različne oblike stavb oceno količine dnevne svetlobe na opazovani površini, pretvorbo v različne parametre, ki opisujejo razmere dnevne osvetljenosti, in podporo pri interpretaciji. DAYSIM je bil razvit na inštitutih: »National Research Council Canada« in »Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems«. DAYSIM je zasnovan na podlagi programa RADIANCE [130], ki ga je konec 80tih. let 20. stoletja na inštitutu »Lawrence Berkeley National Laboratory« predstavil Greg Ward. Program temelji na metodi stohastičnega in determinističnega vzvratnega sledenja žarkov svetlobe. Omenjena metoda omogoča simulacijo vizualne podobe poljubnega okolja, sestavljene oblike ali ukrivljene površine, ki je zasnovana na fizikalnih količinah, pri čemer je vir svetlobe lahko umetni ali naravni [130]. Ravne in odsekoma ravne površine, ki sestavljajo elemente stavbnega ovoja so lahko enostavne neprosojne ali prozorne, lahko pa tudi kompleksne [131] z vidika prehoda svetlobe med katere spadajo tudi eno- ali večslojne prosojne površine. Metodološki preskok programa DAYSIM glede na program RADIANCE se skriva v dejstvu, da z zanesljivejšo in natančnejšo uporabo koeficientov dnevne svetlobe, DC (ang. »daylight coefficient«), kakor njegovi predhodniki (na primer Adeline in ESP-r ) [132] v kombinaciji z metodo vzvratnega sledenja žarkov uporabniku omogoči časovno učinkovito in časovno odvisno analizo dnevne osvetljenosti skozi vse leto. Metoda koeficientov dnevne svetlobe je bila uspešno implementirana tudi v druge računalniške programe [133] [134] [131] [135] [101]. Zaradi neodvisnosti koeficientov dnevne svetlobe od dejanskih vremenskih razmer se ti, za izbrano geografsko lokacijo, posamezno obliko stavbe in definicijo optičnih lastnosti materialov, v opazovanih točkah izračunajo le enkrat, z dejansko porazdelitvijo svetlosti po nebesnem svodu pa se s pomočjo linearne superpozicije povežejo v drugem koraku izračuna. Končni rezultat opisanega postopka je iskana dnevna osvetljenost obravnavanih točk. Metodo izračuna prispevkov posameznih segmentov neba k osvetljenosti obravnavane točke oziroma metodo koeficientov dnevne svetlobe, ki je v svojem bistvu aproksimacija metode količnika dnevne svetlobe višjega reda [132], sta že leta 1983 predlagala Tregenza in Waters [136], njena uporaba pa programu DAYSIM omogoči analizo dnevne osvetljenosti tudi pri kompleksni porazdelitvi svetlosti neba, kot jo opiše Perezov vse-vremenski model [137]. Tako poleg osnovnega izračuna dnevne osvetljenosti pri stacionarnem standardno oblačnem nebu [138] in uporabo količnika dnevne svetlobe uporabnikom omogoča časovno odvisno kvantitativno analizo dnevne osvetljenosti v vsem letu na podlagi sodobnejše metrike, ki temelji tudi na klimatskih podatkih [139]. Koeficient dnevne svetlobe (DCi), pripadajoč i-temu segmentu neba (ΔSi), je definiran kot matematična funkcija, ki poveže porazdelitev svetlosti i-tega segmenta neba (Li) z osvetljenostjo (ΔE) točke v stavbi (40) in je z drugimi besedami merilo za občutljivost osvetljenosti točke v stavbi za spremembe svetlosti neba [136]. ∆𝐸 = 𝐷𝑖 𝐿𝑖 ∆𝑆𝑖 (40) Zanesljivost rezultatov, ki jih podata programa Radiance in DAYSIM, je bila v preteklosti preverjena in potrjena v seriji napovedi s simulacijami [100], ki so pokazale, kako točno lahko simulacije potrdijo fizikalne meritve v številnih razlikujočih se razmerah neba v prostorih naravnega merila in zastekljenih s čistim steklom, z žaluzijami ali brez njih [140], in prisotnimi svetlobnimi policami [97] [141] ali prosojnim (motnim) steklom [100]. 34 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A B 12.5 m 25.0 m 12.5 m Zahodni vogal Severni vogal Pravokotni segmenti ovoja Lok d Lok i Lok h Lok c Višina: 11.0 m 25.0 m Lok j Lok g A A Lok a Lok e Lok f Lok b Trikotni segmenti ovoja Južni vogal Vzhodni vogal B B A-A 8 9 10 11 12 7 6 5 4 3 2 i=1 Indeks i C B-B 8 9 10 11 12 7 6 5 4 3 2 i=1 Indeks i Slika 2.3.2.1: Tloris geometrijskega modela ŠDB (A), prerez A-A (B) in prerez B-B (C). Na slikah (B) in (C) je prikazana tudi segmentacija lokov s pripadajočimi indeksi posameznih linearnih segmentov Figure 2.3.2.1: Plan of the Brezovica air-supported structure geometry model (A), its cross- section A-A (B) and its cross-section B-B (C). In (B) and (C) also the segmentation of arcs with corresponding indices is shown Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 35 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Analizirana stavba ŠDB (poglavje 2.1), bi bila lahko obravnavana kot skrajni primer, saj njen celotni svod deluje kot ukrivljeno prosojno steklo. Za izračune s programom DAYSIM je bila geometrija obravnavane stavbe razdeljena na sredinski del valjaste oblike ter dva skrajna dvojno ukrivljena dela, simetrična glede na glavno os stavbe (slika 2.3.2.1 A). Sredinski del je segment valja z radijem ukrivljenosti 12,75 m, odrezan 1,75 m v radialni smeri od središča krožnice v vertikalni smeri (višina stavbe 11,0 m) in je opisan s pravokotniki. Stranski del je s trikotniki opisana ploskev, napeta čez pet lokov z radijem ukrivljenosti 12,75 m, odrezanih enako kakor cilindrični del (sliki 2.3.2.1 A in B). Vsi vogali površin so pripeti na enega od desetih lokov z radijem ukrivljenosti 12,75 m. Loki a, b, c in d so bili dolgi 21,9 m, loki e, f, g, h, i in j pa 18,2 m. Nakloni linearnih segmentov lokov (slika 2.3.2.1) so podani v preglednici 2.3.2.1. Preglednica 2.3.2.1: Nakloni segmentov γi [°] cilindričnega dela geometrijskega modela ŠDB Table 2.3.2.1: Inclination of the segments in the cylindrical part of the Brezovica air- supported dome geometrical model I i [-] [°] 1 79,7 2 72,4 3 66,0 4 58,5 5 51,9 6 45,0 7 38,1 8 31,0 9 24,4 10 17,2 11 10,3 12 1,9 CIE standardno oblačno nebo [102] je bilo uporabljeno v izračunih, saj je približno odražalo dejanske razmere oblačnega neba (do 5000 lx, poglavje 3.1.3) na dan, ko so bile izvedene eksperimentalne meritve, s čimer je bila omogočena tudi visoko zanesljiva primerjava izračunanih KDS z eksperimentalnimi. Tudi v literaturi zasledimo priporočilo tovrstne prakse [142]. Hkrati zaradi omejene dostopnosti instrumentov v času izvedbe eksperimentalnih meritev na Brezovici direktna in difuzna komponenta sončnega sevanja nista bili neposredno merjeni, kar pomeni, da posledično ni bilo mogoče neposredno uporabiti Perezovega vse-vremenskega modela neba [141] [143] [137]. Narejena pa je bila študija vpliva direktne komponente sončnega sevanja (Io,dir [W/m2]). Poleg primerjave s programom DAYSIM izračunanih KDS z eksperimentalnimi, je bila opravljena tudi analiza vpliva različnih vzorcev porazdelitve odbojnosti barv po igrišču. Pridobljene porazdelitve KDS so bile uporabljene kot indikator osvetljenosti in kot pomoč pri analizi vpliva v notranjosti stavbe odbite komponente vpadne svetlobe (IRC) v ŠDB. Kompleksna oblika dvojnega membranskega ovoja (slika 2.1.1.2) je bila potem poenostavljena v enoslojni model konstrukcije, kateri so bile pripisane eksperimentalno določene svetlobne lastnosti celotnega konstrukcijskega sklopa (PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ ETFE) sistema membran, kot je opisano v poglavju 2.2.1. Razlog za tako odločitev se skriva v dejstvu, da program Radiance omogoča le simulacije primerov prehoda svetlobe z enkratnim sipanjem (ang. »single scattering event«) [144]. 36 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A indirektna zrcalna prepuščena indirektna difuzna prepuščena indirektna zrcalna prepuščena 5c indirektna difuzna prepuščena B indirektna difuzna prepuščena 5c indirektna difuzna prepuščena Slika 2.3.2.2: Ponazoritev izbora tipa metode generacije žarkov pri njihovem vzvratnem sledenju s programom Radiance, brez upoštevanja (A) in ob upoštevanju (B) predpostavk o optičnih lastnostih primerov dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ ETFE (B) Figure 2.3.2.2: Illustration of the ray generation method choice in the raytracing runs by Radiance software without (A) and with (B) consideration of assumptions about the optical properties of the double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 37 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Za opis optičnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja (modeliranega z enoslojno površino) je bil izbran tip materiala »trans«, ki se uporablja za opis svetlobnih lastnosti prosojnih elementov stavbnega ovoja [145], katerih totalna prepustnost in odbojnost sta sestavljeni tako iz zrcalne kot difuzne komponente. Validacijo uporabe tipa materiala »trans« s programom DAYSIM za simulacijo dnevne osvetljenosti v primeru pisarne z vertikalno stransko odprtino in oknom sestavljenim iz prosojnih kompozitnih panelov, sta izvedla C. F. Reinhart in Marilyn Andersen [100]. Za motne panele je bilo predpostavljeno, da je zrcalna prepustnost enaka nič (TTspecular = 0), tako kot je bilo predpostavljeno v tej raziskavi dnevne osvetljenosti ŠDB. Uporabljena je bila le difuzna odbojnost obravnavanih vzorcev dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa, saj bi v nasprotnem primeru bile potrebne zahtevnejše goniofotometrične meritve, ki bi podale podrobne informacije odvisnosti svetlobnih lastnosti od vpadnega kota svetlobe [100]. Sliki 2.3.2.2 A in B prikazujeta, kateri žarki so med vzorčnim pošiljanjem žarkov zanemarjeni (prečrtani z X na sliki 2.3.2.2 A) zaradi navedenih predpostavk o optičnih lastnostih membran (upoštevani le difuzna prepustnost Td in difuzna odbojnost Rd). Pri vzvratnem sledenju žarkov za površine, ki so definirane kot vir svetlobe oziroma površine, ki so zelo svetle (okna), so bili opravljeni izračuni direktnih prispevkov le po deterministični metodi ter indirektnih prispevkov (zrcalnih in difuznih) po stohastični metodi [146]. Segmenti ovoja, obravnavani kot okna, so bili po dimenzijah preveliki, zato jih je program Radiance razdelil na manjše podelemente (na podlagi razmerja med najdaljšo stranico in razdaljo od točke opazovanja do obravnavanega elementa, ds = 0,2 [-]) [147]. Metoda Monte Carlo (v splošnem oznaka za metode reševanja matematičnih problemov, ki temeljijo na ustreznem statističnem vzorčenju [148] [149] in se uporabljajo tudi pri vzvratnem sledenju žarkov) pri direktnem računu ni bila uporabljena, saj je bil parameter dj (»direct jitter«) enak nič. Sekundarnih oziroma virtualnih virov svetlobe ni bilo, saj je veljala predpostavka, da zrcalne prepustnosti in odboja ni (TTspecular = 0 in TRspecular = 0). Posledično sekundarni viri niso bili vključeni v direktni račun. Tako so ostali le še indirektni računi difuzno prepuščene in difuzno odbite svetlobe (obe enaki v vse smeri – Lambertov difuzor), za katere je program Radiance uporabil metodo Monte Carlo, pri čemer je vzorčil hemisfero. Za žarke, ki dosežejo segment neba, definiran kot vir svetlobe, program Radiance ustavi izračun. Med uporabo programa DAYSIM (glej »scene 1« v [129]) je bilo upoštevanih do pet odbojev pojemajočega žarka pred njegovo izključitvijo iz računa. Za vsako opazovano točko v stavbi (45 merilnih mest od 1a do 9e) je bilo obravnavanih vzorčnih 1000 žarkov. Lateralna resolucija izračunov s programom DAYSIM enaka ±3 cm je bila veliko manjša v primerjavi z razdaljo med merilnimi mesti (mreža 4,5 m x 4,5 m) znotraj ŠDB. Za analizo je bil izbran originalni format koeficientov dnevne svetlobe [150]. 2.3.3 Raziskava rabe energije za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica EnergyPlus (7.0) [151] je računalniški program, ki ga različni inženirji in raziskovalci uporabljajo za simuliranje celotne rabe energije za ogrevanje, hlajenje, ventilacijo, razsvetljavo in druge procesne obremenitve v stavbah. [152]. Program EnergyPlus so pričeli razvijati leta 1996 v sodelovanju med Lawrence Berkeley Institute v ZDA, različnimi javnimi institucijami in tudi zasebnimi podjetji. Zasnovan je na podlagi dveh široko uporabljanih programov DOE-2 in BLAST [153]. Izračuni rabe energije temeljijo na toplotnih bilancah med površinami na katere vplivajo sevalni in konvekcijski toplotni tokovi. V ta namen so v programu uporabljene t. i. funkcije kondukcijskega prenosa toplote (ang. »conduction transfer function – CTF«), s čimer omogoča upoštevanje dinamičnega toplotnega odziva [154]. 38 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Pri podrobni obravnavi dinamičnega toplotnega odziva je v programu EnergyPlus za neprosojne materiale treba podati toplotno prevodnost k [W/m.K], specifično toplotno kapaciteto pri konstantnem tlaku cp [J/kg.K] in gostoto materiala ρ [kg/m3], razen za t. i. lahke materiale, ki imajo majhno toplotno kapaciteto. Obravnava prehoda toplote skozi te materiale je lahko omejena samo na obravnavo toplotnega upora R [m2.K/W], vendar je pri tem treba biti prepričan, da je tovrstna predpostavka ustrezna. Pri prozornih oziroma prosojnih materialih za zasteklitve opis toplotnega odziva v programu EnergyPlus obravnava stacionarno stanje (ang. »steady-state«), zato se poleg optičnih lastnosti podaja le toplotna prevodnost posameznega sloja zasteklitve [154]. Dejstvo je, da so sloji materialov, ki predstavljajo stekla oziroma šipe, tanki in imajo majhno toplotno kapaciteto, za razliko od optičnih lastnosti, ki pa bistveno vplivajo na delovanje stavbe. V skladu s tem je v disertaciji za opis optičnih in toplotnih lastnosti posameznih slojev konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB uporabljen modul za opis toplotnih in optičnih lastnosti stekel »WindowMaterial:Glazing« [155]. Membrani (PES(1)2009 in PES(2)2009), ki sestavljata ovoj obstoječe ŠDB, PES(1)2009z/PES(2)2009z, sta res tanki (0,74 mm in 0,43 mm, kar je precej manj kot stekla) (preglednica 2.1.1.1), medtem ko to za predlog novega konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE ne velja več, saj je sloj prosojne toplotne izolacije Spaceloft® debel 10 mm (preglednica 2.1.2.1), kar predstavlja približno debelino dveh stekel. EnergyPlus omogoča obravnavo transparentnih toplotnoizolacijskih materialov (TIM), vendar specifično le za primere, pri katerih je TIM položen na neprosojno podlago, in ne za primer stekla [155]. Kljub temu je modul podajanja podrobnih toplotnih in optičnih lastnosti TIM materiala enak tistemu za običajna stekla (»WindowMaterial:Glazing«) [155]. Na podlagi tega je bilo v disertaciji privzeto, da je mogoče uporabiti modul za zasteklitve tudi za opis toplotnih in optičnih lastnosti zunanje (ETFE) in notranje toplotno izolirane (PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, saj gre v obeh primerih za majhne debeline slojev z relativno nizko toplotno kapaciteto. Za namen izbora ustreznega časovnega koraka je bil toplotni odziv aerogelne izolacijske odeje Spaceloft®, debele 10, 20 in 40 mm, ocenjen s pomočjo enačbe (41). V enačbi (41) t [s] pomeni ocenjeni čas vzpostavitve stacionarnega stanja v homogenem sloju materiala, d [m] debelino tega sloja in a [m2/s] njegovo termično difuzivnost. Čas t je za prosojen sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, ki vključuje 10 mm debel sloj Spaceloft®-a, enak 2771 s ali dobrih 46 min, na podlagi česar je privzeto, da je časovni korak 1 h primeren za izvedbo predvidenih izračunov s programom EnergyPlus. 𝑑2 𝑡 = (41) 𝑎 Preglednica 2.3.3.1: Razlika med temperaturo, simulirano z EnergyPlus (kalibrirani model) in temperaturo, izmerjeno na pozicijah T1, T2, Tcav, T3, T4 [C] Table 2.3.3.1: Difference between the EnergyPlus simulated temperature (calibrated model) and the measured temperature at positions T1, T2, Tcav, T3, T4 [C] Razlika v temperaturi med kalibriranim modelom in meritvijo [C] T1 Povp. 1,45 Maks. 9,72 T2 Povp. 6,92 Maks. 43,95 Tcav Povp. 1,20 Maks. 20,06 T3 Povp. 2,01 Maks. 22,72 T4 Povp. 2,96 Maks. 12,82 Povzeto po [154] Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 39 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A 12.5 m 25.0 m 12.5 m Zahodni vogal Severni vogal Zvari III Zvar I Zvar II Zvar II Zvar I Višina: 11.0 m 25.0 m Zvar I Zvar I Zvar I Zvar II Zvar II Zvar I Južni vogal Vzhodni vogal Pravokotni segmenti Trikotni segmenti prosojnega ovoja prosojnega ovoja B Slika 2.3.3.1: Geometrijski model ŠDB za izračun njenega toplotnega odziva in energije, potrebne za njeno ogrevanje in hlajenje, s programom EnergyPlus. Tloris geometrijskega modela z označenimi dimenzijami in mesti zvarov med segmenti ovoja (A). 3D pogled geometrijskega modela (B) Figure 2.3.3.1: Geometry model of the air-supported dome at Brezovica used for EnergyPlus calculations of the building's thermal response and energy use for heating and cooling. Top view of the model with dimensions and location of welds between tubular envelope segments (A). 3D view of the geometry model (B) 40 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Deuk-Woo in Cheol-Soo [156] sta pripravila podrobno analizo razlik med eksperimentalno in z računalniškimi simulacijami (EnergyPlus 6.0) pridobljenimi podatki o delovanju škatlastega okna testne sobe, ki predstavlja eno od osnovnih tipologij dvojno zastekljenih fasad. Njuna ocena rezultatov pretežno temelji na razlikah med izmerjeno in simulirano temperaturo petih pozicij v prečnem prerezu fasade (preglednica 2.3.3.1): temperatura zunanje (T1) in notranje (T2) strani zunanje zasteklitve, temperatura zraka v zračnem kanalu (Tcav) ter temperatura zunanje (T3) in notranje (T4) strani notranje zasteklitve. Iz preglednice 2.3.3.1 je razvidno, da so te razlike kljub opravljeni kalibraciji tudi v povprečju precej visoke in, razen v primeru T1 in Tcav precej nad pričakovano natančnostjo termočlenov ±1 C [156]. Avtorji raziskave so opredelili tri glavne vzroke za napake: nezanesljivost in napake pri meritvah, predpostavke in poenostavitve pri pripravi geometrijskega modela ter omejitve računalniškega programa EnergyPlus. Glavna vira napak so pripisali dejstvu, da točne geometrije vključujoč špranje ni mogoče podati, njihov vpliv na pretok zraka pa ni zanemarljiv ter omejenosti programa za uporabo enačb izračuna koeficienta konvekcijskega prenosa toplote v skladu s standardom ISO 15099 [119]. EnergyPlus (7.0) uporabi standard ISO 15099:2003 za dvojne zasteklitve tako z zaprtim zračnim kanalom kot prezračevanim [154], s čimer je avtomatično privzeto, da bilančni izračuni temeljijo na stacionarnem stanju [119]. Za izračune toplotnega odziva ŠDB in energije, potrebne za njeno ogrevanje in hlajenje, je bil pripravljen geometrijski model (slika 2.3.3.1) po zgledu študije dnevne osvetljenosti ŠDB (slika 2.3.2.1). Podrobnejša razdelitev ploskev (slika 2.3.3.1) je bila pripravljena, da bi bilo mogoče upoštevati tudi mesta, kjer so posamezni cevasti segmenti kupole stavbe (slika 2.1.1.2) zvarjeni med seboj in pomenijo potencialno oslabitev toplotne izolacije v primeru sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. V vseh izračunih je bilo privzeto, da so zvari neprosojni za sončno sevanje. Na sredinskem cilindričnem delu, kjer so uporabljeni pravokotni segmenti ovoja, imajo zvari (Zvar III, slika 2.3.3.1) realne dimenzije, medtem ko sta zvara I in II (slika 2.3.3.1) vsota zvarov na delu konstrukcije, modeliranem s trikotnimi elementi. Skupna površina zvarov je približno 6 % celotne površine ovoja ŠDB. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 41 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3 REZULTATI 3.1 Materiali, meritve optičnih lastnosti, meritve hitrosti in temperature zraka v dvojnem membranskem zračno podprtem ovoju ter terenske meritve dnevne osvetljenosti in toplotnega odziva vzorčne zračno podprte stavbe 3.1.1 Optične lastnosti dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica v sončnem in toplotnem spektru elektromagnetnega valovanja 3.1.1.1 Laboratorijska raziskava optičnih lastnosti na celotnem spektru sončnega sevanja od 300 nm do 2500 nm Za ponazoritev optičnih lastnosti obstoječega in predloga nove rešitve dvojnega membranskega zračno podprtega ovoja in posameznih komponent oziroma materialov (preglednice 2.1.1.1, 2.1.2.1, 2.1.2.2, 2.1.2.3) so bili vzorci le-teh, položeni v ustrezno komoro spektrometra (orientacija vzorcev je razvidna s slike 2.2.1.3) in pripadajoče totalne (hemisferične) spektralne prepustnosti TT(λ) in totalne (hemisferične) spektralne odbojnosti TR(λ), pomerjeni (sliki 3.1.1.1 in 3.1.1.2). 3.1.1.1.1 Svetlobne optične lastnosti V skladu s pričakovanji so bili spektri prepustnosti TT(λ) (slika 3.1.1.1) za obe stranici tako rekoč enaki. Teoretično izpeljavo oziroma dokaz, da je to mogoče pričakovati, podajo Stegmaier in soavtorji [157]. Spektralno povprečne vrednosti TTvis, DTvis, motnost (H) in TRvis so podane v preglednici 3.1.1.1. Preglednica 3.1.1.1: Totalna prepustnost (TTvis, [%]), difuzna prepustnost (DTvis, [%]), motnost (H, [%]) in totalna odbojnost (TRvis, [%]) različnih vzorcev tkanin, folij, izolacijske odeje in kompozitov za spektralno območje 380‒780 nm Table 3.1.1.1: Total transmittance (TTvis, [%]), diffuse transmittance (DTvis, [%]), haze (H, [%]) and total reflectance (TRvis, [%]) of various fabrics, foils, aerogel blanket and their composites of visible spectral range between 380 nm and 780 nm d TT DT H TR Vzorec vis vis vis [mm] [%] [%] [%] [%] Vzorci posameznih tkanin, folij in izolacijske odeje PES(1)2009z 0,740 4,1 4,1 99,1 66,5 PES(1)2009n 0,740 3,9 3,9 99,1 87,1 PES(2)2009z 0,430 8,9 8,9 99,2 88,0 PES(2)2009n 0,430 8,7 8,6 99,2 78,3 ETFE 0,300 89,0 9,0 9,5 9,8 PEfabric 0,340 73,4 64,8 87,8 26,5 aerogel 10,000 4,0 4,0 98,6 76,3 Kompoziti sestavljeni iz folij in izolacijske odeje PES(1)2009z/PES(2)2009z 1,170 1,4 1,4 99,1 68,0 PES(2)2009n/PES(1)2009n 1,170 1,4 1,4 99,1 80,3 ETFE/ETFE 0,600 79,8 15,6 19,0 17,7 PEfabric/aerogel/PEfabric 10,680 3,9 3,9 98,9 77,8 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 11,280 3,7 3,7 99,0 80,0 42 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Rezultati v preglednici 3.1.1.1 s sočasnim pregledom izmerjenih spektrov (slika 3.1.1.1) so razkrili, da imata tkanini PES(1)2009 in PES(2)2009 nizko TTvis, ki sta močno odvisni od debeline vzorca, in je manjša za debelejšo PES(1)2009 (4,0 % proti 8,8 %). Manj nazorne, vendar vseeno razločne, so bile razlike v vrednostih TRvis. Notranja stranica (-n) zunanje membrane PES(1)2009 je imela višjo TRvis (87,1 %) kot njena zunanja stranica (-z), ki je bila opazno nižja in enaka 66,5 %. Dobljeni rezultat je mogoče razložiti z dejstvom, da je bila zunanja stranica po več letih izpostavljenosti zunanjemu okolju umazana. Podobno je bilo ugotovljeno za notranjo membrano PES(2)2009, katere TRvis zunanje stranice (-z) je bila približno 9,7 % višja od TRvis notranje, bolj umazane, stranice PES(2)2009n. 12 A 11 PES(2)2009z 10 100 ] PES(2)2009z PES(1)2009n B %[ 9 90 ] ) PES(2)2009n  % ( 8 [ 80 is ) T v PES(1)2009n ( PES(2)2009n/PES(1)2009n T 7 si 70 t v s R o 6 T n 60 PES(2)2009n t t s s u 5 PES(1)2009z o PES(1)2009z p n 50 e j r o p 4 b PES(1)2009z/PES(2)2009z 40 d an o l PES(2)2009n/PES(1)2009n 3 a a 30 t nl o a T 2 to 20 T 1 10 PES(1)2009z/PES(2)2009z 0 0 380 480 580 680 780 380 480 580 680 780 Valovna dolžina λ [nm] Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.1: Totalna (hemisferična) spektralna prepustnost TTvis(λ) [%] (A) in totalna (hemisferična) spektralna odbojnost TRvis(λ) [%] (B) vzorcev PES(1)2009 (zunanja membrana) in PES(2)2009 (notranja membrana) in njunega kompozita PES(1)2009/PES(2)2009 na spektralnem območju od 380 nm do 780 nm. Oznaki -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Figure 3.1.1.1: Total (hemispherical) spectral transmittance TTvis(λ) [%] (A) and total (hemispherical) spectral reflectance TRvis(λ) [%] (B) of samples PES(1)2009 (external membrane), PES(2)2009 (internal membrane) and their composite PES(1)2009/PES(2)2009 on spectral range from 380 nm to 780 nm. Labels -n and -z mark the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 S slike 3.1.1.1 in podatkov v preglednici 3.1.1.1 je mogoče sklepati, da se tkanini PES(1)2009 in PES(2)2009 razlikujeta. Padec vrednosti spektralne prepustnosti TT(λ) tkanine PES(1)2009 v območju spektra med 520 in 680 nm (slika 3.1.1.1 A) je bil pripisan absorpciji PVdF (poliviniliden fluorid) laka, nanesenega na obe stranici zunanje membrane PES(1)2009. Vpliv laka je razviden tudi iz spektrov odbojnosti za tkanino PES(1)2009 na sliki 3.1.1.1 B, medtem ko pri tkanini PES(2)2009 tega ni mogoče zaslediti. Dejstvo, da je prevlečena le zunanja membrana, je bilo potrjeno tudi z ATR-analizo [82]. Spekter prepustnosti TT(λ) vzorca kompozita, ki ponazarja obstoječo različico dvojnega membranskega sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 (slika 3.1.1.1 A) je imel občutno nižje (v povprečju je absolutna razlika Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 43 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. enaka 2,8 %) vrednosti kot posamezni tkanini z maksimalno vrednostjo približno 3,4 % v območju NIR- sevanja in padajočim trendom na območju vidnega sevanja. 100 100 ETFE A ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE B 90 ] ETFE/ETFE 90 PEfabric/aerogel/PEfabric %[ 80 %][ 80 aerogel ) PEfabric  ) (  s 70 ( s 70 i i T v v T R 60 t 60 T s t o 50 s n 5 o 50 ts PEfabric/aerogel/PEfabric nj u 40 o p 4 b 40 er aerogel d p o 303 a 30 a PEfabric nla 20 t 2 taln 20 o o ETFE/ETFE T T 101 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10 ETFE 0 0 380 480 580 680 780 380 480 580 680 780 Valovna dolžina λ [nm] Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.2: Totalna (hemisferična) spektralna prepustnost TT() [%] (A) in totalna (hemisferična) spektralna odbojnost TR() [%] (B) vzorcev tkanine PEfabric, folije ETFE, izolacijske odeje aerogel in kompozitov ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.1.1.2: Total (hemispherical) spectral transmittance TT(λ) [%] (A) and total (hemispherical) spectral reflectance TR(λ) [%] (B) of fabric sample PEfabric, foil ETFE, aerogel insulation blanket Spaceloft® and composites ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Slika 3.1.1.3: Izračunana (hemisferična) prepustnost vidne svetlobe TTvis,calc(d) [%] aerogelne odeje v odvisnosti od debeline d [mm] Figure 3.1.1.3: Calculated (hemispherical) visible light transmittance TTvis,calc(d) [%] of aerogel insulation blanket Spaceloft® in dependence on sample thickness d [mm] 44 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Za pripravo primerov analize toplotno izoliranega konstrukcijskega sklopa je bilo najprej treba oceniti odvisnost TTvis od debeline vzorca aerogelne odeje. Kot je bilo že predstavljeno, je osnovna debelina aerogelne odeje 10 mm. Vsi nadaljnji primeri debeline toplotnoizolacijskega sloja, pomembni tudi za analizo toplotnega odziva stavbe oziroma rabe energije za ogrevanje in hlajenje, pa naj bi bili sestavljeni kot večkratnik debeline osnovnega vzorca (npr. 20 mm in 40 mm). Spekter prepustnosti TT() aerogelne odeje je prikazan na sliki 3.1.1.2 A, v preglednici 3.1.1.1 pa je podana vrednost TTvis. Kot je opisano v poglavju 2.2.1 smo vpliv debeline vzorca na prepustnost ocenili s pomočjo Beer Lambertovega zakona (14). Rezultati izračuna TTvis,calc(d), prikazani na sliki 3.1.1.3, so pokazali, da bi 15 mm debela odeja imela le še slab odstotek prepustnosti (0,8 %), 20 mm debela odeja pa bi imela že skoraj zanemarljivo prepustnost (0,16 %). Tanjša, 5 mm debela različica, pa bi imela vrednost TTvis,calc kar 5-krat večjo kot izvorna različica (d = 10 mm) in bi znašala 20 %. Prepustnost homogene plasti aerogelne odeje, bi bila teoretično enakovredna prepustnosti sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z pri debelini 13,2 mm. Spektri prepustnosti in odbojnosti aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® in preostalih komponent kompozitne membrane ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, prikazani na sliki 3.1.1.2 A in B so bili uporabljeni za izračun vrednosti TTvis in TRvis (poglavje 2.2.1), ki so služili za izračun količnika dnevne svetlobe (KDS), kot je prikazano v nadaljevanju. Rezultati (slika 3.1.1.2 A in B) so razkrili, da TTvis za izolirano različico dvojne membrane, sestavljene iz dveh folij ETFE (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE), znaša 3,7 % (preglednica 3.1.1.1), kar je več kot 2,5-krat višja vrednost kot pri obstoječem dvojnem membranskem konstrukcijskem sklopu PES(1)2009/PES(2)2009 (TTvis = 1,4 %, preglednica 3.1.1.1). Tak rezultat lahko pripišemo dejstvu, da je totalna prepustnost aerogelne odeje Spaceloft® zelo podobna tisti od zunanje membrane PES(1)2009z in da je bila ta kombinirana z visoko-prepustnima, nizko-odbojnima in absorptivnima tkanino PEfabric in folijo ETFE namesto notranje membrane PES(2)2009z. Dobljeni rezultat se odraža tudi na celotnem spektru totalne prepustnosti TTvis() med 380 in 780 nm, saj je ta večja pri vzorcu ETFE/PEfabric/aerogel(PEfabric/ETFE, v povprečju absolutno za 2,6 %. Če pogledamo podrobneje, kako posamezni sloji predlagane izolirane različice dvojnega membranskega ovoja vplivajo na spektralne optične lastnosti sklopa, opazimo (slika 3.1.1.2), da ima tkanina PEfabric skoraj enakomerno spektralno porazdelitev prepustnosti, kar pomeni, da bi se razmerja med vrednostmi TTvis() pri različnih valovnih dolžinah pri prehodu svetlobe ohranila oziroma bi prepuščena svetloba ohranila barvo, a bi se zmanjšala gostota svetlobnega toka. V nasprotju s tem kompozit PEfabric/aerogel/PEfabric praktično ohrani vrednosti prepustnosti oziroma se TTvis() zmanjša le znatno (v povprečju absolutno 0,2 %). Folija ETFE je bolj prepustna kot tkanina PEfabric na celotnem spektru vidne svetlobe in ima vzdolž spektra naraščajoč trend. Njeno razmerje med maksimalno in minimalno spektralno prepustnostjo TTvis() se z dodatkom še enega sloja nekoliko poveča (1,15-krat). Vključitev kompozita PEfabric/aerogel/PEfabric med ETFE-foliji sicer močno zmanjša prepustnost sklopa ETFE/ETFE, v povprečju kar za 96 %, vendar je TTvis izoliranega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE v primerjavi s prepustnostjo aerogelne odeje manjša le za 0,3 % (preglednica 3.1.1.1). Razmerje med maksimalno (TTvis(780 nm) = 85,6 %) in minimalno (TTvis(420 nm) = 65,8 %) vrednostjo TTvis() znaša 1,3 in se za ETFE/ETFE približno podvoji, na vrednost 2,64. Pri novem predlogu konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE na njegovo totalno spektralno odbojnost TRvis() vplivata predvsem sloja zunanje tkanine PEfabric in aerogelna odeja, saj je TRvis() za vzorec ETFE bistveno nižja (TRvis približno 6,8-krat nižja) kakor za PES(1)2009z, kljub Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 45 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. umazaniji na zadnji tkanini, in hkrati tudi neprimerljivo bolj prepustna (sliki 3.1.1.1 A in B ter preglednica 3.1.1.1). Ker je ETFE za razliko do PES(1)2009 prepusten pri valovnih dolžinah nižjih od 450 nm (UV-sevanje) je treba opozoriti na potencialno UV-staranje in posledično poslabšanje svetlobnih lastnosti drugih slojev v celotnem sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Poleg tega je treba izpostaviti, naj bo z vidika varovanja zdravja uporabnika, obstojnosti drugih materialov v dvorani ali pa potreb agronomije, da obravnavani vzorec toplotno izoliranega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE tudi prepušča del UV sevanja. Prepustnost vzorcev variant konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja izključno za UV sevanje je podana v nadaljevanju. 100 100 ] 90 A ] 90 B %[ % ) [ 80 λ ) 80 ( λ s ( i 70 si T v PEfabric 70 T v D t 60 D s t 60 o s n o t 50 n s t 50 u s p 40 u e p 40 r e ETFE/ETFE p r 30 p PES(1)2009z/PES(2)2009z a 30 n ETFE PES(1)2009z a z n u 20 PES(2)2009z z ETFE/PEfabric/aerogel/PEfbric/ETFE f u 20 i fi PEfabric/aerogel/PEfabric D aerogel 10 D 10 aerogel 0 0 380 480 580 680 780 380 480 580 680 780 Valovna dolžina λ [nm] Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.4: Difuzna (hemisferična) spektralna prepustnost DT() [%] vzorcev posameznih materialov PES(1)2009z, PES(2)2009z, ETFE, PEfabric in aerogel (A) ter vzorci kompozitov PES(1)2009z/ PES(2)2009z, ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) Figure 3.1.1.4: Diffuse (hemispherical) spectral transmittance DT() [%] of individual material samples PES(1)2009z, PES(2)2009z, ETFE, PEfabric and aerogel (A) and samples of composites PES(1)2009z/ PES(2)2009z, ETFE/ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) Rezultati določitve motnosti (H [%]) obravnavanih vzorcev (preglednica 3.1.1.1) pokažejo, da je mogoče le folijo ETFE opredeliti kot prozorno membrano, ki le malo sipa prepuščeno svetlobo (H = 9,5 %), oziroma je večino prepušča direktno. Poleg tega je s slike 3.1.1.4 razvidno, da folija ETFE najbolj sipa vijoličasti del spektra vidne svetlobe, proti rdečemu delu spektra, kjer je delež difuzne prepustnosti DT() (v %) najmanjši, pa le ta vztrajno pada. Difuzna spektralna prepustnost DT() vzorcev posameznih materialov, ki so že v osnovi motni (PES(1)2009, PES(2)2009, PEfabric in aerogel), je sicer nižja, vendar skoraj enaka totalni spektralni prepustnosti TT() na celotnem območju spektra vidne svetlobe, zato jih lahko opredelimo kot prosojne. Vzorca tkanin PES(1)2009z in PES(2)2009z ter aerogel, ravno nasprotno kot folija ETFE, sipajo najbolj rdeči del spektra vidne svetlobe, proti kateremu delež difuzne spektralne prepustnosti vztrajno narašča. Motnost (preglednica 3.1.1.1) vzorcev PES(1)2009, PES(2)2009 in aerogela je praktično enaka, približno 99-odstotna, motnost vzorca PEfabric pa 87,8-odstotna. 46 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Vsi vzorci kompozitov (PEfabric/aerogel/PEfabric, PES(1)2009z/PES(1)2009z, ETFE/PEfabric/ aerogel/PEfabric/ETFE), razen ETFE/ETFE (H = 19 %), so prav tako prosojni, saj je vsaj en sloj v kompozitu skoraj popolnoma moten (H je enak približno 99 %), hkrati pa je bilo že poudarjeno, da obravnavani motni materiali močno sipajo svetlobo praktično na celotnem spektru med 380 in 780 nm. Slika 3.1.1.5: Izračunana totalna prepustnost TTvis [%] vzorcev dvojnega elementa z vzporednima stranicama: PES(1)2009z (a), PES(2)2009z (b), PES(1)2009z/PES(2)2009z (c), ETFE (d), ETFE/ETFE (e), PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (priloga 3.1.1.A) (f) in ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (g) v skladu z (2) (poglavje 2.2.1) Figure 3.1.1.5: Calculated total transmittance TTvis [%] of double membrane element with parallel sides: PES(1)2009z (a), PES(2)2009z (b), PES(1)2009z/PES(2)2009z (c), ETFE (d), ETFE/ETFE (e), PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Appendix 3.1.1.A) (f) in ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (g) in accordance with (2) (see chapter 2.2.1) Za kvalitativno oceno, kako vpliva odboj med stranicama PES(1)2009n in PES(2)2009z, je bila vrednost TTvis za hipotetični varianti PES(1)2009z/zrak/PES(2)2009z in ETFE/zrak/ETFE izračunana iz vrednosti TTvis za vzorce PES(1)2009z, PES(2)2009z in ETFE (preglednica 3.1.1.1) ter vrednosti TRvis za vzorce PES(1)2009n, PES(2)2009z in ETFE (preglednica 3.1.1.1) z uporabo (3) (poglavje 2.2.1), kot je to predlagal že Huntington [42]. Rezultati so prikazani na sliki 3.1.1.5. Kot pokažejo rezultati, kljub temu, da so bili vzorci, ki ponazarjajo dvojno membrano z zračnim kanalom, staknjeni skupaj, izmerjene vrednosti zanemarljivo malo odstopajo od izračunanih po (1) (poglavje 2.2.1). Pri obstoječem sklopu PES(1)2009z/PES(2)2009z je bila povprečna absolutna deviacija, izračunana z enačbo (25), 0,04 %, pri sklopu ETFE/ETFE 0,17 %. Tako je bil večji vpliv odbojnosti pripisan foliji ETFE z bolj gladko površino, manjšo motnostjo in višjo prepustnostjo. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 47 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.1.1.1.2 Terenske meritve svetlobnih lastnosti s prenosnim spektrometrom v razmerah dejanskega oblačnega neba Pri primerjavi spektrov TTvis,h-h(), podanih na sliki 3.1.1.6 s spektri TTvis,n-h() (sliki 3.1.1.1 in 3.1.1.2) neposredno opazimo, da so spektri, ki pripadajo istima vzorcema folije ETFE in sklopa ETFE/ETFE, zelo podobni, kar pa ni res za vzorca aerogel in PEfabric. TTvis,h-h() je večji od TTvis,n-h() na celotnem območju spektra vidne svetlobe, ravno nasprotno kot za vzorec PEfabric, za katerega je TTvis,h-h() manjši, kar nakazuje, da porazdelitev prepustnosti v odvisnosti od vpadnega kota po hemisferi ni enakomerna. Hkrati je opaziti, da aerogel pri TTvis,h-h() na območju UV svetlobe ni prepusten, kar dodatno potrjuje, da se UV-svetloba pod drugimi vpadnimi kakor 0 dobro absorbira, medtem, ko vzorca ETFE in PEfabric dobro prepuščata UV-svetlobo v obeh primerih meritev svetlobnih lastnosti. 100 90 ETFE 80 ]%[ ) ETFE / ETFE  70 ( hh- ,si 60 T v PEfabric T tson 50 tsuper 40 p anlat 30 oT 20 PEfabric/aerogel/PEfabric 10 aerogel ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 0 380 480 580 680 780 Valovna dolžina  [nm] Slika 3.1.1.6: Na terenu izmerjena totalna hemisferična-hemisferična spektralna prepustnost TTvis,h-h() [%] nove izolirane različice dvojnega membranskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, izolacijskega kompozita PEfabric/ETFE/PEfabric in posameznih materialov (PEfabric, ETFE, aerogel) za vidno svetlobo na območju spektra vidne svetlobe od 380 nm do 780 nm Figure 3.1.1.6: Total hemispherical-hemispherical spectral transmittance TTvis,h-h() [%] of the new thermally insulated version of the double membrane envelope constructional complex ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ ETFE, insulation composite PEfabric/ETFE/PEfabric and individual materials (PEfabric, ETFE, aerogel) in the spectral range from 380 nm to 780 nm 48 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Vstavitev izolacijskega kompozita PEfabric/aerogel/PEfabric sklopu ETFE/ETFE zmanjša hemisferično-hemisferično spektralno prepustnost na delež, manjši od 10 %, maksimalno vrednost približno 8 % pa spekter doseže na zgornjem robu območja spektra vidne svetlobe. 250 ) (D CIE standardni vir svetlobe A eb 200 oltevs ariv ič 150om veti Naravno nebo l ] ed %[ zar 100 op anlar Vir svetlobet D65 tkep 50 s anvitaleR 0 380 430 480 530 580 630 680 730 780 valovna dolžina [nm] Slika 3.1.1.7: Relativne spektralne porazdelitve sevalnega toka D(λ) [%] CIE standardnega svetila A, svetila D65 in neba v času meritev svetlobnih lastnosti dne 25. 11. 2015, normalizirane pri valovni dolžini 555 nm Figure 3.1.1.7: Relative spectral distribution D(λ) [%] of CIE standard illuminant A, illuminant D65 and natural sky radiation flux normalized at wavelength of 555 nm. The spectral distribution of sky radiation flux was recorded on 25th November 2015 Preglednica 3.1.1.2: Totalna hemisferična-hemisferična prepustnost TTvis,h-h [%] neizolirane in izolirane različice dvojnega membranskega sklopa ETFE/ETFE in posameznih komponent za vidno svetlobo na območju spektra vidne svetlobe od 380 nm do 780 nm Table 3.1.1.2: Total hemispherical-hemispherical transmittance TTvis,h-h [%] of uninsulated and insulated version of ETFE/ETFE constructional complex and its individual layers of visible spectral range between 380 nm and 780 nm Tvis,h-h [%] naravno nebo Tvis,h-h [%] Vzorec vir svetlobe D65 Vzorci posameznih tkanin, folij in izolacijske odeje ETFE 88,5 88,5 PEfabric 60,1 60,1 aerogel 10,0 10,0 Kompoziti ETFE+ETFE 75,2 75,2 PEfabric/aerogel/PEfabric 7,9 7,9 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 5,9 5,9 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 49 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Na sliki 3.1.1.7 so podane relativne spektralne porazdelitve sevalnega toka (SPD) (ang. »spectral power distribution«) CIE standardnega svetila A, svetila D65 in neba v času meritev svetlobnih optičnih lastnosti dne 25. 11. 2015, normalizirane na valovno dolžino 555 nm. Krivulja, ki ponazarja SPD dejanskega neba, ponazarja porazdelitev za vse ponovitve meritev svetlobnih lastnosti, le da so razlike praktično zanemarljive. SPD dejanskega neba se s SPD svetila D65 v povprečju razlikujejo manj kot za 10 %, zato so bile meritve privzete kot relevantne. To se odraža tudi v do decimalke odstotka identičnih vrednostih izračunanih vrednosti TTvis,h-h,sky in TTvis,h-h,D65. Čeprav izvedba gonifotometričnih meritev svetlobnih lastnosti vzorcev, navedenih v preglednicah 2.1.1.1 in 2.1.2.1, ni bila mogoča, v preglednici 3.1.1.2 zbrane vrednosti izračunane totalne hemisferične-hemisferične prepustnosti ob privzeti veljavnosti predpostavk (poglavje 2.2.1) nakažejo vpliv odvisnosti prepustnosti vzorca za vidno svetlobo od smeri vpadne svetlobe. Najizrazitejši vpliv nakaže rezultat za aerogelno odejo, za katerega je TTvis,h-h (preglednica 3.1.1.2) 2,5-krat višja kakor TTvis,n-h (preglednica 3.1.1.1), izmerjena po metodologiji pojasnjeni v podpoglavju 2.2.1.3. Da prepustnost vzorca pri vpadnih kotih, večjih od 0 (smer normale na površino vzorca) ni vedno višja, pokaže rezultat za PE-tkanino (PEfabric), za katero je TTvis,h-h (preglednica 3.1.1.2) manjša za 13,3 % kot TTvis,n-h (preglednica 3.1.1.1). Morda celo po naključju, pa vendar je opaziti, da vrednosti TTvis in TTvis,h-h za vzorec PEfabric sledita Lambertovemu kosinusnemu zakonu. Zanimivo je tudi, da je za folijo ETFE rezultat obeh meritev tako rekoč enak (preglednici 3.1.1.1 in 3.1.1.2), razlika v spektralno povprečnih vrednostih pa pričakovano majhna, saj je razlika v spektralni prepustnosti manjša od 5 %. V skladu z dejstvom, da je prepustnost TTvis,h-h za aerogelno odejo višja, so ustrezno višji tudi rezultati za vzorce kompozitov. To pokaže tudi dejstvo, da je za izolirano različico sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE razmerje med TTvis,h-h in TTvis,n-h enako 1,6. Čeprav je bila višja vrednost TTvis,h-h predvidoma ugodna, opravljeni eksperiment ni podal natančnih podatkov o odvisnosti prepustnosti TTvis,h-h vzorca od vpadnega kota svetlobe in ali je z gotovostjo mogoče trditi, da dobljeni rezultat ni posledica le neustreznega razmerja med velikostjo vzorca in velikostjo integracijske sfere. Na podlagi teh ugotovitev je bilo za nadaljnje raziskovalno delo privzeto, da je rezultat, pridobljen po metodologiji spektrometrije v laboratoriju (TTvis,n-h), merodajen in na varni strani. 3.1.1.1.3 Sončne optične lastnosti S slike 3.1.1.8 je razvidno, da so prikazani sončni spektri na območju vidne svetlobe med 380 in 780 nm zvezno gladki na območju valovnih dolžin NIR sevanja ( > 780 nm) pa postanejo bolj razgibani (nezvezen potek krivulj). Poleg tega se vrednosti spektralne TTsol() dvignejo nad vrednost pri valovni dolžini 780 nm. Razmerje med maksimalno vrednostjo TTsol() posameznega spektra in njegovo vrednostjo pri TTsol(780 nm) je za tkanino PES(1)2009 enako ~1,5, za tkanino PES(2)2009 ~1,6 in za sklop obeh tkanin PES(1)2009z/PES(2)2009z ~1,6 ter 1,5 za PES(2)2009n/PES(1)2009n. Hkrati so vrednosti TTsol() na približno 30 % celotnega spektralnega območja med 300 in 2500 nm večje od vrednosti TTsol(=780 nm) za vzorec PES(1)2009, 50 % za vzorec PES(2)2009 in 25 % za vzorec PES(1)2009/PES(2)2009. Tudi pri meritvi TTsol() se je izkazalo, da vzorci obravnavanih PES tkanin ne prepuščajo UV-svetlobe na območju med 300 in 380 nm. Na sliki 3.1.1.9 so prikazane totalne hemisferične spektralne odbojnosti za črno TRBsol() (slika 3.1.1.9 A) in belo TRWsol() (slika 3.1.1.9 B) ozadje, ki razkrijejo, da se vrednosti ne spremenijo bistveno. V povprečju je absolutna razlika za vzorec PES(1)2009z enaka 1,2 % in za stranico -n 0,9 %, za vzorec PES(2)2009z 3,0 % in stranico -n 2,2 %, za vzorec PES(1)2009z/PES(2)2009z 1,9 % ter za vzorec PES(2)2009n/PES(1)2009n 0,4 %. Zanimivo je, da obe tkanini, PES(1)2009 in PES(2)2009, in njun sklop, na območju UV-svetlobe (v omenjenem primeru od 300 nm do 380 nm) večino sevanja absorbirajo, saj je njihova TTsol(300 nm <  < 380 nm) praktično zanemarljiva, TRBsol() pa majhna (do 50 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 10 %). Na območju NIR-svetlobe sicer, kot je bilo že omenjeno, TTsol() na posameznih delih spektra naraste, vendar kljub temu TRBsol() vztrajno in močneje pada vzdolž naraščanja valovne dolžine, zaradi česar se posledično poveča absorptivnost Asol(). 20 18 )(l 16 oTs 14 T c, d tso 12 ntsu 10 pe g r 8 p anl 6 a a, b to 4 T 2 e, f 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.8: Totalna hemisferična spektralna prepustnost. TTsol() [%] vzorcev PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e), PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) in očiščenega vzorca PES(1)2009z (g) na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Figure 3.1.1.8: Total hemispherical spectral transmittance TTsol() [%] of samples PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e), PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) and cleaned sample PES(1)2009z (g) on spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 51 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 100 ujd c b d a 90 A zo 80 f me e nr 70 č a ) a  n ( 60 t l s o o B s 50 nj R o T b 40 do 30 anlat 20 oT 10 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] 100 ujd b c a 90 B zo f 80 mele 70 e a b ) d a  n ( l 60 ts os o W 50 njo R b T 40 do 30 anlat 20 oT 10 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.9: Totalna hemisferična spektralna odbojnost [%] za vzorce PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e) in PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) na črni TRBsol() (A) in beli TRWsol() (B) podlagi na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Figure 3.1.1.9: Total hemispherical spectral reflectance [%] of samples PES(1)2009z (a), PES(1)2009z (b), PES(2)2009z (c), PES(2)2009n (d), PES(1)2009z/PES(2)2009z (e) and PES(1)2009n/PES(2)2009n (f) on black TRBsol() (A) and white TRWsol() (B) background and in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 52 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 100 a 90 ) b ( 80 lo c T s 70 T ts 60 onts 50 uper 40 p an 30 lato 20 T e, f 10 d 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.10: Totalna hemisferična spektralna prepustnost TTsol() [%] vzorcev ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Figure 3.1.1.10: Total hemispherical spectral transmittance TTsol() [%] of samples ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/ PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 Medtem ko TTsol() vzorcev ETFE in PEfabric (slika 3.1.1.10) doseže maksimalne vrednosti že v vidnem delu spektra, se TTsol() vzorca aerogel poveča še za ~20 %. Učinek tega se odraža tudi pri vzorcih PEfabric/aerogel/PEfabric in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Pri prvem zraste vrednost TTsol() še za dodatnih 14 % in pri drugem za 19 %. Tudi pri spektrih prepustnosti TTsol() na sliki 3.1.1.10 je videti, da pri valovnih dolžinah nad 780 nm spektri niso več tako gladki in tudi nenaden padec vrednosti spektralne prepustnosti pri valovnih dolžinah nad približno 2260 nm. Totalna spektralna odbojnost folije ETFE na črnem ozadju TRBsol() (slika 3.1.1.11) je v primerjavi z odbojnostjo preostalih vzorcev najmanjša na celotnem spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. Padajoči trend, razviden že s slike 3.1.1.2 B, se do konca vidnega območja pri 780 nm skoraj popolnoma ustavi in vrednosti TRBsol() se zmanjšajo do valovne dolžine 2500 nm še za približno 2 % (10 % vrednosti pri  = 300 nm). Če dodamo en sloj ETFE folije, se oblika spektra ne spremeni drastično, vrednosti TRBsol() na večjem delu spektra narastejo skoraj enakomerno. Pri vzorcu PEfabric ima tudi TRBsol() dokaj enakomerno porazdelitev (vrednosti padejo za ~12 %), razen predela nad ~2260 nm. Vzorca folije ETFE in tkanine PEfabric sta močno prosojna (slika 3.1.1.10), zato odbojnost TRBsol() vzorca aerogel močno vpliva na odbojnost TRBsol() izolacijskega kompozita PEfabric/aerogel/PEfabric in sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Zanimiv je vpliv dodatka zunanjega sloja ETFE na območju nad 1700 nm, kjer je odbojnost vzorca aerogel TRBsol() zvišana ob dodatku PEfabric (PEfabric/aerogel/PEfabric), pri kompozitu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pa TRBsol() pri  > 1700 nm zopet pade. Sprememba totalne hemisferične spektralne odbojnosti ob dodatku referenčnega belega in neprosojnega ozadja je lepo razvidna s slike 3.1.1.11 B, kjer prej Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 53 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. razmeroma majhne vrednosti odbojnosti (do 30 %) narastejo prek odbojnosti najbolj odbojnega vzorca na črnem ozadju ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, močno nad 80 %. Na belem ozadju ima tako pričakovano najvišje vrednosti TRWsol() vzorec ETFE. 100 u A j 90 daz f 80 o me 70 c nrč ) 60 e an  ( t lo 50 son Bs j R 40 ob T d 30 o d an 20 a b lat 10 a oT 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] 100 u B j 90 c daz 80 o a b me 70 leb ) 60 an ( d t l s os 50 on W j R 40 ob T e, f do 30 anl 20 atoT 10 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.11: Totalna hemisferična spektralna odbojnost [%] vzorcev ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/PEfabric (e) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) na črni TRBsol() (A) in beli TRWsol() (B) podlagi na spektralnem območju od 300 nm do 2500 nm. -n in -z ponazarjata, kako so bili vzorci orientirani glede na vpadni snop svetlobe, kot je prikazano na sliki 2.2.1.3 Figure 3.1.1.11: Total hemispherical spectral reflectance [%] of samples ETFE (a), ETFE/ETFE (b), PEfabric (c), aerogel (d), PEfabric/aerogel/PEfabric (e) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (f) on black TRBsol() (A) and white TRWsol() (B) background and in spectral range from 300 nm to 2500 nm. -n and -z are marking the orientation of the samples with respect to the direction of incident light as shown in Figure 2.2.1.3 54 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. V preglednici 3.1.1.3 in na sliki 3.1.1.12 so podane spektralno povprečne vrednosti totalne prepustnosti (TTsol [%]), totalne odbojnosti za črno (TRBsol [%]) in belo (TRWsol [%]) ozadje in absorptivnosti (Asol [%]) na celotnem sončnem spektru za vzorce PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a na sliki 3.1.1.12), ETFE/ETFE (krivulja b na sliki 3.1.1.12) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja c na sliki 3.1.1.12). Poleg teh so podane tudi spektralno povprečne vrednosti za tri značilna valovna območja sončnega spektra: ultravijolično (UV, od 300 nm do 380 nm), vidno (VIS, od 380 nm do 780 nm) in kratkovalovnega infrardečega (NIR, od 780 nm do 2500 nm). Preglednica 3.1.1.3: Optične lastnosti kompozitov tkanin, folij in aerogelne izolacijske odeje na območju spektra sončnega sevanja od 300 nm do 2500 nm: totalna (hemisferična) prepustnost [%] za celotno TTsol, UV (TTsol,UV), vidno VIS (TTsol,VIS) in NIR (TTsol,NIR) območje; totalna odbojnost [%] za črno (TRBsol) in belo (TRWsol) ozadje ter totalna absorptivnost Asol [%] iz A() = 1-(R()+T()), prav tako na celotnem, UV-, VIS- in NIR- spektralnem območju Table 3.1.1.3: Optical properties of composites composed of fabrics, foils and aerogel insulation blanket on solar spectrum between 300 nm to 2500 nm: Total (hemispherical) transmittance [%] whole TTsol, UV (TTsol,UV), VIS (TTsol,VIS) and NIR (TTsol,NIR) spectral range; total reflectance on black (TRBsol) in white (TRWsol) background and total absorptance Asol [%] from A() = 1-(R()+T()) in total, UV, VIS and NIR spectral ranges Vzorec TTsol TRBsol TRWsol Asol [%] [%] [%] [%] PES(1)2009z/PES(2)2009z 2,3 66,6 67,1 31,1 ETFE+ETFE 81,0 15,1 78,1 3,9 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 4,2 73,0 74,2 22,8 Vzorec TTsol,UV TTsol,VIS TTsol,NIR TRBsol,UV TRBsol,VIS TRBsol,NIR [%] [%] [%] [%] [%] [%] PES(1)2009z/PES(2)2009z 0,0 1,6 3,4 8,6 66,8 70,2 ETFE+ETFE 59,3 78,3 86,0 35,7 17,9 10,1 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 1,3 4,0 4,7 72,9 78,8 65,3 TRW TRW Vzorec Asol,UV Asol,VIS Asol,NIR TRWsol,UV sol,VIS sol,NIR [%] [%] [%] [%] [%] [%] PES(1)2009z/PES(2)2009z 91,6 31,6 26,5 8,5 67,3 70,7 ETFE+ETFE 5,0 3,8 3,9 45,4 79,8 78,0 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 25,8 17,1 30,0 73,5 80,1 66,5 Totalne prepustnosti TTsol,UV, TTsol,VIS, ter TTsol,NIR naraščajo za vse tri zgoraj omenjene vzorce dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa z naraščajočim valovnim območjem od UV do NIR. Proporcionalno najbolj naraste prepustnost vzorca PES(1)2009z/PES(2)2009z, najmanj pa pri sklopu ETFE/ETFE. Trend spreminjanja totalne odbojnosti TRBsol na črni podlagi se razlikuje za te vzorce na različnih valovnih območjih (UV, VIS, NIR). Zanimivo je, da je bila pri obstoječem konstrukcijskem sklopu PES(1)2009z/PES(2)2009 njegova odbojnost TRBsol,UV najnižja (8,6 %), potem pa močno narasla na območjih VIS in NIR (preglednica 3.1.1.3 in slika 3.1.1.12), pri čemer je bila njegova TRWsol tako rekoč enaka za vsa tri merjena območja. Posledično je absorptivnost na UV-območju, kjer je TTsol,UV zelo nizka oziroma enaka 0 %, zelo visoka, na VIS- in NIR-območju pa je nizka, saj je tudi odbojnost TRBsol bistveno višja. Torej je vzorec PES(1)2009z/PES(2)2009z topel na UV-območju in hladen na VIS in NIR. Za vzorec konstrukcijskega sklopa ETFE/ETFE pa odbojnost na črni podlagi TRBsol, nasprotno kot pri vzorcu PES(1)2009z/PES(2)2009z, z naraščanjem valovne dolžine pada, na beli podlagi pa sprva močno naraste, nato nekoliko upade. Pri tem je pomembno, da razlika med TRBsol Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 55 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. in TRWsol naraste, vendar absorptivnost Asol celo nekoliko upade, kar pomeni, da je dvojni membranski konstrukcijski sklop ETFE/ETFE na celotnem sončnem spektru hladen. ] 100 ] 100 [% A b b [% c B ol 80 lo T s s 80 c T a a b t RB s 60 T o t 60 c nt s s o u n p 40 jo b b 40 rep d o a 20 b n a l n 20 a a a l a b t c a c c a o t T 0 oT 0 UV VI NI UV VIS NIR UV VI NI S R UV VIS NIR S R Valovno območje Valovno območje ] 100 100 [% C ] D l c b % a o b s 80 c [ a l 80 o RW s T A 60 c t 60 t a s so b o n n j v o 40 i 40 b t a c d p c o r o c a 20 s 20 a nl a b at A b b b oT 0 0 UV VI NI UV VIS NIR U VI NI UV VIS NIR S R V S R Valovno območje Valovno območje Slika 3.1.1.12: Spektralno povprečne vrednosti optičnih lastnosti (totalna prepustnost [%] (A), totalna odbojnost [%] na črni podlagi (B), totalna odbojnost [%] na beli podlagi (C), absorptivnost [%] (D) vzorcev PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) ETFE/ETFE (krivulja b), ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja c) na treh valovnih območjih sončnega spektra: ultravijoličnem (UV), vidnem (VIS) in kratkovalovnem infrardečem (NIR) Figure 3.1.1.12: Spectral average values of optical properties (total transmittance [%] (A), total reflectance [%] on black background (B), total reflectance [%] on white background (C), absorptance [%] (D)) of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a), ETFE/ETFE (curve b), ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve c) in three spectral ranges of solar spectrum: ultraviolet (UV), visible (VIS) and near infrared (NIR) Z vstavitvijo aerogelne izolacijske odeje, obdane s polietilensko tkanino PEfabric, v konstrukcijski sklop ETFE/ETFE se močno spremenijo tudi optične lastnosti sklopa ETFE/ETFE (preglednica 3.1.1.3 in slika 3.1.1.12). Totalna prepustnost TTsol močno upade (z 81 % na komaj 4,2 %), najbolj na UV- območju (z 59,3 % na samo 1,3 %) in najmanj na NIR-območju (s 86,0 % na 4,7 %). Odbojnost sklopa predvsem na račun odbojnosti aerogelne izolacijske odeje močno naraste, najmanj na UV (približno na polovico) in najbolj na valovnem območju NIR (približno za 6,5-krat). Totalna odbojnost na beli podlagi je na UV- in VIS-območju višja za vzorec ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, na območju NIR pa nižja. Razlike med TRBsol in TRWsol so za ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE majhne in le nekoliko večje kot pri vzorcu PES(1)2009z/PES(2)2009z, ob prav tako nekoliko večji TTsol. To se odraža na absorptivnosti, ki je nižja na UV- (za kar 65,8 %) in VIS-območju (za 14,5 %), na NIR pa je le nekoliko 56 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. (za 3,5 %) višja od As,NIR za vzorec ETFE/ETFE. Na podlagi teh rezultatov je mogoče sklepati, da je sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE hladnejši od sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z na valovnih območjih UV- in VIS-svetlob, na območju NIR-svetlobe pa nekoliko toplejši. 3.1.1.1.4 Ocena vpliva umazanije na zunanji strani zunanje membrane V preglednici 3.1.1.3 je podan tudi podatek o TTsol za očiščen vzorec zunanje membrane PES(1)2009z. Primerjava z vrednostjo TTsol za neočiščen vzorec pa pokaže, da je ta približno za 14 % višja. Če na podlagi izmerjene spektralno prepustnosti TTsol() za očiščen vzorec PES(1)2009z določimo TTvis dobimo vrednost 7,4 %, ki je celo 80 % višja od tiste za vzorec PES(1)2009 (preglednica 3.1.1.1). Podobno, če s pomočjo enačbe (2) izračunamo tudi TTvis obstoječega sklopa za očiščeno zunanjo membrano PES(1)2009z, očiščen/PES(2)2009z, dobimo za TTvis vrednost 2,3 %, kar je 64 % višja vrednost od vrednosti za vzorec PES(1)2009z/PES(2)2009z. 3.1.1.2 Meritev odbojnosti vzorcev membrane na območju nizkotemperaturnega dolgovalovnega infrardečega sevanja med 8000 in 14000 nm s spektrometrom in določitev emitivnosti površin Emitivnosti za tri različne temperature površin (-20 C, 20 C in 50 C) vzorcev ETFE, PEfabric, aerogel in PES(1), določene na podlagi meritve spektrov totalne (hemisferične) odbojnosti dolgovalovnega infrardečega sevanja na zlatem ozadju in na spektralnem območju med 2,5 in 16 m, so podane v preglednici 3.1.1.4. Iz danih spektrov, prikazanih na sliki 3.1.1.B.1 in v prilogi 3.1.1.B, so bile v skladu z opisom metode v poglavju 2.2.1.4 preračunane tudi emitivnosti na območju od 8 m do 14 m za tri enake temperature površine (preglednica 3.1.1.4). Izbrane temperature ponazarjajo razpon pričakovanih temperatur, ki jih (zunanja) membrana zavzame v različnih sezonskih in vremenskih pogojih. Rezultati pokažejo, da se vrednosti eT (valovno območje računa od 2,5 m do 16 m) določenih po enačbah (17) in (18) s spremembo temperature Tč.t. spremenijo za manj kot 2 %. Medtem ko v spektralnem območju od 8 m do 14 m ni zaznati nobenih sprememb. Vrednosti eT, določeni za dani spektralni območji, pa se prav tako minimalno razlikujeta (manj kot za 5 %). Preglednica 3.1.1.4: Vrednosti emitivnosti eT [-] vzorcev, izračunane za različne temperature, njihove površine in dve spektralni območji (od 8 μm do 14 μm ter od 2,5 μm do 16μm), na podlagi izmerjene spektralne odbojnosti dolgovalovnega infrardečega sevanja na zlatem ozadju Table 3.1.1.4: Emissivity eT [-] of samples at different temperatures of their surface and two spectral ranges (8 μm to 14 μm and 2,5 μm to 16 m) on the basis of measured spectral reflectance of IR radiation on gold background Vzorec eT [-] Valovno območje 8-14 m oz. 8 000 – 14 000 nm 2,5-16 m oz. 2500 – 16 000 nm Temperatura 263,15 K 293,15 K 323,15 K 263,15 K 293,15 K 323,15 K oz. -10 °C oz. 20 °C oz. 50 °C oz. -10 °C oz. 20 °C oz. 50 °C ETFE 0,96 0,96 0,96 0,95 0,94 0,93 PEfabric 0,60 0,60 0,60 0,58 0,58 0,59 aerogel 0,96 0,96 0,96 0,96 0,95 0,95 PES(1) 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 57 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.1.1.2.1 Prepustnost vzorcev za nizkotemperaturno IR-sevanje Termografska posnetka, prikazana na sliki 3.1.1.13, nakažeta, da vzorca ETFE in PEfabric nista neprepustna za dolgovalovno IR-sevanje na valovnem območju med 8 in 14 m. Pomen prepustnosti etilen tetrafluoroetilenske folije za toplotno IR sevanje je izpostavil Poirazis s sodelavci [23]. A B Slika 3.1.1.13: Temperaturno polje [°C], posneto z IR-kamero za vzorca ETFE (A) in PEfabric (B) Figure 3.1.1.13: Temperature field [°C] recorded with IR camera for samples ETFE (A) and PEfabric (B) Posledično, vrednost 𝑒𝑇 = 0,6 ne ustreza termični emitivnosti vzorca PEfabric, ampak termični emitivnosti vzorca na za toplotno IR sevanje visoko odbojnem ozadju, ki je neprepustno za toplotno IR sevanje. Ker od ozadja odbito IR sevanje ob uporabi enačb (15) in (16) navidezno zniža emitivnost prepustnega vzorca, lahko sklepamo, da je dejanska vrednost eT samega vzorca v danem primeru višja. Na podlagi tega je bila za vrednost eT obravnavanega vzorca ETFE privzeta kar izmerjena vrednost vpliv prepustnosti pa zanemarljiv. Enačba (33) za izračun hr velja le za zračni kanal z vzporednimi stranicami, ki so neprepustne za toplotno IR-sevanje [123]. 3.1.1.3 Meritev odbojnosti vidne svetlobe in določitev barv obarvanih delov tal v Športni dvorani Brezovica Slika 3.1.1.14 prikazuje na terenu izmerjene spektre totalne hemisferične-normalne odbojnosti (spektralni odbojnostni faktor Rvis,dif(λ)) različno obarvanih delov površin tal v ŠDB, ki so bili uporabljeni za določitev kolorimetričnih podatkov o njihovi barvi. In-situ meritve so bile izvedene v realnih in nestanovitnih razmerah, v katerih spektralna porazdelitev gostote svetlobnega toka ni stalna, temveč se s časom spreminja. V tovrstnih razmerah morata biti referenčni in odbiti spekter vpadne svetlobe izmerjena sočasno, vendar to v danem primeru fizično ni bilo izvedljivo. Tako sta bila spektra posneta v časovnem sosledju v intervalu, krajšem od 1 min. Hkrati je bilo treba zaradi šibke intenzitete vpadne svetlobe (v notranjosti stavbe približno 25-krat nižja od tiste zunaj stavbe, relativno majhna prepustnost ovoja), podaljšati čas osvetlitve receptorja instrumenta na 1000 ms, kar je približno 4-krat nad priporočeno vrednostjo [88]. Posledično je bila izvedena posamezna meritev le z enim posnetkom, saj bi avtomatsko povprečenje več posnetkov (število posnetkov je možno nastaviti) še dodatno podaljšalo časovni interval izvedbe meritve, na spektrih pa je prisoten šum. 58 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 100 ] 90 % rdeča [ ) 80 ( fid, 70 sivR 60 its svelo modra o 50 njo 40 bdo temno modra r 30 otk 20 aF 10 0 380 480 580 680 780 Valovna dolžina λ [nm] Slika 3.1.1.14: Izmerjeni spektralni faktor odbojnosti Rvis,dif() [%] različno obarvanih delov tal v ŠDB: rdeča barva (črna polna črta), svetlo modra barva (črna črtkana črta), temno modra barva (siva polna črta) Figure 3.1.1.14: Measured spectral reflection factor Rvis,dif() [%] of differently coloured parts of the floor inside the studied air-supported dome at Brezovica: red colour (black full line), light blue colour (black dashed line), dark blue colour (grey full line) Preglednica 3.1.1.5: Kolorimetrični podatki o barvah tal v ŠDB Table 3.1.1.5: Colorimetric data of floor colours in the air-supported dome at Brezovica Vzorec CIE Lab CIE XYZ L a b X Y Z [-] [-] [-] [-] [-] [-] Svetlo modra 53,64 -9,840 -17,980 18,60 21,63 35,77 Rdeča 70,18 +38,708 +21,793 52,45 41,00 27,71 Temno modra 44,48 +17,029 -32,590 16,28 14,17 34,86 Prav tako so bili izmerjeni spektri, obdelani s programom SpectraWiz [88], s katerim se tudi upravlja spektrometer. Ta program je bil uporabljen za [88] določitev kolorimetričnih količin, kot so trikromatični indeksi X, Y in Z, ter svetlost in barvni koordinati a (zeleno-rdeča os) in b (rumeno-modra os) po klasifikaciji CIE Lab. Pri tem je bil uporabljen vir svetlobe D65. Rezultati so zbrani v preglednici 3.1.1.5, medtem ko so na sliki 3.1.1.14 prikazani spektri Rvis,dif() za omenjene tri barve. Na podlagi teh kolorimetričnih podatkov so bile v nadaljevanju izbrane barve tal za namen analize dnevne osvetljenosti ŠDB (izračuni KDS) s pomočjo računalniškega programa DAYSIM. 3.1.2 Termične meritve: določitev hitrosti zraka in temperaturnega profila v zračnem kanalu dvojnega ovoja Športne dvorane Brezovica Meritve hitrosti gibanja zraka v(t) [m/s] in temperature zraka Ta,k(t) [C] ob notranji (PES(2)2009z) in zunanji (PES(1)2009n) stranici zračnega kanala so potekale v obdobju med 17. 07. 2013 in 13. 08. 2013. Rezultati (slika 3.1.2.1) so razdeljeni na štiri obdobja (preglednica 3.1.2.1), v katerih se je spremenila usmeritev sonde instrumenta (navzgor ali navzdol) ali pa položaj (ob notranji ali zunanji stranici zračnega kanala), kot je prikazano v poglavju 2.2.2. Dnevnik meritev je podan v prilogi 3.1.2.A. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 59 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A 0.14 ] 45.0 s/ C] 41.6 m 0.12 [ [ h 40.0 v a = 0.03 m/s k,, v h h,povp 0.10 T a 35.0 u p a e k 0.08 ž ra 30.0 z v a 0.06 0.05 ra 25.0 k u a t r ra z 0.04 0.01 e 20.0 t p so m 0.02 r e 15.0 T a = 25.8 C t a,k,h,o,povp i T 14.1 H 0.00 10.0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [h] Čas [h] B ] 0.14 s 45.0 / C] 43.0 ° m [ [ 0.12 h 40.0 b ,k v h v = 0.03 m/s , h,povp 0.10 u T a 35.0 p 0.08 a e k ž 0.08 ra 30.0 v z a 0.06 k 25.0 ura a t rz ra 0.04 t e 20.0 0.01 s p o m r 0.02 e t 15.0 T b = 25.1 C i T 15.4 a,k,h,o,povp H 0.00 10.0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [h] Čas [h] C 0.14 45.0 ]s C] /  40.6 0.12 0.11 [ m h 40.0 [ k, c , v h 0.10 v = 0.03 m/s h,povp T a 35.0 u a p k e 0.08 ra 30.0 ž z v 0.06 ra a 25.0 u k t ar ra 0.04 z e 20.0 t p s m o 0.02 e 15.0 T c = 33.1 C r 0.01 a,k,h,i,povp t T iH 0.00 10.0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [h] Čas [h] D 0.14 ]s 45.0 / 0.12 C] 40.8 m 0.12 [ [ 40.0 h v h d k,, 0.10 vh,povp = 0.04 m/s u T a 35.0 p a e 0.08 k ž 30.0 ra v z a 0.06 k ra 25.0 a u r t z 0.04 0.01 ra t e 20.0 s p o d r 0.02 m 18.0 T = 28.0 C t e 15.0 a,k,h,i,povp i T H 0.00 10.0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [h] Čas [h] 60 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.2.1: Povprečne hitrosti zraka, izmerjene v zračnem kanalu v posamezni uri v dnevu (vh [m/s]), polna črta, +; vh/0,7 [m/s], črtkana črta, +) (levo) in pripadajoča povprečna izmerjena temperatura (Ta,k,h [C]) (polna črta, ●) (desno) tekom dneva za različne pozicije in orientacije sonde instrumenta (preglednica 3.1.2.1): ob zunanji stranici navzgor (A) in navzdol (B); ob notranji stranici navzdol (C) in navzgor (D) Figure 3.1.2.1: Over period of measurements averaged values of measured air velocity during each hour of the day (vh [m/s], full line, +; vh/0,7 [m/s], dashed line, +) (left) and corresponding average measured air temperature (Ta,k,h [C]) (full line, ●) (right) for different locations and orientations of the instrument's probe (Table 3.1.2.1): next external side upwards (A) and downwards (B); next inner side downwards (C) and upwards (D) Preglednica 3.1.2.1: Orientacija in pozicija sonde za različna obdobja meritev hitrosti zraka v(t) [m/s] in pripadajoče temperature zraka Ta,k(t) [C] Table 3.1.2.1: Position and orientation of thermal anemometer probe during different periods of the air velocity v(t) [m/s] and corresponding air temperature Ta,k(t) [C] measurements Primer Obdobje meritev Orientacija sonde Pozicija sonde a od 17. 7. 2013 do 22. 7. 2017 navzgor ob zunanji stranici b od 23. 7. 2013 do 26. 7. 2017 navzdol ob zunanji stranici c dne 6. 8. 2017 navzdol ob notranji stranici d od 7. 8. 2017 do 9. 8. 2017 navzgor ob notranji stranici Vrednosti hitrosti gibanja zraka v(t) [m/s] in pripadajoče temperature Ta,k(t) [C] so bile izmerjene v intervalu 2 s, nato pa so bile izračunane povprečne vrednosti hitrosti vh [m/s] (povprečje intervala 1 h za vsako uro dneva) in temperature zraka Ta,k,h [C] (povprečje intervala meritev 1 min. ob posamezni polni uri dneva), vključujoč vse dni posameznega obdobja meritev (primeri od a do d, preglednica 3.1.2.1), ki so prikazane na sliki 3.1.2.1. Na slikah 3.1.2.1 A levo in D levo, so prikazane tudi vrednosti vh, korigirane s korekcijskim količnikom 0,7. Ta količnik moramo, v skladu z navodili proizvajalca [158], upoštevati v kolikor je sonda med meritvijo obrnjena proti zračnemu toku (oznaka na sondi kaže kako sondo pravilno obrniti, slika 2.2.2.2). Iz primerjave slik 3.1.2.1 in 3.1.2.2 je lepo razvidno, da vrednosti hitrosti gibanja zraka vh ne glede na položaj sonde najbolj narastejo v času med 7. in 15. uro (0,5, 0,08, 0,11 in 0,12 m/s za primere a, b, c, d), kar sovpada z orientacijo objekta in časom osončenosti stranice objekta, na kateri so bile opravljene meritve (mesto meritev na JV stranici stavbe je označeno na sliki 2.2.2.1). Hkrati je opaziti, da vrednosti vh dosežejo drugi maksimum med 17. in 19. uro, ko se smerni kot položaja sonca zopet približa smernemu kotu normale na površino SZ stranice stavbe, vendar je praviloma precej manjši, tudi do 3.7- krat, izključujoč obdobje meritev c, ko je vrednost kar 6-krat manjša. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 61 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. S 6 20 ob 7h 19 18 8 Z 9 V 17 ob 15h 10 11 14 13 12 J Slika 3.1.2.2: Diagram sončne poti za dan 01. 08. 2013, s prikazano orientacijo glavne osi ŠDB (črtkana rdeča črta) in poudarjenima pozicijama sonca ob 7. in 15. uri po lokalnem času (rumeni zvezdici). Slika je povzeta po [159] Figure 3.1.2.2: Sun path diagram on 1st August 2013 with main axis of the air-supported dome at Brezovica (red dashed line) added and emphasized sun's position (yellow stars) at 7 AM and 3 PM local time. After [159] Preglednica 3.1.2.2: Ekstremne in povprečne vrednosti hitrosti vh [m/s] in temperature zraka Ta,k,h [C] ter pripadajoči časi [h] za primere pozicij in orientacij sonde instrumenta od a do d, navedenih v preglednici 3.1.2.1 Table 3.1.2.2: Extreme and average values of air velocity vh [m/s], its corresponding temperature Ta,k,h [C] and time of thermal anemometer position and orientation cases a to d (Table 3.1.2.1) v v T T Primer h h,povp a,k,h a,g,h,povp [m/s] [m/s] [C] [C] max čas min čas čas čas a 0,05 11h 0,01 15h 0,03 39,3 11h 38,8 15h 26,1 b 0,08 11h 0,01 2h 0,03 37,9 11h 16,7 2h 25,4 c 0,11 11h 0,01 15h 0,03 34,8 11h 40,6 15h 34,0 d 0,12 11h 0,01 2h 0,04 34,5 11h 20,2 2h 28,3 čas čas max čas min čas a 0,03 14h 0,03 6h 0,03 41,6 14h 14,1 6h 26,1 b 0,02 14h 0,02 7h 0,03 43,0 14h 15,4 7h 25,4 c 0,01 15h 0,11 11h 0,03 40,6 15h - - 34,0 d 0,03 14h 0,01 7h 0,04 40,8 14h 18,0 7h 28,3 62 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A ] 0.14 s/m[ 0.12 v avg h,mid = 0.03 m/s v h 0.10 0.09 upež 0.08 v a 0.06 karz 0.04 t 0.01 sor 0.02 tiH 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Čas [h] B C 45.0 42.3 h 6.0 C] ,  k, 4.0 [ 40.0 T a 4.0 h,  k a , 35.0 40.6 k 2.0 T a a rz a ir 0.0 k 30.0 a u r ta C] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 z r  -2.0 25.0 e [ ar 18.0 p u m -4.0 t et a 20.0 r povp v -6.0 e Ta,k,h,o,povp = 25.4 C p a 15.0 kil m T povp = 28.2 C z -8.0 T povp = -2.7 C e 14.8 a,k,h,i,povp a a,k,h,povp -8.0 T 10.0 R -10.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [h] Čas [h] Slika 3.1.2.3: Povprečni urni profil hitrosti zraka na sredini kanala v povp h,mid [m/s] (polna črta, +) (A), povprečna urna profila temperature zraka ob notranji T povp a,k,h,i [C] (črtkana črta, ●) in zunanji T povp a,k,h,o [C] (polna črta, ●) stranici (B) zračnega kanala za celotno obdobje meritev. Na (C) je prikazana razlika med urnima profiloma temperature ob zunanji in notranji stranici zračnega kanala ΔT povp a,k,h,povp [C] Figure 3.1.2.3: Average hourly air velocity profile at the middle of air channel between the membranes v povp h,mid [m/s] (full line, +) (A), average hourly air temperature profile next to inner T povp povp a,k,h,i [C] (dashed line, ●) and outer Ta,k,h,o [C] (full line, ●) side (B) of the air channel for the whole period of field measurements. In (C) the difference between the hourly temperature profiles next to inner and outer side o fair channel is shown ΔT povp a,k,h,povp [C] Iz grafov poteka temperature Ta,k,h [C] tekom dneva, prikazanih na sliki 3.1.2.1 (desno), je videti, da v vseh obdobjih meritev dnevni minimumi in maksimumi ne sovpadajo z ekstremnimi vrednostmi hitrosti gibanja zraka vh (preglednica 3.1.2.2). Kot je prikazano v nadaljevanju disertacije, ekstremne vrednosti Ta,k,h dobro sovpadajo z ekstremnimi dnevnimi vrednostmi temperature zraka zunaj stavbe in v njej. Najvišjo temperaturo ob notranji in zunanji membrani v zračnem kanalu zrak doseže ob 13. uri, razen v primeru c, ko doseže maksimum povprečno ob 14. uri. Ti rezultati so skladni tudi s pozicijo sonca na nebu. Minimalno vrednost Ta,k,h zavzame v primeru a ob 5. uri, v primerih b in d pa ob 6. uri. Zanimivo je tudi, da se maksimumi v povprečju v vseh obdobjih povzpnejo nad 40 C, hkrati pa sta pričakovano maksimalni vrednosti temperature Ta,k,h ob zunanji stranici (slika 3.1.2.1 A in B desno) zračnega kanala višji kakor ob notranji stranici. V prilogi 3.1.2.B je prikazan dejanski rezultat meritve Ta,k na dan 26. 7. 2013, na sliki 3.1.2.B pa je razvidna razlika med Ta,k,i in Ta,k,o ob spremembi položaja sonde. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 63 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. V preglednici 3.1.2.2 so podane tudi povprečne vrednosti vh,povp in Ta,k,h,povp za celotna posamezna obdobja, navedena v preglednici 3.1.2.1. Neposredno je videti, da so povprečne hitrosti v a,b,c,d h,povp za vsa obdobja meritev (primeri od a do d) tako rekoč enake, pri čemer pa se pripadajoče povprečne temperature zraka T a,b,c,d a,g,avg nekoliko bolj razlikujejo. Za pripravo vhodnih podatkov za izračun toplotne prehodnosti obstoječega konstrukcijskega sklopa ovoja ŠDB PES(1)2009z/PES(2)2009z in drugih različic so bili določeni povprečni urni profili hitrosti gibanja zraka na sredini kanala v povp h,mid [m/s] ter povprečna urna profila temperature zraka ob notranji T povp povp a,k,h,i [C] in zunanji Ta,k,h,o [C] stranici zračnega kanala za celotno obdobje meritev (slika 3.1.2.3). S slike 3.1.2.3 C je videti, da je T povp povp a,k,h,o večja od Ta,k,h,i le v času, ko je ovoj na mestu meritev osončen tudi z direktnim sevanjem. Zjutraj po 6. uri začne temperatura T povp a,k,h,o naraščati hitreje kakor T povp a,k,h,i , jo med 7. in 8. uro preraste ter ostane višja do 13. ure, potem pa začne hitreje padati in do 14. ure je zopet nižja od T povp a,k,h,i . V popoldanskem času, ko je sonce na drugi strani stavbe, nastanejo tudi največje razlike med T povp povp a,k,h,o in Ta,k,h,i , vrednost razlike pa doseže celo 8 C. 3.1.3 Meritve dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica in določitev porazdelitve količnika dnevne svetlobe na igrišču v stavbi Za izračun količnika dnevne svetlobe (KDS [%]) (slika 3.1.3.1) po postopku, opisanem v poglavju 2.2.3, je bilo potrebno najprej določiti osvetljenost izbranih 45 merilnih mest (Ni = 1 do 45) v stavbi (Ei,exp,glob(Ni) [lx]) in pripadajoče difuzne osvetljenosti zunanje nezasenčene horizontalne površine (Eo,calc,dif(Ni) [lx]). Medtem ko so bile vrednosti Ei,exp,glob(Ni) [lx] izmerjene (slika 3.1.3.2), so bile vrednosti Eo,calc,dif(Ni) [lx] (slika 3.1.3.2) izračunane iz eksperimentalno določene Eo,exp,tube(Ni) (priloga 3.1.3.A). Postopek normalizacije teh vrednosti na CIE standardno oblačno nebo [102] je prav tako predstavljen v poglavju 2.2.3. Dne 29. 10. 2015 sta bila v časovnem zaporedju izvedena dva seta meritev. Prvi ( set 1) se je pričel ob 12.15 uri in končal ob 12.45, kmalu zatem pa se je začel drugi ( set 2), ob 12.56 uri, in končal ob 13.22, kot je prikazano na slikah 3.1.3.1 A in B. Rezultati so takoj potrdili dejstvo, da je vpliv neizogibnega in stalnega spreminjanja (difuzne) osvetljenosti nezasenčene horizontalne površine, prisotnega tudi v času izvedenih meritev (slika 3.1.3.2), z uporabo KDS močno izničen. Vzporedno s temi meritvami je bila izvedena tudi meritev globalne (direktne + difuzne) osvetljenosti zunanje horizontalne površine Eo,exp,glob(Ni) [lx] v intervalu 5 s (slika 3.1.3.3). Razlika med izmerjeno Eo,exp,glob in Eo,calc,dif, izražena s korenom povprečne kvadratne napake, je znašala 271 lx (oz. približno 6 %). Pregled rezultatov, prikazanih na sliki 3.1.3.1, je pokazal, da so vrednosti KDS razmeroma nizke (od 1,1 % do 1,7 %), na podlagi česar je mogoče sklepati, da je ŠDB potrebno pogosto dodatno umetno osvetljevati [106, 107]. Če bi v izračunu KDS(Ni) ohranili vrednosti Ei,exp,glob(Ni) in uporabili vrednosti Eo,exp,glob namesto vrednosti Eo,calc,dif, bi bila RMSE med vrednostma KDS za posamezno mesto Ni manjša od 0,3 %. Iz dobljenih rezultatov je bilo tudi ocenjeno, da pri difuzni osvetljenosti zunanje horizontalne površine ~27.300 lx, osvetljenost površine v stavbi znaša ~300 lx. Ta vrednost sovpada z minimalno priporočeno vrednostjo za odbojkarska igrišča v stavbah izobraževalnih ustanov [110]. V danih razmerah neba in pri vrednostih difuzne osvetljenosti v času eksperimenta (npr. ~3000-4000 lx, slika 3.1.3.2) bi zagotovili vrednoti osvetljenosti 300 lx v stavbi tedaj, ko bi bil KDS večji ali enak 10 %. Hkrati lahko na 64 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. obravnavani zemljepisni širini (~ 46 S) pričakujemo osvetljenost zunanje površine 5000 lx vsaj 90 % časa med 9. in 17. uro v letu [142] kar pomeni, da bi za izpolnitev pričakovane vrednosti Ei,exp,glob = 300 lx zadostoval 6-odstotni KDS. Pomembno je opozoriti, da nizke vrednosti KDS v obravnavani vrsti pnevmatskih konstrukcij, kakršna je na Brezovici, ne omejujejo njihove uporabnosti, saj uporaba tkanin in folij z visoko prepustnostjo pogosto privede do problema z bleščanjem, ki praviloma pomeni nepremagljivo oviro, saj je senčenje v primerih takšnih stavb zelo oteženo. Slika 3.1.3.1: Izvedba meritev osvetljenosti Ei,exp,glob (Ni) [lx] za 45 merilnih mest (Ni = od 1 do 45) na igrišču v ŠDB s pripadajočimi izoluksami, izraženimi z vrednostmi KDS [%] (KDS(Ni)) med setom 1 (A) in setom 2 (B), z alternativno predstavitvijo na sliki (C) ( set1, ○; set2, *; standardna deviacija, navpične črte). Na sliki (A) in (B) tribuna in koridorji ob igrišču niso prikazani Figure 3.1.3.1: The execution of Ei,exp,glob(Ni) [lx] illuminance measurements at 45 points (Ni =1 to 45) on the playground floor with the corresponding iso-illuminance values expressed with the KDS [%] values (KDS(Ni)) for set1 (A) and set2 (B) measurement data with the alternative presentation shown on (C) ( set1, open ○; set2, *; standard deviation, vertical bars). Spectator stand and corridors are not shown on A and B Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 65 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.3.2: Variacija difuzne osvetljenosti zunanje površine (Eo,calc,dif(Ni) [lx]) (●, krivulji a in c) v času meritev osvetljenosti v stavbi (Ei,exp,glob(Ni) [lx]) (×, krivulji b in d) za merilna mesta (Ni = od 1 do 45) na tleh igrišča v ŠDB dne 29. 10. 2015 za set 1 (A) in set 2 (B). Za korelacijo merilnih mest in časa glej sliki 3.1.3.1 A in B Figure 3.1.3.2: The variation of the outdoor sky illuminance (Eo,calc,dif(Ni) [lx]) (●, curves a and c) during the measurements of the indoor illuminance (Ei,exp,glob(Ni) [lx]) values (×, curves b and d) at various sites (Ni =1 to 45) on the playground floor inside the air-supported dome measured on 29th of Oct. 2015 for the set1 (A) and set2 (B) of measurements. For the correlation of time to the sites see Figure 3.1.3.1 A and B 66 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.3.3: Meritve osvetljenosti zunaj ŠDB: globalna osvetljenost Eo,exp,glob [lx] (izvorni vidni kot instrumenta) (krivulja a) in difuzna osvetljenost Eo,calc,dif [lx], izračunana iz Eo,exp,tube [lx] (zmanjšani vidni kot instrumenta na 28°) (●, krivulja b) Figure 3.1.3.3: Outdoor illuminance measurements: global illuminance Eo,exp,glob [lx] (instruments original angle of view) (curve a) and sky illuminance Eo,calc,dif [lx] calculated from Eo,exp,tube [lx] (reduced angle of view to 28°) (●, curve b) Prav tako je opaziti, da so vrednosti KDS za oba seta ( set 1 in set 2) zelo podobne, vendar ne identične, razlikujejo pa se absolutno za manj kot 0,2 % (slike 3.1.3.1 A, B in C). V skladu s pričakovanji je bila opažena kvazi periodičnost, z minimalnimi vrednostmi na mestih od 9a do 9e in od 1a do 1e (slika 3.1.3.1 C) ter maksimumi v sredinskem delu igrišča (mesta 3c - 6c) (slika 3.1.3.1 C). Tribuna na levi strani stavbe je dodatno senčila igrišče, posledica tega pa so bile nekoliko nižje vrednosti KDS. Vrednosti KDS na sredini igrišča (1,7 %) so bile v primerjavi z vrednostmi na levi in desni strani igrišča (1,1 – 1,3 %) razmeroma visoke, čeprav je bila odbojnost (Rvis,dif = 34 %) rdeče obarvanega sredinskega dela tal igrišča razmeroma nizka. Dejstvo je, da so imele barve tal in njihov vzorec razporeditve opazen učinek na vrednosti KDS, kar je služilo kot povod za študijo vpliva notranje odbite komponente KDS na vrednosti količnika v obravnavani ŠDB v odvisnosti od vzorca razporeditve barv. Rezultati študije so predstavljeni v poglavju 3.2.2. Treba je dodati, da bi lahko razlike v vrednostih KDS med setoma 1 in 2 (slika 3.1.3.1) kljub močno oblačnemu vremenu pripisali dvema glavnima vzrokoma. Prvič, neujemanje vrednosti bi lahko pripisali spremembi položaja sonca na nebu v času med 12.15 in 13.22 ure (priloga 3.1.3.B), in drugič, bolj verjetnemu vzroku, spremembi intenzitete direktne in difuzne svetlobe ter njunemu razmerju med trajanjem eksperimenta [98]. V okviru predstavljene raziskave direktna in difuzna komponenta globalne osončenosti, zaradi nerazpoložljivosti merilne opreme, nista bili izmerjeni ločeno, zaradi česar v nadaljevanju dela ni bilo mogoče v celoti izkoristiti zmogljivosti programa DAYSIM, ki omogoča Perezovega vse-vremenskega modela porazdelitve svetlosti neba [143] [137]. V skladu s tem so bile izračunane vrednosti KDS z uporabo CIE standardnega oblačnega neba [102], v nadaljevanju pa je bila opravljena primerjava teh z Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 67 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. eksperimentalnimi vrednostmi KDS, določenimi v podobnih vremenskih razmerah (oblačno nebo, 5000 lx). 3.1.3.1 Kontrola normalizacije izmerjene osvetljenosti na CIE standardno oblačno nebo Na oblačen dan, 5. 5. 2017, so bile opravljene meritve spektralne porazdelitve gostote toka vpadnega sončnega sevanja na valovnem območju med 288 nm in 1124 nm s pomočjo spektroradiometra MS-711 proizvajalca EKO INSTRUMENTS [114], ki se nahaja na strehi stavbe B na Tržaški cesti 25, Fakultete za elektrotehniko (FE) Univerze v Ljubljani. Na sliki 3.1.3.4 so prikazani rezultati eksperimentalne določitve osvetljenosti horizontalne površine, osvetljene z izsekom neba v smeri zenita in vidnim kotom 28 (in prostorskim kotom približno 1 sr) (Eo,exp,tube) prav tako na dan 5. 5. 2017. Pričakovana natančnost meritev z instrumentom Voltcraft je bila ± (5 % + 10 najmanj pomembnih števk). Pri meritvah Eo,exp,tube je bila resolucija meritev 1 lx, zato je bilo treba poleg 5 % vrednosti meritve prišteti 10 lx, skupna natančnost meritev pa se je v prvem setu gibala med ± 45 lx in ± 52 lx oziroma ± 6,2 – 6,4 % vrednosti meritve, v drugem setu pa od ± 53 lx do ± 63 lx oziroma od ± 5,9 – 6,2 % vrednosti meritve. Območje natančnosti Eo,calc,dif je bilo enako območju za Eo,exp,tube. Rezultati meritev globalne osvetljenosti Eo,exp,glob so za prvi set meritev (set 1) prikazani na sliki 3.1.3.4 A in za drugi set meritev (set 2) na sliki 3.1.3.4 B. Pri teh meritvah je bila resolucija instrumenta nastavljena na 10 lx, zato je bilo treba 5% izmerjenim vrednostim prišteti še 100 lx. Skupna natančnost meritev pa se je v prvem setu meritev gibala med ± 809 lx in ± 837 lx oziroma ± 5,6 % vrednosti meritve, v drugem setu pa med ± 800 lx in ± 892 lx oziroma od ± 5,6 – 5,7 % vrednosti meritve. Na sliki 3.1.3.4 so prikazane tudi izračunane vrednosti globalne (Eo,calc,glob,spectro [lx]) in difuzne (Eo,calc,dif [lx]) osvetljenosti zunanje nezasenčene horizontalne površine. Vrednosti Eo,calc,glob,spectro se med setom 1 gibljejo med približno 11 000 in 13 000 lx, trend padanja ali naraščanja pa ni stalen, medtem ko pri setu 2 Eo,calc,glob,spectro stalno narašča, od približno 10 900 lx do približno 12 800 lx. Že na prvi pogled se opazi, da meritev globalne osvetljenosti Eo,exp,glob z uporabljenim Voltcraftovim ročnim merilnikom osvetljenosti [111] v obeh setih meritev (sliki 3.1.3.4 A in B) preceni vrednosti (set 1: od 2270 lx do 2590 lx oziroma od 19 % do 21 %; set 2: od 2500 lx do 2800 lx oziroma od 22 % do 23 %, ena izmed meritev seta 2 odstopa za 29% (slika 3.1.3.4 B)) glede na vrednosti Eo,calc,glob,spektro, izračunane na podlagi spektralno radiometričnih meritev. Kljub temu pa imajo vrednosti podoben trend. Na slikah 3.1.3.4 A in B se tudi razločno vidi, da so izračunane vrednosti difuzne osvetljenosti Eo,calc,dif pričakovano nižje (set 1: od 710 lx do 1850 lx oziroma od 6 % do 16 %; set 2: od 200 lx do 1800 lx oziroma od 1 % do 13 %) od vrednosti globalne osvetljenosti Eo,calc,glob,spectro izračunanih na podlagi spektralno radiometričnih meritev. Sočasno so bili ti rezultati v skladu s pričakovanji, saj je trend spreminjanja vrednosti Eo,calc,dif drugačen kot pri Eo,calc,glob,spectro. 68 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 18000 A 16000 Eo,exp,glob 14000 ]xl[ 12000 E o tso 10000 n Eo,calc,glob ejlt 8000 ev E s o,calc,dif 6000 O 4000 2000 0 08:45:00 08:50:00 08:55:00 09:00:00 09:05:00 Čas [hh:mm:ss] 18000 E B 16000 o,exp,glob 14000 ]xl[ 12000 E o ts 10000 onej E l 8000 o,calc,glob te E v o,calc,dif s 6000 O 4000 2000 0 09:00:00 09:05:00 09:10:00 09:15:00 09:20:00 Čas [hh:mm:ss] Slika 3.1.3.4: Osvetljenost zunanje nezasenčene horizontalne površine za set meritev 1 med 8.57 in 9.02 (A) in set meritev 2 med 9.10 in 9.15 (B) dne 5. 5. 2017: globalna osvetljenost, izmerjena z ročnim merilnikom osvetljenosti (Eo,exp,glob [lx], ○); globalna osvetljenost, izračunana iz izmerjenih spektralnih radiometričnih podatkov (Eo,calc,glob,spectro [lx], ); difuzna hemisferična osvetljenost (Eo,calc,dif [lx], ●) izračunana iz podatkov o količini vpadne svetlobe iz izseka neba v smeri zenita in vidnim kotom 28 (Eo,exp,tube [lx]). Interpolirane vrednosti Eo,calc,glob,spectro za čase, pripadajoče Eo,calc,dif (črna polna črta) Figure 3.1.3.4: Illuminance of unobstructed outdoor horizontal surface for set 1 (8.57 to 9.02) (A) and set 2 (9.10 to 9.15 ) (B) of measurements on 5th May 2017: global illuminance measured with handheld light meter (Eo,exp,glob [lx], ○); global illuminance calculated from the measured spectral radiometric data (Eo,calc,glob,spectro [lx], ); diffuse hemispherical illuminance (Eo,calc,dif [lx], ●) calculated from the data about the amount of incident light from the sky segment in direction of zenith and filed of view 28 (Eo,exp,tube [lx]). Interpolated values of Eo,calc,glob,spectro at times of corresponding Eo,calc,dif (black full line) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 69 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 160 150 ]2 140 m W/[ o 130 I tson 120 ečnos 110 O I 100 o,exp,dif Io,calc,glob Io,exp,glob 90 08:40:00 08:50:00 09:00:00 09:10:00 09:20:00 09:30:00 Čas [hh:mm:ss] Slika 3.1.3.5: Osončenost zunanje horizontalne površine [W/m2] v času eksperimenta dne 5. 5. 2017: globalna osončenost (Io,exp,glob, ○); difuzna osončenost (Io,exp,dif, ●) Figure 3.1.3.5: Solar irradiance of outdoor horizontal surface [W/m2] during the time of experiment on 5th May 2017: global irradiance (Io,exp,glob, ○); diffuse irradiance (Io,exp,dif, ●) Tako je morda zato, ker je izključeni del neba preprosto svetlejši, kot predvideva porazdelitev svetlosti CIE standardno oblačnega neba [102]. Drugi mogoči razlog pa je, da je bila uspešno izključena direktna komponenta globalne osvetljenosti. Kljub močno oblačnemu nebu nekaj direktne komponente lahko pripotuje do Zemljinega površja. Da določitev pravega vpliva ni trivialna pokažejo rezultati meritev globalne Io,exp,glob [W/m2] in difuzne Io,exp,dif [W/m2] osončenosti (slika 3.1.3.5). S slike 3.1.3.5 je razvidno, da je ob posameznih časih difuzna osončenost Io,exp,dif celo višja od globalne. 3.1.3.2 Primerjava rezultatov Vzporedno z že opisanimi meritvami na Brezovici je bila opravljena meritev globalne osvetljenosti tal v notranjosti stavbe (Ei,exp,glob v lx) za medsebojno primerjavo vrednosti, izmerjenih z uporabljenima merilnikoma osvetljenosti [111] (slika 3.1.3.6). Rezultati meritev vključujejo osvetljenosti E1 in E2, ter medsebojno absolutno (ΔE) in relativno (ΔE/E2) razliko in so podani v preglednici 3.1.3.1. Vpliv na vrednosti KDS je opisan v nadaljevanju, v poglavju 3.2.2. 70 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Slika 3.1.3.6: Merilnika osvetljenosti, uporabljena za eksperimentalno delo na Brezovici dne 29. 10. 2015. Prikaz zaščite instrumenta za meritve zunaj stavbe na Brezovici Eo,exp,tube (posnetek je bil narejen ob 13.36 uri) (A). Primerjava vrednosti inštrumentov opravljena istega dne po opravljenem setu 2 meritev osvetljenosti (posnetek je bil narejen ob 13.41 uri) (B) Figure 3.1.3.6: The two lightmeters used for experimental work at Brezovica on 29th October 2015. In Figure the instrument's protection for outdoor Eo,exp,tube measurements is shown (picture taken at 13.36) (A). Comparison of the two instruments' readings, conducted on the same day after set 2 of illuminance measurements (picture taken at 13.41) (B) Preglednica 3.1.3.1: Rezultat testa primerljivosti odčitkov, zajetih z dvema merilnikoma osvetljenosti (slika 3.1.3.6) istega tipa Voltcraft in uporabljenima za eksperimentalno delo, opravljeno dne 29. 10. 2015 Table 3.1.3.1: Estimation of the light meter reading comparability of the two Voltcraft instruments (Figure 3.1.3.6) used for experimental work on 29th October 2015 Merilnik svetlobe 1 Merilnik svetlobe 2 (za Ei,exp,glob) (za Eo,exp,tube) Razlika Razlika E1 E2 ΔEh=Eh,2-Eh,1 ΔE/E2 [lx] [lx] [lx] [%] 1 75,8 88,8 13,0 14,6 2 77,6 91,0 13,4 14,7 3 78,8 92,5 13,7 14,8 4 79,9 93,6 13,7 14,6 5 80,5 94,4 13,9 14,7 6 80,9 94,9 14,0 14,8 Povp. 78,92 92,53 13,62 14,7 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 71 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.1.4 Raziskava toplotnega odziva športne dvorane Brezovica Vzporedno z meritvami hitrosti in temperature zraka v zračnem kanalu so potekale tudi meritve temperature zraka zunaj (Ta,o [C]) in v notranjosti (Ta,i [C]) ŠDB. Vremenska postaja proizvajalca Conrad [117] (poglavje 2.2.4), vključuje tudi sonde za meritev relativne vlage v (RHa,i [%]) in zunaj (RHa,o [%]) stavbe ter hitrosti vw [m/s] in smeri DIRw vetra. Dnevnik meritev je podan v prilogi 3.1.2.A. 40.0 40.0 C] A B  C] [ 35.0 [ 35.0 T a T a a 30.0 k T a a 30.0 b a a,i,lin k Ta,i,lin r a z r 25.0 z a a 25.0 r Ta,o,lin a T b u r a,o,lin t u a 20.0 t b r T a a 20.0 Ta,i e a,i r p ep m 15.0 m 15.0 b e T a e a,o T Ta,o T 10.0 10.0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 0 20 40 60 80 01 21 41 61 81 02 22 00 00 20 40 60 80 01 21 41 61 81 02 22 00 Čas [hh:mm] Čas [hh:mm] 45.0 40.0 T c C] a,o  C D 40.0 C] [ T c  a,o,lin [ 35.0 T a c 35.0 T T a d a a,i Ta,i,lin k c a 30.0 a T k r 30.0 a,i,lin a d z r T z a,o,lin a 25.0 r 25.0 a u r d t u T a t a,i r a 20.0 20.0 e r p ep T d m 15.0 m 15.0 a,o eT eT 10.0 10.0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : : : : : : : : : : : : :0 :2 :4 :6 :8 :0 :2 :4 :6 :8 :0 :2 :0 0 20 40 60 80 01 21 41 61 81 02 22 00 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 2 0 Čas [hh:mm] Čas [hh:mm] Slika 3.1.4.1: Izmerjena temperatura zraka znotraj Ta,i [C] in zunaj Ta,o [C] ŠDB za primere od a do d iz preglednice 3.1.2.1: obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013 (A), obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013 (B), obdobje c 6. 8. 2013 (C), obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013 (D). Prikazana je tudi linearna interpolacija med vrednostmi temperature zraka ob polnih urah (črtkana črta) Figure 3.1.4.1: The measured air temperature inside Ta,i [C] and outside Ta,o [C] the air- supported structure at Brezovica for analysis cases a to d given in Table 3.1.2.1: period a from 17. 7. 2013 to 22. 7. 2013 (A), period b from 23. 7. 2013 to 26. 7. 2013 (B), period c 6. 8. 2013 (C), period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013 (D). The linear interpolation between air temperature values at full hours is also shown (dashed line) Slika 3.1.4.1 prikazuje povprečne vrednosti izmerjene temperature zraka v (Ta,i) in zunaj (Ta,o) ŠDB za enaka obdobja kot so navedena v preglednici 3.1.2.1 (primeri od a do d). Povprečja po dnevih so bila izvedena za posamezen čas v intervalu 5 min (poglavje 2.2.4). Ker je bil v nadaljevanju namen primerjati rezultate z rezultati računskega dela, so na grafih (slika 3.1.4.1) podane tudi krivulje, ki prikazujejo vrednosti temperature, če bi vzeli povprečne vrednosti ob polnih urah, vse druge vrednosti v posameznem intervalu med izmerjenimi vrednostmi pa bi pridobili z linearno interpolacijo. Analiza 72 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. razlik pokaže, da bi se tako pripravljeni podatki v povprečju relativno razlikovali manj kot 1 %, vendar bi bila ta razlika večja od resolucije meritev zanesljivosti in natančnosti (0,1 C) [117]. Če rezultate s slike 3.1.4.1 primerjamo s temperaturami prikazanimi na sliki 3.1.2.1, ugotovimo, da je temperatura v stavbi skoraj ves čas nižja od temperature zraka ob notranji stranici zračnega kanala (celo do 15,5 C), ko je prisotno sončno sevanje (prib od 8. do 19. ure) in nižja od temperature zraka ob zunanji membrani (11,9 C) med 8. in 15. uro, ko je sonce že prešlo na drugo stran stavbe (slika 3.1.2.2). Temperatura zunaj stavbe je bila praktično nižja od temperature ob notranji stranici zračnega kanala večino dneva, razen med 19. in 21. uro, in nižja od temperature ob zunanji stranici zračnega kanala med približno 7. in 15. uro. 40.0 ] 3.0 K[ C] A B [ 35.0 T a 2.0 Δ T a a k a 30.0 ar 1.0 k z a i r r z u 25.0 ta 0.0 a r r e u p t 20.0 povp a T me -1.0 r a,i t e v p 15.0 a m k -2.0 e T povp i a,o lz T a 10.0 R -3.0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 : 2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : : : : : : : : : : : : : : : : : : :0 :2 :4 :6 :8 :0 :2 :4 :6 :8 :0 :2 : 0 10 20 40 50 60 80 90 01 21 31 41 61 71 81 02 12 22 00 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 2 00 Čas [hh:mm] Čas [hh:mm] Slika 3.1.4.2: Povprečne temperature zraka, izmerjene znotraj T povp povp a,i [C] in zunaj Ta,o [C] ŠDB (A) v obdobjih, definiranih v preglednici 3.1.2.1 (obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013, obdobje c 6. 8. 2013, obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013), ter njuna razlika (B) Figure 3.1.4.2: Average measured temperatures of air inside and outside the air-supported dome at Bezovica (A), averaged over the time periods given in Table 3.1.2.1 (period a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, period b between 23. 7. 2013 and 26. 7. 2013, period c on 6. 8. 2013, period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013) and their difference (B) Pripravljena sta bila še povprečna profila temperature v (T povp povp a,i [°C]) in zunaj (Ta,o [°C]) ŠDB v obdobjih, navedenih v preglednici 3.1.2.1. S slike 3.1.4.2 je nazorno razvidna toplotna dinamika stavbe v poletnem času. Od 24. do 10. ure dopoldne je v povprečju obdobja temperatura v stavbi višja od temperature zunaj, dvigati pa se začne skoraj sočasno (zamik je krajši od 15 min). Minimalna vrednost notranje temperature je 16,9 C, zunaj pa 15,2 C. Med 10. in 13. uro se temperatura zunanjega ozračja dvigne nad notranjo, vendar se kmalu notranja temperatura zopet dvigne nad zunanjo ter med 14. in 15 uro doseže svoj maksimum (35,1 C). Zunanja temperatura doseže še nekoliko višje vrednosti, sicer eno do dve ur pozneje (36,6 C). Po 15. uri začne temperatura v stavbi vztrajno padati, višja od zunanje temperature zraka pa postane zopet med 20. in 21. uro, ob sončnem zahodu. Kot je bilo že poudarjeno, je temperatura zraka ob notranji stranici zračnega kanala večji del dneva nad temperaturo notranjega zraka (tudi tedaj, ko sonce obsije nasprotno SZ stranico stavbe). Posledično lahko sklepamo, da je v tem času temperatura zraka podobna temperaturi zraka zunaj stavbe zaradi konstantnega dovoda zunanjega zraka (1,6-krat na uro za celotno prostornino stavbe) za zagotavljanje tlačne razlike med notranjostjo in zunanjostjo stavbe, izmenjava predznaka razlike Ta,i in Ta,o pa predvsem posledica prisotnosti sončnega sevanja in izmenjave toplote med notranjostjo in zunanjostjo ŠDB. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 73 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 45.0 C] 42.3 [ 40.0 c h,Ta 40.6 35.0 ak b a 30.0 r 35.1 z a 34.7 18.0 a 25.0 ru 17.0 t d a 20.0 rep 15.0 15.2 m 14.8 eT 10.0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 01 11 21 31 41 51 61 71 81 91 02 12 22 32 Čas [h] Slika 3.1.4.3: Povprečna temperatura zraka Ta,h [C] ob izbranih urah dneva na štirih merilnih mestih: v stavbi Ta,h,i (krivulja a), ob notranji stranici zračnega kanala Ta,k,h,i (krivulja b), ob zunanji stranici zračnega kanala Ta,k,h,o (krivulja c) ter zunaj stavbe Ta,h,o (krivulja d) Figure 3.1.4.3: Average temperature of air Ta,h [C] at chosen hours of a day at four measurement locations: inside the studied building Ta,h,i (curve a), next to the inner side of air channel Ta,k,h,i (curve b), next to the outer side of air channel Ta,k,h,o (curve c) and outside the building Ta,h,o (curve d) 1.4 1.2 1.0 ]s/ 0.8 m[ 0.6 v w 0.4 0.2 0.0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 01 11 21 31 41 51 61 71 81 91 02 12 22 32 00 Čas [hh:mm] Slika 3.1.4.4: Povprečne hitrosti vetra vw [m/s], izmerjene na zunanji strani ob ŠDB v obdobjih prikazanih v preglednici 3.1.2.1 (obdobje a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, obdobje b med 23. 7. 2013 in 26. 7. 2013, obdobje c 6. 8. 2013, obdobje d od 7. 8. 2013 do 9. 8. 2013) Figure 3.1.4.4: Average measured wind velocities vw [m/s] next to the air-supported dome at Brezovica and averaged over the time periods given in Table 3.1.2.1 (period a med 17. 7. 2013 in 22. 7. 2013, period b between 23. 7. 2013 and 26. 7. 2013, period c 6. 8. 2013, period d from 7. 8. 2013 to 9. 8. 2013) Na sliki 3.1.4.3 so skupaj prikazani podatki o povprečni temperaturi zraka na štirih pozicijah: v stavbi, ob notranji stranici zračnega kanala, ob zunanji stranici zračnega kanala ter zunaj stavbe za posamezne ure dneva. Ti podatki skupaj kažejo eksperimentalno določeno časovno spreminjanje temperaturnega 74 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. profila. Poleg pričakovanega rezultata, da temperatura zraka v zračnem kanalu doseže najvišje vrednosti ob 13. uri (med 13. in 14. uro na mestu meritev ni več vpadnega direktnega sončnega sevanja, slika 3.1.2.2), je potrebno poudariti, da je temperatura ob zunanji stranici nižja od vseh drugih temperatur med 24. in 6. uro ter med 16. in 24. uro. Ta rezultat je mogoče pojasniti z radiacijskim hlajenjem zunanje membrane (ki je tudi nekoliko prosojna za dolgovalovno IR sevanje, poglavje 3.1.1) proti nebu, ki na valovnem območju atmosferskega okna (8 μm < λ < 13 μm) predstavlja ponor toplote [77]. V prilogi 3.1.4.A je prikazan rezultat meritev dne 18. 7. 2013, ki ponazarja, da temperaturni profil, prikazan na sliki 3.1.4.3, ni le posledica povprečja vrednosti temperature ob izbranih urah dneva, ampak domnevno rezultat radiacijskega hlajenja pri katerem je nebo ponor toplote. S slike 3.1.4.4 je razvidno, da se veter pojavlja predvsem podnevi. Maksimalne vrednosti do 1,3 m/s doseže v popoldanskih urah, ko v povprečju piha s hitrostjo 1,0 m/s. Povprečni mesečni hitrosti vetra za obravnavana mesca julij in avgust v Ljubljani sta 1,4 in 1,2 m/s [160], medtem ko sta povprečni mesečni maksimalni vrednosti v dnevu za ta dva meseca 2,4 m/s (julij) in 2,1 m/s (avgust) [160]. Povprečje vseh izmerjenih vrednosti znaša 0,5 m/s, kar kaže na zmerne vetrovne razmere. 3.2 Raziskave na podlagi računalniških izračunov in simulacij 3.2.1 Raziskava toplotnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja Športne dvorane Brezovica Na podlagi rezultatov iz poglavja 3.1.4 (slika 3.1.4.3) in preglednice 3.1.2.2 je bilo pripravljenih 5 setov ( primeri od a do e) vhodnih podatkov za izračun radiacijskega (hr) in izračun konvekcijskega (hc) koeficienta prenosa toplote v skladu s standardom EN ISO 15099:2003 [119]. Eksperimentalno dobljeni vhodni podatki (preglednica 3.2.1.1, primeri od a do e) zajemajo hitrost zraka v zračnem kanalu (v [m/s]), temperaturi stranic zračnega kanala oziroma zraka neposredno ob stranicah (Ts,k,i in Ts,k,o [C ali K]), razliko med temperaturo zraka in površine (Ta-s [K]) ter srednjo absolutno temperaturo zraka v kanalu (Tm [K]) (poglavje 2.3.1). Primer e (preglednica 3.2.1.1) je bil pripravljen, da bi ponazorili vpliv pretoka zraka. Rezultati meritev pokažejo, da je vpliv spremembe vhodnih podatkov (preglednica 3.2.1.1, primeri od a do e) in naklona konstrukcijskega sklopa na toplotne lastnosti obravnavnih različic dvojnega membranskega ovoja majhen, saj so spremembe toplotnega upora manjše od 7.3 % pri različicah PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE ter manjše od 3,2 % v primeru ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Izračun faktorja g pokaže močan vpliv optičnih lastnosti na njegovo vrednost, medtem ko je vpliv spremembe prehoda toplote v odvisnosti od naklona segmenta ovoja na faktor g zanemarljiv. Kot je navedeno v poglavju 2.2.2, so bile meritve, na podlagi katerih so bili pripravljeni vhodni podatki, opravljene na višini pnevmatske konstrukcije 4,1 m od tal. Slika 2.3.2.1 prikazuje aproksimacijo dejanske sinklastične oblike stavbe za izračun toplotnega upora zračno podprtega ovoja stavbe Ri [m2.K/W] v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa  []. Izračun Ri(i) je bil izveden za 12 primerov naklona segmentov cilindričnega dela ovoja (preglednica 2.3.2.1), indeks i pa ponazarja zaporedno številko segmenta v smeri padajočega naklona (i =1 do 12). Mesto na terenu izvedenih meritev (slika 2.2.2.1 A) se sklada s segmentom št. 3 (slika 2.3.2.1 C), njegov naklon (3) pa je 66 (preglednica 2.3.2.1). Tako je bilo izračunanih tudi 12 radiacijskih (hr,i) in 12 konvekcijskih (hc,i) koeficientov prenosa toplote za tri primere sestave dvojnega zračno podprtega membranskega ovoja: PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Za vse je bilo uporabljenih pet setov vhodnih podatkov od a do e, podanih v preglednici 3.2.1.1. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 75 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.1.1: Primeri vhodnih podatkov za izračun koeficientov radiacijskega (hr) in konvekcijskega (hc) koeficienta prenosa toplote [W/m2.K]: čas v dnevu, ki mu pripadajo podatki [h], hitrost zraka v zračnem kanalu (v [m/s]), temperaturi stranic zračnega kanala oziroma zraka neposredno ob stranicah (Ts,k,i in Ts,k,o [C ali K]), razliko med temperaturo zraka in površine (ΔTa-s [K]) ter srednja absolutna temperatura zraka v kanalu (Tm [K]) Table 3.2.1.1: Input data cases for the calculation of radiation (hr) in convection (hc) heat transfer coefficient [W/m2.K]: corresponding time of day [h], air velocity in the channel (v [m/s]), temperatures of air channel sides right next to the surfaces (Ts,k,i in Ts,k,o [C or K]), difference between the air and channel sides temperature (ΔTa-s [K]) and average absolute air temperature in the channel (Tm [K]) Primer Čas v Ts,k,o Ts,k,i Tm T [h] [m/s] [C ali K] [C ali K] [K] [K] a 1h-2h 0,01 17,1 ali 291,3 20,5 ali 293,7 292,0 1,7 b 10h-11h 0,09 35,8 ali 309,0 32,6 ali 305,8 307,4 1,6 c 18h-19h 0,03 27,9 ali 301,1 35,9 ali 309,1 305,1 4,0 d Povp. 0,03 25,7 ali 298,8 28,5 ali 301,7 300,1 1,4 e - 0,00 25,7 ali 298,8 28,5 ali 301,7 300,1 1,4 Preglednica 3.2.1.2: Podatki o geometriji zračnega kanala: hidravlični premer Dhyd [m], povprečna debelina zračnega kanala med membranama dpovp [m] (slika 2.3.2.1 B) in razmerje med višino zračnega kanala v posameznem segmentu in debelino zračnega kanala (dpovp) Agv,i [-] Table 3.2.1.2: Data about the envelope air channel: hydraulic diameter Dhyd [m], average thickness of the air channel between the membranes dpovp [m] (Figure 2.3.2.1 B) and the ratio between the channel segment height and the average channel thickness (dpovp) Agv,i [-] Dh dpovp Agv,i [m] [m] [-] Zračni kanal 0,30 0,126 12 Poleg podatkov navedenih v preglednici 3.2.1.1, in podatkov o naklonu segmentov ovoja so bili potrebni tudi podatki o emitivnosti površin (eT [-]) stranic zračnega kanala (površina notranje in zunanje membrane, ki je orientirana proti zračnemu kanalu) (preglednica 3.1.1.4), podatki o geometriji zračnega kanala (preglednica 3.2.1.2), ter podatki o naravi oziroma lastnostih zračnega toka v njem (preglednica 3.2.1.3). Metais in Eckert podajata [161] način določitve režima (zračnega) toka v vertikalnih ceveh na podlagi Reynoldsovega in Graetzovega števila (razmerje med produktom Grashofovega števila (Gr), Prandtlovega števila (Pr) in debelino zračnega kanala (d) ter dolžino kanala (L)). Če primerjamo sete podatkov (v, Tm in T) od a do d, podane v preglednici 3.2.1.1, ugotovimo, da zračni tok ob 2. uri ponoči (primer a) ustreza mešani konvekciji na meji med laminarnim in turbulentnim tokom, tok ob 11. in 19. uri (primer b) pa mešani konvekciji in turbulentnemu toku. V povprečju (primer d) bi imeli na podlagi teh podatkov v zračnem kanalu med membranama mešano konvekcijo zraka in turbulentni tok. 76 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.1.3: Podatki o lastnostih zraka in zračnega toka v zračnem kanalu dvojnega membranskega ovoja za sete vhodnih podatkov od a do d v preglednici 3.2.1.1 Table 3.2.1.3: Data about the air properties and its flow in the channel of the double membrane envelope for the sets of input data from a to d given in Table 3.2.1.1 Količina Enota Primer a b c d Dinamična viskoznost zraka -  [N.s/m2] 1,81E-05 1,89E-05 1,88E-05 1,86E-05 Kinematična viskoznost zraka -  [m2/s] 1,50E-05 1,64E-05 1,62E-05 1,58E-05 Specif. toplotna kapaciteta zraka - cp [J/kg.K] 1004,8 1005,7 1005,5 1005,3 Gostota -  [kg/m3] 1,21 1,15 1,16 1,18 Toplotna prevodnost zraka -  [W/m.K] 0,026 0,027 0,027 0,026 Toplotna difuzivnost zraka - a [m2/s] 2,10E-05 2,32E-05 2,28E-05 2,22E-05 Prandtlovo število - Pr [-] 7,12E-01 7,09E-01 7,09E-01 7,10E-01 Grashofovo število - Gr [-] 4,04E+05 3,19E+05 3,31E+05 3,57E+05 Rayleighovo število - Ra [-] 2,88E+05 2,26E+05 2,35E+05 2,53E+05 Izraz: Gr*Pr*d/L= [-] 2,40E+04 1,89E+04 1,96E+04 2,11E+04 Reynoldsovo število - Re [-] 2,02E+02 1,66E+03 5,61E+02 5,78E+02 Režim zračnega toka mešani mešani mešani mešani (ang. »regimes of flow«) laminarni- turbulentni turbulentni turbulentni turbulentni Za naklone prosojnih elementov ovoja  med 60 in 90 (v danem primeru za i = 1, 2, 3) standard ISO 15099:2003 [119] navaja veljavnost postopka oziroma enačb za izračun Nusseltovega števila Nui za Rayleighova števila v območju med 102 in 107, kar je v primeru obravnavanega primera izpolnjeno. Za preostale obravnavane segmente ovoja (i = 4 do 12) pa vrednosti Rayleighovega števila presegajo območje veljavnosti, ki ga navaja standard ISO 15099:2003 (Ra < 105) [119], vendar hkrati uporabnika nadalje usmeri k raziskavi, ki jo je opravil Hollands s sodelavci [162]. Avtorji poudarjajo, da je za višja Rayleigheva števila sicer lahko pričakovana veljavnost enačb, vendar bi bile za dokončno potrditev potrebne dodatne raziskave, ter navajajo, da bi morale podane enačbe veljati za poljubno razmerje višine in debeline zračnega kanala. Slika 3.2.1.1 prikazuje rezultate izračuna hr,i(i) in hc,i(i) za konstrukcijske sklope PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE in toplotno izolirano različico le-tega ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Medtem ko je rezultat izračuna za PES(1)2009/PES(2)2009 eksperimentalno podprt in relevanten, rezultati za ostali dve različici konstrukcijskega sklopa ŠDB ne kažejo realnega stanja (izbor v, Tm in ΔTa-s ni poljuben), marveč so namenjeni analizi, koliko v vseh primerih konstrukcijskih sklopov eksperimentalno določeno spreminjanje vrednosti v, Tm in ΔTa-s vpliva na toplotne karakteristike. V skladu s tem sta bila za vse primere vhodnih podatkov od a do e privzeta enaka toplotna upora notranje in zunanje mejne plasti (Rsi in Rse [m2.K/W]), njune vrednosti (priloga 3.2.1.A) pa so bile ocenjene na podlagi primera d v preglednici 3.2.1.1 in podatkov, prikazanih na sliki 3.1.4.2. Ker so emitivnosti eT površin tkanin PES(1)2009n, PES(2)2009z in folije ETFE enake (preglednica 3.1.1.4), so koeficienti radiacijskega prenosa toplote hr,i(i) za primera PES(1)2009/PES(2)2009 in Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 77 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ETFE/ETFE ob upoštevanju posameznega seta vhodnih podatkov enaki, kot je tudi podano na sliki 3.2.1.1 A. Kot omenjeno v poglavju 3.1.1.2.1, emitivnost 𝑒𝑇 = 0,6 ne ustreza termični emitivnosti vzorca PEfabric. Vendar, upoštevanje te vrednosti, pripiše zunanji strani notranje membrane (PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) toplotno izoliranega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE lastnosti kombinacije PEfabric z nizko emisijskim materialom, neprepustnim za toplotno IR sevanje. Za tak primer sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, z eT zunanje strani notranje membrane 0,6, pa so hr,i(i) podani ločeno na sliki 3.2.1.1 B. Iz primerjave slik 3.2.1.1 A in B lahko povzamemo, da sprememba emitivnosti eT površine zunanje strani notranje membrane z 0,96 na 0,60 pričakovano zmanjša vrednosti hr,i(i), in sicer za 37 % za vse primere obravnave od a do e. Čeprav pričakovano, vendar vseeno zanimivo je tudi dejstvo, da so vrednosti hr,i(i) najvišje sredi dneva (ob 11. uri, primer b), ko Tm zavzame najvišje vrednosti, in nasprotno najnižje ponoči (ob 2. uri, primer a). Tako se vrednosti (vsi primeri sklopov od a do e) glede na primer a razlikujejo za slabih 17 %. Če bi emitivnost eT zunanje strani notranje membrane zračnega kanala kateregakoli od obravnavanih primerov konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE znižali pod 0,30 oziroma obeh stranic zračnega kanala pod 0,40, bi vrednosti hr,i(i) za vse primere analize od a do e (preglednica 3.2.1.1) znižali pod pripadajoče vrednosti hc,i(i). Kot je bilo že rečeno, se koeficienti konvekcijskega prenosa toplote hc,i(i) za obravnavane različice dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa med seboj ne razlikujejo, saj so bili za vse različice konstrukcijskega sklopa uporabljeni enaki vhodni podatki. Iz podatkov na sliki 3.2.1.1 je mogoče izluščiti, da je za primere a, b in c vpliv spremembe vhodnih parametrov v, Ts,k,i, Ts,k,o, ΔTa-s in Tm nekoliko večji, kakor je vpliv naklona segmentov i (i = 1 do 12), saj je razmerje maksimalnih in minimalnih vrednosti hc,i(i) nekoliko večje (vrednost med 1,25 in 1,32) za primere a, b, in c za posamezen kot nagiba i, kot je isto razmerje (vrednost med 1,14 in 1,17) za posamezen primer vhodnih parametrov a, b ali c, pri čemer indeks i teče od 1 do 12 v smeri padajočega naklona segmenta ovoja, oz. od spodaj do vrhnjega položaja membranske stavbe. Dodatno lahko rečemo, da na hc,i(i) v danem naboru podatkov in metodi izračuna znatno ne vpliva hitrost zraka, temveč Ta-s. Pomembno je omeniti tudi, da primer d, ki predstavlja povprečne razmere tekom dneva, podceni konvekcijske koeficiente prenosa toplote hc,i(i), kar dodatno potrdi, da je model opisa hc,i(i) v danih primerih obravnave izkaže večjo občutljivost predvsem na kombinacijo vhodnih klimatskih parametrov kot na posamezne vrednosti. Iz primerjave slik 3.2.1.1 A, B in C lahko povzamemo, da so vrednosti hr,i(i) pri izhodiščni različici konstrukcijskega sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 ves čas v dnevu (in s tem tudi različne kombinacije vhodnih parametrov v, ΔTa-s in Tm) bistveno višje od vrednosti hc,i(i) (od 2,1- do 2,8-krat višje). Maksimalna sprememba hc,i(i) s spremembo naklona (0,41 W/m2.K) pa bi znašala le 6,7 % maksimalne vrednosti in 7,8 % minimalne vrednosti hr,i(i). Za primer izoliranega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE se rezultati na račun zmanjšanja eT zunanje strani notranje membrane spremenijo in vrednosti hr,i(i) ter hc,i(i) postanejo bolj primerljive (njuno razmerje med 1,3 in 1,8). V skladu s prejšnjo ugotovitvijo, da je na hc,i(i) najbolj vplivala vrednost Ta-s, so razlike med koeficientoma hr,i(i) in hc,i(i) za toplotno izolirani sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE najnižje za primer c in so v povprečju manjše od 29 %. 78 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 6.5 6.0 eto 5.5 lpot 5.0 ] as K.2 4.5 one m r 4.0 p . W/[ c ) 3.5 a b c d, e ai  i d ( i, 3.0 a 6.5 r . h r f 2.5 6.0 C e e o t 2.0 o K l 5.5 p 1.5 A ot 5.0 a ] s K 1.0 o .2 4.5 n 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 er m/ 4.0 p Naklon  [] . W b a d e c [ ) 3.5 k 6.5 e  i v ( i , 3.0 n c 6.0 B o k h c 2.5 e . t f 5.5 o e l b c d, e o 2.0 po 5.0 K t ] 1.5 as K. 4.5 o 2 1.0 ne m 4.0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 rp . W/[ ) 3.5 Naklon  [] c ai  i d ( i, 3.0 ar . hr f 2.5 e a o 2.0 K 1.5 1.0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Naklon  [] Slika 3.2.1.1: Izračunani koeficienti prenosa toplote z radiacijo hr,i(i) [W/m2.K] in konvekcijo hc,i(i) [W/m2.K] v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa i []: hr,i(i) za primera PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE (A), hr,i(i) za primer ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) in hc,i(i) za vse tri primere sklopa PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C). Različne krivulje na (A),(B) in (C) ponazarjajo različne primere vhodnih podatkov za izračun koeficientov (primeri od a do e v preglednici 3.2.1.1) Figure 3.2.1.1: The calculated radiative hr,i(i) [W/m2.K] and convective hc,i(i) [W/m2.K] heat transfer coefficients in dependence on constructional complex inclination i []: hr,i(i) of PES(1)2009/PES(2)2009 and ETFE/ETFE (A), hr,i(i) of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) and hc,i(i) for all three envelope cases PES(1)2009/PES(2)2009, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE (C). Different curves in (A), (B) and (C) represent different cases of input data for the calculation of the coefficients (cases from a to e in Table 3.2.1.1) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 79 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 0.40 A W]/K.2m 0.30 [ )(R ro a b c d e f pu i 0.20 ntolpoT 0.10 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Naklon  [] 1.20 B .K]2m W/ 1.10 [ )(R ropu i1.00ntolpoT abcdef 0.90 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Naklon  [] Slika 3.2.1.2: Toplotni upor Ri(i) [m2.K/W], izračunan za različice konstrukcijskega sklopa dvojnega ovoja ŠDB PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (A) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) v odvisnosti od naklona konstrukcijskega sklopa i [] za različne sete eksperimentalno pridobljenih vhodnih podatkov (od a do e, preglednica 3.2.1.1). Krivulja f ponazarja hipotetični primer brez upoštevanja konvekcijskega prenosa toplote (hc,i(i)) Figure 3.2.1.2: The calculated thermal resistance Ri(i) [m2.K/W] of air-supported dome double membrane envelope constructional complex PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (A) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (B) in dependence on the complex inclination i [] for different sets of experimentally obtained input data (from a to e, see Table 3.2.1.1). Curve f represent the hypothetical case without consideration of convective heat transfer (hc,i(i)) Spremembe vrednosti hc,i(i) v smeri padajočega naklona i se lepo odražajo tudi na sliki 3.2.1.2, na kateri so podane izračunane vrednosti toplotnega upora Ri(i) treh različic dvojnega membranskega sklopa (PES(1)2009/PES(2)2009 (slika 3.2.1.2 A), ETFE/ETFE (slika 3.2.1.2 A) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (sliki 3.2.1.2 B) za primere vhodnih podatkov navedenih v preglednici 3.2.1.1 (primeri od a do e). Krivulja f na slikah 3.2.1.2 A in B ponazarja toplotni upor sklopa v kanalu katerega je vzpostavljen popolni vakuum. Ta hipotetična predpostavka služi kot prikaz izračuna, kot bi se toplota med stranicama kanala prenaša le z radiacijo in tako služi le za oceno, ne pa 80 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. kot prikaz dejanskega fizikalnega odziva. Posledično je v tem primeru upor celotnega konstrukcijskega sklopa najvišji za vse obravnavane različice ter neodvisen od njegovega naklona (poglavje 2.3.1). Upor zunanje (0,086 m2.K/W) in notranje (0,098 m2.K/W) mejne plasti je po metodi izračuna neodvisen od naklona elementa ovoja, saj je objekt prisilno prezračevan (poglavje 2.3.1), hitrost zraka ob površinah pa predvidoma konstantna. Toplotni upor zračnega kanala se pri sklopih PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE giblje med 0,11 in 0,14 m2.K/W. Pri sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pa med 0,15 in 0,20 m2.K/W. Pri sklopu z dodano aerogelno izolacijsko odejo je upor višji (zaradi nižjega hr,i(i) v zračnem kanalu) na račun nižje emitivnosti notranje stranice zračnega kanala. Na sliki 3.2.1.2 B se to odraža v večji absolutni razliki med krivuljo f in preostalimi krivuljami od a do e kot je prikazano na sliki 3.2.1.2 A. Ker so vsi vhodni podatki razen tistih za izračun hr,i(i) in hc,i(i) zračnega kanala konstantni, so spremembe vrednosti Ri(i) na sliki 3.2.1.2 le posledica spremembe hr,i(i) in hc,i(i) v odvisnosti od primera vhodnih podatkov od a do e v preglednici 3.2.1.1 in naklona posameznega elementa i (preglednica 2.3.2.1). Izpostaviti je potrebno, da upora mejnih zračnih plasti Rse in Rsi plasti nista zanemarljiva ter, da bi njuna sprememba močno vplivala tudi na upora celotnega sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE. Za ti dve različici (celovitega) konstrukcijskega sklopa se vrednosti Ri(i) pri posameznem naklonu s spremembo primera vhodnih podatkov iz preglednice 3.2.1.1 spreminjajo med 6,7 in 7,3 %, za sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pa med 2,8 in 3,2 % (slika 3.2.1.2). Če bi na podlagi vrednosti toplotnega upora, prikazanih na sliki 3.2.1.2, ocenili toplotno prehodnost (poglavje 2.3.1), bi se njene vrednosti za PES(1)2009z/PES(2)2009z gibale med 3,06 in 3,33 W/m2.K. V kolikor bi upoštevali vsakemu primeru od a do e lastne toplotne upore mejnih zračnih plasti, Rse in Rsi (priloga 3.2.1.A), bi bile spremembe vrednosti (slika 3.2.1.1) opazno večje: za primera PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE od 21,1 do 21,6 % ter v primeru ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE med 6,5 in 6,8 %. Poleg toplotnega upora R [m2.K/W] oziroma toplotne prehodnosti U [W/m2.K] je za prozorne oziroma prosojne elemente pomembno navesti ne le podatek o prepustnosti za vidni in celotni sončni spekter, temveč tudi podatek o totalni prepustnosti za sončno energijo, faktor g [-]. Ta je bil izračunan za vse primere za katere je bila pred tem izračunana toplotna prehodnost, saj je prehod toplote brez vpliva mejnih zračnih plasti (Λ [W/m2.K]) vključen v njegov izračun ((38), poglavje 2.3.1). Ker je bil račun faktorja g opravljen za primer dvoplastnega elementa z zračnim kanalom po postopku podanem v literaturi [126], je bilo potrebno pripraviti podatke o absorptivnosti zunanje (Ae1) (PES(1)2009 in ETFE) in notranje (Ae2) (PES(2)2009, ETFE in PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane, zbrane v preglednici 3.1.1.3. Spektri, pripadajoči notranji izolirani membrani, so zbrani v prilogi 3.1.1.A. V prilogi 3.2.1.B so predstavljeni podatki o prehodu toplote (Λ [W/m2.K]) med zunanjo in notranjo površino obravnavanih različic dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa, uporabljeni za izračun faktorja g. Hkrati je bilo v skladu z metodologijo meritev optičnih lastnosti upoštevano, da so uporabljene optične lastnosti reprezentativne za vpadni kot sevanja 0° (normalna smer glede na površino vzorca). Iz podatkov v preglednici 3.2.1.4 je mogoče razbrati, da je pri obstoječem konstrukcijskem sklopu absorptivnost Ae1 višja kakor Ae2. Pri izoliranem sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pa je ravno nasprotno. Iz vrednosti navedenih v preglednici 3.1.1.3, je mogoče sklepati, da je večja absorptivnost zunanje membrane sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z Ae1 posledica izpostavljenosti zunanjosti in umazaniji, saj se absorptivnosti notranje in zunanje stranice za vzorec PES(2)2009 ne razlikujeta toliko pri vzorcu PES(1)2009. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 81 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.1.4: Izračunane absorptivnosti sončnega sevanja A [-] (poglavje 2.2.1) v valovnem območju med 300 nm in 2500 nm zunanje (Ae1) (PES(1)2009z in ETFE)) in notranje (Ae2) (PES(2)2009z, ETFE, PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane za obravnavane konstrukcijske sklope dvojnega membranskega ovoja Table 3.2.1.4: The calculated absorptance of solar radiation (see chapter 2.2.1) in the spectral range between 300 nm and 2500 nm [-] of outer (Ae1) (PES(1)2009z and ETFE) and inner (Ae2) (PES(2)2009z, ETFE and PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) membrane of the studied constructional complexes of double membrane envelope Vzorec Ae1 Ae2 [-] [-] PES(1)2009/PES(2)2009 0,300 0,008 ETFE/ETFE 0,020 0,015 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 0,029 0,207 1.00 1.00 o ] n 0.90 a č A g z [- 0.90 B n t ) o 0.80 avg = 0.11 s s o ( 0.80 n g a ] t [- 0.70 a,b,c,d,e z s o 0.70 t u ji s ) 0.60 p o ( rg 0.60 re n e t g 0.50 p n s 0.50 e u oj a p i 0.40 na o 0.40 l n re rg a č p en 0.30 t n 0.30 o a e T os n 0.20 a,b,c,d,e l 0.20 at 0.10 g o 0.10 avg = 0.83 T 0.00 0.00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Naklon  [] Naklon  [] 1.00 o n 0.90 č C n g o 0.80 avg = 0.23 s a ] 0.70 z [- ts ) 0.60 on ( t g 0.50 s o u ji p 0.40 rg re e p n 0.30 a,b,c,d,e a e n 0.20 lat 0.10 oT 0.00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Naklon  [] Slika 3.2.1.3: Izračunana totalna prepustnost za sončno energijo (g [-]) za obravnavane različice konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB: PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (B) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C) Figure 3.2.1.3: Calculated total solar energy transmittance (g [-]) of all studied versions of Brezovica air-supported dome double membrane envelope constructional complex: PES(1)2009/PES(2)2009 (A), ETFE/ETFE (B) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (C) 82 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. S slike 3.2.1.3 je razvidno, da imata izbor klimatskih podatkov (v, Tm in Ta-s) med primeri od a do e (preglednica 3.2.1.1) in naklon konstrukcijskega elementa γi tako rekoč zanemarljiv vpliv na vrednosti totalne prepustnosti za sončno energijo g za vse tri obravnavane različice konstrukcijskega sklopa. Nazorno je razvidno tudi, da se faktor g za sklopa PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE drastično razlikuje, čeprav imata sklopa praktično enaka toplotna upora, in da ima sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE kljub v povprečju 6,5-krat večjemu toplotnemu uporu od obeh neizoliranih različic faktor g bolj podoben obstoječemu konstrukcijskemu sklopu stavbe na Brezovici. Podrobnejša obravnava pokaže, da je sicer prispevek toplotnega (qi) in optično prepuščenega (TTsol) dela energije obravnavan enakovredno (38), vendar je za primera z nizko prepustnostjo za sončno sevanje TTsol toplotni del (qi) večji (~3.8-krat za PES(1)2009/PES(2)2009 in ~4,5-krat za ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE), od njune prepustnosti TTsol, kar je posledica zamenjave vrednosti absorptivnosti zunanje in notranje membrane (preglednica 3.2.1.4). Pri sklopu ETFE/ETFE je absorptivnost obeh membran majhna (qi za ETFE/ETFE znaša le ~ 2 % skozi sklop prepuščene (TTsol) gostote sevalnega toka sonca), vendar je osnovna folija tako močno prepustna, da je faktor g sklopa kljub temu visok. Na podlagi rezultatov, lahko domnevamo, da nova z aerogelno plastjo izolirana različica dvojnega membranskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE ugodno vpliva na rabo energije za ogrevanje pozimi, saj je toplotna prehodnost U [W/m2.K] v povprečju vseh obravnavanih primerov za 69 % manjša od toplotne prehodnosti obstoječega konstrukcijskega sklopa, hkrati pa so sončni dobitki energije celo nekoliko večji. Povečanje debeline aerogelne polsti na 20 ali 40 mm bi povzročilo izgubo prosojnosti sklopa, toplotni upor aerogelne odeje bi pri debelini 20 mm znašal 1,33 m2.K/W in v primeru 40 mm 2,67 m2.K/W. Toplotni upor ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE z 10 mm aerogelne odeje, upoštevajoč prikazane rezultate, v povprečju znaša 1,02 m2.K/W. Treba je poudariti, da ob upoštevanju vrednosti hitrosti zraka (v [m/s]) (preglednica 3.2.1.1) del enačbe (31) (poglavje 2.3.1), ki predvideva zvišanje koeficienta prenosa toplote s konvekcijo hc za 4vi, znaša za primer a iz preglednice 3.2.1.1 0,04 W/m2.K, za primer b (preglednica 3.2.1.1) 0,12 W/m2.K in primer c (preglednica 3.2.1.1) 0,36 W/m2.K, kar v deležu posameznega primera a, b in c znaša največ 2 %, 16 % in 5 % vrednosti hc,i(i), neodvisno od treh obravnavanih variant sestave konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja. Hkrati je vpliv vrednosti tega istega člena (torej prisotnosti hitrosti zraka v kanalu med membranama) za primere a, b in c na toplotni upor Ri(γi) sklopov PES(1)2009/PES(2)2009 in ETFE/ETFE manjši od 2 % in manjši od 1 % za sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Podobno pokaže primerjava Ri(i) za primera d in e, ki se razlikujeta kot posledica spremembe hc,i(i) na račun izničenja pretoka zraka (preglednica 3.2.1.1). Razlika v toplotnem uporu med primeroma d in e je za vse obravnavane primere konstrukcijskega sklopa in pripadajoče naklone manjša od 1 % vrednosti toplotnega upora za primer e. Za potrebe nadaljnjih računskih raziskav vpliva uvedbe aerogelne odeje na energetsko učinkovitost ŠDB je bilo privzeto, da je vpliv prisilne konvekcije znotraj zračnega kanala na podlagi izmerjenih hitrosti zraka zanemarljiv, še posebej v primerjavi z vplivom toplotnih in optičnih lastnosti materialov iz katerih je ovoj sestavljen. Posledično je bilo predpostavljeno, da je segmente ovoja ŠDB možno obravnavati kot dvojne zasteklitve z zaprtim zračnim kanalom znotraj katerega poleg prenosa toplote z radiacijo poteka proces prenosa toplote z naravno kondukcijo/konvekcijo kot posledico temperaturnih razlik stranic kanala in s tem tudi gostote zraka ob njih. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 83 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.2.2 Raziskava dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica za različne različice sestave zračno podprtega ovoja Za izračun KDSrač s programom DAYSIM je bila upoštevana celovita geometrija obravnavane stavbe (poglavje 2.3.2), ki zajema tribuno, stranske koridorje, igrišče in barve (preglednica 3.2.2.1). Upoštevana je bila tudi njena neposredna okolica (slika 3.2.2.1). Slika 3.2.2.1: Shematski prikaz ŠDB z njeno neposredno okolico: glavna stavba OŠ Brezovica (A), individualna hiša z drevesi (B) in mesto meritev osvetljenosti zunaj stavbe (C). Barve zunanjih površin sosednjih stavb so prikazane s pripadajočo kodo RAL lestvice barv (preglednica 3.2.2.1). Smer sever je označena s črko N Figure 3.2.2.1: Schematic presentation of the air supported dome at Brezovica with surrounding buildings; primary school facility (A), detached house with a line of trees (B) and site of solar irradiation measurements (C). Surface colours (expressed as RAL numbers) are depicted on the surfaces of buildings and listed in Table 3.2.2.1. North direction is indicated with letter N Preglednica 3.2.2.1: Odbojnost (Rvis [%]) in RGB (rdeča/zelena/modra) vrednosti [-] za zunanje površine stavb v okolici dvorane (slika 3.2.2.1), albeda zunanjih tal, tla in površino tribune v dvorani (slika 3.2.2.2) Table 3.2.2.1: Reflectance (Rvis [%]) and RGB (red/green/blue) values [-] for external surfaces of surrounding buildings (Figure 3.2.2.1), external ground albedo, floor surfaces and surfaces of spectator stand inside the studied dome (Figure 3.2.2.2) Rvis [%] R [-] G [-] B [-] 1. JZ stena stavbe - RAL 1012 45,8 0,5952 0,4473 0,0067 2. JV stena stavbe - RAL 7023 20,6 0,1753 0,2197 0,1896 3. Drevesa poleg SV stavbe - RAL 6035 7,8 0,0252 0,1030 0,0400 4. Albedo tal 20,0 - - - 5. Rdeče obarvani del tal - RAL 2003 32,0 0,7273 0,1886 0,0121 84 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 6. Svetlo modro obarvani del tal - RAL 5014 18,5 0,1033 0,2043 0,3139 7. Temno modro obarvani del tal - RAL 5023 12,4 0,0406 0,1421 0,2785 8. Tribuna za gledalce - RAL 7044 45,3 0,4118 0,4764 0,4206 Razporeditev barv tal, navedenih v preglednici 3.2.2.1, kot je bila uporabljena za primerjavo eksperimentalnih vrednosti KDS in s programom DAYSIM izračunanih vrednosti KDSrač v 45 točkah na tleh dvorane (prikazano na sliki 3.2.2.2). Metoda določitev barv je opisana v poglavju 2.2.1, rezultati pa v poglavju 3.1.1. Potem ko so bile barve tal določene, so bile za dejanski izračun KDSrač izbrane barve iz nabora, podanega na spletni strani programa Radiance [163], katerih trikromatični indeksi X, Y in Z se najbolj ujemajo z eksperimentalno določenimi (preglednica 3.1.1.5). Slika 3.2.2.2: Razporeditev barv tal in tribune v notranjosti ŠDB Figure 3.2.2.2: Distribution of floor colours over the interior of the air-supported dome at Brezovica Preglednica 3.2.2.2: Optične lastnosti membran, ki so bile uporabljene za izračune z računalniškim programom DAYSIM in upoštevanjem pristopa za prosojne (motne) materiale (TRANS [144]) Table 3.2.2.2: Optical data used input for running DAYSIM calculations using the option for semispecular translucent material (TRANS [144]) Št. Vhodni podatki* PES(1)2009z/ ETFE/ PES(2)2009z PEfabric/ aerogel/ PEfabric/ ETFE 1. Cr (difuzna odbojnost – rdeča barva) [-] 0,79 0,81 2. Cg (difuzna odbojnost – zelena barva) [-] 0,82 0,79 3. Cb (difuzna odbojnost – modra barva) [-] 0,83 0,77 4. Rd (povprečna fotopična odbojnost rdeče, 0,80 0,80 zelene in modre barve) [-] 5. Rs (delež svetlobe odbit od prve površine v 0,0 0,0 obliki zrcalnega odboja – zrcalna odbojnost) [- ] 6. Td (delež difuzno prepuščene svetlobe – 0,0143 0,0372 difuzna transmisivnost) [-] 7. Ts (zrcalna prepustnost) [-] 0,0 0,0 8. Sr (hrapavost površine) [-] 0,0 0,0 4-7 so bile določne iz spektrov TT(λ) in TR(λ) z uporabo enačb (2) in (3) ter pripadajo vrednostim TTvis (Td) in TRvis (Rd) (preglednica 3.1.1.1). Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 85 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. V preglednici 3.2.2.2 so podani vhodni podatki o optičnih lastnostih konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z obstoječe ŠDB in novega konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/ aerogel/PEfabric/ETFE za izračun KDS s programom DAYSIM. 3.2.2.1 Kontrola dimenzij geometrijskega modela Pred pričetkom izvajanja izračunov z računalniškim programom DAYSIM je bila narejena kontrola dimenzij geometrijskega modela ŠDB. Razlike v dimenzijah elementov, kot posledica ročnega risanja elementov stavbe, so bile zanemarljive. Dolžina diagonal od 1 do 12 (preglednica 3.2.2.A.1) iz posameznega vogala od 1 do 4 (slika 3.2.2.3) so se med seboj razlikovale do 5 mm (0,01 % dolžine diagonale), površina pravokotnih segmentov ovoja pa do 0,1 %. Vogal 4 e d Vogal 3 Lok 4 Lok 3 Lok e Lok d Lok f Lok c f c 12 11 10 Lok 1 9 Lok 2 8 Lok a Lok b 6 7 12 5 11 4 10 3 9 2 1 8 7 6 Vogal 1 a b Vogal 2 5 4 321 Premice 1-12 (črne številke) od vogala 3 do točk 1-12 (bele številke) na loku v vogalu 3 Slika 3.2.2.3: Tloris geometrijskega modela obravnavane ŠDB, namenjen za izračune njene dnevne osvetljenosti Figure 3.2.2.3: Top view of the Brezovica air-supported dome geometry model, used in daylighting calculations 3.2.2.2 Določitev mreže točk izračuna količnika dnevne svetlobe s programom DAYSIM Mreža eksperimentalnih merilnih mest je bila, kot je opisano v poglavju 2.2.3, določena v skladu z virom [110]. Za izračun KDS s programom DAYSIM je bilo preverjeno, kako spreminjanje odbojnosti tal vpliva na rezultate in ali je mogoče pričakovati kakšne posebnosti pri rezultatih, katerih uporaba redkejše mreže ne bi razkrila. Izvedena sta bila izračuna KDS za zelo gosto mrežo, v kateri je bila razdalja med opazovanimi točkami 0,5 m v vzdolžni in prečni smeri stavbe. V prvem primeru so bila tla obarvana kot črno (Rd = 0 %) bela (Rd = 100 %) šahovnica, v drugem pa kot bela oziroma popolnoma odbojna tla (Rd = 100%). 86 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. A B Slika 3.2.2.4: Zgoščena mreža z razdaljo med opazovanimi točkami 0,5 m x 0,5 m in rezultat izračuna KDSrač [%] s programom DAYSIM za dva primera obarvanosti tal: črna (Rd = 0 %) bela (Rd = 100 %) šahovnica (A, C) in bela oziroma popolnoma odbojna tla (Rd = 100%) (B, D) Figure 3.2.2.4: Densified grid of KDSrač [%] calculation nodes 0,5 m x 0,5 m and the result of DAYSIM calculation for two cases of floor colour: black (Rd = 0 %) and white (Rd = 100 %) checkerboard (A, C) and white floor (Rd = 100%) (B, D) Na podlagi rezultatov izračuna KDS, prikazanih na slikah 3.2.2.4 C in D, lahko povzamemo, da je gostota mreže eksperimentalnih točk (poglavje 2.2.3) primerna tudi za izračun KDS s programom DAYSIM. 3.2.2.3 Vpliv geometrije na izračun količnika dnevne svetlobe s programom DAYSIM Za oceno vpliva vzorca razporeditve barve na KDSrač, je bil analiziran vpliv notranje odbite komponente (ang. »internal reflected component«, IRC) za 12 primerov vzorcev porazdelitve barv notranjosti obravnavane stavbe na Brezovici (slika 3.2.2.2). Najprej pa je bil cilj potrditi, da so izračuni osvetljenosti v stavbi, katere dvojno ukrivljena geometrija je bila aproksimirana z odsekoma ravnimi elementi, podajajo ustrezne vrednosti KDS. To je bilo storjeno z izračunom koeficientov dnevne svetlobe (DC), kot je opisano v nadaljevanju. V skladu z metodo koeficientov dnevne svetlobe (DC [-]), ki je predstavljena v poglavju 2.3.2, računalniški program DAYSIM razdeli nebesni svod na 145 segmentov [132] in izračuna enako število difuznih koeficientov dnevne svetlobe (DCdif,p, p = 1 do 145) [140]. Za izvedbo preizkusa veljavnosti metode smo namerno uporabili le segment neba, ki pripada zenitu (p = 145). Skladno s tem je bilo raziskanih 24 primerov obravnavane stavbe, izmed katerih je vsaka imela po en pravokotni segment ovoja v sredinskem cilindričnem delu (slika 3.2.2.5) prosojen s svetlobnimi lastnostmi TTvis in TRvis obstoječega primera dvojnega membranskega ovoja ŠDB PES(1)2009z/PES(2)2009z (preglednica 3.1.1.1). Vsi drugi pravokotni segmenti posamezne konstrukcije so bili neprosojni (TTvis = 0 %, TRvis ≠ 0 %), medtem ko sta bila skrajna dela konstrukcije, sestavljena iz trikotnih segmentov ovoja, popolnoma neprosojna, s 100-odstotno absorpcijo svetlobe (TTvis = 0 %, TRvis = 0 %) (slika 3.2.2.5). V izračunih Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 87 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. je bila vsaka od konfiguracij obravnavana kot cilinder z različno locirano in različno naklonjeno odprtino (oknom), katere prispevek k osvetljenosti je bil odvisen od položaja v stavbi (45 merilnih mest). Posledično je bila vsaka od 24 odprtin glede na zenitni segment neba (p = 145) orientirana drugače. Vsaki od teh odprtin je bila pripisana številka v zaporedju od 1 do 24, ki jo je ponazarjal indeks q. Črna podlaga A TTvis = 0 % Prosojna membrana TRvis = 0 % TTvis = 1.4 % Neprosojna membrana TRvis = 80 % 6th TTvis = 0 % TRvis = 80 % Tribuna za gledalce TTvis = 0 % TRvis = 45 % 1st RAL 2003 24th TT DC 5c vis = 0 % sum,p,6 TRvis = 32 % RAL 5023 RAL 5014 TTvis = 0 % TTvis = 0 % TRvis = 12 % TRvis = 19 % 4.5E-04 eb 4.0E-04 B olte 3.5E-04 vs ] -[ 3.0E-04 env 5c r,5 2.5E-04 en 4 d 1,m 2.0E-04 .f u e s 1.5E-04 ok DC a 1.0E-04 tos a 5.0E-05 V 0.0E+00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Zgornja meja seštevanja r [-] ] 4.5E-04 -[ C 4.0E-04 e a b Nm 42, 3.5E-04 olt 5 e 41, 3.0E-04 vs b m e u 2.5E-04 n C s ve D 2.0E-04 nd & . 1.5E-04 fe Nm 54 1.0E-04 oK 1,ifd 5.0E-05 DC 0.0E+00 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Nm Slika 3.2.2.5: Segmenti (A) raziskane ŠDB, uporabljeni za izračun vrednosti KDS. B: seštevek DC-jev, izračunanih za pozicijo 5c (♦, krivulja a) in DC (○, označen s puščico) za isto pozicijo, 5c, izračunan za celoten cilindrični del, prosojen. C: primerjava DC- jev za vseh 45 pozicij, izračunanih s postopnim izračunom cilindrov (♦, krivulja b) z DC-ji, izračunanimi za celotni cilindrični del, prosojen (○, krivulja a) Figure 3.2.2.5: Segments (A) of the air-supported dome at Brezovica used for the calculation of the DFs values (B and C). B: the sum of DCs calculated for point 5c (♦, curve a) and DC (○, indicated with arrow) for the same point (5c) calculated for the whole DUOL structure, C: comparison of DCs for all 45 sites obtained by taking sequentially optically translucent cylinders (♦, curve b) with DCs obtained for the whole structure (○, curve a) 88 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 𝑟 𝐷𝐶𝑁𝑚 𝑁𝑚 𝑠𝑢𝑚,145,𝑟 = ∑ 𝐷𝐶𝑑𝑖𝑓,145,𝑞 (42) 𝑞=1 Analogni izračuni so bili narejeni za vseh 24 ločenih primerov cilindra (6. cilinder je prikazan na sliki 3.2.2.5 A). Koeficienti dnevne svetlobe za zenitni, 145. segment neba (𝐷𝐶𝑁𝑚 𝑑𝑖𝑓,145,𝑞), za pozicijo Nm (N = od 1 do 9 in m = od a do e), so bili sešteti s pomočjo enačbe (42) za različne zgornje meje seštevanja (r = od 1 do 24) in q indeks seštevanja. Pozicije v notranjosti stavbe, v katerih so bili DC-ji s programom DAYSIM izračunani, so sovpadale z eksperimentalnimi mesti meritev (Ni) (slika 2.2.3.1). A B 7.0E-02 eb C b o 6.0E-02 ltevs 5.0E-02 a env Nm f 4.0E-02 en id d t 3.0E-02 n DC eic 2.0E-02 ifeo 1.0E-02 K 0.0E+00 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Nm) Slika 3.2.2.6: Pogled v geometrijski model dvorane (A); prikaz segmentov neba [150] (B); s programom DAYSIM izračunani DC-ji za vseh 45 opazovanih pozicij v primeru, da sta skrajna dela ovoja ŠDB zatemnjena, cilindrični del pa prosojen (♦, krivulja a), ter primer, da je celoten ovoj ŠDB prosojen (♦, krivulja b) (C). Optične lastnosti prosojnega dela ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z) so navedene v preglednici 3.2.2.2 Figure 3.2.2.6: View into the dome geometry model (A); illustration of sky segments [150] (B); DC values calculated with DAYSIM at all 45 observed sites in case, that the end parts of the air-supported structure at Brezovica are completely opaque and black and the cylindrical part translucent (♦, curve a); case when whole air-supported envelope is transparent (♦, curve b) (C). Optical properties of translucent part of envelope (PES(1)2009z/PES(2)2009z) are given in Table 3.2.2.2 Rezultati za izbrano pozicijo na sredini igrišča 5c (N = 5; m = c) so prikazani na slikah 3.2.2.5 B in C. Primerjava vrednosti seštetega DC (𝐷𝐶5𝑐 ) z vrednostjo DC, izračunanega za celoten prosojen 𝑠𝑢𝑚,145,24 cilindrični del obravnavane stavbe (𝐷𝐶5𝑐 ), je pokazala izvrstno ujemanje (slika 3.2.2.5 B). Ta 𝑠𝑢𝑚,145 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 89 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. ugotovitev je potrdila ustrezno pripravo geometrijskega modela ŠDB in pravilen izračun osvetljenosti v stavbi. DC-ji za vseh 45 pozicij (𝐷𝐶𝑁𝑚 ), izračunanih po pojasnjenem postopku seštevanja 𝑠𝑢𝑚,145,24 (𝐷𝐶𝑁𝑚 ), in pripadajočih vrednosti DC-jev, izračunanih za celoten prosojen cilindrični del 𝑑𝑖𝑓,145,𝑞 (𝐷𝐶𝑁𝑚 ), so prikazani na sliki 3.2.2.5 C. Dobro ujemanje je bilo potrjeno za vseh 45 obravnavanih 𝑑𝑖𝑓,145 pozicij, kar je naprej potrdilo, da uporabljeni model podaja pravilne rezultate ter je posledično primeren za obsežno uporabo in izračune s programom DAYSIM, kot je prikazano v nadaljevanju. Na sliki 3.2.2.6 je prikazano, kako zatemnitev krajnih koncev konstrukcije (TTvis = 0 %, TRvis = 0 %) vpliva na vrednosti DC-jev. Takoj se opazi, da cilindrični del najbolj vpliva na osrednji del igrišča (npr.: na poziciji 6a se vrednost DC zviša le za ~30 %), medtem ko k osvetljenosti robnih delov igrišča močno in bistveno pripomore tudi prosojnost preostalega dela ovoja ŠDB (npr.: na poziciji 1a se vrednost DC poveča za faktor ~13,7-krat). Vrednosti DC-jev na sliki 3.2.2.6 pripadajo primeru, ko je stavba osvetljena s celim nebom (vseh 145 segmentov neba), zato so vrednosti ustrezno večje kot na sliki 3.2.2.5 C. 3.2.2.4 Študija vpliva nadsvetlobe na dnevno osvetljenost igrišča v dvorani s pomočjo koeficientov dnevne svetlobe V nadaljevanju so najprej podani rezultati analize vpliva postopnega povečevanja velikosti prozornega dela ovoja kot svetlobnika v smeri od temena konstrukcije proti tlom za primer, ko sta skrajna dela popolnoma zatemnjena (TTvis = 0 %, TRvis = 0 %), neprosojni del cilindra pa odbija svetlobo (TTvis = 0 %, TRvis ≠ 0 %). Koraki analize pomenijo deleže prosojnega dela ovoja glede na površino cilindričnega dela ovoja: 25%, 50% in 75%. Na sliki 3.2.2.7 je videti, da se DC-ji na vseh pozicijah v dvorani ob povečanju površine prosojnega dela pričakovano povečajo, podrobnejša analiza rezultatov pa pokaže, da povečanje ni enakomerno porazdeljeno po pozicijah in se giblje od 1,8- do 2,9-krat (v povprečju 2,3- krat), ko se delež prosojne površine poveča s 25 na 50 %, ter 2,5- do 5,2-krat (v povprečju 3,8-krat) tedaj, ko se delež poveča s 25 na 75 %. Rezultati na sliki 3.2.2.8 kažejo, da tedaj, ko del popolnoma prosojnega ovoja z lastnostmi obstoječe dvojne membrane PES(1)2009z/PES(2)2009z (rezultat izračuna DC-jev na sliki 3.2.2.6) nadomestimo s sklopom ETFE/ETFE, že v prvem koraku, ko je površina prozornega dela enaka 25 % cilindričnega dela ovoja, ta prispeva večino k osvetljenosti posameznega merilnega mesta. 90 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 4.0E-02 eb 3.5E-02 olt c e 3.0E-02 vs e 2.5E-02 nv b e Nm f n id 2.0E-02 d tn DC 1.5E-02 ei a ci 1.0E-02 feo 5.0E-03 K 0.0E+00 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Nm a b c Slika 3.2.2.7: DC-ji [-], izračunani za vseh 45 opazovanih pozicij za primere, ko sta skrajna dela ovoja ŠDB zatemnjena, velikost prosojnega dela ovoja pa narašča: 6 segmentov (krivulja a), 12 segmentov (krivulja b) in 18 segmentov (krivulja c) cilindričnega dela stavbe. Optične lastnosti prosojnega dela ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z) so navedene v preglednici 3.2.2.2 Figure 3.2.2.7: Calculated DC's [-] of all 45 measurement sites for cases, when the end parts of air-supported structure composed of triangular envelope segments are completely opaque and the area of translucent area of the cylindrical part of the building is increasing: 6 segments (curve a), 12 segments (curve b) and 18 segments (curve c). Optical properties of translucent (PES(1)2009z/PES(2)2009z) part of the envelope are given in the Table 3.2.2.2 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 91 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.5E+00 ebolte 2.0E+00 v c s env Nm 1.5E+00 e f n id b d tn DC 1.0E+00 eic a ife 5.0E-01 oK 0.0E+00 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Nm a b c Slika 3.2.2.8: DC-ji [-], izračunani za vseh 45 opazovanih pozicij za primere, ko je celotna konstrukcija prosojna, velikost prozornega (ETFE/ETFE) dela ovoja pa narašča: 6 segmentov (krivulja a), 12 segmentov (krivulja b) in 18 segmentov (krivulja c) cilindričnega dela stavbe. Optične lastnosti prosojnega (PES(1)2009z/PES(2)2009z) in prozornega (ETFE/ETFE) dela ovoja so navedene v preglednici 3.2.2.2 Figure 3.2.2.8: Calculated DC's [-] of all 45 measurement sites for cases, when whole air- supported structure is translucent and the transparent area of the cylindrical part of the building (ETFE/ETFE) is increasing: 6 segments (curve a), 12 segments (curve b) and 18 segments (curve c). Optical properties of translucent (PES(1)2009z/PES(2)2009z) and transparent (ETFE/ETFE) part of the envelope are given in the Table 3.2.2.2 92 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.2.2.5 Vpliv aproksimacije ukrivljenosti dvojnega membranskega ovoja Športne dvorane Brezovica z odsekoma ravnimi elementi Iz rezultatov, prikazanih na sliki 3.2.2.9, sledi, da segmentacija v primerih analiziranih variant geometrijskega modela (lok sestavljen iz 1, 3, 6, 9, 12 in 24 segmentov, lok razdeljen na 12 segmentov, je prikazan na sliki 2.3.2.1), ko je celotna konstrukcija prosojna, nima bistvenega vpliva na KDSrač. Opazna razlika je le v koraku med aproksimacijama z enim in tremi segmenti, sicer pa se relativna razlika v vrednostih KDSrač med primerom uporabe dvanajst segmentov (uporabljen v dani raziskavi) in uporabo primera z enim segmentom, če so tla bela, giblje med -6,8 % in 1,1 % (v povprečju -1,7 %), in če so tla črna med 4,0 % in 6,7 % (v povprečju 5,5 %). Opozoriti je treba še, da ta rezultat velja le za difuzno nebo s porazdelitvijo svetlosti po njegovem svodu, ki čim bolj ustreza definiciji KDS. Hkrati je dobljeni rezultat tudi posledica dejstva, da so bili v izračunih upoštevani le difuzni odboji (Rd ≠ 0, preglednica 3.2.2.2), saj je bila pri optičnih lastnostih zrcalna komponenta zanemarjena (Rs = 0, preglednica 3.2.2.2). Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 93 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.8 eboltevs ]e%n[včear2.6nd kiKDSnčiloK A 2.4 1 3 6 9 12 24 Število segmentov loka 1.7 eboltevs ]e%n[večar1.5nd kinKDSčilo BK 1.3 1 3 6 9 12 24 Število segmentov loka 2.0 ] a %[ čaSrDK 1.8 eboltevs env b end 1.6 kinčiloK C 1.4 1 3 6 9 12 24 Število segmentov loka Slika 3.2.2.9: Vpliv števila segmentov na vrednosti KDSrač [%] pri aproksimaciji dvojno ukrivljenega ovoja z odsekoma ravnimi elementi: bela tla (A), črna tla (B), vzorec dejanskih tal (pozicija 5c (krivulja a), pozicija 1e (krivulja b)) (C) Figure 3.2.2.9: The influence of number of envelope segments on the KDSrač [%] values when approximating the double curved envelope with planar elements: white floor (A), black floor (B), actual colour pattern (only sites 5c (curve a) and 1e (curve b)) (C) 94 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 3.2.2.6 Izračun količnika dnevne svetlobe za različne vzorce barv tal Za določitev vpliva obarvanosti tal igrišča v ŠDB na vrednosti KDS so bili pripravljeni različni vzorci barv tal, za katere so bile izračunane vrednosti KDSrač v točkah na igrišču, ki hkrati ponazarjajo merilna mesta dnevne osvetljenosti (poglavje 2.2.3). Opravljena je bila tudi primerjava le-teh z vrednostmi KDSrač za popolnoma črno in belo obarvana tla (slika 3.2.2.10, krivulji a in c). Na koncu so bile izračunane tudi vrednosti KDS za primer toplotno izoliranega, pa vendar za svetlobo prepustnega dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (slika 3.2.2.10, krivulja e). Rezultati, prikazani na sliki 3.2.2.10, so pokazali, da so vrednosti KDSrač primera, ki ponazarja dejansko obarvanost tal v dvorani na Brezovici (krivulja b), srednje velikosti (1,6 – 1,9 %) in se nahajajo med vrednostmi KDSrač za popolnoma bela (2,3 % - 2,7 %) (krivulja a) in popolnoma črna (1,5 – 1,7 %) (krivulja c) tla. Presenetljivo so bile eksperimentalne vrednosti KDS (slika 3.1.3.1) manjše od vrednosti KDSrač in najbolj podobne primeru s popolnoma črnimi tlemi (slika 3.2.2.10, krivulja c). Pri računskih vrednostih KDS so bile vrednosti, ki pripadajo setu 1 in setu 2, enake, saj je bilo pri izračunih privzeto CIE standardno oblačno nebo [102]. Povprečna absolutna deviacija med setom 1 in setom 2 eksperimentalnih vrednosti in izračunanimi vrednostmi je enaka 0,08 % (set 1) in 0,09 % (set 2). Treba je poudariti, da porazdelitev vrednosti KDSrač ni bila simetrična glede na sredino igrišča, saj se ob JZ stranici stavbe nahaja tribuna, hkrati pa tudi del tribune nima stopničastih stojišč. V tem pogledu so se rezultati terenskih meritev in izračunov z računalniškim programom DAYSIM kar dobro ujemali. To bi lahko sklepali tudi na podlagi višjih minimumov KDSrač na pozicijah od 9a do 9e v primerjavi z vrednostmi na pozicijah od 1a do 1d (sliki 3.1.3.1 in 3.2.2.10). V nadaljevanju je bil analiziran učinek različnih vzorcev barve tal (slika 3.2.2.11) v notranjosti obravnavane stavbe na porazdelitev vrednosti KDSrač. Upoštevani so bili le črno-beli vzorci (črna barva TRvis = 0 %, bela barva TRvis = 100 %) prav tako prikazani na sliki 3.2.2.11 s črkami pripadajočih krivulj (od a do j). Rezultati so pokazali, da vzorec razporeditve barv močno vpliva na porazdelitev vrednosti KDSrač, pri čemer se spremenijo maksimumi na sredini igrišča (pozicije 5a, 5b, 5c, 5d, 5e) in minimumi na desnem robu igrišča (pozicije 1a, 1b, 1c, 1d, 1e). KDSrač za popolnoma bela tla (slika 3.2.2.11 A, krivulja a) in popolnoma črna tla (slika 3.2.2.11 B, krivulja b) je imel referenčne vrednosti, saj so ponazarjale najvišje in najnižje vrednosti KDSrač na posamezni poziciji, vrednosti KDSrač za vse druge primere pa so bile vmes (slika 3.2.2.11 A in B). Barvni vzorci so bili razdeljeni na tiste pri katerih je prevladovala bela (vzorci a, c, g, in i na sliki 3.2.2.11 A) ( bela skupina) in tiste pri katerih je prevladovala črna barva (b, d, h, in j na sliki 3.2.2.11 B) ( črna skupina), vzorca e in f pa sta tvorila vmesno skupino ( srednja skupina). Razmerja površine so podana v preglednici 3.2.2.3. 5.2 5.0 4.8 d 4.6 4.4 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 95 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 4.2 5. 4 20 5. 3 08 4. 3 86 d 4. 3 64 4. 3 42 ]%[čaSr 4.320 DK e ≈ ≈ bo 4. 2 08 ltevs a e 3. n 2 86 vnd kin 3.264 čiloK 3.242 3. 2 20 3. 1 08 b 2. 1 86 c a 2. 1 64 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Nm 2.4 Slika 3.2.2.10: Izračunane vrednosti KDSrač [%] (CIE standardno oblačno nebo) za ŠDB a tlemi, obarvanimi belo (□, krivulja a), kot dejansko v obstoječi stavbi (svetlo 2.2 modro/rdeče/temno modro) (♦, krivulja b) in črno (■, krivulja c) ter KDSrač za večslojno membrano z aerogelno izolacijo ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 2.0 (◊, krivulja d) Figure 3.2.2.10: Calculated daylight values KDSrač [%] (CIE standard overcast sky) for the air- 1.8 suppor b ted structure at Brezovica with the playground floor painted white (□, curve a), as painted in the structure (light blue/red/dark blue) (♦, curve b) and 1.6 pai c nted black (■, curve c) and KDSrač for multilayer membrane with aerogel blanket applied ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (◊, curve d) 1.4 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Nm 96 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.8 A A 2.6 ] C %[ č I aSr 2.4 DK eb E G o 2.2 ltevs en 2.0 ven A C E G d kin 1.8 čiloK I 1.6 1.4 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Ni 2.8 B D F H B 2.6 ]%[č J aSr 2.4 DK ebo 2.2 lt F evs en 2.0 ven H d ki 1.8 nči J D loK 1.6 B 1.4 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto Ni Slika 3.2.2.11: Vrednosti KDSrač [%], izračunane za različne črno-bele vzorce barve tal v ŠDB: predominantno beli (A) in predominantno črni (B) Figure 3.2.2.11: Calculated daylight factor values KDSrač [%] for a variety of black and white coloured floor samples: predominantly white (A) and predominantly black (B) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 97 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.2.3: Deleži [%] površin v notranjosti geometrijskega modela ŠDB Table 3.2.2.3: Percentages [%] of different surfaces in the interior of the air-supported dome at Brezovica Vzorec a c e g d f h b i j membrana kot določeno na podlagi spektrometrije tla rdeča bela črna črna bela bela bela črna črna bela črna svetlo modra bela bela bela bela črna črna črna črna bela črna temno modra bela bela črna črna črna bela bela črna bela črna tribuna siva siva siva siva siva siva siva siva siva črna bela Delež celotne notranje površine [%] membrana kot določeno na podlagi spektrometrije tla bela 33,9 29,1 18,2 23,0 4,8 15,8 10,9 0,0 33,9 7,5 črna 0,0 4,8 15,8 10,9 29,1 18,2 23,0 33,9 7,5 33,9 tribuna siva 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 0,0 0,0 Delež površine tal in tribune skupaj [%] membrana kot določeno na podlagi spektrometrije tla bela 81,9 70,2 43,8 55,5 11,6 38,0 26,4 0,0 81,9 18,1 črna 0,0 11,6 38,0 26,4 70,2 43,8 55,5 81,9 18,1 81,9 tribuna siva 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 0,0 0,0 Bela skupina: vrednosti KDSrač, pripadajoče vzorcem a, g in i, so bile podobne glede pozicije minimumov na desni in levi strani obravnavanega igrišča in maksimumov, ki se ponavljajo vmes. Pričakovano je vzorec i izkazal nižje minimume v primerjavi z vzorcem a, saj popolnoma črna tribuna (TRvis = 0 %) ni odbijala svetlobe, s čimer so se znižale vrednosti KDSrač na pozicijah od 9a do 9e. Na drugi strani stavbe, na pozicijah od 1a do 1e, pa so vrednosti KDSrač ostale enake. Vzorec g je v skladu z večjo površino črne barve (preglednica 3.2.2.3) znižal vrednosti KDSrač bolj kot preostali vzorci v beli skupini. Črna skupina: vrednosti maksimalnih in minimalnih KDSrač za vzorec d so bile podobne tistim za vzorce a, g in i v beli skupini, kar je bilo skladno z dejstvom, da je bil belo obarvan le osrednji del igrišča. Zanimivo je bilo tudi, da so bile vrednosti KDSrač vzorca h zelo podobne vrednostim vzorca c, čeprav so bile vrednosti v prvem primeru opazno višje: minimuma na pozicijah 9c in 1e nista bila opazna, kar je bilo pripisano manjši površini belo namesto črno pobarvanih površin. V primeru, ko je bila tribuna belo obarvana (primer j) so bile najviše vrednosti KDSrač pričakovano na pozicijah od 9a do 9e. Srednja skupina: skoraj enake vrednosti KDSrač (krivulji e in f na sliki 3.2.2.11 A in B) pokažejo, da tedaj, ko so deleži črnih in belih površin podobni po vrednosti in razporeditvi (vzorec e na sliki 3.2.2.11 A 18,2 % bele in 15,8 % črne, vzorec f na sliki 3.2.2.11 B ravno nasprotno). Razlika v porazdelitvi se je pokazala s prisotnostjo minimumov v desnem spodnjem kotu (pozicija 1e), kar je nakazalo močan vpliv barv na notranjo odbito komponento KDS v okolici tega mesta. Izmed obravnavanih črno-belih vzorcev barve tal je za stavbo ŠDB v beli skupini najbolj značilen vzorec g (23 % površine notranjosti ŠDB predstavljajo bela tla, 10,9 % črna in 7,5 % siva tribuna) in črni vzorec d (4,8 % površine notranjosti ŠDB predstavljajo bela tla, 29,1 % črna in 7,5 % siva tribuna). Skupno vzorcema d in g ter dejanskemu vzorcu barv tal je najbolj odbojno obarvan sredinski del igrišča ter siva 98 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. tribuna. Hkrati se rezultat izračuna KDSrač za dejanski vzorec barv tal po njegovih vrednostih nahaja med rezultatom za vzorec d in g. 3.2.2.7 Količnik dnevne svetlobe za primer ovoja Športne dvorane Brezovica z uvedeno aerogelno izolacijsko odejo Na koncu je bila z računalniškim programom DAYSIM raziskana še dnevna osvetlitev primera stavbe s toplotno izoliranim dvojnim membranskim ovojem ŠDB (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE), ki ima nekoliko (2,5-krat) višjo totalno hemisferično prepustnost TTvis (3,7 %) kot obstoječa različica ovoja stavbe na Brezovici, PES(1)2009/PES(2)2009, in tako rekoč enako TRvis (preglednica 3.1.1.1). Transmisijski in refleksijski spektri aerogelne polsti Spaceloft® in drugih komponent teh večslojnih membran, podani na sliki 3.1.1.1, so bili namenjeni za pridobitev podatkov o TTvis in TRvis, uporabljenih v izračunih KDSrač s programom DAYSIM. Uporabljeni so bili optični podatki, navedeni v preglednici 3.2.2.2. Izračuni KDSrač za 45 pozicij na igrišču so pokazali, da so se njegove vrednosti bistveno povečale, po igrišču pa so variirale med 4,3 in 5,1 % (slika 3.2.2.10, krivulja d). Za oceno, kaj dobljeno zvišanje KDS pomeni na letni ravni, je na sliki 3.2.2.12 prikazan delež časa, ko je na voljo vnaprej izbrana osvetljenost opazovane točke na tleh v notranjosti stavbe za različne vrednosti KDS. Ti rezultati so bili pripravljeni na podlagi vremenskih podatkov za Ljubljano [164] tako, da je bila najprej izračunana osvetljenost zunanje nezasenčene horizontalne površine s programom DAYSIM, na podlagi že pred tem določenega KDS pa nato določeno, pri kateri osvetljenosti zunanje površine je izpolnjen pogoj osvetljenosti igrišča v stavbi (300, 500 in 700 lx glede na izbor kategorije športne dvorane [110]). Na sliki 3.2.2.12 je takoj videti, veliko povečanje deleža ur, ko je na voljo dnevna svetloba in je hkrati izpolnjen pogoj osvetljenosti tal v stavbi, na račun povečanja TTvis dvojnega membranskega ovoja ob spremembi variante konstrukcijskega sklopa z obstoječe PES(1)2009z/PES(2)2009 na novo predlagano ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Pri tem je bila povprečna vrednost v vseh obravnavanih točkah po igrišču izračunanega KDS za primer nove različice konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (4,8 %) 3,2-krat večja od izračunane povprečne vrednosti eksperimentalno določenega KDS v vseh točkah merilne mreže v stavbi ŠDB (1,5 %). Povprečje absolutnega povečanja števila ur, ko je stavba zadovoljivo dnevno osvetljena in je na voljo dnevna svetloba, glede na obstoječe stanje, znaša 32,6 %. Torej lahko v povprečju, glede na uporabljene vremenske podatke, za izračun osvetljenosti zunanje horizontalne površine tekom celotnega leta (uporabljen je bil računalniški program DAYSIM), v stavbi s toplotno izolirano različico dvojnega membranskega ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pričakujemo 300 lx 78,5 % časa, ko je na voljo dnevna svetloba, 500 lx 68 % časa in 700 lx 60,1 % časa v letu, ko je na voljo dnevna svetloba. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 99 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 100 abol 90 tevs 80 anv 70 end 60 ojl ] o % 50 a v [ an 40 ej o 30 b k ,ru 20 c žel 10 eD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Količnik dnevne svetlobe KDS [%] Slika 3.2.2.12: Delež ur [%], ko je na voljo dnevna svetloba in je osvetljenost tal dvorane 300 (krivulja a), 500 (krivulja b) oziroma 700 (krivulja c) lx ali več, v odvisnosti od količnika dnevne svetlobe (minimum, povprečje, maksimum) za obstoječo varianto konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z (prvi set (set 1) eksperimentalnih meritev, ; drugi set (set 2) eksperimentalnih meritev, ) ter novo različico konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE () Figure 3.2.2.12: Percentage of hours [%], when daylight is available and the dome floor illuminance is equal to or higher than 300 (curve a), 500 (curve b) and 700 (curve c) lx depending on daylight factor value (minimum, average, maximum) for the existing case of double membrane envelope constructional complex PES(1)2009z/PES(2)2009z (set 1 of experimental measurements, ; set 2 of experimental measurements, ) and the new version of it ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE () 3.2.2.8 Umeritev vrednosti med merilnikoma osvetljenosti Če bi pri izračunu KDS na dan meritev 29. 10. 2015 upoštevali določeno razliko v vrednostih med instrumentoma, bi dobili še boljše ujemanje eksperimentalnih KDS in z DAYSIM-om pridobljenih KDSrač. Izračun je bil narejen tako, da so bile vrednosti osvetljenosti zunanje nezasenčene horizontalne površine Eo,calc,dif (ekvivalent zmanjšanju Eo,exp,tube) ustrezno zmanjšane, za 14,7 % (preglednica 3.1.3.1), in nato s korigiranimi vrednostmi Eo,calc,dif,cor izračunan KDS za set 1, prikazan na sliki 3.2.2.13 (krivulja b). Osvetljenost v stavbi Ei,exp,glob je bila pri tem nespremenjena. Lahko bi korigirali vrednosti Ei,exp,glob z razliko 17,3 % in dobili enak rezultat, kot je prikazan na sliki 3.2.2.13. 100 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.0 ] A 1.9 %[ S 1.8 c DK 1.7 ebol 1.6 t b ev 1.5 s en 1.4 ve a nd 1.3 kin 1.2 čilo 1.1 K 1.0 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Ni) 2.1 ] B 2.0 %[ S 1.9 DK 1.8 c ebo 1.7 lt b ev 1.6 s en 1.5 ve a n 1.4 d kin 1.3 čilo 1.2 K 1.1 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Ni) Slika 3.2.2.13: Količnik dnevne svetlobe KDS [%], izračunan iz meritev Ei,exp,glob (merilnik 1 na sliki 3.1.3.6 B) in Eo,exp,tube (merilnik 2 na sliki 3.1.3.6 B) med setom meritev 1 (A) in 2 (B) dne 29. 10. 2015 (krivulja a), KDS z dodano razliko v vrednosti v primerjavi z merilnikom 1 (merilnik 2 v povprečju preceni vrednosti za 14.7 %, preglednica 3.1.3.1) (krivulja b), KDSrač, izračunan s programom DAYSIM (CIE standardno oblačno nebo) (krivulja c) Figure 3.2.2.13: Daylight factor KDS [%] calculated on basis of Ei,exp,glob (lightmeter 1 in Figure 3.1.3.6 B) and Eo,exp,tube (lightmeter 2 in Figure 3.1.3.6 B) recorded during set 1 (A) and set 2 (B) measurements on 29th October 2015 (curve a), corrected KDS value in respect to the difference with lightmeter 1 (lightmeter 2 overestimates the value in average by 14,7%, Table 3.1.3.1) (curve b) and KDSrač calculated with DAYSIM considering CIE standard overcast sky (curve c) 3.2.2.9 Študija vpliva direktne komponente sončnega sevanja na količnik dnevne svetlobe z uporabo računalniškega programa DAYSIM Ker med predstavljeno terensko raziskavo dnevne osvetljenosti ŠDB podrobne meritve za opis vremenskih razmer niso bile na voljo, je bila pozneje narejena študija vpliva direktne komponente na eksperimentalne vrednosti KDS. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 101 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.2.4: Vrednosti globalne osončenosti Io,glob [W/m2], izmerjene na dan eksperimentalnih meritev 29. 10. 2015, pred setom 1, med setoma in po setu 2 Table 3.2.2.4: Result of global irradiance Io,glob [W/m2] measurements on 29th Oct. 2015 before, in-between and after set 1 and 2 of experimental measurements Meritev Čas Io,glob [hh:mm:ss] [W/m2] 1 12:10:00 42,9 2 12:45:30 35,0 3 13:24:00 17,4 S programom DAYSIM je bila narejena, analiza ali pri močno oblačnem nebu, ko ni prisotnega direktnega sončnega sevanja (Io,dir = 0 W/m2, kakršen je bil domnevno tudi dan eksperimenta), sprememba pozicije sonca spremeni vrednosti količnika dnevne svetlobe. Posledica spremembe pozicije sonca je drugačna porazdelitev svetlosti neba, kar opiše tudi Perezov vse-vremenski model [137], uporabljen v programu DAYSIM. V tem primeru neposrednega izračuna KDSrač program DAYSIM ne omogoča zato sta bila izvedena dva ločena izračuna z enakimi vhodnimi podatki o osončenosti horizontalne nezasenčene površine, vendar v enem primeru brez geometrijskega modela stavbe in njene okolice. Izračuna sta bila narejena za eksperimentalno vrednost globalne osončenosti 35,0 W/m2 (meritev št. 2, preglednica 3.2.2.4), ki je bila v skladu z izhodiščno predpostavko podana kot difuzna osončenost horizontalne površine. Izračun je bil izveden za vsako pozicijo sonca v intervalu 1 min od pričetka meritev ob 12.15 do zaključka drugega seta ob 13.22. Tako so bile za vsak čas dobljene osvetljenosti znotraj stavbe v vseh 45 točkah opazovanja (merilna mesta Ni). Prav tako je bil izračunan količnik dnevne svetlobe za vse točke hkrati ob posameznem času, slika 3.2.2.14 pa prikazuje vseh 68 porazdelitev KDSrač, s čimer je bila dobljena ovojnica vrednosti. Na podlagi dobljenega rezultata lahko povzamemo, da je vpliv spremembe pozicije sonca pri popolnoma difuznem nebu praktično zanemarljiv (KDSrač na posamezni točki niha v območju 0,02 %) in nihanje premajhno, da bi zgolj s spremembo položaja sonca na nebesnem svodu pojasnili razlike v vrednostih KDS med setoma 1 in 2 eksperimentalnih meritev. Zato je bila v nadaljevanju opravljena analiza vpliva morebiti prisotnega direktnega sončnega sevanja na vrednosti količnika dnevne svetlobe. Študija je bila opravljena računsko, s pomočjo programa DAYSIM, ki, kot je bilo že povedano, pri izračunih osvetljenosti zunanje ali notranje površine uporabi Perezov vse-vremenski model porazdelitve svetlosti neba [137], za izračun pa potrebuje kot vhodni podatek informacijo o direktni normalni (Io,dir,n [W/m2]) in difuzni horizontalni osončenosti (I o,dif [W/m2]) [129]. Za analizo so bili uporabljeni primeri navedeni v preglednici 3.2.2.5, pri čemer je bila vrednost Io,dir,n predpostavljena in izražena kot mnogokratnik (n, preglednica 3.2.2.5) Io,dif ((43) do (45)). Primeri od a do d ponazarjajo situacijo, ko je globalna osončenost konstantna, spreminja se le delež direktne komponente (n = 0,1, 0,2 in 0,9), primera e in f pa situacijo, ko bi bila ob meritvi izključena direktna komponenta, tako kot pri pretvorbi eksperimentalnih meritev osvetljenosti Eo,exp,tube v hemisferično vrednost Eo,exp,dif (poglavje 2.2.3). Izhodiščna globalna osončenost (primer a, preglednica 3.2.2.5) je bila enaka kakor pri izračunih preprostega premika sonca in sicer 35,0 W/m2 (meritev št. 2, preglednica 3.2.2.4). 102 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.0 ebolt 1.9 e ] vs [% 1.8 en ) v i e 1.7 n (N d ča r 1.6 kinči KDSl 1.5 oK 1.4 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Ni) Slika 3.2.2.14: Spreminjanje izračunanega faktorja dnevne osvetljenosti KDSrač [%] v odvisnosti od lokacije merilnega mesta in položaja sonca na nebesnem svodu za vseh 45 merilnih mest v času eksperimenta dne 29. 10. 2015 med 12.15 in 13.22 v časovnem koraku 1 min in pri konstantni osončenosti nezasenčene horizontalne površine (Io,glob = Io,dif = 35 W/m2) Figure 3.2.2.14: Variation of the calculated daylight factor KDSrač [%] in dependence of measurement site location and sun's position on sky vault for all 45 measurement sites during the time of experiment on 29th October 2015 between 12.15 and 13.22. Calculations were performed for 1 min time step and constant irradiance of unobstructed horizontal surface (Io,glob = Io,dif = 35 W/m2) 𝐼𝑜,𝑔𝑙𝑜𝑏 = 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑟 + 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑓 (43) 𝐼𝑜,𝑔𝑙𝑜𝑏 = 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑟,𝑛 cos 𝛾 + 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑓 (44) 𝐼𝑜,𝑔𝑙𝑜𝑏 = 𝑛 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑓 cos 𝛾 + 𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑓 = (𝑛 cos 𝛾 + 1)𝐼𝑜,𝑑𝑖𝑓 (45) Preglednica 3.2.2.5: Primeri analize vpliva absolutne vrednosti globalne osončenosti Io,glob [W/m2] in deleža direktne normalne komponente n [-] na vrednosti KDSrač [%]. Difuzna (Io,dif [W/m2]) in direktna (Io,dir,n [W/m2]) komponenta Io,glob [W/m2] sta bili uporabljeni kot vhodni podatek za izračun KDSrač s programom DAYSIM Table 3.2.2.5: Analysis cases of the influence of the global irradiance Io,glob [W/m2] and the proportion of normal direct component n [-] on the daylight factor KDSrač [%] values. The diffuse (Io,dif [W/m2]) and direct normal (Io,dir,n [W/m2]) component of Io,glob [W/m2] were used as input for the DAYSIM daylight factor KDSrač calculations Primer Vpadni kot ob 12.45 n Io,glob Io,dir,n Io,dif [] [-] [W/m2] [W/m2] [W/m2] a 60,97 0.0 35,0 0,0 35,0 b 60,97 0,1 35,0 3,5 33,3 c 60,97 0,2 35,0 7,0 31,6 d 60,97 0,9 35,0 31,5 19,7 e 60,97 0,1 36,7 3,5 35,0 f 60,97 0,2 38,4 7,0 35,0 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 103 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Pri eksperimentalnem delu je bila v skladu z definicijo količnika dnevne svetlobe upoštevana difuzna osvetljenost horizontalne nezasenčene površine (Eo,calc,dif) (ang. »sky illuminance«), hkrati pa naj bi se KDS določal pri oblačnem nebu [96]. Poleg spreminjanja položaja sonca na nebesnem svodu (sprememba smernega in višinskega kota sonca) in deleža direktne komponente je bil pri izračunu KDS dodatno preverjen vpliv upoštevanja globalne osvetljenosti namesto difuzne. V analogiji z eksperimentom bi to pomenilo, da bi za izračun KDS uporabili Eo,exp,glob. Skladno so rezultati dela prikazani na sliki 3.2.2.15 in sliki 3.2.2.B.1 (priloga 3.2.2.B), grafi na slikah pa prikazujejo spreminjanje vrednosti KDSrač v točkah na igrišču, ki ponazarjajo merilna mesta 1a, 9a, 5c, 1e in 9e, v odvisnosti od položaja sonca na nebesnem svodu, izražene s časom, za več primerov vpadnega sevanja s konstantno intenziteto (primeri od a do f, preglednica 3.2.2.5). Med potovanjem sonca po nebu se je kljub konstantni intenziteti sevanja spreminjala porazdelitev svetlosti neba, saj se je spreminjal vpadni kot sonca. Rezultati na obeh slikah (sliki 3.2.2.15 in 3.2.2.B.1) orišejo območje vrednosti KDSrač, saj območje vrednosti faktorja 0  n  0,9 v grobem izražajo tudi naravne razmere [164]. Hkrati je bil povprečni vpadni kot v času eksperimenta dne 29. 10. 2015 med 12.10 in 13.24 enak 61,3 , medtem ko je letni povprečni vpadni kot 63,8  (na podlagi podatkov za leto 2015 [165]). ] 34.5 .0 ] 3.5 . % 9a 1a [ 9a %[ 1a d S rač 3.0 d S rač 3.0 . D .5 D K 5c . K t ≈ ≈ . ≈ ≈ e te d v 2.5 s v 2.5 9e ≈ ≈ . s . v 1e e b,e cf a ve n n d b, e f 2.0 d c a . 2.0 č . i ] 35.5 . l čil o %[ 5c o K K 1.5 S rač 1.5 35.0 . 12:00 12:30 13:00 13:30 D d 12:00 12:30 13:00 13:30 K ≈ ≈ Čas [hh:mm] .te f b, e Čas [hh:mm] v 2.5≈ ≈ s .v c ] 3.5 e 7.1 ] 34.5 .8 n %[ 9e d % 1e 2.0 [ . a či d l d S rač 36.0 .6 o S rač 3.0 D K D 4.2 K ≈ c 1.5 . K t ≈ .t ≈ ≈ e 12:00 12:30 13:00 13:30 e v 2.5 v s 2.5 ≈ ≈ s . c f b, e Čas [hh:mm] . ≈ ≈ v v e e n n d f e b 2.0 d . 2.0 . či č l a il o o a K K 1.5 1.5 12:00 12:30 13:00 13:30 12:00 12:30 13:00 13:30 Čas [hh:mm] Čas [hh:mm] Slika 3.2.2.15: Količnik dnevne svetlobe KDS [%] v odvisnosti od časa v vogalnih točkah in središču igrišča za različna razmerja direktne normalne in difuzne horizontalne osončenosti, navedene v preglednici 3.2.2.5. Količnik dnevne svetlobe, izračunan kot razmerje med E DAYSIM DAYSIM i,calc,glob in Eo,calc,dif Figure 3.2.2.15: Daylight factor KDS [%] in dependence of time at corner points and in centrum of playground for various ratios (Table 3.2.2.4) of direct normal and diffuse horizontal components of incident solar radiation. Daylight factor was calculated as the ratio between E DAYSIM DAYSIM i,calc,glob and Eo,calc,dif 104 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.2.6: Absolutna razlika med maksimalno in minimalno vrednostjo KDSrač (ΔKDSrač [%]) v točkah, ki ponazarjajo merilna mesta 1a, 9a, 5c, 1e in 9e, v odvisnosti od položaja sonca na nebesnem svodu (od 12.15 do 13.22) za različne primere osončenosti in deleža direktne normalne komponente sončnega sevanja Io,dir,n [W/m2] (preglednica 3.2.2.5) Table 3.2.2.6: Absolute difference between maximal and minimal value of daylight factor KDSrač (ΔKDSrač [%]) at grid points representing the measuring sites measuring points 1a, 9a, 5c, 1e and 9e in dependence of sun's position in sky vault (between 12.15 and 13.22) and the percentage of direct normal component of global solar radiation Io,dir,n [W/m2] (Table 3.2.2.5) ΔKDSrač [%] 1 9 5 1 9 a 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 b 0,08 0,07 0,03 0,01 0,08 c 0,09 0,10 0,05 0,13 0,11 d 0,39 0,32 0,10 0,52 0,44 e 0,07 0,09 0,03 0,09 0,08 f 0,08 0,09 0,03 0,11 0,11 Na sliki 3.2.2.15 najprej opazimo, da je z naraščanjem smernega in upadanjem višinskega kota KDS za vse primere osončenosti od a do f ob večini časovnih korakov v točkah 9a in 9e naraščal, v točki 5c prav tako, a z nižjim trendom, ter se v točkah 1a in 1e zmanjševal, razen pri osončenosti a. Absolutne razlike med maksimalno in minimalno vrednostjo KDSrač (izračun z Eo,calc,dif) v posamezni točki (1a, 9a, 5c, 1e, 9e) ter za vse primere osončenosti so podane v preglednici 3.2.2.6. V območju absolutnih sprememb s časom so vključene tudi morebitne spremembe v vrednosti KDSrač, ki sovpadajo tudi z razliko med časoma izvedbe eksperimentalne meritve osvetljenosti na posamezni točki tekom seta 1 in seta 2. Torej iz rezultatov lahko izluščimo, da so v preglednici 3.2.2.6 prikazane razlike takšne, da bi lahko bile tudi pojasnilo za razlike med eksperimentalnimi vrednostmi KDS za set 1 in set 2 v primerih osončenosti b, c, e in f. V primeru a so razlike premajhne, v primeru d pa mnogo prevelike, saj je maksimalna razlika med eksperimentalnimi vrednostmi KDS na posameznem merilnem mestu znašala 0,21 %, minimalna 0,00 % ter v povprečju 0,08 %. Hkrati je s slike 3.2.2.15 razvidno, da v točkah 5c in 9e že če 10 % difuzne komponente pripišemo direktni vrednosti KDSrač, uidejo izven eksperimentalnih vrednosti. Razlike v vrednostih KDSrač med primeri osončenosti od a do f v posamezni točki pa nakažejo, da je bil v točkah 1a in 9a lahko delež direktne komponente n enak do ± 20 % difuzne, v točki e pa do + 10 %. Rezultat za primer izračunov KDS z globalno osončenostjo ni neposredno relevanten za dani primer raziskave in se nahaja v prilogi 3.2.2.B. 3.2.2.10 Simulacija eksperimentalnih meritev dnevne osvetljenosti Športne dvorane Brezovica s pomočjo računalniškega programa DAYSIM V prilogi 3.2.2.C so za konstantno difuzno osončenost in različne deleže direktne komponente (določene po enačbi (45)) podani rezultati izračuna globalne osvetljenosti in svetlosti zenita po Perezovem modelu svetlobne učinkovitosti globalnega sončnega sevanja [143], iz L Perez vz izračunane Eo,calc,dif s pomočjo faktorja 7π/9 (poglavje 2.2.3) ter eksperimentalno izmerjene vrednosti Eo,exp,glob. Za primer osončenosti 35,0 W/m2 je lepo razviden vpliv direktne komponente in če neposredno primerjamo računske vrednosti globalne osvetljenosti izračunane s Perezovim vse-vremenskim modelom [137] Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 105 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. E Perez o,calc,glob z eksperimentalno izmerjenimi vrednostmi Eo,exp,glob, bi lahko rekli, da je bilo ob meritvi I Perez o,glob ob 12:45:30 prisotne od 6 % do 7 % direktne komponente. Hkrati je Eo,calc,glob pri Io,glob = 35,0 W/m2 za 333 lx (6 % direktne komponente) in 356 lx (7 % direktne komponente) višja kakor eksperimentalna vrednost Eo,calc,dif, razlika med eksperimentalnima vrednostma Eo,exp,glob in Eo,calc,dif med celotnim eksperimentom, izražena z RMSE (24), pa je enaka 271 lx (poglavje 3.1.3). Na podlagi predhodnih ugotovitev in slednjih rezultatov lahko sklepamo, da so bili v nadaljevanju upravičeno obravnavani primeri analize, pri katerih je delež direktne komponente n manjši ali enak 10 %. Novi primeri so se od prejšnjih (preglednica 3.2.2.5) razlikovali ne le v manjšem deležu direktne komponente n, ampak tudi v dejstvu, da osončenost ni več konstantna. Za določitev izhodiščne vrednosti osončenosti, za katere je bilo predpostavljeno, da velja Io,dir = 0 W/m2, so bile uporabljene eksperimentalno dobljene vrednosti Eo,calc,dif. Te smo s pomočjo pretvornega faktorja, ki je bil prav tako določen na podlagi eksperimentalnih meritev, pretvorili v Io,glob = Io,dif. Vrednosti pretvornega faktorja oziroma svetlobne učinkovitosti K [lm/W] sta bili določeni za seta 1 in 2 ločeno kot srednja vrednost med vrednostmi razmerja med izmerjeno Eo,exp,glob in izmerjeno Io,exp,glob na začetku in na koncu posameznega seta. Vrednosti so podane v preglednici 3.2.2.7, vrednosti osončenosti, ki so bile uporabljene kot vhodni podatek, pa v prilogi 3.2.2.D (preglednici 3.2.2.D.1 in 3.2.2.D.2). Poleg vrednosti deleža direktne komponente n 0 in 10 % sta bili izbrani še vrednosti 4 % in 7 %. Preglednica 3.2.2.7: Eksperimentalno določene vrednosti svetlobne učinkovitosti sončnega sevanja K [lm/W] iz dne 29. 10. 2015 izmerjenih podatkov o globalni osvetljenosti Eo,exp,glob [lx] in osončenosti zunanje horizontalne površine Io,exp,glob [W/m2] Table 3.2.2.7: Experimental values of solar radiation luminous efficacy K [lm/W] on 29th Oct. 2015 determined from the measured values of global illuminance Eo,exp,glob [lx] and solar irradiance of external horizontal surface Io,exp,glob [W/m2] Čas Eo,exp,glob Io,glob K [hh:mm:ss] [lx] [W/m2] [lm/W] I 12:10:00 5680 42,9 132,4 II 12:45:30 4510 35,0 128,9 III 13:24:00 2820 17,4 162,1 Set 1 (povprečje) (KI+KII)/2 130,6 Set 2 (povprečje) (KII+KIII)/2 145,5 S slike 3.2.2.16 je razvidno, da se rezultati simulacije zelo dobro ujemajo z eksperimentalno dobljenimi vrednostmi KDS. V preglednici 3.2.2.8 so podane povprečne absolutne deviacije. Na podlagi teh rezultatov je mogoče tudi predvidevati, da je bil delež direktne komponente n v času izvedbe eksperimenta manjši od 10 %. Hkrati Perezov vse-vremenski model pri vrednostih n nad 7 % bistveno zmanjša svetlost zenita kljub podobni globalni osončenosti (preglednica 3.2.2.C.1), in sicer pod eksperimentalno dobljene vrednosti Lvz. Te lahko pridobimo iz vrednosti Eo,calc,dif kot je opisano v poglavju 2.2.3. Prav tako je bilo ugotovljeno, da so bile razlike med Eo,exp,glob in Eo,calc,dif (slika 3.1.3.3) večje kakor bi jih predvideval Perezov vse-vremenski modeli in tudi DAYSIM. Iz tega lahko sklepamo, da je bil vpliv splošne porazdelitve svetlosti neba bolj merodajen. Posledično brez ustreznih meteoroloških podatkov kljub ujemanju posameznih eksperimentalnih in simuliranih vrednosti KDS na pripadajočih merilnih mestih ni mogoče zanesljivo določiti deleža direktne komponente n. 106 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 2.5 ] A %[ d ) 2.3 iN(SDK 2.1 ebol c tev 1.9 b s enven 1.7 d kin a čil 1.5 o e K f 1.3 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Ni) 2.5 ] B %[ ) 2.3 iN(SDK 2.1 ebolte c v 1.9 s b enven 1.7 d a kinči e l 1.5 d oK f 1.3 1a2a3a4a5a6a7a8a9a9b8b7b6b5b4b3b2b1b1c2c3c4c5c6c7c8c9c9d8d7d6d5d4d3d2d1d1e2e3e4e5e6e7e8e9e Merilno mesto (Ni) Slika 3.2.2.16: S programom DAYSIM simulirani količnik dnevne svetlobe KDSsim [%], pripadajoč eksperimentalnim merilnim mestom dne 29. 10. 2015 v času med 12.15 in 12.45 (set 1) (A) ter med 12.56 in 13.22 (set 2) (B) za različne primere deleža direktne komponente (n = Io,dir,n/Io,dif): 0 % (krivulja a), 4 % (krivulja b), 7 % (krivulja c), 10 % (krivulja d). Krivulja e pomeni izračun za CIE standardno oblačno nebo (tudi slika 3.2.2.10), krivulja f pa eksperimentalno določen KDS Figure 3.2.2.16: The simulated (DAYSIM) daylight factor values KDSsim [%] corresponding to experimental measurement sites on 29th October 2015 between 12.15 and 12.45 (set 1) (A) and between 12.56 and 13.22 (set 2) (B) for various cases of the direct normal solar radiation component proportions (n = Io,dir,n/Io,dif): 0 % (curve a), 4 % (curve b), 7 % (curve c), 10 % (curve d). Curve e represents the calculation for CIE standard overcast sky (also Figure 3.2.2.10) and curve f represents the experimentally obtained KDS Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 107 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.2.8: Povprečna absolutna deviacija AAD [%] (poglavje 2.2.3) med eksperimentalnimi in s programom DAYSIM simuliranimi vrednostmi KDS [%] za set 1 in set 2 eksperimentalnih meritev Table 3.2.2.8: Average absolute deviation AAD [%] (chapter 2.2.3) between the experimental KDS [%] values and the DAYSIM simulated KDS values for set 1 and 2 of experimental measurements Povprečna absolutna deviacija AAD [%] CIE n = 0 % n = 4 % n = 7 % n = 10 % Set 1 0,10 0,10 0,10 0,11 0,21 Set 2 0,10 0,10 0,10 0,13 0,19 Za konec je potrebno še poudariti, da na rezultat vpliva tudi skladnost faktorja svetlobne učinkovitosti neba med eksperimentoma in svetlobne učinkovitosti po Perezovem vse-vremenskem modelu. Kot je razvidno iz preglednice 3.2.2.7, v kateri so podani eksperimentalni podatki, in preglednice 3.2.2.C.1 v prilogi 3.2.2.C, je bila uporabljena svetlobna učinkovitost za pripravo vhodnih podatkov za izračune s programom DAYSIM zelo podobna in istega velikostnega razreda. 3.2.3 Raziskava rabe energije za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica Poglavitni namen raziskave rabe energije za ogrevanje in hlajenje ŠDB je bil pridobiti podatke o učinku uvedbe 10 mm aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® v konstrukcijski sklop dvojnega membranskega ovoja ŠDB na energijo, potrebno za ogrevanje in hlajenje. Toplotni upor zračno podprtega ovoja se ob upoštevanju dodatne aerogelne toplotne izolacije bistveno poveča tudi v primeru, ko pripišemo zunanji strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE vrednost eT 0,96 (v povprečju z 0,31 m2.K/W na 0,98 m2.K/W, torej za kar približno 3,2-krat) hkrati pa je bilo izpostavljeno vprašanje ali je mogoče pričakovati sorazmerno zmanjšanje količine energije Qheat [kWh/m2.a], potrebne za ogrevanje, ter kaj se posledično zgodi z energijo, potrebno za hlajenje stavbe (Qcool [kWh/m2.a]). Primarni poudarek izračuna rabe energije je na ogrevalni sezoni, medtem ko se v maju, juniju in septembru stavba ŠDB uporablja le ob slabem vremenu, med najbolj vročimi mesci (čas najmočnejšega pregrevanja) julija in avgusta, pa je popolnoma zaprta. 3.2.3.1 Simulacija toplotnega odziva Športne dvorane Brezovica in primerjava z eksperimentalnimi podatki Kakor je navedeno v poglavju 2.3.3 je pri izvedbi simulacije toplotnega odziva in posledično tudi pri izračunu rabe energije s programom EnergyPlus potrebno upoštevati različne predpostavke in poenostavitve (geometrija stavbe, toplotne in optične lastnosti ovoja, vhodni vremenski podatki), ki pa lahko bistveno vplivajo na končni rezultat. Cilj predstavljenega dela je bil oceniti odstopanje simulirane temperature zraka v stavbi Ta,i,sim [C] v primerjavi z eksperimentalno izmerjeno temperaturo zraka v stavbi Ta,i [C] v prostem teku (ang. »free-running mode«), ko je bil prisoten le konstanten mehanski dovod zraka za zagotavljanje tlačne razlike med notranjostjo in zunanjostjo stavbe, z izključenim ogrevanjem. Temperatura zraka je pogosto uporabljena kot parameter za regulacijo vžiga in delovanja sistema ogrevanja in tako je tudi v primeru ŠDB, ki nima možnosti za hlajenje, kot tudi ne sistema, najsibo aktivne ali dodatne pasivne protisončne zaščite. 108 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Za oceno Ttla pod ŠDB s programom Therm [166] so bili uporabljeni podatki o povprečni mesečni temperaturi tal na globini 100 cm [167], rezultat pa je podan v preglednici 3.2.3.1. Podatki o sončnem obsevanju so bili za celotno obdobje eksperimentalnih meritev pridobljeni pri Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani [168] (oddaljenost od analizirane ŠDB na Brezovici približno 6 km). Ostali vremenski podatki (temperatura zunanjega zraka, relativna vlažnost zraka v stavbi in zunaj nje, zračni pritisk v stavbi in zunaj nje, hitrost in smer vetra) pa so bili eksperimentalno pridobljeni na lokaciji ŠDB (poglavji 2.2.4 in 3.1.4). Preglednica 3.2.3.1: Temperatura tal pod ŠDB Ttla [°C], po posameznih mesecih v letu ocenjena na podlagi povprečne mesečne temperature tal (globina 100 cm) [167] in povprečne mesečne temperature zunanjega zraka Ta,o [°C] za Ljubljano [164] Table 3.2.3.1: The estimated temperature of soil underneath the air-supported dome at Brezovica T tla [C], based on average monthly temperature of soil (100 cm below surface) [167] and the average monthly outdoor air temperature Ta,o [°C] in Ljubljana [164] T tal [C] JAN FEB MAR APR MAJ JUN JUL AVG SEP OKT NOV DEC 1,3 2,8 5,9 9,6 14,8 17,1 17,2 17,2 14,9 9,7 5,1 2,8 Geometrijski model ŠDB je predstavljen v poglavju 2.3.3, optične lastnosti upoštevane različice ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z) (preglednica 2.1.2.3) pa so podane v preglednici 3.1.1.3. Privzete vrednosti toplotne prevodnosti membran so bile: 0,091 W/m.K za PES(1)2009 in PES(2)2009, 0,24 W/m.K za ETFE, 0,45 W/m.K za PEfabric in 0,015 W/m.K za aerogel [53]. Za ponazoritev sistema dovoda zraka v programu EnergyPlus je bil uporabljen vnaprej pripravljen modul »ZoneHVAC:UnitVentilator« [155], ki vključuje tako ustrezen ventilator kot tudi možnost vključitve sistema ogrevanja. Lastnosti ventilatorja s konstantnim dovodom zraka (modul »Fan:ConstantVolume« [155]) ŠDB, kot so učinkovitost ventilatorja, tlačna razlika, maksimalni pretok zraka in učinkovitost motorja, so bile pripisane ventilatorju v vhodni datoteki programa EnergyPlus. Podatka o dejanskem pretoku zraka in dejanski izmenjavi zraka v ŠDB, ki vključuje vpliv njene tesnosti, je podalo podjetje DUOL, d. o. o., [169]. V času eksperimentalnih meritev je bil objekt prazen, v njem niso potekale nikakršne aktivnosti razen meritev, luči in preostali viri morebitnih notranjih dobitkov energije pa so bili izključeni. Na sliki 3.2.3.1 je predstavljen rezultat simulacije temperature zraka v ŠDB Ta,i [C], izvedene s programom EnergyPlus, in eksperimentalno izmerjenih vrednosti. Izkaže se, da pri simulaciji Ta,i nekoliko bolj niha, oziroma ima ta višje oziroma nižje ekstreme, še zlasti maksimume. Povprečna absolutna deviacija razlike v Ta,i med eksperimentom in simulacijo je enaka 1,2 C, njene vrednosti pa se gibljejo v območju med -6,2 in 2,0 C. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 109 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 45 maks. │ΔT 40 │ = 6.2 °C a b 35 C][i,,Ta a 30karz arut25arepme20T 15 min. │ΔT│ = 2.0 °C 1000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 18. 7. 2013 Dan meritev [-] 6. 8. 2013 Slika 3.2.3.1: Primerjava rezultata simulacije (Ta,i,sim [C], krivulja a) in eksperimentalne meritve (18. 7. 2013 do 6. 8. 2013) (Ta,i [C], krivulja b) temperature zraka v ŠDB Figure 3.2.3.1: Comparison of simulated (EnergyPlus) (18th July 2013 do 6th August 2013) (Ta,i,sim [C], curve a) and experimentally measured (Ta,i [C], curve b) air temperature inside the air-supported dome at Brezovica 3.2.3.2 Izračun energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje Športne dvorane Brezovica Za izračun energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje ŠDB, je bila uporabljena vremenska datoteka z urnimi podatki za celotno leto [164]. V modul »ZoneHVAC:UnitVentilator« [155] je bil vključen še plinski grelnik, podatki o moči grelnika in njegovi učinkovitosti pa so bili pridobljeni pri podjetju DUOL, d. o. o. [170]. Treba je omeniti, da predogrevanje zraka zaradi delovanja ventilatorja ni bilo upoštevano v nobenem od izračunov, saj je bilo predpostavljeno, da v kolikor bi se vsa električna energija ob delovanju elektromotorja pretvorila v toploto (vemo, da temu ni tako), bi to predstavljalo le 3,4 % toplotnih (transmisijskih in ventilacijskih) izgub na povprečen decembrski oziroma januarski dan [171] ter 2,2 % toplotne moči grelnika. Količina energije, potrebna za hlajenje stavbe, je bila izračunana s pomočjo v program EnergyPlus vgrajene funkcije, ki oceni rabo energije na podlagi razlike med izračunano temperaturo zraka v stavbi Ta,i in nastavitvijo temperature termostata Tsetpoint [C]. Notranji dobitki v izračunih niso bili upoštevani, saj je bil cilj pridobiti podatek o učinku spremembe optičnih in toplotnih lastnosti obravnavanih različic dvojnega membranskega ovoja (poglavji 3.1.1 in 3.2.1) na potrebo po energiji. Kljub temu je bil predviden urnik, v času katerega je bilo v ogrevalni sezoni (obdobje od 1. oktobra do 30. aprila (naslednje leto)) ogrevanje razpoložljivo (delavniki med 8h in 22h). Enako je bilo predvideno za sezono hlajenja ŠDB (od 1. maja do 30. septembra). Količine energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje, in pripadajoči prihranki oziroma pribitki so bili izračunani za šest različic konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ŠDB, tri prosojne in tri neprosojne (preglednica 3.2.3.2). Prosojne konstrukcije vključujejo obstoječo različico ovoja ŠDB PES(1)2009z/PES(2)2009z (primer a), ETFE/ETFE (primer b) in z aerogelom izolirano različico ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (privzeta vrednost termične emitivnosti eT zunanje strani 110 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. notranje membrane je bila enaka 0,96 in enaka primeroma dvojnega membranskega konstrukcijskega sklopa a in b) (primer c). Za primerjavo in dodatno ponazoritev učinka uvedbe aerogelne izolacijske odeje so bili narejeni še izračuni o rabi energije za tri primere debeline aerogelne izolacijske odeje (10 mm (primer d), 20 mm (primer e), 40 mm (primer f)). Preglednica 3.2.3.2: Rezultat izračuna letne energije, potrebne za ogrevanje Qheat,a [kWh/m2.a] in hlajenje Qcool,a [kWh/m2.a] ŠDB, s programom EnergyPlus za več različic prosojnosti sestave konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja (PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) Table 3.2.3.2: EnergyPlus calculation of yearly energy use for heating Qheat,a [kWh/m2.a] and cooling Qcool,a [kWh/m2.a] of the air-supported dome at Brezovica for different cases of transparent and translucent composition of the double membrane envelope constructional complex (PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) Električna Energija Δ Δ Debelina energija - zem. plina - (Qheat,a- (Qheat,a- Obdobje ogrevalne sezone TI ventilator ogrevanje Q a a a heat,a ) Qheat,a )/Qheat,a Primer [mm] [kWh/m2.a] [kWh/m2.a] [kWh/m2.a] [%] Prosojno a PES(1)2009z/PES(2)2009z brez 4,3 195,4 b ETFE/ETFE brez 4,0 167,1 -28,3 -14 c ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10 mm 4,2 151,6 -43,8 -22 Neprosojno d ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10 mm 4,3 179,0 -16,4 -8 e ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 20 mm 4,3 171,0 -24,4 -12 f ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 40 mm 4,3 165,1 -30,3 -15 Električna Energija - Δ Δ Debelina energija - hlajenje – (Qcool- (Qcool- Obdobje ohlajevalne sezone TI ventilator ocenjeno Qcool,a)/Qcool,a Qcool,a)/Qcool,a Primer [mm] [kWh/m2.a] [kWh/m2.a] [kWh/m2.a] [%] Prosojno a PES(1)2009z/PES(2)2009z brez - 46,6 b ETFE/ETFE brez - 1053,8 1007,2 2161 c ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10 mm - 241,4 194,8 418 Neprosojno d ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10 mm - 2,0 -44,6 -96 e ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 20 mm - 1,7 -44,9 -96 f ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 40 mm - 1,6 -45,0 -97 Iz preglednice 3.2.3.2 je razvidno, da je energija, potrebna za ogrevanje obstoječe obravnavane ŠDB (primer a), relativno velika (195,4 kWh/(m2.a)) glede na to, da je željena temperatura zraka 17 C in da stavba ni stalno ogrevana, ob tem pa njena ultralahka konstrukcija ne omogoča shranjevanja toplote. Tovrstne konstrukcije so sicer bolj primerne za prekinjeno ogrevanje (slika 3.2.3.2) v kolikor sistem ogrevanja omogoča hiter odziv na spremembo željene temperature zraka v stavbi, kot na primer toplozračni sistem s plinskim gorilnikom v analizirani ŠDB (poglavje 2.1.1.3). Izračun energije za ogrevanje pokaže, da ob upoštevanju lokalnega podnebja, uporaba 10 mm debele prosojne aerogelne toplotnoizolacijske odeje Spaceloft® (primer c) doprinese 22% prihranek energije potrebne za ogrevanje glede na izhodiščni primer (primer a, preglednica 3.2.3.2). Razvidno je tudi, da je ta prihranek (22 %, primer c) višji kakor v primeru b (14 %), ki predvideva uporabo le visoko prepustne folije ETFE. Na drugi strani ocena energije potrebne za hlajenje za primer c (preglednica 3.2.3.2) pokaže 5,2-kratno povečanje (s 46,6 na 241,4 kWh/m2.a) glede na izhodiščni primer a. V primeru c (preglednica 3.2.3.2) je povečanje količine energije, potrebne za hlajenje, še občutno večje (22,6-kratno povečanje, s 46,6 na 1053,8 kWh/m2.a). Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 111 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Rezultat primera d pokaže, da je povečanje prepustnosti za sončno sevanje (z 2,3 % na 4,2 %, preglednica 3.1.1.3) in sočasno povečanje toplotnega upora konstrukcijskega sklopa (~ 3,3-krat, slika 3.2.1.2) zaradi uporabe folije ETFE in aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® učinkovito, saj bi tedaj, ko aerogelna izolacijska odeja ne bi bila prosojna, bil prihranek energije za ogrevanje le 8 %. To pokaže, da so bistveni sončni dobitki v primeru ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, ki se jih zaradi povečanega toplotnega upora konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja lahko bolj učinkovito zadrži v stavbi (27,4 kWh/m2.a ali 14 % energije, potrebne za ogrevanje v primeru a). Ta rezultat dodatno potrdi dejstvo, da tudi uporaba 40 mm debele neprosojne aerogelne izolacijske odeje (15-odstotni prihranek glede na primer a) v danem primeru ŠDB ne bi imela enakovrednega učinka kakor uporaba 10 mm prosojne aerogelne izolacijske odeje z enako toplotno prevodnostjo. Nasprotno bi tekom poletja, ko sončni dobitki niso zaželeni, uporaba 40 mm aerogelne izolacijske odeje sicer bistveno zmanjšala čas in stopnjo pregrevanja stavbe, vendar bi s takim ukrepom poleg predhodno pojasnjenega neugodnega vpliva na rabo energije za ogrevanje v zimskem času onemogočili tudi dnevno osvetljevanje stavbe. 3.2.3.3 Toplotno ugodje v Športni dvorani Brezovica Čeprav je vklapljanje ogrevalnega sistema najpogosteje vezano na željeno temperaturo zraka v stavbi (tudi v primeru ŠDB), temperatura zraka ni edini parameter, ki določa stopnjo toplotnega ugodja. V mehansko ogrevanih ali hlajenih stavbah je toplotno ugodje moč določiti po Fangerjevem modelu v skladu s standardom SIST EN ISO 7730:2006 [172]. Kljub tako rekoč enakemu povprečnemu dnevnemu temperaturnemu profilu Ta,i za januar (slika 3.2.3.2) se učinek uvedbe 10 mm debele prosojne aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® odrazi tudi na višji temperaturi notranje površine dvojnega membranskega ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE MRTc (slika 3.2.3.3). 20.0 15.0 C][i ,Ta a10.0 karz arut 5.0 arepme b T 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 a -5.0 Ura dneva [h] Slika 3.2.3.2: Januarsko mesečno povprečje temperature notranjega zraka Ta,i tekom dneva v ŠDB za primer konstrukcijskega sklopa obstoječega dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) in nove različice ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja b) Figure 3.2.3.2: Monthly average interior air temperature during a January day Ta,i inside the Brezovica air-supported dome double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve b) 112 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 12.0 C]°[ T 10.0 RM i 8.0 bvats 6.0 v .šrv 4.0 op .p 2.0 met b .c 0.0 aid 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ar -2.0 . a derS -4.0 Ura dneva [h] Slika 3.2.3.3: Januarsko mesečno povprečje srednje radiacijske temperature površin v ŠDB (MRT [°C]) tekom dneva za primer konstrukcijskega sklopa obstoječega dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (krivulja a) in nove različice ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (krivulja b) Figure 3.2.3.3: Monthly average mean radiant temperature (MRT [°C]) of surfaces inside the air- supported dome at Brezovica during a January day for double membrane envelope constructional complex cases PES(1)2009z/PES(2)2009z (curve a) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (curve b) Preglednica 3.2.3.3: Vhodni podatki in rezultat izračuna indeksov toplotnega ugodja PMV [-] in PPD [%] v skladu s standardom SIST EN ISO 7730:2006 z uporabo programa PMV Tool ter določitev kategorije stavbe po indeksih PMV in PPD, izračunanih v skladu s standardom SIST EN 15251:2007 Table 3.2.3.3: Input data and result of PMV [-] and PPD [%] thermal comfort indices in accordance with international standard SIST EN ISO 7730:2006 by using computer program PMV and determination of building category considering the calculated PMV and PPD according to European standard SIST EN 15251:2007 ETFE/ PEfabric/ aerogel/ PES(1)2009z/ PEfabric/ Čas PES(2)2009z ETFE Toplotni Stopnja MRT a a a c c c i,avg Ti,avg RHi,avg MRTi,avg Ti,avg RHi,avg upor oblačil aktivnosti v [C] [C] [%] [C] [C] [%] [clo] [-] [m/s] 8h 3 16 28 5 16 27 0,3 4,0 0,13 12h 7 17 26 10 17 26 0,3 4,0 0,13 22h 5 17 26 7 17 26 0,3 4,0 0,13 8h 3 16 28 5 16 27 0,3 3,5 0,13 12h 7 17 26 10 17 26 0,3 3,5 0,13 22h 5 17 26 7 17 26 0,3 3,5 0,13 8h 3 16 28 5 16 27 0,3 3,0 0,13 12h 7 17 26 10 17 26 0,3 3,0 0,13 22h 5 17 26 7 17 26 0,3 3,0 0,13 ETFE/ PEfabric/ aerogel/ PES(1)2009z/ Kategorija stavbe po PEfabric/ Kategorija stavbe po Čas PES(2)2009z SIST EN 15251:2007 ETFE SIST EN 15251:2007 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 113 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. PMV PPD PMV PPD [-] [%] [-] [%] 8h 0,11 5,2 I 0,24 6,2 II 12h 0,49 10,1 II 0,71 15,7 IV 22h 0,35 7,5 II 0,49 10,1 II 8h -0,44 9,0 II -0,30 6,8 II 12h -0,05 5,1 I 0,17 5,6 I 22h -0,20 5,8 I -0,05 5,1 I 8h -0,99 25,8 IV -0,85 20,3 IV 12h -0,60 12,7 III -0,38 8,0 II 22h -0,75 16,9 IV -0,60 12,7 III MRTc je v januarju, ki je najhladnejši mesec v letu glede na obravnavane vremenske podatke [164], med 8. in 22. uro v povprečju višja od MRTa (primer PES(1)2009z/PES(2)2009z) za 2,7 C, kar v nasprotju s pričakovanji nekoliko poslabša stopnjo toplotnega ugodja (preglednica 3.2.3.3) in s tem tudi klasifikacijo stavbe v skladu s standardom SIST EN 15251:2007 [173]. Pri tem je treba poudariti, da standard in uporabljeno programsko orodje za izračun indeksov PMV in PPD PMV Tool [174], ne obravnavata primerov stopnje aktivnosti nad 4,0 (tenis, ples, telovadba [155]). Na drugi strani je treba opozoriti, da bi že ob stopnji aktivnosti pod 3,5 bil rezultat nasproten in bi bilo izračunano povišanje MRT, podano v preglednici 3.2.3.3, ugodno. V preglednici 3.2.3.4 so podani še deleži ur v posameznem mesecu v letu upoštevajoč izbrano vremensko datoteko [164], ko je izpolnjen eden od treh pogojev Ta,i ≥ 26 C, 17 C ≤ Ta,i ≤ 26C in Ta,i ≤ 17C za posamezno različico konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja, stavba pa je v prostem teku (ni ogrevanja ali hlajenja). Iz teh podatkov je razvidno, da se delež ur v ogrevalni sezoni (obdobje od 1. oktobra do 30. aprila (naslednje leto)) in podrobneje v marcu, aprilu in oktobru v primeru sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE v primerjavi z izhodiščnim sklopom PES(1)2009z/PES(2)2009z, poveča za nekaj ogrevalnih dni (marec 30 h ali ~ 2 dni, april 50 h ali ~ 3,5 dni in oktober 45 h ali ~ 3 dni). Maja in oktobra ima uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® tudi ugoden vpliv, čeprav se zviša tudi stopnja pregrevanja stavbe, medtem ko v poletnih mesecih, juniju, juliju in avgustu, delež ur v ugodnem območju Ta,i med 17 in 26 C opazno upade. Podatki v preglednici 3.2.3.4 pokažejo tudi, da uporaba konstrukcijskega sklopa sestavljenega zgolj iz dveh folij ETFE, ne da želenega učinka, saj se poleti ŠDB močno pregreva, v prehodnih mesecih pa delež ugodne Ta,i ni večji kakor pri ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Februarja, oktobra in novembra je v primeru sklopa ETFE/ETFE, povečanje deleža ur, ko je Ta,i v ugodnem območju med 17 °C in 26 °C, večje kakor v primeru ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE za 4 %, 3% in 2 %, kar ne odtehta neugodnega rezultata povečane stopnje pregrevanja ŠDB v mescih od maja do septembra. Preglednica 3.2.3.4: Delež časa v letu, ko je temperatura zraka v stavbi Ta,i [°C] nad, v in pod območjem nastavitev termostata, ko ogrevanje oziroma hlajenje ni potrebno Table 3.2.3.4: Percentage of time in a year, when the indoor air temperature Ta,i [°C] is above, in and under the range of thermostat settings, when heating or cooling is not required ETFE/ PEfabric/ aerogel/ PES(1)2009z/ ETFE/ PEfabric/ Št. Ur v mesecu PES(2)2009z ETFE ETFE Ta,i ≥ 26 C JAN 744 0 % 0 % 0 % FEB 672 0 % 0 % 0 % MAR 744 0 % 6 % 0 % APR 720 0 % 15 % 2 % MAJ 744 8 % 32 % 15 % JUN 720 19 % 31 % 28 % 114 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. JUL 744 23 % 43 % 31 % AVG 744 20 % 40 % 27 % SEP 720 1 % 22 % 4 % OKT 744 0 % 6 % 0 % NOV 720 0 % 1 % 0 % DEC 744 0 % 0 % 0 % Letno povprečje 730 6 % 16 % 9 % 17 C ≤ Ta,i ≤ 26 C JAN 744 0 % 0 % 0 % FEB 672 0 % 5 % 1 % MAR 744 2 % 6 % 6 % APR 720 13 % 20 % 20 % MAJ 744 38 % 30 % 40 % JUN 720 47 % 30 % 45 % JUL 744 55 % 41 % 52 % AVG 744 60 % 48 % 59 % SEP 720 36 % 30 % 42 % OKT 744 8 % 17 % 14 % NOV 720 0 % 3 % 1 % DEC 744 0 % 0 % 0 % Letno povprečje 730 22 % 19 % 23 % Ta,i ≤ 17 C JAN 744 100 % 100 % 100 % FEB 672 90 % 85 % 90 % MAR 744 98 % 83 % 94 % APR 720 84 % 62 % 75 % MAJ 744 53 % 39 % 45 % JUN 720 30 % 39 % 24 % JUL 744 23 % 15 % 17 % AVG 744 21 % 87 % 15 % SEP 720 60 % 45 % 51 % OKT 744 92 % 78 % 86 % NOV 720 97 % 93 % 96 % DEC 744 100 % 100 % 100 % Letno povprečje 730 71 % 69 % 66 % 3.2.3.4 Analiza vpliva optičnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja na sončne dobitke Spektri optičnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja ne podajo informacije o absolutni količini skozenj prepuščene, od njega odbite ali absorbirane energije. Zato so na slikah 3.2.3.4 in 3.2.3.5 prikazani spektri gostote sevalnega toka sonca uteženi s totalno (hemisferično) spektralno prepustnostjo TTsol() (46), totalno (hemisferično) odbojnostjo TRsol() (47, 48) oziroma absorptivnostjo Asol() (49). Pri pripravi teh podatkov je bila upoštevana spektralna porazdelitev gostote sevalnega toka sonca e,ISO9845() [W/m2.μm] v skladu s standardom ISO 9845-1:1992 [86], spektri TTsol(), TRsol() in Asol() pa so bili predhodno interpolirani na ustrezne valovne dolžine na katerih je definiran e,ISO9845(). Ponovno je potrebno omeniti tudi, da so sončne optične lastnosti v splošnem odvisne od vpadnega kota svetlobe oziroma sončnega sevanja, medtem ko so obravnavane le v okviru predpostavk in metodologije meritev predstavljenih v poglavju 2.2.1. 𝑞𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙() = 𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙(𝜆) Φ𝑒,𝐼𝑆𝑂9845(𝜆) (46) 𝑞𝑇𝑅𝐵𝑠𝑜𝑙() = 𝑇𝑅𝐵𝑠𝑜𝑙(𝜆) Φ𝑒,𝐼𝑆𝑂9845(𝜆) (47) 𝑞𝑇𝑅𝑊𝑠𝑜𝑙() = 𝑇𝑅𝑊𝑠𝑜𝑙(𝜆) Φ𝑒,𝐼𝑆𝑂9845(𝜆) (48) 𝑞𝐴𝑠𝑜𝑙() = 𝐴𝑠𝑜𝑙(𝜆) Φ𝑒,𝐼𝑆𝑂9845(𝜆) (49) Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 115 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 10000 agenlav Sonce ASTM E92 m = 2.0 e m] s  .2 1000 ato m ts ETFE/ETFE o W/[ g ) a λ n ( lo 100 e ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE č s š T u T p q e a r c p n j o 10 o s v a o k i o z t PES(1)2009z/PES(2)2209z okS 1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 Valovna dolžina  [m] Slika 3.2.3.4: Sončni spekter Φe,ISO9845 [W/m2.μm], utežen s totalno spektralno prepustnostjo TTsol() [-] za vzorce PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/ PEfabric/ETFE Figure 3.2.3.4: Solar spectrum Φe,ISO9845 [W/m2.μm] weighted by total spectral transmittance TTsol() [-] of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 10000 ato Sonce ISO 9845-1:1992 m = 1.5 ts m] o . ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE g 2 a m 1000 tib W/ d [ ETFE/ETFE o ) a λ j ( l o o v sB 100 o R .š q T r v a PES(1)2009z/PES(2)2009z o c p n o e s 10 jn a a k n o u t z . v d e O s 1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 Valovna dolžina  [m] Slika 3.2.3.5: Sončni spekter Φe,ISO9845 [W/m2.μm], utežen s totalno spektralno odbojnostjo na črni podlagi TRBsol() [-] za vzorce PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.2.3.5: Solar spectrum Φe,ISO9845 [W/m2.μm] weighted by total spectral reflectance on black background TRBsol() [-] of samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE V preglednici 3.2.3.5 so podane vrednosti skozi konstrukcijski sklop prepuščene, od njega odbite ali v njem absorbirane energije ob prehodu sončnega sevanja in vpadnem kotu v skladu z metodologijo meritev optičnih lastnosti z celotno, UV; VIS in NIR območje sončnega spektra med 300 in 2500 nm. Integral spektralne porazdelitve gostote toka uporabljenega sončnega spektra Φe,ISO9845 med 300 in 2500 116 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. nm znaša 1000 W/m2, na posamezna območja UV, VIS in NIR pa odpadejo deleži energije 3 % (UV), 55 % (VIS) in 42 % (NIR). Preglednica 3.2.3.5: Gostota prepuščenega (qTTsol), odbitega (qTRBsol in qTRWsol) in absorbiranega (qAsol) sevalnega toka sonca [W/m2] na celotnem sončnem spektru (od 300 nm do 2500 nm), na valovnem območju ultravijoličnega sevanja (UV), na valovnem območju vidne svetlobe (VIS) in valovnem območju kratkovalovnega infrardečega sevanja (NIR) za vzorce dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Table 3.2.3.5: Radiative flux density [W/m2] of solar radiation transmitted (qTTsol), reflected (qTRBsol and qTRWsol) or absorbed (qAsol) by the double membrane envelope samples PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE in full solar spectrum (from 300 nm to 2500 nm), in the ranges of ultraviolet (UV), visible (VIS) and infrared (NIR) radiation Vzorec qTTsol qTRBsol qTRWsol qAsol [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] PES(1)2009z/PES(2)2009z 23 666 671 311 ETFE/ETFE 810 151 781 39 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ET 42 730 742 228 FE q q q q q q Vzorec TTsol,UV TTsol,VIS TTsol,NIR TRBsol,UV TRBsol,VIS TRBsol,NIR [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] PES(1)2009z/PES(2)2009z 0 9 14 3 367 295 ETFE/ETFE 18 431 361 11 98 42 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ET 0 22 20 22 433 274 FE q q q q q q Vzorec Asol,UV Asol,VIS Asol,NIR TRWsol,UV TRWsol,VIS TRWsol,NIR [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] PES(1)2009z/PES(2)2009z 27 174 111 3 370 297 ETFE/ETFE 2 21 16 14 439 328 ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ET 8 94 126 22 441 279 FE Rezultati v preglednici 3.2.3.5 pokažejo, da se razmerja prepuščene energije med posameznimi območji UV, VIS in NIR za različice konstrukcijske sklope razlikujejo in da se ob uporabi na novo predlagane različic konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE močno poveča delež energije v vidnem delu sončnega spektra (qTTsol,VIS), iz 39 % na 52 %, skoraj na delež VIS osnovnega sončnega spektra. Poleg količine prepuščene energije se poveča tudi količina odbite energije v UV- in VIS- območju, kar pokažejo vrednosti qTRBsol,UV, qTRBsol,VIS. V območju NIR pa količina odbite energije qTRBsol,NIR upade, kar posledično pomeni, da se poveča količina absorbirane energije (qAsol,NIR) v območju NIR. Povečanje absorbiranega energijskega toka v območju NIR (qAsol,NIR) za primer ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE glede na primer PES(1)2009z/PES(2)2009z je manjše kakor je povečanje odbite energije v VIS območju (qTRBsol,VIS), na podlagi česar lahko domnevamo, da je v celoti kombinacija optičnih lastnosti ugodna. Zvišanje stopnje in podaljšanje časa pregrevanja analizirane ŠDB pa je bilo pričakovano, saj se z uporabo folije ETFE v kombinaciji s toplotnoizolacijsko odejo Spaceloft® poviša tako količino prepuščene sončne energije, kakor zmanjšajo transmisijske toplotne izgube skozi dvojni membranski ovoj. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 117 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Preglednica 3.2.3.6: Razpoložljiva sončna energija [kWh/m2.mo] po mesecih izračunana iz osončenosti horizontalne zunanje površine upoštevajoč letne vremenske podatke za Ljubljano [164] (Qsol,mo) ter s totalno prepustnostjo za sončni spekter med 300 nm in 2500 nm (TTsol) konstrukcijskih sklopov PES(1)2009z/PES(2)2009z (Q a b sg,mo ), ETFE/ETFE (Qsg,mo ) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Q c sg,mo ) utežene vrednosti Table 3.2.3.6: The available solar energy [kWh/m2.mo] by months calculated from outdoor horizontal surface irradiance considering the yearly weather data for Ljubljana [164] (Qsol,mo) and its values weighted by the total solar transmittance (TTsol) of the double membrane envelope constructional complex variants PES(1)2009z/PES(2)2009z (Q a sg,mo ), ETFE/ETFE (Q b c sg,mo ) and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Qsg,mo ) Horizontalna zunanja Primer konstrukcijskega sklopa (preglednica 3.2.3.2) površina Primer a Primer b Primer c Mesec Q a b c sol,mo Qsg,mo Qsg,mo Qsg,mo [kWh/m2.mo] [kWh/m2.mo] [kWh/m2.mo] [kWh/m2.mo] JAN 30,5 0,7 24,7 1,3 FEB 51,0 1,2 41,3 2,1 MAR 91,4 2,1 74,1 3,8 APR 125,9 2,9 102,0 5,3 MAJ 162,0 3,7 131,2 6,8 JUN 171,4 3,9 138,8 7,2 JUL 176,3 4,1 142,8 7,4 AVG 148,1 3,4 119,9 6,2 SEP 105,1 2,4 85,1 4,4 OKT 62,5 1,4 50,6 2,6 NOV 31,0 0,7 25,1 1,3 DEC 21,6 0,5 17,5 0,9 LETO 1176,7 27,1 953,1 49,4 V preglednici 3.2.3.6 so poleg letne podane še mesečne vrednosti potencialnih sončnih dobitkov Qsg,mo [kWh/m2.mo], pri čemer je upoštevana le horizontalna površina. Za izračun so bili uporabljeni vremenski podatki za Ljubljano [164], uporabljeni pa sta bili enačbi (50) (za Qsol,mo [kWh/m2.mo]) in (51) (za Qsg,mo [kWh/m2.mo]), kjer Io,glob [W/m2] pomeni globalno osončenost zunanje horizontalne površine, Δt časovni interval dolžine 1 h in TTsol totalno prepustnost ovoja za sončno sevanje (poglavje 3.1.1). Vrednosti v preglednici 3.2.3.6 še niso pomnožene z absorptivnostjo notranjih površin, saj je bil namen pokazati razlike med primeri konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009/PES(2)2009 (Primer a), ETFE/ETFE (Primer b) in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (Primer c). 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑚𝑜 = 𝐼𝑜,𝑔𝑙𝑜𝑏 Δ𝑡 (50) 𝑄𝑠𝑔,𝑚𝑜 = 𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑚𝑜 (51) 118 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 200 aj Sonce ig ] 180 r o PES(1)2009/PES(2)2009 en m ETFE/ETFE e .2 160 n ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE i m/ o 140 ml, Wh o k s [ 120 Q o aj m, a tae 100 ve h s Q . 80 č ej n n o av 60 s a e j r i g 40 gr o e a n z 20 E 0 JAN FEB MAR APR MAJ JUN JUL AVG SEP OKT NOV DEC Mesec Slika 3.2.3.6: Mesečna količina sončnega sevanja na zunanji horizontalni površini Qsol,mo [kWh/m2.mo] in mesečna energija, potrebna za ogrevanje ŠDB Qheat,mo [kWh/m2.mo], izračunana s programom EnergyPlus za obravnavane različice konstrukcijskega sklopa njenega dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Figure 3.2.3.6: Monthly amount of solar energy incident on outdoor horizontal surface Qsol,mo [kWh/m2.mo] and monthly energy demand for heating of the air-supported dome at Brezovica Qheat,mo [kWh/m2.mo] calculated with EnergyPlus software considering the three studied double membrane envelope constructional complexes PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE and ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE Primerjava vrednosti mesečne energije, potrebne za ogrevanje ŠDB, Qheat,mo [kWh/m2.mo] ter količine na zunanjo horizontalno površino vpadne sončne energije v posameznem mescu Qsol,mo [kWh/m2.mo] (slika 3.2.3.6) pokaže, da je v času ogrevalne sezone (obdobje od 1. oktobra do 30. aprila (naslednje leto)) kljub idealiziranemu primeru vse mesece razen decembra (primer a in primer b) na voljo več sončne energije, kot bi je v ŠDB dejansko potrebovali za ogrevanje. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 119 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 4 RAZPRAVA Rezultati raziskave optičnih in toplotnih lastnosti obravnavanih vzorcev materialov in primerov konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja so pokazali, da je mogoče sestaviti toplotno izoliran konstrukcijski sklop, v našem primeru z uvedeno aerogelno izolacijsko odejo Spaceloft® debeline 10 mm, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, ki ima celo večjo totalno prepustnost za dnevno svetlobo TTvis, hkrati pa je ta tudi bistveno bolj toplotno izolativen kot izhodiščni konstrukcijski sklop PES(1)2009z/PES(2)2009z dvojnega membranskega ovoja obstoječe ŠDB. Učinek uporabe konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE na dnevno osvetljenost, toplotno ugodje uporabnika in energetsko učinkovitost vzorčne stavbe ŠDB je bilo glede na omejeno dostopnost do materiala in stroškov prototipne izvedbe mogoče opredeliti le s pomočjo računskih in simulacijskih metod, pri uporabi katerih pa je treba sprejeti tudi njihove omejitve. Poleg tega je bilo treba zagotoviti vse potrebne vhodne podatke (podnebne razmere, lastnosti materialov, geometrija stavbe in ovoja), opravljene pa so bile tudi terenske meritve okoljskih parametrov na obstoječi stavbi ŠDB. Tako pridobljeni rezultati so bili uporabljeni pri primerjavi z rezultati računskega oziroma simulacijskega dela, s čimer smo ocenili njihovo ustreznost za nadaljnjo uporabo. Pridobljeni rezultati določitve svetlobnih lastnosti pomenijo mejne vrednosti totalne prepustnosti dvoslojnih prosojnih konstrukcijskih sklopov za vidno svetlobo, saj ima uporabljena folija ETFE enakovredno TTvis (TTvis = 89 %) kot 3 mm debelo čisto steklo (enoslojno TTvis = 90 %, dvoslojno TTvis = 81 % [48]), TTvis s PVC prevlečenih tkanin PES(1)2009 in PES(2)2009 pa je tako nizka (TTvis,PES(1)2009z = 4,1 %, TTvis,PES(2)2009z = 8,9 %), da konstrukcijski sklop PES(1)2009z/PES(2)2009z (TTvis = 1,4 %) ne zagotavlja zadovoljive dnevne osvetljenosti igrišča na standardno oblačen dan (priporočene vrednosti v [110]). Izmerjene vrednosti TTvis s PVC prevlečenih poliestrskih tkanin in folije ETFE sovpadajo z vrednostmi, ki so jih pred tem pridobili drugi avtorji [32] [22], medtem ko je izmerjena vrednost TTvis z aerogelno odejo Spaceloft® izolirane različice sklopa ETFE/ETFE, ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, tehnološka novost na področju membranske arhitekture, ne pa tudi konceptualne [42] [43]. Kot je bilo že omenjeno, predstavljena rešitev konstrukcijskega sklopa vključuje 10 mm debel sloj aerogelne izolacijske odeje Spaceloft®, v raziskovalnem delu pa je bilo s pomočjo Beerovega zakona pokazano, da že enkrat debelejši sloj (20 mm) ne bi prepustil tako rekoč nič svetlobe (TTvis = 0,16 %). Pri debelini 13,2 mm bi se TTvis aerogelne izolacijske odeje (TTvis = 4,0 %) izenačila s TTvis izhodiščne različice dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (TTvis = 1,4 %). Pomembno je še poudariti, da so vsi materiali in sklopi razen prozorne folije ETFE in prozornega sklopa ETFE/ETFE prosojni in imajo visoko motnost. Ravno zaradi te lastnosti pa je bila uporaba programa DAYSIM omejena na enoslojni geometrijski model ovoja vzorčne stavbe ŠDB, saj program RADIANCE omogoča le simulacije primerov prosojnih materialov oziroma sklopov, pri katerih sipanje svetlobe nastopi enkrat. Za določitev totalne prepustnosti TTvis je bila uporabljena ustrezna metoda, da je bilo mogoče uporabiti te eksperimentalno določene lastnosti tudi v računalniškem orodju DAYSIM. Eden osnovnih povodov za raziskavo uvedbe aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® v dvojni membranski ovoj zračno podprtih stavb so bile njene toplotne lastnosti. Aerogeli so na splošno (velja tudi v našem primeru aerogelne odeje Spaceloft®) materiali, ki poleg vakuumskih toplotnoizolacijskih proizvodov zagotavljajo najnižje vrednosti toplotne prehodnosti oziroma U-faktorja konstrukcijskega sklopa pri najmanjši debelini. Hkrati se aerogeli uvrščajo med toplotne izolacije, prepustne za sončno sevanje (»transparent insulation material«), ki so jih v 90. letih intenzivno preiskovali člani Goetzbergerjeve skupine raziskovalcev na Fraunhofer Institutu v Freiburgu [49]. Monolitni prozorni aerogel izkazuje prepustnost vidne svetlobe TTvis primerljivo s čistim steklom (npr.: od 84 % do 87 % 120 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. v primerjavi z vrednostjo 90 % za čisto steklo [47] [48]). Vendar je toplotna prevodnost (λ [W/m.K]) aerogela najnižja med vsemi znanimi trdnimi materiali (npr. od 0,011 W/(m.K) do 0,018 W/(m.K)) [45] [46]. Kljub izjemnim toplotnim lastnostim oken z vgrajenim aerogelom (Airglass AB na Švedskem, U faktor 0,66 W/m2.K, totalna prepustnost za sončno energijo (faktor g) 76-80 % [46]), ima monolitni aerogel nizko natezno trdnost in bi se kaj hitro zdrobil, če bi ga izpostavili mehanskim obremenitvam, ki nastajajo v zračno podprtih stavbah kot je ŠDB. V preteklih raziskavah so avtorji pokazali [50] [51] [45], da uporaba aerogelnih kroglic in zrn [51] med dvema stekloma ali plastikama lahko zagotovi bolj robustne, vendar vseeno dobro prosojne sisteme. V tem pogledu so aerogelne izolacijske odeje pomemben napredek v praktični uporabi aerogelov v zračno podprtih konstrukcijah. Odeja je sestavljena iz nanoporoznega aerogela iz silike, ki deluje kot toplotna izolacija, metilirane silike, ki povečuje hidrofobnost odeje, in poliestrskih ter steklenih vlaken, ki delujejo kot armatura. Upogljivost aerogelne odeje Spaceloft® je glavna prednost, ki omogoča uporabo Spacelofta® (toplotna prevodnost λD je enaka 0,015 W/m.K) za toplotnoizolacijski sloj kompozita. Za predstavitev toplotnih lastnosti in medsebojno primerjavo različnih konstrukcijskih sklopov strokovnjaki poleg TTvis in totalne prepustnosti za sončno energijo, faktor g [-], pogosto uporabljajo toplotni upor R [m2.K/W] oziroma še pogosteje toplotno prehodnost U [W/m2.K] kot ključni parameter [50] [48] [175] [176] [46], čeprav ti dve na splošno ne popišeta podrobnega toplotnega odziva konstrukcijskega sklopa in vpliva na toplotni tok skozi ovoj stavbe. Še zlasti slabo popišeta dinamične, s časom spremenljive toplotne tokove, ki pa niso značilni za tako lahke in s tem slabo toplotno akumulativne stavbe. Zaradi specifične geometrije obravnavane stavbe ŠDB je bilo treba ugotoviti še, ali je mogoče privzeti enakomerne toplotne lastnosti dvojnega membranskega ovoja po celotni strešni konstrukciji. Vzdolž nje se namreč močno spreminja njen naklon, na splošno pa je toplotna prehodnost konstrukcijskih elementov z zračnimi kanali ali žepi odvisna od njihovega naklona [162]. Na podlagi izračunov se je pokazalo, da naklon konstrukcijskega sklopa le malo vpliva na celoten toplotni upor R [m2.K/W]. Njegove vrednosti se za neizolirani različici dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/ETFE v odvisnosti od naklona (preglednica 2.3.2.1) gibljejo v območju med 1,5 in 2,0 % glede na minimalno izračunano vrednost toplotnega upora in med 0,8 in 1,1 % pri konstrukcijskem sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Z eksperimentalno določenimi primeri hitrosti zraka v zračnem kanalu med membranama (v [m/s]) pa je bilo pokazano, da izmerjeno spreminjanje njene vrednosti bolj vpliva na spremembo toplotnega upora kot sprememba naklona. Relativna sprememba toplotnega upora sklopa med primeri vhodnih podatkov a, b in c (preglednica 3.2.1.1), izračunana glede na minimalno vrednost upora, znaša pri neizoliranih različicah dvojnega membranskega ovoja PES(2)2009z/PES(2)2099z in ETFE/ETFE povprečno 6,8 % (od 6,7 % do 7,3 %) in pri izolirani različici ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (termična emitivnost eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,60) povprečno 2,9 % (od 2,8 % do 3,2 %), kar nakazuje ugoden vpliv in zmanjšanje odvisnosti od naklona ovoja in hitrosti zraka v kanalu. Torej v povprečju obravnavanih primerov naklona konstrukcijskega sklopa (preglednica 2.3.2.1) in hitrosti zraka (primeri a, b in c v preglednici 3.2.1.1) je toplotni upor za PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/ETFE enak 0,31 m2.K/W ter 1,02 m2.K/W za ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pri vrednosti termične emitivnosti zunanje strani notranje membrane 0,60. Povprečna absolutna deviacija toplotnega upora R med izmerjenimi primeri hitrosti zraka a, b in c (preglednica 3.2.1.1) je pri neizoliranih različicah dvojnega membranskega ovoja PES(2)2009z/PES(2)2099z in ETFE/ETFE 0,009 m2.K/W oziroma 2,8 % povprečne vrednosti toplotnega upora ter v primeru izolirane različice ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,60) 0,012 m2.K/W oziroma manj kot 1,2 %. V stacionarnem izračunu transmisijskih toplotnih izgub pa bi bil vpliv še manjši, saj stavbni ovoj sestavlja Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 121 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. poleg dvojnega membranskega ovoja med drugim tudi konstrukcijski sklop tal na terenu. Še več, pretok zraka v zračnem kanalu, ocenjen na podlagi izmerjenih hitrosti, je dovolj majhen (169 m3/h) v primerjavi z izmenjavo zraka zaradi zagotavljanja tlačne razlike med notranjostjo in zunanjostjo ŠDB (1,6 ach oziroma 14520 m3/h), da je bilo mogoče zanemariti njegov vpliv na temperaturo zraka v ŠDB v nasprotju z aerogelom izoliranega zračnega solarnega kolektorja v obliki Tromb-Michellove stene, kot je na primer prikazana v raziskavi Marka Dowsona [122]. Pri tem je treba poudariti, da je zračni tlak znotraj kanala med membranama višji od tistega v dvorani, torej povratni tok iz dvorane v zračni kanal brez dodatnega mehanskega dovajanja ni mogoč. Posledično je bilo za namen simulacije temperature zraka v ŠDB in izračune energije, potrebne za ogrevanje, predpostavljeno, da je zračni kanal zaprt, morebitna izmenjava zraka z notranjostjo ŠDB pa zanemarjena. Z vidika varovanja zdravja uporabnika [177] bi bilo ob dejanski uporabi konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE kljub temu, da je aerogelna izolacijska odeja Spaceloft® vstavljena med dve zaščitni plasti PEfabric, priporočljivo, da je zaradi morebitnega odnašanja aerogelnega hidrofobnega prahu s površine kompozita PEfabric/aerogel/PEfabric v notranjost dvorane z zračnim tokom zračni kanal zaprt. Ni še dolgo tega, ko sta bila na trgu dostopna dva tipa komercialnih sistemov dnevnega osvetljevanja, zasnovana na aerogelih, Okagel® in Scoba-lit [41]. Toplotna prevodnost aerogela, uporabljenega pri teh zasteklitvah, je enaka 0,018 W/m.K, izdelovalec oken pa ponuja svetlobnike s toplotno prehodnostjo med 0,60 W/m2.K in 0,3 W/m2.K za 30 mm in 60 mm debela sloja Okagel®. Prepustnost za vidno svetlobo je bila 0,40 in zmanjšanje zaščite pred hrupom za 52 dB. Za primer Okagela izdelovalec Okalux podaja tudi podatke o odvisnosti toplote prehodnosti z aerogelom izolirane zasteklitve [176], ki kažejo, da v nasprotju s klasično dvojno zasteklitvijo z zračnim kanalom med notranjo in zunanjo šipo naklon ne vpliva. Če bi toplotno prehodnost omenjenih dveh debelin zasteklitve Okagel® pretvorili v toplotni upor, bi dobili vrednosti 1,67 m2.K/W za 30 mm debelo različico in 3,33 m2.K/W za 60 mm debelo plast. Tak rezultat je pričakovan, saj kljub nekoliko višji topotni prevodnosti aerogela njegova debelina zadostuje. Pri zasteklitvah z uvedenim aerogelom je treba omeniti tudi ameriško podjetje Kalwall, ki prav tako ponuja fasadne in strešne sisteme zasteklitev z uvedenim aerogelom, katerih toplotna prehodnost se giblje med 0,28 W/m2.K in 3.01 W/m2.K [178]. Zanimivo je, da se totalna prepustnost za dnevno svetlobo (ASTM E-972) teh zasteklitev giblje od le 3 % do maksimalno 53 %, pri čemer se njihov faktor g spreminja med 0,10 ter 0,68. Hkrati, pa proizvajalec navaja, da za večino aplikacij ne priporočajo zasteklitev z več kot 30-odstotno prepustnostjo za dnevno svetlobo. Z obravnavano različico dvojnega membranskega ovoja z uvedenim aerogelom ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE najbolj primerljiva varianta zasteklitve Kalwall ima toplotno prehodnost 1,02 W/m2.K, prepustnost za vidno svetlobo 5 % in totalno prepustnost sončne energije 0,11. Izmed teh treh podatkov najbolj odstopa prav zadnji, saj je faktor g sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE enak 0,23 in tako 2,1-krat višji od izpostavljene Kalwallove zasteklitve. Hkrati je faktor g obstoječega ovoja ŠDB (PES(1)2009z/PES(2)2009z) enak 0,11, kar pomeni, da ta ni osamljen primer in je za konstrukcije z velikim deležem prosojnih površin zunanjega ovoja stavbe treba ustrezno (lokacija, podnebje) izbrati optične in toplotne lastnosti tako, da bi čim bolj smotrno omejili možnost pregrevanja stavbe. Za izračun faktorja g je treba imeti tako podatke o toplotnih lastnostih materialov, ki sestavljajo sklop, kot tudi spektra totalne prepustnosti za sončno sevanje TTsol(λ) in absorptivnosti Asol(λ) zunanje in notranje plasti dvojnega ovoja z zračnim kanalom. Eksperimentalno določene vrednosti totalne prepustnosti za sončni spekter sevanja TTsol vseh treh vzorcev konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z, ETFE/ETFE in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE so bile za 64,3 %, 1,5 % ter 13,5 % višje od 122 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. njihovih totalnih prepustnosti za vidno svetlobo TTvis. V primerjavi z obstoječo različico sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z je TTvis sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE višja, hkrati pa je razmerje med TTsol in TTvis manjše in ugodnejše, saj za enako količino prepuščene svetlobe spustimo v stavbo relativno manj sevanja v preostalih dveh valovnih območjih (UV in NIR). Podrobnejša analiza optičnih lastnosti, kot so totalna prepustnost, totalna odbojnost na črni in beli podlagi in absorptivnost, na valovnih območjih UV-, VIS- in NIR-sevanja je pokazala, da je sklop PES(1)2009z/PES(2)2009z topel na UV-območju in hladen na območjih VIS in NIR, sklop ETFE/ETFE pa na celotnem sončnem spektru hladen. Sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je hladnejši od sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z na valovnih območjih UV- in VIS-svetlob, na območju NIR-svetlobe pa je nekoliko toplejši. Upoštevajoč celoten spekter je sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE hladnejši kot PES(1)2009z/PES(2)2009z in toplejši kot sklop ETFE/ETFE. Torej je mogoče pričakovati, da se na novo predlagana različica dvojnega membranskega ovoja pod vplivom sonca manj segreje kot izhodiščna različica, kar ugodno vpliva na potencialno pregrevanje stavbe. Kot so pokazale terenske meritve, začne temperatura zraka ob notranji površini zunanje membrane Ta,k,h,o hitreje naraščati kot temperatura zunanjega zraka Ta,o takoj, ko nanjo posije (direktno) sonce (pod dovolj majhnim vpadnim kotom) in doseže celo dobrih 14 °C (v povprečju meritev 14,2 °C) višje vrednosti kot temperatura zraka zunaj stavbe in 13 °C (v povprečju meritev 13,5 °C) kot temperatura zraka v stavbi. Čeprav maksimalna razlika med temperaturo zraka ob zunanji stranici notranje membrane Ta,k,h,i in temperaturo zraka v stavbi Ta,h,i časovno ne sovpada z maksimumom razlike med Ta,k,h,o in Ta,h,i, tudi ta v času, ko je obsijana s soncem, zavzame kar visoko vrednost, 9,6 °C. Torej s soncem obsijana in pregreta membrana deluje kot vir toplotne energije in kot pokaže preprost izračun (52) v primerih sklopa, PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, močnejši vir toplotne energije kot skozi ovoj prepuščeno sončno sevanje. Za primer obstoječega ovoja ŠDB: 𝑊 𝑊 𝑊 𝐼𝑑𝑖𝑟,𝑛 × 𝑇𝑇𝑠𝑜𝑙 = 1367 × 0,023 = 31,4 < 𝑚2 𝑚2 𝑚2 (52) 1 𝑊 𝑊 < × ∆𝑇 = 11,26 × 13,5 𝐾 = 152 𝑅𝑠𝑖 𝑚2. 𝐾 𝑚2 Tudi pri izračunu faktorja g se za ta dva primera konstrukcijskega sklopa izkaže, da je člen qi v enačbi (38) večji od TTsol. Ti rezultati lahko deloma pojasnijo relativno majhno razliko med izmerjenima temperaturama zraka v stavbi in zunaj nje, ki se je gibala med -2,6 °C in 1,8 °C. Sicer je bila izmenjava zraka med notranjostjo in zunanjim okoljem stavbe ŠDB visoka (1,6 ach) vendar je bila totalna prepustnost za sončno sevanje očitno dovolj nizka (g = 0,11), da se objekt ni bolj pregrel. To domnevo potrjuje rezultat ocene pregrevanja ŠDB s programom EnergyPlus za primer sklopa ETFE/ETFE, saj kljub temu, da je vzorec hladnejši glede na optične lastnosti v primerjavi s sklopom PES(1)2009z/PES(2)2009z, število ur, ko je temperatura zraka v stavbi Ta,i višja od 26°C pri enaki stopnji izmenjave zraka z okolico (1,6 ach), močno naraste. Tako je mogoče sklepati, da pri sklopu ETFE/ETFE TTsol bistveno in odločilno vpliva na količino solarnih energijskih dobitkov in s tem na pregrevanje stavbe. Ta rezultat se sklada tudi z dejstvom, da v danem primeru TTsol bolj vpliva na vrednost faktorja g kot qi (TTsol = 0,81, qi = 0,02), kar je ravno nasprotno kot v drugih obravnavanih dveh primerih dvojnega membranskega sklopa. Pomembno je tudi poudariti, da so bili rezultati meritev pridobljeni poleti, ko je temperatura zunanjega zraka v celotnem obdobju meritev dosegala ekstremne vrednosti v primerjavi z dolgoletnim povprečjem maksimalnih dnevnih temperatur v obdobju med letoma 1981 in 2010 [179]. Povprečna izmerjena Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 123 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. maksimalna temperatura zraka v okolici ŠDB je bila 34,7 °C, njena maksimalna izmerjena vrednost pa je dosegla celo 42,9 C. Povprečni maksimum za obdobje med letoma 1981 in 2010 za julij znaša 27,3 C, za avgust pa 26,7C [179], kar je za julij 7,4 °C za avgust pa 8,0 C pod izmerjeno vrednostjo. Izračunana povprečna dnevna temperatura iz vrednosti kontinuiranih meritev znaša 24,9 C, povprečni mesečni temperaturi za julij in avgust, ki ju podaja Agencija za okolje in prostor [179], pa 21,3 C in 20,6 C. Tako razlika za avgust znaša kar 4,3 C. Na podlagi podatkov za obdobje med letoma 1996 in 2005 [164] je povprečna dnevna temperatura za julij in avgust 2,6 C in 2,5 C pod izračunano vrednostjo 24,9 C. Nasprotno pa se je v času terenskih meritev temperature zraka ob površinah membran v kanalu pokazalo naslednje. Temperatura zraka v zračnem kanalu ob zunanji stranici dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z je bila po 14. uri nižja ne le od temperature ob notranji stranici (maksimalno 8,0 °C) zračnega kanala in temperature zraka v stavbi (maksimalno 6,1 °C), ampak tudi od temperature zraka zunaj stavbe (maksimalno 14,2 °C). To sovpada tudi s solarno geometrijo in orientacijo študijskega primera stavbe ŠDB, saj po tem času ni bilo več direktnega sončnega sevanja na mestu meritev na JJV stranici stavbe. Videti je tudi, da se notranja membrana izpostavljena notranjemu zraku v stavbi, ki ima zelo podobno temperaturo kot zrak zunaj stavbe, bistveno počasneje ohlaja kot zunanja membrana (notranja pa ne more služiti kot ponor toplote). Na podlagi tega je mogoče sklepati, da je neto sevalni toplotni tok (valovno območje med 2,5 m in 25 m) med zunanjo površino membrane PES(1)2009z in nebom (atmosfero in črnim ozadjem oziroma okolico) večji kot dobitki energije zaradi absorpcije (difuznega) sončnega sevanja (valovno območje med 0,3 m in 2,5 m). Z drugimi besedami, hlajenje s sevanjem na valovnem območju nizkotemperaturnega IR-sevanja je intenzivnejše kot segrevanje zaradi absorpcije sevanja na valovnem območju sončnega spektra. V raziskavi je bilo s pomočjo Planckovega zakona tudi pokazano, da temperatura površine (Ts,o = -10 C, 20 C, in 50 C) vzorcev PES(1)2009, PES(2)2009, ETFE in PEfabric na valovnem območju od 2,5 m do 16 m ne vpliva bistveno na emitivnost površin materialov, ki so izpostavljene okoliškemu zraku. Hkrati so rezultati pokazali, da so emitivnosti materialov PES(1), ETFE in aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® zelo podobne, zato lahko trdimo, da vsi trije enako dobro izmenjujejo toploto z okoliškimi površinami z dolgovalovnim IR-sevanjem. Obravnava prepustnosti za dolgovalovno infrardeče sevanje različnih plastičnih folij, čeprav nizka (razred nekaj odstotkov, kot je pričakovano za PES(1), ETFE in Spaceloft®), ni nepotrebna [28], vendar je v danem primeru zaradi zahtevnosti obravnave presegala predvideni obseg dela. Posledično je bilo tudi pri simulaciji temperature znotraj obstoječe ŠDB z ovojem, sestavljenim iz PES(1)2009z in PES(2)2009Z, in izračunih rabe energije za ogrevanje in hlajenje dodatno toplotno izolirane ŠDB (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) s programom EnergyPlus predpostavljeno, da je zunanji prosojni ovoj neprepusten za nizko temperaturno infrardeče sevanje na valovnem območju od 2,5 m do 25 m. Izkazalo se je, da pri simulaciji toplotnega odziva in rabi energije za ogrevanje oziroma hlajenje ni problematična le natančna specifikacija tehničnih lastnosti prosojnega elementa stavbnega ovoja na podlagi analiz občutljivosti, kot navajajo Wong, Eames in Perera [47], ampak so problematične tudi omejitve uporabe simulacijskih orodij. Kot je bilo že omenjeno, je bila povprečna absolutna deviacija razlike v Ta,i med eksperimentom in simulacijo enaka 1,2 C, kar je več, kot je bila pričakovana napaka merilne opreme, in bistveno več od same resolucije meritve, njene vrednosti pa so se gibale v območju med -6,2 in 2,0 C, čeprav so bili rezultati simulacije temperature v stavbi glede na rezultate raziskave toplotnega odziva testne sobe z dvojno zastekljenim škatlastim oknom z uporabo programa EnergyPlus 124 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [156] v okviru mogočih in pričakovanih odstopanj. V nadaljevanju dela je bil pridobljen tudi podatek o porabi zemeljskega plina za ogrevanje ŠDB sorodne športne dvorane v Novem mestu, v kateri so teniška igrišča. Podatki o stavbi v Novem mestu in njenem obratovanju so podani v preglednici 4.A.1. Rezultat izračuna energije, potrebne za ogrevanje ŠDB z obstoječo različico dvojnega membranskega ovoja PES(1)2009/PES(2)2009 s programom EnergyPlus ter pretvorbe v porabo zemeljskega plina (preglednica 4.A.2), ob upoštevanju želene temperature zraka v stavbi Ta,i 15 °C v urniku obratovanja stavbe v Novem mestu, pokaže sicer večjo porabo zemeljskega plina za ogrevanje (približno 5000-6000 m3), vendar istega velikostnega razreda. Skrajšanje kurilne sezone na obdobje od novembra do marca bi prihranilo približno 1300 m3 zemeljskega plina, kar je še vedno manj, kot znaša razlika med poročano porabo energenta za ogrevanje in izračunano vrednostjo. Poudariti je treba, da je pričakovanje o enaki porabi energije neupravičeno, saj se med primeroma stavb razlikujejo tudi okolica stavbe, oblika stavbe, stopnja izmenjave zraka, regulacija sistema ogrevanja in na koncu koncev tudi mikroklima. Rezultati izračuna energije (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE enaka je bila enaka 0,96), potrebne za ogrevanje ŠDB, so pokazali prednost uporabe prosojne toplotne izolacije, kot je na primer obravnavana aerogelna izolacijska odeja Spaceloft®, saj naj bi ta zagotovila poleg ustrezne dnevne osvetljenosti igrišča tudi večji prihranek energije za ogrevanje (48,3 kWh/m2.a oziroma 22 %) kot jo zagotavlja celo 4-kratna debelina neprosojne izolacije z enakimi toplotnimi karakteristikami (30,3 kWh/m2.a oziroma 15 %). Poleg tega se med ogrevalno sezono za športne dejavnosti s stopnjo aktivnosti, nižjo od 3,5 MET, izboljša tudi toplotno ugodje uporabnikov in s tem tudi klasifikacija stavbe v skladu z mednarodnim standardom SIST EN 15251:2007. Posledično je, upoštevajoč sezonsko rabo zračno podprtih stavb v danih podnebnih razmerah, uporaba prosojne toplotne izolacije evidentno bolj smotrna in ekonomična kot uporaba neprosojne toplotne izolacije, predlagana rešitev konstrukcijskega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE pa večplasten pasiven ukrep za zagotavljanje energetske učinkovitosti toplotno in vizualno udobnih zračno podprtih stavb. Preprosta ocena povratne dobe stroška aerogelne toplotno izolacijske odeje (preglednica 4.B.1) v odvisnosti od njene cene in cene energenta za ogrevanje pokaže tudi, da s programom EnergyPlus izračunani prihranek energije za ogrevanje ni zanemarljiv. V večini izbranih primerov (35 od 60) cene obravnavanega toplotnoizolacijskega proizvoda (od 5 EUR/m2 do 50 EUR/m2) in cene energenta (od 0.03 EUR/kWh do 0.18 EUR/kWh) je povratna doba stroška prosojnega toplotnoizolacijskega proizvoda (v povprečju 11,6 leta) krajša ali enako dolga kot minimalna pričakovana življenjska doba (10 let) poliestrskih tkanin, prevlečenih s PVC-jem [22], in bistveno krajša (55 primerov od 60) od maksimalne pričakovane življenjske dobe folije ETFE 25 let [22]. Aerogelno izolacijsko odejo Spaceloft® bi lahko umestili med kvazihomogene [47] transparentne izolacije, od preostalih splošno znanih oziroma transparentnih toplotnih izolacij, ki jih omenja/primerja Wong [47], pa se razlikuje predvsem po tem, da je prosojna in ne prozorna (ima visoko stopnjo motnosti, H > 99 %) ter da ima veliko nižjo prepustnost TTsol (4,2 %, pri vpadnem kotu 0° pa več kot 90 % [47]). Kot je bilo že omenjeno za stavbe z velikim deležem za sončno sevanje prepustnega ovoja, je to lahko tudi zaželeno. Wong, Eames in Perera [47] so za primer stavbe v kraju Salzgitter v Nemčiji ocenili povratno dobo investicije v TIM na podlagi rezultatov raziskovalnega projekta številka 20 v okviru raziskovalnega programa na temo solarnega ogrevanja in hlajenja mednarodne agencije za energijo IEA (»International Energy Agency«) [47]. Pokazali so, da bi se začetna investicija vključujoč stroške vzdrževanja povrnila v nekaj manj kot osmih letih obratovanja, če bi privzeli prihranek energije 72 kWh/m2.a in strošek energije 0.03 EUR/kWh. Treba je opozoriti tudi na računski rezultat Marka Dowsona [122], ki je v svoji doktorski disertaciji na primeru stanovanjske hiše, katere del zunanje stene deluje kot zračni kolektor (v obliki Tromb-Michellove stene), izoliran z monolitno aerogelno toplotno izolacijo, pokazal, da uporaba s prosojnim aerogelom izolirane šipe kolektorja prihrani 26 % energije, Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 125 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. potrebne za ogrevanje, medtem ko energijo za hlajenje v juliju in avgustu bistveno poveča. Povratna doba investicije v sistem solarnega kolektorja, izoliranega z aerogelom, je bila ocenjena na 17 let, pri čemer je bil prihranek energije enak 206 kWh/m2.a, cena energenta približno 0.046 EUR/kWh, diskontna stopnja pa 2-odstotna. Čeprav se tipologija, materiali in vzorec uporabe stavbe ŠDB bistveno razlikujejo od omenjenih primerov obravnave TIM-materialov v predhodnih raziskavah, so jim rezultati dela te disertacije podobni in v okviru mogočih pričakovanj. Pri izračunu povratne dobe ni bil upoštevan strošek povečanja količine energije, potrebne za morebitno hlajenje stavbe, saj se obravnavana stavba v poletnih mesecih ne uporablja in nima sistema za hlajenje. Sicer pa je povečano pregrevanje stavb in drugih stavbnih elementov pri uporabi prosojnega stavbnega ovoja, izoliranega s TIM-materiali pričakovano in tudi poudarjeno kot ena poglavitnih ovir pri širšem razvoju in uporabe TIM-materialov [47]. 126 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 5 SKLEPI Pri predstavljenem raziskovalnem delu so bile raziskane optične (totalna prepustnost vidne svetlobe; totalna odbojnost vidne svetlobe; motnost; totalna prepustnost, totalna odbojnost za belo in črno ozadje ter absorptivnost sončnega sevanja) in toplotne (emitivnost dolgovalovnega infrardečega sevanja, toplotni upor, totalna prepustnost za sončno energijo) lastnosti obstoječega dvojnega membranskega ovoja stavbe ŠDB, PES(1)2009z/PES(2)2009z. Na novo je bila zasnovana inovativna izolirana različica konstrukcijskega sklopa ETFE/ETFE. Zanjo je bil teoretično in eksperimentalno ocenjen učinek uvedbe aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® na dnevno osvetljenost, toplotno ugodje in rabo energije za ogrevanje oziroma hlajenje vzorčne ZPS. Rezultati spektroskopije so razkrili, da imata in situ odvzeta vzorca tkanin PES(1)2009 in PES(2)2009, ki sestavljata konstrukcijski sklop obstoječe stavbe ŠDB, nizko prepustnost za vidno svetlobo TTvis (4,0 % in 8,8 %). Nižjo prepustnost ima pričakovano debelejši vzorec (PES(1)2009), odbojnost TRvis pa je za stranici, obrnjeni v notranjost zračnega kanala (PES(1)2009n in PES(2)2009z), zelo podobna (87,1 % in 88,0 %). Zunanja stranica zunanje membrane PES(1)2009z in notranja stranica notranje membrane sta bili opazno onesnaženi, odbojnosti pa enaki 66.5 % in 78.3 %. Izkaže se, da je prepustnost TTvis sklopa, sestavljenega iz očiščenega vzorca zunanje membrane in notranje membrane PES(1)2009z,očiščen/PES(2)2009, enaka 2,3 % in je višja (64 %) kot za sklop PES(1)2009z/PES(2)2009z, za katerega je TTvis enaka 1,4 %. Analiza sončnih optičnih lastnosti (TTsol, TRBsol, TRWsol in Asol) na valovnih območjih UV-, VIS- in NIR-sevanja sončnega spektra pokaže, da je obstoječi konstrukcijski sklop topel na UV-območju in hladen na VIS- in NIR-območjih. Na podlagi spektra odbojnosti v območju dolgovalovnega IR-sevanja je bila s pomočjo Planckovega zakona določena emitivnost eT s PVC in PVDF prevlečene poliestrske tkanine, ki je v celotnem območju pričakovanih temperatur stavbnega ovoja enaka in ima vrednost 0,96. To je posledica dobre absorpcije IR-sevanja, rezultat pa je bil uporabljen tudi kot vhodni podatek za izračun toplotnega upora dvojnega zračno podprtega membranskega ovoja. Toplotni upor R konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z je v povprečju obravnavanih primerov naklona konstrukcijskega sklopa in hitrosti zraka v kanalu enak 0,31 m2.K/W. Slabo polovico njegove vrednosti pomeni toplotni upor zračnega kanala iz česar sledi, da je v primerjavi z enojnimi membranskimi ovoji uporaba dvojnega ovoja smiselna. Totalna prepustnost za sončno energijo g sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z je bila nizka in enaka 0,11. Za izvedbo teh izračunov so bile pred tem opravljene terenske meritve temperature Ta,k in hitrosti zraka vw v zračnem kanalu, ki so bile najprej uporabljene za pripravo vhodnih podatkov za izračun toplotnega upora. Hkrati je bilo na podlagi teh mogoče v primerjavi z znano izmenjavo zraka med notranjostjo in zunanjostjo stavbe (1,6 ach) oceniti, da v obstoječi izvedbi dvojnega membranskega ovoja pretok zraka skozi zračni kanal med membranama ni dovolj velik, da bi ga lahko izkoristili za pasivno ogrevanje dvorane, nadaljnja analiza odvisnosti od klimatskih parametrov pa je bila opuščena. Na podlagi eksperimentalnih rezultatov lahko povzamemo, da uvedba 10 mm debele aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® ob ustrezni kombinaciji optičnih lastnosti konstrukcijske in spremnih membran (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) zagotovi večjo prepustnost vidne svetlobe (povečanje TTvis za ~ 2,6-krat, z vrednosti 1,4 % na 3,7 %) v primerjavi z neočiščenim vzorcem sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z, kot tudi v primerjavi z očiščenim (povečanje TTvis za ~ 1,6-krat, z vrednosti 2,3 % na 3,7 %). Totalna odbojnost TRvis vzorca ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila tako rekoč enaka odbojnosti sklopa PES(1)2009n/PES(2)2009n v smeri vpadne svetlobe iz notranjosti dvorane navzven. Na podlagi terenske spektroskopije je bilo ugotovljeno, da je totalna prepustnost aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (aerogel) v nasprotju z vzorci tkanin in folij, neodvisno od Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 127 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. motnosti, odvisna od kota vpadne svetlobe in višja od laboratorijske vrednosti, ki pa je bila na varni strani in zato tudi uporabljena pri nadaljnjem delu. S pomočjo Beerovega zakona je bilo ocenjeno, da je z vidika dnevnega osvetljevanja stavb uporabna le osnovna debelina aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® 10 mm. Analiza sončnih optičnih lastnosti (TTsol, TRBsol, TRWsol in Asol) na valovnih območjih UV-, VIS- in NIR-spektra sončnega sevanja, je pokazala, da je novi konstrukcijski sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE hladnejši od sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z na valovnih območjih UV- in VIS-sevanja, na območju NIR-sevanja pa nekoliko toplejši. Pomembno je tudi, da je razmerje med TTsol in TTvis manjše in ugodnejše kot pri sklopu, saj za enako količino prepuščene svetlobe spustimo v stavbo relativno manj sevanja v preostalih dveh valovnih območjih (UV in NIR). Enako kot za poliestrske tkanine prevlečene s PVC in PvDF, so bile določene emitivnosti eT polietilenske tkanine PEfabric, folije ETFE (0,96) in aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (0,96). Termografske meritve so potrdile dejstvo, da je tkanina PEfabric prosojna ne le za vidno sevanje, temveč tudi za toplotno IR-sevanje, eksperimentalno določena vrednost eT 0,60 pa pripada kombinaciji PEfabric in za toplotno IR-sevanje visokoodbojnega (t.j. nizko emisijskega) ozadja, kar ponazarja primer kombinacije z nizkoemisijskim materialom. Posledično je toplotni upor zračnega kanala sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, zaradi nižjega koeficienta prenosa toplote s sevanjem hr, v primerjavi s sklopom PES(1)2009z/PES(2)2009z narastel za približno tretjino. Toplotni upor celotnega sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bil v povprečju obravnavanih primerov naklona konstrukcijskega sklopa in hitrosti zraka v kanalu enak 1,02 m2.K/W (brez mejnih zračnih plasti 0,85 m2.K/W), vrednost toplotnega upora zračnega kanala pa je še vedno pomenila slabih 20 %. Pri tem je treba poudariti, da izračun toplotnega upora novega konstrukcijskega sklopa ne upošteva dejanskega učinka uvedbe toplotne izolacije na naravo zračnega toka v kanalu med membranama, temveč so za izhodišče primerjave privzeti enaki eksperimentalno določeni vhodni podatki o temperaturi površin in temperaturi ter hitrosti zraka v kanalu kot za primer PES(1)2009z/PES(2)2009z. Totalna prepustnost za sončno energijo, faktor g, sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,23 in 2,1-krat višja od vrednosti za PES(1)2009z/PES(2)2009z, kar je ugodno z vidika izkoriščanja pasivnih sončnih dobitkov za ogrevanje stavb in negativno z vidika preprečevanja pregrevanja. Povečanje debeline aerogelne polsti na 20 ali 40 mm bi povzročilo izgubo prosojnosti sklopa, toplotni upor aerogelne odeje bi pri debelini 20 mm znašal 1,33 m2.K/W in pri 40 mm 2,67 m2.K/W. Na podlagi eksperimentalno in računsko pridobljenih optičnih in toplotnih lastnosti je mogoče sklepati, da je uporaba tipologije dvojnega membranskega ovoja zračno podprtih konstrukcij kljub uvedbi visokoizolativne aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (λD = 0.015 W/m.K) smiselna. Z vidika prenosa toplote uporaba zračnega kanala zmanjša območje fizičnega kontakta med membranama, s čimer je mogoče, da poleg uvedbe toplotne izolacije (aerogel), po pretežnem delu zračno podprte konstrukcije, pride do izraza tudi nižja emitivnost stranic zračnega kanala. Poleg ugodnega učinka obeh ukrepov, t.j. uvedba aerogela in površine z nizko emitivnostjo, je bilo še ugotovljeno, da uvedba toplotnoizolacijske odeje Spaceloft® bolj vpliva na povečanje vrednosti toplotnega upora sklopa kot predvideno znižanje emitivnosti zunanje strani notranje membrane. Razlika toplotnega upora zračnega kanala med različicama PES(1)2009z/PES(2)2009z in ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je enaka približno 0,05 m2.K/W, kar pa je približno 13-krat manj od vrednosti toplotnega upora 10 mm debele aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (0,67 m2.K/W). Nadaljnja študija uporabe spektralno selektivnega materiala v kombinaciji ali namesto zunanjega sloja PEfabric (TTsol > 0.80, eT < 0,40) [180], ki bi zagotovil nizko termično emitivnost zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, hkrati pa bi bil ustrezno prepusten za spekter sončnega sevanja, bi dodatno obogatila razumevanje učinkovitosti uporabe izolacijske odeje Spaceloft®, kot je predstavljeno v tem delu. 128 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. Mogoče je tudi sklepati, da bi imela opustitev zračnega kanala negativen učinek posredno tudi na totalno prepustnost za sončno energijo g sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, saj bi se ta na račun nižjega toplotnega upora sklopa še bolj zvišala. Ugotovljeno je še bilo, da je za ohranjanje nizkega faktorja g dvojnega ovoja ugodno, če je zunanja membrana bolj absorptivna za sončno sevanje kot notranja, saj se ta laže ohlaja proti zunanjemu okolju kot notranja. Pri sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE zmanjšani prehod toplote oteži ohlajanje membrane proti zunanjosti stavbe, hkrati pa je bila absorptivnost notranje membrane višja od absorptivnosti zunanje membrane, zato je bil vpliv toplotnega toka tudi večji kot pri PES(1)2009z/PES(2)2009z. Izkaže se še, da je vpliv toplotnega toka proti notranjosti stavbe pri ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE večji od vpliva TTsol, kar je ravno nasprotno kot pri PES(1)2009z/PES(2)2009z. Te ugotovitve sovpadajo z rezultatom podrobne analize solarnih lastnosti, ki je pokazala, da je sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE hladnejši od sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z. Poleg problematike uvedbe aerogelne izolacijske odeje v sestavo zunanje membrane dvojnega zračno podprtega membranskega ovoja je treba poudariti, da bi bila analiza toplotnih lastnosti take sestave konstrukcijskega sklopa še naprej smiselna le, če bi lahko eksperimentalno natančno določili temperaturo stranic zračnega kanala in hitrosti zraka v njem, saj je toplotni upor oziroma prehod toplote skozi zračni kanal odvisen od teh vrednosti, posredno pa tudi faktor g, kar je zaradi zahtevnosti izvedbe presegalo predvideni obseg dela. Uporaba na terenu pridobljenih eksperimentalnih vrednosti hitrosti zraka v kanalu med notranjo in zunanjo membrano sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z kot vhodnih podatkov pri izračunu koeficienta konvekcijskega prenosa toplote pokaže, da vpliv kondukcijsko/konvekcijskega prenosa toplote v primerjavi s prenosom toplote z radiacijo (vrednosti hc,i enake od 57 % do 75 % vrednosti hr) sicer ni zanemarljiv in ga je treba upoštevati, na drugi strani pa pokaže, da je vpliv spreminjanja v danem primeru eksperimentalno določene hitrosti zraka (med 0,01 m/s in 0,09 m/s) na toplotni upor celovitega konstrukcijskega sklopa majhen. Za primer sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je ta vpliv manjši od 1 %. Za izvedbo simulacije dnevne osvetljenosti obstoječe ŠDB in računsko napoved dnevne osvetljenosti ŠDB, katere ovoj je bil toplotno izoliran, z računalniškim programom DAYSIM, je bilo najprej uspešno dokazano, da pri pripravi geometrijskega modela izvedene poenostavitve (odsekoma ravni elementi, enoslojni geometrijski model dvojnega membranskega ovoja, enakomerna porazdelitev njegovih svetlobnih lastnosti) niso bistveno vplivale na končni rezultat. S pomočjo analize vsot koeficientov dnevne svetlobe je bilo ugotovljeno, da je orientacija posameznih segmentov modela zračno podprtega ovoja glede na vir svetlobe res poljubna. Na podlagi majhnega odstopanja eksperimentalno pridobljenih vrednosti količnika dnevne svetlobe (KDS) ter izračunanih vrednosti s programom DAYSIM za obstoječo različico membranskega ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z (AAD vrednosti KDS < 0,09%) smo lahko sklepali, da je računalniški program DAYSIM bilo mogoče uporabiti za napoved dnevne osvetljenosti ŠDB (zem. š.: 46,01° S) z novo različico ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Izračun je pokazal, da je z uporabo ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE dnevna osvetljenost igrišča v ŠDB udobnejša oziroma je delež ur, ko je izpolnjen pogoj minimalne dnevne osvetljenosti skoraj za tretjino (32,6 %) večji. Zaradi boljše prepustnosti sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE za dnevno svetlobo in dovolj intenzivne osvetljenosti v notranjosti stavbe je bilo mogoče ohraniti enakomerno razporeditev TTvis po celotnem membranskem ovoju in da delne prekinitve toplotne izolacije po površini kupole (kot da bi navidezno vgradili okno z namenom zvišanja TTvis ovoja) niso potrebne. Na podlagi ocene časa v katerem se v homogenem sloju materiala ob spremembi robnih pogojev vzpostavi stacionarno stanje, je bilo ugotovljeno, da je ta za 10 mm debelo aerogelno izolacijsko odejo Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 129 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. manjši od časovnega koraka ene ure, uporabljenega v izračunih z računalniškim programom EnergyPlus. Tako je bila potrjena tudi ustreznost uporabe programskih modulov računalniškega orodja EnergyPlus, namenjenih podajanju zasteklitev, ki pri prenosu toplote ne obravnavajo vpliva toplotne difuzivnosti. Terenske meritve klimatskih parametrov julija in avgusta 2013 so pokazale, da se stavba ŠDB v t. i. prostem teku, ob visokih temperaturah zunanjega zraka in veliki izpostavljenosti sončnemu sevanju, močno pregreva (Ta,i v času dnevnega viška v povprečju višja od 26 °C tudi za 9 °C ), tako da aktivnosti v njej podnevi niso mogoče. Vendar sta bili kljub vsemu temperaturi zraka zunaj in v notranjosti stavbe podnevi zelo podobni, razlika se je gibala med -2,6 °C in 1,8 °C. Sklepamo lahko, da je bilo to posledica dovolj nizkega faktorja g obstoječega konstrukcijskega sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z, na drugi strani pa dovolj velike izmenjave zraka med notranjostjo stavbe in zunanjo okolico, kot posledice zagotavljanja stabilnosti zračno podprte konstrukcije. Že na podlagi teh ugotovitev in rezultata določitve toplotnih lastnosti ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bilo mogoče predvideti, da uporaba nove različice konstrukcijskega sklopa stopnjo pregrevanja še poslabša. Primerjava že omenjenih rezultatov eksperimentalnih meritev temperature zraka v ŠDB in zunaj nje poleti 2013 s programom EnergyPlus simuliranih vrednosti za isto obdobje sicer pokaže, da simulacija še posebej čez dan nekoliko preceni višino temperature zraka Ta,i, vendar je bilo kljub temu število ur, ko je bila Ta,i višja od 26 °C, za primer dvojnega membranskega ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE bistveno večje kot za obstoječi primer ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z. Za posamezen mesec je bila absolutna razlika med omenjenima primeroma celo največ 21 % časa (september), daljše pa je bilo tudi obdobje tekom leta, ko v prostem teku prihaja do pregrevanja. Poudariti je treba, da se tovrstne stavbe v lokalni klimi že v osnovi po navadi uporabljajo sezonsko, v številnih primerih objektov, namenjenih športnim aktivnostim, ki potekajo tudi na prostem, pa se zračno podprta konstrukcija v poletnem času začasno odstrani. Zračno podprta konstrukcija ŠDB je postavljena vse leto, saj pokriva športno igrišče namenjeno dvoranskim športom z žogo (odbojka, rokomet), vendar se poleti ne uporablja in posledično nima predvidenega sistema hlajenja. V skladu s cilji in hipotezami disertacije je bila ocenjena tudi količina energije potrebne za njeno hlajenje v lokalni klimi [164] hlajenje Qcool, ki se pri toplotno izolirani ŠDB v primerjavi z obstoječo različico poveča približno za 4,2-krat (s 46,6 na 241,4 kWh/m2.a). Analiza sončnih lastnosti je pokazala, da bi bilo za morebitno zmanjšanje stopnje pregrevanja smiselno senčiti (predvsem z odbojem) kratkovalovno infrardeče sevanje med 780 nm in 2500 nm. Analiza toplotnega odziva v zimskem času, izračunanega s programom EnergyPlus, pokaže, da se toplotno ugodje za uporabnike ŠDB, oblečene primerno športnim aktivnostim (toplotni upor oblačil enak 0,3 clo), majhne hitrosti zraka v dvorani (približno 0.1 m/s) ter stopnji aktivnosti MET nižji od ali enaki 3,5 MET poveča. Za dejavnosti s stopnjo aktivnosti, višjo od 3,5 MET, bi lahko na račun zmanjšane razlike med Ta,i in MET znižali nastavitev temperature termostata Tsetpoint. Kljub temu je treba poudariti, da vpliva na toplotno ugodje ni mogoče posplošiti, saj je močno vezano na trenutne klimatske razmere in kombinacijo parametrov, ki določajo toplotno ugodje po standardu SIST EN ISO 7730:2006. Izkazalo se je tudi, da se pri stopnji aktivnosti 3,0 MET in manj toplotno izolirana stavba ŠDB v skladu z določili standarda SIST EN 15251:2007 umesti v višji razred kakovosti toplotnega ugodja kot obstoječa različica. Kljub velikemu zvišanju toplotnega upora (3,2-krat) (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,96) in posledičnemu zmanjšanju transmisijskih izgub skozi konstrukcijski sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je faktor zmanjšanja rabe energije, potrebne za ogrevanje, nižji. Količina energije, potrebna za ogrevanje, se je glede na uporabljene vremenske podatke [164] za lokalno podnebje in ob uporabi 10 mm debelega sloja aerogelne odeje zmanjšala za 22 % (s 195,4 na 151,6 kWh/m2.a). Še več, rezultati so pokazali, da tudi uporaba štirih slojev (40 mm, s toplotnim uporom RSpaceloft (d = 40mm) = 2,67 m2.K/W) aerogelne 130 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. izolacijske odeje Spaceloft® ni zagotovila enakega (celo 7 % manjšega) prihranka energije za ogrevanje. Tako debel sloj aerogelne odeje Spaceloft® je namreč popolnoma neprepusten za sončno sevanje, potencialnih sončnih dobitkov pa ni bilo mogoče izkoristiti. Popolnoma neprosojen ovoj bi sicer skoraj izničil energijo, potrebno za hlajenje, vendar bi hkrati onemogočil dnevno osvetljenost v notranjosti stavbe. Na podlagi izračunanih prihrankov energije za ogrevanje je bila ocenjena tudi povratna doba stroška toplotne izolacije, za katero se je izkazalo, da je sprejemljiva in bistveno krajša od pričakovane življenjske dobe uporabljenih materialov v sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Če povzamemo, smo izvedli vse v uvodu in tudi v dispoziciji doktorskega dela zastavljene cilje raziskovalnega dela (poglavje 1.2). Na podlagi ustreznega eksperimentalnega dela so bile določene optične in toplotne lastnosti več različic dvojnega membranskega ovoja, ki so bile uporabljene tudi v primerjalnih izračunih oziroma simulacijah dnevne osvetljenosti, toplotnega odziva in energije, potrebne za ogrevanje študijskega primera stavbe. Določena je bila ustrezna debelina prosojne aerogelne izolacije ob enakomerni porazdelitvi optičnih in toplotnih lastnosti po celotnem zračno podprtem ovoju, ki izpolnjuje pogoje notranjih bivanjskih razmer za uporabnika (dnevna osvetljenost igrišča in toplotno ugodje), pri čemer je bil izračunan tudi prihranek energije za ogrevanje Športne dvorane Brezovica. Ocenjen je bil tudi vpliv na energijo, potrebno za hlajenje, ki je ob predvideni uvedbi prosojne aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® bistveno narasla, vendar se tovrstni objekti v lokalnem podnebju pogosto uporabljajo le sezonsko (v stavbah ni aktivnosti ali pa se zračno podprta konstrukcija v poletnih mesecih celo odstrani). Upoštevajoč le potrebno energijo za ogrevanje je bilo ugotovljeno, da je povratna doba investicije v samo izolacijo sprejemljiva. Na podlagi dobljenih rezultatov lahko prvo hipotezo: 'Z uvedbo aerogelne izolacijske odeje je mogoče izboljšati toplotno ugodje in vizualne razmere uporabnikov v stavbah z zračno podprto različico dvojnega, lahkega zunanjega ovoja,' v celoti potrdimo, saj smo z računskimi simulacijami dokazali pozitivne vplive uvedbe dodatne aerogelne toplotne izolacije v prosojni konstrukcijski sklop športne dvorane. Drugo hipotezo: 'Z uvedbo aerogelne izolacijske odeje je mogoče zmanjšati količino energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje stavbe z zračno podprto različico dvojnega, lahkega zunanjega ovoja,' lahko le delno potrdimo. Kot je bilo že omenjeno, nova različica konstrukcijskega sklopa izkazuje manjšo potrebo po energiji v zimskem ogrevalnem obdobju (v tem primeru je druga hipoteza potrjena), v nasprotju s poletnim režimom, ko se potreba po energiji znatno poveča (v tem primeru je druga hipoteza zavržena). V okviru namena rabe študijskega primera stavbe ŠDB lahko pritrdilno odgovorimo tudi na poglavitno znanstveno vprašanje, saj smo s pasivnim ukrepom modifikacije optičnih in toplotnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja izboljšali vizualno in toplotno ugodje uporabnika ter hkrati zagotovili občutno zmanjšanje porabe energije, potrebne za ogrevanje obravnavane stavbe, ki celo upraviči povratno dobo stroška toplotne izolacije v sprejemljivem in bistveno krajšem času, kot je pričakovana življenjska doba uporabljenih materialov. Pri tem je bila uporabljena 10 mm debela aerogelna izolacijska odeja Spaceloft®, enakomerno razporejena po celotnem dvojnem membranskem ovoju, oblečena v prosojno polietilensko tkanino ter vstavljena v dvojni membranski ovoj, sestavljen iz etilen tetrafluoroetilenske folije z debelino zračnega kanala 20 cm, ki je visoko prepustna za sončno sevanje. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 131 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 6 POVZETEK Predstavljeno raziskovalno delo obravnava vpliv uvedbe aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® v dvojni membranski ovoj zračno podprtih konstrukcij na parametre, ki opisujejo optične in toplotne lastnosti prosojnih stavbnih ovojev, ter parametre, ki opisujejo delovanje stavb, kot na primer: dnevno osvetljenost, toplotni odziv, rabo energije za ogrevanje in hlajenje ter toplotno ugodje. Zračno podprte konstrukcije se dandanes kot pomemben predstavnik pnevmatskih konstrukcij oziroma ploskovno stabiliziranih membranskih nosilnih konstrukcij [14] pogosto uporabljajo za prekrivanje športnih objektov, kot so igrišča, bazeni ipd. Prvi znani patent iz leta 1918 [3] predvideva njihovo uporabo v vojaške namene, drugi, objavljen leta 1920, pa že uporabo tudi za prekrivanje prizorišč družabnih dogodkov [7]. Poglavitna prednost zračno podprtih konstrukcij je poleg preproste montaže in možnosti večkratne postavitve ta, da so tako rekoč v celoti prosojne in zato omogočajo naravno dnevno osvetljevanje, pri načrtovanju pa je treba smotrno izbrati optične lastnosti tovrstnega ovoja, kar je bilo poudarjeno tudi že na prvem mednarodnem kolokviju na temo pnevmatske arhitekture v Stuttgartu leta 1967 [4]. Uravnotežiti je treba količino prepuščenega vidnega sevanja za zagotavljanje ustrezne dnevne osvetljenosti (brez bleščanja) in količino solarnih dobitkov, da se stavba ne oziroma čim krajše obdobje pregreva. Kljub možnosti izkoriščanja solarnih dobitkov je treba v zmernem klimatskem razredu, v hladnem obdobju leta ter v delih dneva, ko pasivno sončno ogrevanje ni mogoče, tovrstne stavbe ogrevati. Ideja o uporabi primerne transparentne toplotne izolacije za izboljšanje energetske učinkovitosti membranskih [42] in bolj specifično pnevmatskih konstrukcij [43] ni nova. Pripravljen je bil predlog nove sestave konstrukcijskega sklopa dvojnega membranskega ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE. Pri tem je bila uporabljena 10 mm debela aerogelna izolacijska odeja Spaceloft® (aerogel - toplotna izolacija izredne učinkovitosti; toplotna prevodnost le 0,015 W/(m.K)), oblečena v prosojno polietilensko tkanino (PEfabric) ter vstavljena v dvojni membranski ovoj, sestavljen iz etilen tetrafluoroetilenske folije (ETFE) z debelino zračnega kanala 20 cm, visoko prepustne za sončno sevanje. Za oceno vpliva uporabe predlaganega konstrukcijskega sklopa na delovanje stavb z dvojnim zračno podprtim membranskim ovojem je bila izbrana Športna dvorana Brezovica (ŠDB), katere ovoj je sestavljen iz dveh s PVC in PVDF prevlečenih [62] poliestrskih tkanin (PES(1)2009z/PES(2)2009z). Optične lastnosti (svetlobne: TTvis,n-h() [%], DTvis,n-h() [%]); sončne: TTsol() [%], TRWsol() [%], TRBsol() [%]) vzorcev tekstilij, folij in toplotnoizolacijske odeje so bile določene računsko na podlagi spektrov, posnetih s pomočjo spektrometra Perkin Elmer Lambda 950 UV-Vis, opremljenega z integracijsko sfero. Motnost (H [%]) je bila izračunana po postopku B, podanem v standardu ASTM D1003 [83]. Spektralno povprečne vrednosti so bile izračunane z integracijo (Riemannovo vsoto) pripadajočih spektralnih vrednosti, pri čemer so bile glede na valovno območje obravnave uporabljene še ustrezne relativne spektralne porazdelitve moči vira svetlobe (območje vidne svetlobe vir D65 [85]; celoten sončni spekter v skladu z ISO 9845-1 [86]; CIE standardni vir svetlobe tipa A) in pri določanju svetlobnih lastnosti in barv še funkcija relativne barvne občutljivosti človeškega očesa za fotopičen vid CIE standardnega opazovalca po definiciji iz leta 1931 V(λ) [85] oziroma kolorimetrične funkcije 𝑟(λ), 𝑔(λ), 𝑏(λ) [91]. Terenska spektroskopija (določitev vpliva geometrije spektroskopskih meritev (normalno-hemisferično; hemisferično-hemisferično) na vrednost totalne prepustnosti (TTvis,h-h() [%]) in določitev odbojnostnega faktorja Rvis,dif() [%]) je bila opravljena s prenosnim spektrometrom Black Comet izdelovalca StellarNet [88]. Emitivnost vzorcev materialov je bila določena na podlagi meritev odbojnosti na območju dolgovalovnega infrardečega sevanja ReT() [%], za kar je bil uporabljen 132 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. spektrometer Bruker Optics IFS 66/S FT-IR. S pomočjo meritve temperature površine vzorcev Ts [C] z infrardečo kamero Testo 881-3 [89] je bila ocenjena prepustnost vzorcev za dolgovalovno infrardeče sevanje. Temperatura zraka v zračnem kanalu Ta,k(t) [C] in hitrost zraka vk(t) [m/s] sta bili izmerjeni s pomočjo digitalnega večfunkcijskega toplotnega anemometra TESTO 0560.4450 [93]. Dnevna osvetljenost ŠDB je bila eksperimentalno ocenjena s pomočjo KDS [%]. V ta namen so bile narejene meritve globalne osvetljenosti znotraj Ei,exp,glob [lx] in meritve prispevka zenitnega segmenta neba Eo,exp,tube [lx] z merilnikoma osvetljenosti izdelovalca Voltcraft [111], izmed katerih je imel eden (Eo,exp,tube) zmanjšan kot opazovanja (~ 1 sr). Na te vrednosti je bila normalizirana difuzna osvetljenost nezasenčene horizontalne površine Eo,calc,dif [lx], pri čemer je bilo privzeto CIE standardno oblačno nebo [102]. Kontrola normalizacije je bila izvedena s pomočjo spektroradiometra MS-711 izdelovalca Eko Instruments [114]. Eksperimentalne meritve klimatskih parametrov (vw [m/s], Ta,i [C], Ta,o [C], RHa,o [%], RHa,i [%]) za oceno toplotnega odziva ŠDB so bile opravljene z vremensko postajo Conrad [117]. Toplotni upor R [m2.K/W] dvojnega membranskega ovoja je bil določen v skladu z mednarodnim standardom ISO 15099:2003 [119], medtem ko je bila totalna prepustnost za sončno energijo g [-] določena v skladu s standardom ISO 9050:2003 [126]. Računska napoved dnevne osvetljenosti ŠDB z ovojem ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila pripravljena z računalniškim programom DAYSIM [129], ki temelji na metodah vzvratnega sledenja žarkov in koeficientov dnevne svetlobe DC [-]. Za študijo vpliva direktne komponente na količnik dnevne svetlobe je bil uporabljen še Perezov vsevremenski model porazdelitve svetlosti neba [137]. S programom DAYSIM je bila izvedena tudi simulacija eksperimentalnih meritev dnevne osvetljenosti pri kateri je bila svetlobna učinkovitost sončnega sevanja določena tudi na podlagi meritev z merilnikom globalne osončenosti izdelovalca Voltcraft [113]. Simulacija toplotnega odziva ŠDB v času eksperimentalnih meritev, izračun toplotnega odziva za namen določitve toplotnega ugodja v ŠDB in izračun potrebne energije za ogrevanje in hlajenje ŠDB so bili izvedeni z računalniškim orodjem EnergyPlus. Ti izračuni temeljijo na toplotnih bilancah med površinami, na katere vplivajo sevalni in konvekcijski toplotni tokovi. Toplotno ugodje uporabnika pozimi in kategorija stavbe pa sta bila določena v skladu s standardoma SIST EN ISO 7730:2006 [172] in SIST EN 15251:2007 [173]. Raziskava optičnih lastnosti tkanin (PES(1)2009, PES(2)2009, PEfabric), folije (ETFE) in aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (aerogel) je pokazala, da je njena totalna prepustnost vidne svetlobe TTvis [%] podobna (4 %) prepustnosti osnovne konstrukcijske membrane PES(1)2009z (4,1 %), kar je ob izkazani visoki prepustnosti TTvis folije ETFE nakazalo možnost višje TTvis tudi za konstrukcijski sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, predlagan na novo. Nadaljnja spektrometrija je potrdila, da je za vidno svetlobo sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 2,6-krat bolj prepusten kot obstoječi sklop PES(1)2009z/PES(2)2009z in tako rekoč enako moten. Podobno velja za totalno prepustnost sončnega sevanja TTsol [%] na valovnem intervalu med 300 nm in 2500 nm, na katerem je sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE 1,8-krat bolj prepusten kot izhodiščna različica sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z. Upoštevajoč celoten sončni spekter je sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE hladnejši kot PES(1)2009z/PES(2)2009z, zato je mogoče pričakovati, da se pod vplivom sonca tudi manj segreje. Na valovnem območju dolgovalovnega infrardečega sevanja med 2.5 μm in 16 μm se emitivnost eT [-] za materiale PES(1), ETFE, PEfabric in aerogel s spremembo temperature v območju med -20 C in +50 C ni spremenila in je bila za PEfabric enaka 0,60, za preostale tri vzorce pa 0,96. Izvedene so bile tudi meritve spektrov na terenu za analizo vpliva smeri vpadne svetlobe na prepustnost za vidno svetlobo ter meritev odbojnostnega faktorja Rvis,dif, [%], na podlagi katerega je bila določena odbojnost različnih barv tal. Pri prvem je preizkus pokazal, da obravnavana aerogelna izolacijska odeja Spaceloft® pod drugimi (zmernimi) vpadnimi koti, kot je normalni vpadni kot, prepušča več vidne Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 133 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. svetlobe. Torej je bila uporaba normalne-hemisferične vrednosti pri nadaljnjem delu na temo dnevne osvetljenosti na varni strani. Eksperimentalno delo na vzorčnem primeru ZPS, Športni dvorani Brezovica (ŠDB), je bilo razdeljeno na dva poglavitna dela: terensko delo na temo dnevne osvetljenosti ŠDB in terensko delo na temo toplotnega odziva ŠDB, ki je vključevalo tudi meritve hitrosti in temperature zraka v zračnem kanalu dvojnega membranskega ovoja ŠDB. Eksperimentalno določene vrednosti KDS za merilna mesta na igrišču so bile razmeroma nizke (od 1,1 % do 1,7 %), na podlagi česar je mogoče sklepati, da je ŠDB pogosto treba dodatno umetno osvetljevati. V danih razmerah neba in pri vrednostih difuzne osvetljenosti zunanje površine v času eksperimenta (npr. ~3000-4000 lx) bi zagotovili vrednosti osvetljenosti 300 lx na igrišču v stavbi tedaj, ko bi bil KDS večji ali enak 10 %. Hkrati lahko na obravnavani zemljepisni širini (~ 46 S) pričakujemo osvetljenost zunanje površine 5000 lx vsaj 90 % časa med 9. in 17. uro v letu [142] kar pomeni, da bi za izpolnitev pričakovane vrednosti Ei,exp,glob = 300 lx zadostoval 6-odstotni KDS. Pomembno je opozoriti, da nizke vrednosti KDS v obravnavani vrsti pnevmatskih konstrukcij, kakršna je na Brezovici, pripomorejo tudi k preprečevanju problema z bleščanjem. Na podlagi meritev določene vrednosti hitrosti gibanja zraka vh [m/s] za različne pozicije sonde v zračnem kanalu so se gibale med 0,01 m/s in 0.12 m/s, izkazalo pa se je, da je njihov potek tekom dneva odvisen od izpostavljenosti stavbe sončnemu sevanju. Tako so vrednosti vh dosegle svoj maksimum ob približno 11. uri, ko je vpadni kot sončnega sevanja na mesto meritev na ovoju najmanjši. Ekstremne vrednosti temperature zraka v zračnem kanalu Ta,k,h [C] ne sovpadajo z ekstremnimi vrednostmi hitrosti zraka v kanalu vh. Njeni maksimumi se povzpnejo nad 40 C, hkrati pa je bila vrednost temperature Ta,k,h ob zunanji stranici zračnega kanala višja kot ob notranji stranici v času, ko je stranica stavbe, na kateri je bilo merilno mesto, neposredno obsijana s soncem, višje pa so bile tudi njene maksimalne vrednosti ob zunanji stranici. Pripravljena sta bila še povprečna profila temperature v (T povp povp a,i [°C]) in zunaj (Ta,o [°C]) ŠDB, na podlagi katerih je bilo razvidno, da se je stavba v t. i. prostem teku ob visokih temperaturah zunanjega zraka in visoki izpostavljenosti sončnemu sevanju sicer močno pregrevala (aktivnosti v njej niso bile mogoče, maksimalna T povp a,i je bila enaka 35,1 °C), vendar relativno zmerno, saj sta bili temperaturi zraka zunaj stavbe in v njej podnevi zelo podobni. Domnevno zaradi relativno visoke izmenjave zraka za vzdrževanje tlačne razlike med notranjostjo in zunanjostjo stavbe in nizkega faktorja g. Zabeleženo je bilo tudi radiacijsko hlajenje zunanje membrane proti nebu, ki je pomenilo ponor toplote [77], saj je bila temperatura ob zunanji stranici zračnega kanala med membranama Ta,k,h,i nižja od vseh drugih temperatur (Ta,i, Ta,o, Ta,k,h,o) med 24. in 6. uro ter med 16. in 24. uro. V skladu s pričakovanji se je prehod toplote skozi toplotno izolirani konstrukcijski sklop ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE bistveno zmanjšal oziroma toplotni upor bistveno povečal (ne upoštevajoč Rse in Rsi, v povprečju 6,5-krat, z 0,13 na 0,85 m2.K/W). Vrednost g se je zaradi spremembe optičnih lastnosti tako notranje (s PES(2)2009z na PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) kot zunanje membrane (s PES(1)2009z na ETFE) spremenila. Pri sklopu ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, predlaganem na novo, je bila večja (~ 2,1-krat, g je enak 0,23 namesto 0,11). Obravnavani primeri izračuna toplotnega upora ne ponazarjajo dejanskega učinka uvedbe toplotne izolacije na naravo zračnega toka v kanalu med membranama, ampak za izhodišče primerjave vzamejo enake eksperimentalno določene podatke o temperaturi površin in temperaturi ter hitrosti zraka v kanalu. Zato je bil koeficient konvekcijskega prenosa toplote hci neodvisen od primera sklopa. Rezultati pokažejo, da ima znižanje emitivnosti eT zunanje stranice notranje membrane z vrednosti 0,96 (PES(2)2009z) na 0,60, in s tem znižanje koeficienta radiacijskega prenosa toplote hr (ob predpostavki o nepropustnosti za 134 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. toplotno IR-sevanje), za posledico porast toplotnega upora zračnega kanala z ~ 0,13 m2.K/W na 0,18 m2.K/W, kar je približno 13-krat manj, kot znaša vrednost toplotnega upora 10 mm debele aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® (0,67 m2.K/W). Nadaljnja študija uporabe spektralno selektivnega materiala v kombinaciji ali namesto zunanjega sloja PEfabric (TTsol > 0.80, eT < 0,40) [180], ki bi zagotovil nizko termično emitivnost zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, hkrati pa bi bil ustrezno prepusten za spekter sončnega sevanja, bi dodatno obogatila razumevanje učinkovitosti uporabe izolacijske odeje Spaceloft®, kot je predstavljeno v tem delu. Eksperimentalno pridobljene vrednosti hitrosti zraka v kanalu med notranjo in zunanjo membrano sklopa PES(1)2009z/PES(2)2009z pokažejo, da vpliv konvekcijskega prenosa toplote ni zanemarljiv (vrednosti od 57 % do 75 % vrednosti hr), vendar je vpliv izmerjenega spreminjanja hitrosti zraka zanemarljiv. Za primer sklopa ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je ta vpliv na vrednost toplotnega upora sklopa manjši od 1 %. Zato, je bil pri nadaljnjem računskem eksperimentalnem delu s programom EnergyPlus privzet zaprt zračni kanal. Za izvedbo izračunov in simulacije dnevne osvetljenosti ŠDB z računalniškim programom DAYSIM je bilo najprej treba dokazati, da pri pripravi geometrijskega modela narejene poenostavitve ne vplivajo bistveno na končni rezultat. Hkrati je bilo dokazano, da je orientacija posameznih segmentov modela zračno podprtega ovoja glede na vir svetlobe res poljubna. Primerjava eksperimentalno pridobljenih vrednosti količnika dnevne svetlobe KDS ter izračunanih s programom DAYSIM za oblačno nebo je pokazala majhno odstopanje (AAD vrednosti KDS < 0,09 %). Z istim računalniškim programom je bilo tudi pokazano, da je bil delež direktne komponente globalne osončenosti med eksperimentom res majhen (manjši od 10%) in s tem predpostavka o standardno oblačnem nebu upravičena. Natančna določitev deleža direktne komponente je mogoča le z ustrezno merilno opremo. Na podlagi teh rezultatov, je bilo predpostavljeno, da je program DAYSIM mogoče uporabiti tudi za napoved dnevne osvetljenosti ŠDB, katere ovoj je bil toplotno izoliran z aerogelno izolacijsko odejo Spaceloft® (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE), izračun pa je pokazal, da je v tem primeru mogoče pričakovati višjo stopnjo dnevne osvetljenosti, saj je bilo povprečje vrednosti KDS za vsa merilna mesta kar za 3,2-krat večje od povprečja za izhodiščni primer. Poleg tega je bila pripravljena tudi študija vpliva barve tal (prevladujoče beli oziroma črni vzorci ter bela in črna tla) na razporeditev KDS po igrišču dvorane za obstoječo različico dvojnega membranskega ovoja, ki za ovoj z majhno prepustnostjo pokaže precejšen vpliv odbojnosti tal in njene porazdelitve na vrednosti KDS na vseh mestih opazovanja. Preden so bili opravljeni izračuni toplotnega odziva in energije, potrebne za ogrevanje in hlajenje ŠDB, je bila s programom EnergyPlus izvedena simulacija toplotnega odziva ŠDB v času eksperimentalnih meritev poleti leta 2013. Primerjava eksperimentalnih in s programom EnergyPlus simuliranih rezultatov Ta,i pokaže, da simulacija še zlasti podnevi nekoliko preceni temperaturo zraka Ta,i. Kljub velikemu povečanju toplotnega upora (~ 3,2-krat) (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,96) in posledičnemu zmanjšanju transmisijskih izgub skozi toplotno izolirani dvojni membranski ovoj (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) je faktor zmanjšanja rabe energije nižji, saj ventilacijske izgube ostanejo enake. Količina energije, potrebne za ogrevanje Qheat [kWh/m2.a], se glede na uporabljene podatke [164] za lokalno klimo in pri uporabi 10 mm debelega sloja aerogelne odeje, zmanjša za 22 % (s 195,4 na 151,6 kWh/m2.a) (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,96). Rezultati še pokažejo, da tudi uporaba štirih slojev (40 mm) aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® ne zagotovi enakega (celo 7 % manjšega) prihranka energije za ogrevanje v primerjavi z izhodiščno različico ovoja PES(1)2009z/PES(2)2009z. Domnevno na račun izgube sončnih dobitkov. Popolnoma neprosojen ovoj bi sicer skoraj izničil energijo, potrebno za hlajenje, vendar bi hkrati, kot je bilo že omenjeno, Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 135 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. onemogočil dnevno osvetljenost stavbe. Uvedba prosojnega 10 mm debelega sloja aerogelne izolacijske odeje Spaceloft® bi, kot je bilo izračunano, bistveno povečala (za 4,2-krat, s 46,6 na 241,4 kWh/m2.a) porabo energije za morebitno hlajenje ŠDB, Qcool [kWh/m2.a]. V razpravi je bila narejena še primerjava eksperimentalno in računsko določenih optičnih in toplotnih lastnosti predlagane sestave izoliranega dvojnega membranskega ovoja ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE z obstoječimi rešitvami prosojnih zasteklitev, ki imajo prav tako uvedeno aerogelno izolacijo v monolitni obliki, obliki granul ali zrnati obliki. Podana je bila primerjava podatka o porabi zemeljskega plina za ogrevanje ŠDB sorodne športne dvorane v Novem mestu ter na podlagi s programom EnergyPlus ocenjene porabe za ŠDB. Navedena je bila tudi ocena povratne dobe stroška toplotne izolacije v odvisnosti od cene energenta (zemeljskega plina) in cene toplotne izolacije ter podkrepljena z rezultati sorodne raziskave Marka Dowsona [122], ki je v svoji doktorski disertaciji na primeru stanovanjske hiše, katere del zunanje stene deluje kot zračni kolektor (v obliki Tromb- Michellove stene), izoliran z monolitno aerogelno toplotno izolacijo, prav tako pokazal stroškovno upravičenost uporabe transparentne izolacije. Uvedba kvazihomogene 10 mm debele aerogelne transparentne izolacijske odeje Spaceloft® v konstrukcijski sklop dvojnega zračno podprtega membranskega ovoja ob ustrezni kombinaciji optičnih lastnosti konstrukcijske folije in drugih slojev (eT zunanje strani notranje membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE je bila enaka 0,96) zmanjša energijo, potrebno za ogrevanje, podaljša prehodno sezono v kateri je stavba v prostem teku, ter izboljša dnevno osvetljenost stavbe. Izboljša tudi toplotno ugodje v ogrevalni sezoni za uporabnike oblečene primerno športnim aktivnostim (toplotni upor oblačil enak 0,3 clo), majhne hitrosti zraka, ter stopnje aktivnosti nižje od 3,5 MET. Za dejavnosti s stopnjo aktivnosti, višjo od 3,5 MET, bi lahko na račun zmanjšane razlike med Ta,i in MET znižali nastavitev temperature termostata Tsetpoint. Kljub temu je treba poudariti, da vpliva na toplotno ugodje ni mogoče posplošiti, saj je močno vezan na trenutne podnebne razmere in kombinacijo parametrov, ki določajo toplotno ugodje. Kot je bilo pričakovano, notranjih klimatskih razmer v stavbi poleti v lokalni klimi dodatek toplotne izolacije, pri kateri se poveča prepustnost za sončno energijo, ne izboljša. Nasprotno, bistveno bi povečal potencialno potrebo po hlajenju. Na drugi strani pa je res, da lokalno podnebje omogoča letne aktivnosti na prostem, raba obravnavane tipologije stavb pa je tipično sezonska. Doktorska disertacija je prispevek in podpora uporabi transparentnih izolacij v stavbnem ovoju in ugodnih učinkov na njihovo delovanje tudi na splošno. Poleg območij pričakovanih optičnih in toplotnih lastnosti dvojnega membranskega ovoja je z eksperimentalnimi rezultati podprta tudi uporaba računalniških orodij, kot sta DAYSIM in EnergyPlus, za napovedovanje dnevne osvetljenosti, toplotnega odziva in energetske učinkovitosti pnevmatskih stavb z zračno podprtim ovojem. 136 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 137 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. 7 SUMMARY The presented research work explores the optical and thermal properties of the double membrane envelope of air-supported structures with implemented translucent aerogel blanket Spaceloft® and their influence on daylighting, thermal response, energy use for heating and cooling and the occupants’ thermal comfort for the study case building, sports hall Brezovica. Air-supported structures, an important representative of pneumatically stabilized membrane structures [14], are often used to cover sport facilities such as various courts, pools, etc. The first known patent [3] published in 1918, deals with air-supported structures for military purposes, but the second [7], published in 1920, and already discusses the use for covering public venues. Beside their relatively easy erection and the possibility of multiple re-erection their main advantage is that almost the whole area of the double membrane envelope can be translucent. This makes the natural daylighting somewhat easier. However, it is necessary to balance the daylighting requirements and the solar gain in order to decrease or even prevent the possibility of building overheating, which was already discussed during the first international colloquium on pneumatic structures [4]. Nevertheless, the possibility of utilizing solar gains, in local temperate climate, it is necessary to additionally heat the building during the cooler period of the year and in the day hours when solar passive heating is not possible. The double membrane envelope is not thermally insulated, which is why the use of a suitable thermal insulation should improve the energy performance of air-supported structures. The idea of using transparent insulation materials (TIM) for improving thermal performance of lightweight membrane structures [42] and more specifically also pneumatic structures [43] is not new. In the course of the presented research work, a proposal of a new double membrane constructional complex ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE was introduced. The composition included a 10 mm aerogel insulation blanket Spaceloft® put in-between two layers of polyethylene fabric (PEfabric) and inserted into double membrane envelope composed of, for solar radiation, highly transparent ethylene tetrafluoroethylene foil (ETFE). The thickness of the air channel used was 20 cm. For the purpose of investigating the influence of the proposed constructional complex implementation on the air-supported structure performance, the air-supported sports hall at primary school at Brezovica (Ljubljana, SI) was chosen as a case study building. Its envelope is composed of two PVC and PVDF coated [62] polyester fabrics (PES(1)2009/PES(2)2009). The optical properties (luminous: TTvis,n-h() [%], DTvis,n-h() [%]); solar: TTsol() [%], TRWsol() [%], TRBsol() [%]) of fabrics (PES(1)2009, PES(2)2009, PEfabric), foils (ETFE) and the aerogel insulation blanket Spaceloft® were determined from the spectra, measured with Perkin Elmer 950 UV-Vis spectrometer equipped with integrating sphere. The samples’ haze (H [%]) was determined according to procedure B given in American standard ASTM D1003 [83]. Spectral average values were calculated by integrating (Riemann sums) their spectral values, where suitable relative spectral power distribution of radiation source was applied depending on the wavelength range (source D65 [85] for visible light range; solar spectrum in accordance with ISO 9845-1 [86]; CIE standard source A). In case of luminous properties additionally the spectral luminous efficiency function for photopic vision of CIE 1931 standard observer V(λ) [85] or instead of it the colorimetric functions 𝑟(λ), 𝑔(λ), 𝑏(λ) [91]. The field spectrometry (determination of the geometry of experimental measurements of total transmittance Tvis,h- h(λ) [%] (normal-hemispherical; hemispherical-hemispherical) and the determination of reflection factor Rvis,dif() [%]) were conducted using the portable spectrometer StellarNet Black Comet [88]. To obtain the thermal emissivity (eT) of the samples, measurements of longwave IR radiation reflectance ReT() 138 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [%] were done. Spectrometer Bruker Optics IFS 66/S FT-IR was used for this purpose. The infrared camera Testo 881-3 [89] was used to evaluate the transmittance of longwave IR radiation. The air temperature inside the channel between the membranes Ta,k(t) [C] and its velocity vk(t) [m/s] were measured with multi-functional thermal anemometer TESTO 0560.4450 [93]. The daylighting of indoor playground of the sports dome at Brezovica was experimentally evaluated using daylight factor KDS [%]. Accordingly, global illuminance measurements Ei,exp,glob [lx] inside the dome and the contributions of zenithal sky element to the outdoor horizontal surface Eo,exp,tube [lx] were performed using two Voltcraft lightmeters [111], one of which (Eo,exp,tube) had its angle of view narrowed (~ 1 sr). The diffuse illuminance of outdoor horizontal surface Eo,calc,dif [lx] was normalized on later values, taking into account the CIE standard overcast sky [102]. The inspection of the normalized illuminance values Eo,calc,dif [lx] was performed by using Eko Instruments spectroradiometer MS-711 [114]. The experimental measurements of climatic parameters (vw [m/s], Ta,i [C], Ta,o [C], RHa,o [%], RHa,i [%]) for the evaluation of the thermal response of the sports hall Brezovica were achieved with weather station Conrad [117]. The thermal resistance R [m2.K/W] and the total transmittance of solar radiation g [-] of the double membrane envelope were determined in accordance with international standards ISO 15099:2003 [119] and ISO 9050:2003 [126] respectively. The daylighting predictions of the sports dome Brezovica with the new constructional complex ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE applied were made with the computer programme DAYSIM [129], which is based on backward raytracing method and daylight coefficient method. For the study of how the direct component of solar radiation influences the daylight factors, also the Perez all-weather sky luminance model [137] was used. DAYSIM also served as a tool for the simulation of the experimental illuminance measurements inside the sports dome Brezovica. The luminous efficacy of solar radiation was determined using also the Voltcraft irradiance meter [113]. EnergyPlus software was exploited for the simulation of the thermal response of the sports dome Brezovica and for the calculation of energy use for heating and cooling of the studied dome. The calculation of the dome’s thermal response was used to evaluate occupants’ thermal comfort. These calculations are based on the evaluation of the heat balance between surfaces, taking into account also radiative and convective heat fluxes. Thermal comfort (PMV [-] and PPD [%] indices) of the occupants in winter and the building’s class were established in accordance with international standards SIST EN ISO 7730:2006 [172] and SIST EN 15251:2007 [173]. The outcomes of the research of fabrics’ (PES(1)2009, PES(2)2009, PEfabric), foil’s (ETFE), aerogel blanket’s (aerogel) and various constructional complex compositions revealed that the total transmittance of visible light TTvis [%] of aerogel blanket Spaceloft® is sufficiently high (4 %) to enable the improvement of the TTvis of the double membrane envelope constructional complex. Further results confirmed that the envelope option ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE had approximately 2,6 times higher TTvis than the original option PES(1)2009z/PES(2)2009z and had the same haze. Similar is true for the total transmittance of solar radiation TTsol [%], which is about 1,8 times higher for ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE than the one for the existing envelope option PES(1)2009z/PES(2)2009z. Considering the full solar spectrum, it can be concluded that the envelope option ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE is cooler than the option PES(1)2009z/PES(2)2009z, meaning that it assumingly heats up less than PES(1)2009z/PES(2)2009z. In the range of longwave IR radiation between 2,5 μm and 16 μm, the emissivity eT [-] of all material samples did not change in the surface temperature range between -20 C in +50 C and was equal to 0,60 for PEfabric and 0,96 for the remaining samples. Field spectrometry was conducted in order to examine the influence of the incident light direction on the total transmittance of light and to obtain the reflection factor Rvis,dif [%], based on which the reflectance of coloured floor in the sports dome Brezovica was determined. The test of full hemisphere Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 139 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. light incidence in overcast sky conditions showed that aerogel blanket Spaceloft® transmitted more light than in case of only normal incidence. Therefore, further use of laboratory TTvis value in daylighting calculations was considered to be on the safe side. The field work at the case study of the air-supported building, sports hall Brezovica, was divided into two main parts: experimental work on the topic of daylighting of the studied building and experimental work on the topic of its thermal response, which included also the measurements of air temperature and its velocity in the double membrane envelope. The experimentally determined daylight factor values (KDS [%]) were, over the whole grid of measurement sites, somewhat low (from 1,1 % to 1,7 %), leading to the conclusion that the sports dome Brezovica often requires additional artificial lighting. In the given sky conditions and values of sky illuminance between approximately 3000 lx and 4000 lx, sufficient illuminance of 300 lx or more of the floor in the dome would be achieved, if the daylight factor was higher than 10 %. At the same time, at the latitude of about 46 north it is possible to expect the sky illuminance of 5000 lx at least 90 % of the time in a year, between 9 AM and 8 PM [142]. This indicates that daylight factor of 6 % would be necessary to meet the criterion of Ei,exp,glob = 300 lx. It is important to stress that low daylight values also help to prevent glare. The velocity of air vh [m/s] inside the air channel between the membranes, determined on the basis of field measurements, attained values between 0.01 m/s and 0.12 m/s and their fluctuations were found to be dependent on the building’s exposure to solar radiation. The value of vh achieved its maximum at about 11 AM, when the incidence angle of solar radiation on the part of the double membrane envelope, where the measurements were performed, was the lowest. The time when the extremes of the air temperature inside the channel Ta,k,h [C] were observed did not overlap with the time the extremes of vh. When the part of envelope, where the measurements were conducted, was directly insolated, the maximum values of Ta,k,h reached temperatures above 40 C and are higher next to the external side of the channel than next to the inner side of the channel. Further on, average time profiles of temperature inside (T povp povp a,i [°C]) and outside (Ta,o [°C]) the sports dome Brezovica were prepared. From the two, it was clear that the building was strongly overheating in free-running mode, when it was exposed to high outdoor air temperature and strong solar radiation. The overheating was so great that activities inside the dome were not possible, with the average maximum indoor air temperature T povp a,i equal to 35.1 °C. On the other hand, the overheating was not so strong, when the air temperatures inside and outside the dome were similar. Assumingly, this was the consequence of high air change rate and, as later found, low g-value. During the time of measurement also the phenomenon of radiative sky cooling of the external membrane was recorded and observed, as the temperature next to external side of the air channel Ta,k,h,i was the lowest of all other temperatures (Ta,i, Ta,o, Ta,k,h,o), between 24 AM and 6 AM and between 4 PM and 24 PM. In line with expectations, the thermal resistance of the double membrane envelope was substantially improved by implementing 10 mm aerogel insulation blanket Spaceloft®. Its value, neglecting the contributions of indoor and outdoor boundary air layers (Rsi and Rse), increased on average by 6,5 times, from 0,13 to 0,85 m2.K/W. The g value increased in comparison to PES(1)2009/PES(2)2009, mainly due to the change of optical properties of the inner (from PES(2)2009z to PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) and outer (from PES(1)2009z to ETFE) membrane. In case of the new constructional complex ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, it was higher (~ 2,1 times, g equals 0,23 instead of 0,11). It is important to point out that the calculated thermal resistance values do not represent the actual thermal resistance of the new constructional complex, as the input data for its 140 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. calculation, prepared on the basis of in situ measurements in the existing air-supported dome at Brezovica, were taken as the same for all cases. Thus, this enables the analysis of how the same changes of convective heat transfer coefficient influence the thermal resistance of the double membrane complex. The results of thermal resistance calculations also show that the decrease in emissivity of the outer surface of inner membrane from 0.96 (PES(2)2009z) to 0,60 results in the increase of the air channel thermal resistance from ~ 0,13 m2.K/W to 0,18 m2.K/W, which equals to approximately 13 times lower thermal resistance contribution than the contribution of 10 mm thick aerogel insulation blanket Spaceloft® (0.67 m2.K/W). Further study of the use of spectrally selective material in combination with or instead of PEfabric (TTsol > 0.80, eT < 0,40) [180], that would provide low thermal emissivity of the external side of the inner membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE and would at the same time have appropriate transmittance for solar spectrum, would expand the understanding of the influence that implementation of aerogel blanket Spaceloft®, as presented in this research work. The experimentally obtained values of air velocity inside the channel of PES(1)2009z/PES(2)2009z reveal that the heat transfer by convection is not to be neglected (hc,i equals to 57 % do 75 % hr value), whereas the influence of the range of measure air velocity fluctuations is negligible. In case of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, its thermal resistance value varies less than 1 % of its value. Therefore, a closed air gap was presumed in the subsequent work based on EnergyPlus calculations. To perform calculations and simulation of daylighting in the sports hall Brezovica using simulation software DAYSIM, it was first necessary to prove that the simplifications of the studied building geometry do not influence considerably the calculation's end result. At the same time, it was proved that the orientation of individual and planar building geometry model segments can be random. Comparison of the experimentally obtained daylight factors and their values calculated with DAYSIM for the case of overcast sky showed small difference between them (AAD values KDS < 0,09 %). On the basis of DAYSIM calculations it was also indicated that the ratio between the direct component of global solar radiation and its global value was in fact small (lower than 10 %) during the experimental measurements, confirming that the assumption of the CIE standard overcast sky conditions in the performed daylight factor calculations was justified. The precise determination of the mentioned ratio is possible only with the use of suitable measuring equipment. On basis of these findings, the use of DAYSIM for predicting the daylighting inside the sports dome Brezovica, with its initial constructional complex PES(1)2009z/PES(2)2009z substituted by ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE, was confirmed. As expected, the calculations revealed that daylight levels inside the air-supported dome Brezovica were improved. In case of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE the average value of daylight factor at all calculation sites is about 3,2 times higher than in the calculation base case, PES(1)2009z/PES(2)2009z. Additionally, a study of how floor colour pattern influences the daylight factors’ values and their distribution inside the existing dome was made. It was concluded that in case of an envelope with low visible light transmittance and high reflectance the daylight factor values and their distribution are highly dependent on the choice of the dome’s floor colour pattern. Before any EnergyPlus predictions of thermal response and energy use were made, the simulation of the thermal performance of the sports hall Brezovica during the in situ measurements of experimental environmental parameters in the summer 2013 was run. The comparison of fieldwork and simulation results showed that simulation, especially during daytime, somewhat overestimates the indoor air temperature Ta,i. Even though the thermal resistance of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE was substantially improved (by 3,2 times) (eT of the external side of inner membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE was equal to 0,96) and the transmission heat losses through it lowered, the decrease in energy use for Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 141 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. heating in comparison with the case of PES(1)2009z/PES(2)2009z is not that high. This result is the consequence of the fact that the floor of the analysed sports dome (representing about 40 % of the building’s external envelope) remained uninsulated and the air change rate was kept the same as it is for the sports dome Brezovica. Accordingly, for local weather data [164], the heating energy (Qheat [kWh/m2.a]) savings amounted to 22 % (from 195,4 to 151,6 kWh/m2.a). Moreover, the results of the opaque case of ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE with 4 layers or 40 mm of aerogel insulation blanket Spaceloft® showed that the savings could be even lower (7 %) than in the case of translucent 10 mm thick insulation layer, assumingly due to the loss of solar gains. At the same time, the use of 40 mm of aerogel blanket Spaceloft® would almost eliminate the necessity for cooling Qcool [kWh/m2.a], but would, on the other hand, prevent the building daylighting. It was calculated that the use of translucent, 10 mm thick aerogel blanket Spaceloft® would drastically (4,2 times) increase the use of energy for cooling in comparison with the existing envelope version, PES(1)2009z/PES(2)2009z. In the discussion a comparison of the obtained optical and thermal properties of the ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE envelope with the optical and thermal properties of existing, aerogel insulated transparent glazing solutions was made. Comparison of gas heating energy consumption for heating the air-supported dome in Novo mesto and the estimated calculations based on EnergyPlus for the sports hall in Brezovica was also presented. Furthermore, the results of the calculated estimation of the aerogel blanket insulation cost return period, taking into account the price of the heating agent and the price of the insulation blanket, were disclosed. Similarly, as shown by Dowson [122], who investigated the performance of a solar air collector incorporating a granular aerogel cover, the results revealed that also in case of our results the use of transparent insulation material is cost justified. Implementation of the quasi homogenous, 10 mm thick optically translucent aerogel insulation blanket Spaceloft® into constructional complex of double membrane air-supported envelope with correct choice of optical properties of other materials (eT of the external side of inner membrane PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE was equal to 0,96) leads to improvement of building energy efficiency, prolongs the free-running period and improves the daylighting conditions inside the building. It also improves the thermal comfort of its occupants, dressed suitably (thermal resistance of clothes < 0,3 clo) for performing sports activities (activity level < 3,5 MET), and lowers air velocity in the dome. For activities with higher activity level than 3.5 MET even reduction of setpoint temperature may be considered due to lowered difference between Ta,i and MRT. Nevertheless, it is necessary to stress that the influence of implementing thermal insulation into the double membrane envelope on thermal comfort conditions cannot be generalised for other climates and domes. As expected, the indoor climate during summer in local, temperate climate is not improved by the proposed envelope solution, assumingly due to the increase in total solar radiation transmittance g [-]. Consequently, during summer time, also the energy use for cooling is increased. However, the use of air-supported structures is typically seasonal and the local climate allows for outdoor sport activities in summer. The obtained range of values of optical and thermal properties of the double membrane envelope represent a contribution and support to the use of transparent insulation materials, such as aerogel blanket Spaceloft®, in building envelopes. The advantageous impact of carefully selected envelope materials (ETFE/PEfabric/aerogel/PEfabric/ETFE) on the daylighting, thermal performance and energy efficiency predictions of the Sports dome Brezovica was shown using computer simulation tools DAYSIM and EnergyPlus, supported by experimentally obtained data. 142 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 143 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. VIRI [1] Otto, F., & Trostel, R. (1962). Zugbeanspruchte Konstruktionen vol 1 : Pneumatische Konstruktionen. Frankfurt: Ullstein Fachverlag. [2] Otto, F. (1995). IL 35 Pneu und Knochen: Pneu and Bone. Institut für leichte Flächentragwerke. Stuttgart: Institut für leichte Flächentragwerke [3] Lanchester, F. W. (1918). An Improved Construction of Tent Field Hospitals, Depots and Like Purposes. British Patent No.: 119339. [4] McLean, W. (2014). Air Apparent: Pneumatic Structures. The Architectural Review, 235(1406), 104-109. [5] LeCuyer, A. W. (2008). ETFE: Technology and design. Basel: Birkhäuser. [6] Forster, B. (1980). A brief history of cable and membrane roofs. Arup Journal, 15(3), 6-10. [7] Lanchester, F. W. (1920). Improvements on Construction and Roofings of Buildings for Exhibitions and like Purposes. British Patent No.: 145193. [8] Dietz, A. E., Proffitt, R. B., Chabot, R. S., & Moak, E. L. (1969). Design Manual for Ground Mounted Air-Supported Structures (Single- and Double-Wall) (Revised). Birmingham: Hayes International Corporation. https://www.researchgate.net/publication/235160777_DESIGN_MANUAL_FOR_GROUND -MOUNTED_AIRSUPPORTED_STRUCTURES_SINGLE-AND_DOUBLE- WALL_REVISED (Pridobljeno 20. 8. 2015). [9] Otto, F., & Drüsedau, H. (1983). IL 15 Lufthallenhandbuch = Air hall handbook. Stuttgart: Institut für leichte Flächentragwerke. [10] Pauletti, R.M.D.O. (2010). Some issues on the design and analysis of pneumatic structures. International Journal of Structural Engineering, 1(3-4), 217-240. https://doi.org/10.1504/IJStructE.2010.03348 [11] Koch, K.M., Habermann, K.J., & Forster, B. (2004). Membrane structures: innovative building with film and fabric. Munich ; London: Prestel Publishing. [12] Gorman, M.J. (2005). Buckminster Fuller : designing for mobility. Milan: Skira ; London : Thames & Hudson [distributor]. [13] The Estate of R. Buckminter Fuller (2005). ABOUT FULLER – R. BUCKMINSTER FULLER, 1895 - 1983. https://www.bfi.org/about-fuller/biography (Pridobljeno 29. 11. 2018). [14] Debeljak, M. (1975). Ploskovno stabilizirane membranske nosilne konstrukcije : diplomska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Gradbeni oddelek, Konstrukcijski odsek, [M. Debeljak]. [15] Herzog, T. (1976). Pneumatische Konstruktionen: Bauten aus Membranen und Luft. Stuttgart: Gerd hatje. [16] Architectural Association Publications (2016). Ciedric Price Works. http://cedricpriceworks.com/ (Pridobljeno 8. 6. 2017). [17] Paech, C. (2016). Structural Membranes Used in Modern Building Facades. Procedia Engineering, 155, 61-70. doi:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.007 [18] Columbia University (2017). Housing the Spectacle – Dome Case Studies. www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/domelst.html (Pridobljeno 19. 1. 2017). [19] Kostick, M. (2012). Hubert H. Humphrey Metrodome Roof Snow Collapse of 2010. https://failures.wikispaces.com/Hubert+H.+Humphrey+Metrodome+Roof+Snow+Collapse+ of+2010 (Pridobljeno 8. 6. 2017). [20] DUOL (2017). Company website. http://www.duol.eu/ duol_air_domes_1.html (Pridobljeno 19. 1. 2017). [21] Vector Foiltec (2017). Company website. http://www.vector-foiltec.com/ (Pridobljeno 19. 1. 2017). [22] Pohl, G. ed. (2010). Textiles, polymers and composites for buildings. Oxford [etc.]: Woodhead Publishing Limited. [23] Poirazis, H., Kragh, M., & Hogg, C. (2009). Energy modelling of ETFE membranes in building applications. Paper presented at the 11th International IBPSA Conference, Glasgow, Scotland. 144 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [24] Gómez-González, A., Neila, J., & Monjo, J. (2011). Pneumatic Skins in Architecture. Sustainable Trends in Low Positive Pressure Inflatable Systems. Procedia Engineering, 21, 125-132. doi:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.11.1995 [25] Campbell, J. (1980). Environmental considerations of lightweight structures. Arup Journal, 15(3), 22-26. [26] Croome, D. (1983). Environmental and Energy Aspects of Flexible Structures. In F. Otto & H. Drüsedau (Eds.), Lufthallenhandbuch = Air hall handbook. Stuttgart: Institut für leichte Flächentragwerke. [27] Fernandes, L. L., Lee, E. S., & Ward, G. (2013). Lighting energy savings potential of split- pane electrochromic windows controlled for daylighting with visual comfort. Energy and Buildings, 61, 8-20. doi:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.057 [28] Burek, S. A. M., Norton, B., & Probert, S. D. (1987). Air-supported greenhouses. Applied Energy, 26(4), 245-313. doi:https://doi.org/10.1016/S0306-2619(87)80001-6 [29] Sanders, I., & Probert, S. D. (1990). Energy performances of air-supported habitable structures. Applied Energy, 37(3), 189-214. doi:https://doi.org/10.1016/0306-2619(90)90032-9 [30] Krainer, A. (1993). Toward Smart Buildings. London: European Comission. [31] Scheuermann, R., & Boxer, K. (1996). Tensile architecture in the urban context. Oxford: Butterworth Architecture. [32] Mainini, A. G., Poli, T., Paolini, R., Zinzi, M., & Vercesi, L. (2014). Transparent Multilayer ETFE Panels for Building Envelope: Thermal Transmittance Evaluation and Assessment of Optical and Solar Performance Decay due to Soiling. Energy Procedia, 48, 1302-1310. doi:https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.02.147 [33] Vector Foiltec (2008). The TEXLON® SYSTEM Technical Info Packet. Bremen: Vector Foiltec. [34] Granqvist, C. G. (2008). Oxide electrochromics: Why, how, and whither. Solar Energy Materials and Solar Cells, 92(2), 203-208. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.10.027 [35] Granqvist, C. G. (2007). Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review. Solar Energy Materials and Solar Cells, 91(17), 1529-1598. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2007.04.031 [36] Gorgolis, G., & Karamanis, D. (2016). Solar energy materials for glazing technologies. Solar Energy Materials and Solar Cells, 144, 559-578. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.09.040 [37] Mihelčič, M., Šurca Vuk, A., Jerman, I., Orel, B., Švegl, F., Moulki, H., Faure, C., Campet, G., Rougier, A. (2014). Comparison of electrochromic properties of Ni1−xO in lithium and lithium-free aprotic electrolytes: From Ni1−xO pigment coatings to flexible electrochromic devices. Solar Energy Materials and Solar Cells, 120, 116-130. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2013.08.025 [38] Hoffmann, S., Lee, E. S., & Clavero, C. (2014). Examination of the technical potential of near- infrared switching thermochromic windows for commercial building applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, 123, 65-80. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2013.12.017 [39] Seeboth, A., Schneider, J., & Patzak, A. (2000). Materials for intelligent sun protecting glazing. Solar Energy Materials and Solar Cells, 60(3), 263-277. doi:https://doi.org/10.1016/S0927- 0248(99)00087-2 [40] Kiruthika, S., & Kulkarni, G. U. (2017). Energy efficient hydrogel based smart windows with low cost transparent conducting electrodes. Solar Energy Materials and Solar Cells, 163, 231- 236. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.01.039 [41] Baetens, R., Jelle, B. P., & Gustavsen, A. (2011). Aerogel insulation for building applications: A state-of-the-art review. Energy and Buildings, 43(4), 761-769. doi:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.12.012 [42] Huntington, C. G. (1987). Permanent architectural fabric structures — performance of the new materials technology. Construction and Building Materials, 1(2), 63-70. doi:https://doi.org/10.1016/0950-0618(87)90001-8 [43] Zhang, L., Herzog, T., & Hauser, G. (2006). Transparent thermal insulating multi-layer membrane structure for building envelope. Paper presented at the International Conference on Adaptable Building Structures, the Netherlands. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 145 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [44] Pierre, A. C., & Rigacci, A. (2011). SiO2 Aerogels. In M. A. Aegerter, N. Leventis, & M. M. Koebel (Eds.), Aerogels Handbook (pp. 21-45): Springer. [45] Buratti, C., & Moretti, E. (2012). Experimental performance evaluation of aerogel glazing systems. Applied Energy, 97, 430-437. doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.12.055 [46] Schultz, J. M., & Jensen, K. I. (2008). Evacuated aerogel glazings. Vacuum, 82(7), 723-729. doi:https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.10.019 [47] Wong, I. L., Eames, P. C., & Perera, R. S. (2007). A review of transparent insulation systems and the evaluation of payback period for building applications. Solar Energy, 81(9), 1058- 1071. doi:https://doi.org/10.1016/j.solener.2007.04.004 [48] Hutchins, M. G., & Platzer, W. J. (1996). The thermal performance of advanced glazing materials. Renewable Energy, 8(1), 540-545. doi:https://doi.org/10.1016/0960- 1481(96)88914-2 [49] Schmidt, C., Goetzberger, A., & Schmid, J. (1988). Test results and evaluation of integrated collector storage systems with transparent insulation. Solar Energy, 41(5), 487-494. doi:https://doi.org/10.1016/0038-092X(88)90022-9 [50] Wittwer, V. (1992). Development of aerogel windows. Journal of Non-Crystalline Solids, 145, 233-236. doi:https://doi.org/10.1016/S0022-3093(05)80462-4 [51] Reim, M., Körner, W., Manara, J., Korder, S., Arduini-Schuster, M., Ebert, H. P., & Fricke, J. (2005). Silica aerogel granulate material for thermal insulation and daylighting. Solar Energy, 79(2), 131-139. doi:https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.08.032 [52] Aspen Aerogels (2008). Safety Data Sheet – Spaceloft. Northborough, Massachusetts: Aspen Aerogels. [53] Zavod za Gradbeništvo Slovenije (2012). European Technical Approval ETA 11/0471. Ljubljana: Zavod za gradbeništvo Slovenije. [54] Duol (2012). Slica (sic.) membrane. Duol. Brezovica pri Ljubljani. [55] Elnokaly, A., Chilton, J., & Wilson, R. (2002). Environmental aspects of tensile membrane enclosed spaces. Paper presented at Lightweight Structures in Civil Engineering LCSE 2002 IASSS PC, Warsaw, Poland. [56] Altomonte, S. (2009). Daylight for energy savings and psycho-physiological well-being in sustainable built environments. Journal of Sustainable Development, 1(3), 3-16. http://dx.doi.org/10.5539/jsd.v1n3p3 [57] Figueiro, M. G., Rea, M. S., Stevens, R. G., & Rea, A. C. (2002). Daylight and productivity-a possible link to circadian regulation. Paper presented at the Fifth International LRO Lighting Research Symposium. [58] Zrim, G. (2009). Preizkus uvedbe novega nanotehnološkega toplotno izolacijskega materiala spaceloft v gradbene konstrukcije : diplomska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, [G. Zrim]. [59] Aerogel CARD (2012). Thermal transmittance report. Aerogel CARD. Ljubljana. [60] Komplast (2012). Poročilo o merjenje (sic.) toplotne prevodnosti šotora na OŠ Brezovica. Komplast. Brezovica. [61] VTT Technical Research Centre of Finland (2008). Determination of the thermal transmittance Um of the air pocket (two layers) structure. VTT Technical Research Centre of Finland. [62] Zrim, G., Mihelčič, M., Perše, L. S., Orel, B., Simončič, B., & Kunič, R. (2017). Light distribution in air-supported pneumatic structures: Comparison of experimental and computer calculated daylight factors. Building and Environment, 119, 110-127. doi:https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.04.005 [63] Krainer, A. (1991). Smart bioclimatic hause. Paper presented at the Proceedings of the 9th annual conference on Passive and low energy architecture. [64] Krainer, A. (2008). SUSTAINABLE? ARCHITECTURE, bioclimatic architecture. http://www.sara-project.net/article.php3?id_article=108. (Pridobljeno 13. 4. 2009) [65] Duol (2009). Načrt objekta - tloris. Duol. Brezovica pri Ljubljani. [66] Duol (2009). Načrt objekta – pogledi. Duol. Brezovica pri Ljubljani. [67] Google (2010). Google Sketchup (8.0.4811). Google. [68] Serge Ferrari (2017). Company website. 146 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. http://en.sergeferrari.com/ (Pridobljeno 19. 1. 2017). [69] Duol (2009). Načrt objekta – prerez cevastega segmenta. Duol. Brezovica pri Ljubljani. [70] Duol (2013). Strojnica Športne dvorane Brezovica. [71] Kistler, S. S. (1931). Coherent Expanded-Aerogels. The Journal of Physical Chemistry, 36(1), 52-64. doi:10.1021/j150331a003 [72] Lee, K. P., Gould, G. L., Gronemeyer, W., & Stepanian, C. J. (2010). Advanced gel sheet production. USA Patent No.: US7780890. [73] Wei, G., Liu, Y., Zhang, X., & Du, X. (2013). Radiative heat transfer study on silica aerogel and its composite insulation materials. Journal of Non-Crystalline Solids, 362, 231-236. doi:https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2012.11.041 [74] Zhao, J.-J., Duan, Y.-Y., Wang, X.-D., & Wang, B.-X. (2012). Radiative properties and heat transfer characteristics of fiber-loaded silica aerogel composites for thermal insulation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(19), 5196-5204. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.05.022 [75] Kraner Zrim, P., Mekjavic, I. B., & Rijavec, T. (2015). Properties of laminated silica aerogel fibrous matting composites for footwear applications. Textile Research Journal, 86(10), 1063- 1073. doi:10.1177/0040517515591781 [76] Lenzing (2017). Company website. http://www.lenzing-plastics.com/lenzing-plastics/home.html (Pridobljeno 19. 1. 2017). [77] Lampret, V., Peternelj, J., & Krainer, A. (2002). Luminous flux and luminous efficacy of black-body radiation: an analytical approximation. Solar Energy, 73(5), 319-326. doi:https://doi.org/10.1016/S0038-092X(02)00119-6 [78] Smith, G. B., & Granqvist, C. G. (2010). Green nanotechnology : solutions for sustainability and energy in the built environment. Boca Raton, Fla.: CRC ; London : Taylor & Francis [distributor]. [79] Waldner, R., Flamant, G., Prieus, S., Erhorn-Kluttig, H., Farou, I., Duarte, R., Blomqvist, C., Kiossefidi, N., Geysels, D., Guarracino, G., & Moujalled, B. (2007). BESTFACADE: Best Practice for Double Skin Facades EIE/04/135/S07.38652: WP5 Best Practice Guidelines. Brusseles: European Comission. http://www.bestfacade.com/pdf/downloads/WP5%20Best%20practice%20guidelines%20rep ort%20v17final.pdf (Pridobljeno 16. 2. 2011). [80] Suo, H., Angelotti, A., & Zanelli, A. (2015). Thermal-physical behavior and energy performance of air-supported membranes for sports halls: A comparison among traditional and advanced building envelopes. Energy and Buildings, 109, 35-46. doi:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.10.011 [81] Papadakis, G., Briassoulis, D., Scarascia Mugnozza, G., Vox, G., Feuilloley, P., & Stoffers, J. A. (2000). Review Paper (SE—Structures and Environment): Radiometric and Thermal Properties of, and Testing Methods for, Greenhouse Covering Materials. Journal of Agricultural Engineering Research, 77(1), 7-38. doi:https://doi.org/10.1006/jaer.2000.0525 [82] Orel, B., Jerman, I., Koželj, M., Perše, L.S., & Kunič, R. (2013). Materials Aspects of Solar Paint Coatings for Building Applications. Advances in the Development of Cool Materials for the Built Environment, 54, 120-173. [83] ASTM (2000). ASTM D 1003-00 Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics. West Conshohocken, Pennsylvania: American Society for Testing Materials. [84] Mihelčič, M., Jerman, I., Švegl, F., Šurca Vuk, A., Slemenik Perše, L., Kovač, J., Orel, B., & Posset, U. (2012). Electrochromic Ni1−xO pigment coatings and plastic film-based Ni1−xO/TiO2 device with transmissive light modulation. Solar Energy Materials and Solar Cells, 107, 175-187. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2012.08.012 [85] SIST (2011). SIST EN 410:2011 - Steklo v stavbah – Določevanje svetlobnih in sončnih karakteristik stekla. Ljubljana: Slovenski inštitut za standardizacijo. [86] ISO (1992). ISO 9845-1:1992 - Solar energy-Reference solar spectral irradiance at the ground at different receiving conditions-Part 1. Geneva: International Organization for Standardization. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 147 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [87] Griffiths, P. R., & De Haseth, J. A. (2007). Fourier transform infrared spectrometry (2nd ed / Peter Griffiths, James A. De Haseth, James D. Winefordner. ed.). Hoboken, N.J.: Wiley- Interscience ; Chichester : John Wiley [distributor]. [88] StellarNet (2010). StellarNet Fiber Optic Spectrometer Manual. Tampa, Florida: StellarNet. [89] Testo (2014). Testo 881 Thermal Imager for Preventive and Predictive Maintenance. [90] CIE (1984). CIE 63-1984 The Spectroradiometric Measurement of Light Sources. Vienna: Commission Internationale de lÉclairage. [91] CIE (2004). CIE 015 – 2004 Colorimetry. Vienna: Commission Internationale de lÉclairage. [92] ASTM (2007). ASTM D3464 Standard Test Method for Average Velocity in a Duct Using a Thermal Anemometer. West Conshohocken, Pennsylvania: American Society for Testing Materials. [93] Testo (2013). Product Brochure Testo 0560.4450. [94] Testo (2013). Product Brochure Testo 0635.1041. [95] Testo (2013). Handling instructions - Velocity measuring probe (thermal) 0635.1041. [96] Tregenza, P. R. (1980). The daylight factor and actual illuminance ratios. Lighting Research & Technology, 12(2), 64-68. doi:10.1177/096032718001200202 [97] Reinhart, C., & Breton, P.-F. (2009). Experimental Validation of Autodesk® 3ds Max® Design 2009 and Daysim 3.0. LEUKOS, 6(1), 7-35. doi:10.1582/LEUKOS.2009.06.01001 [98] Hu, J., Konradi, C., & Place, W. (2012). Using coefficient of utilization as a performance indicator for climate-based daylight modelling by physical experiments. Paper presented at the ASES National SOLAR conference, Denver, Colorado. [99] Aiziewood, M. E. (1993). Innovative daylighting systems: An experimental evaluation. International Journal of Lighting Research and Technology, 25(4), 141-152. doi:10.1177/096032719302500401 [100] Reinhart, C. F., & Andersen, M. (2006). Development and validation of a Radiance model for a translucent panel. Energy and Buildings, 38(7), 890-904. doi:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.03.006 [101] Reinhart, C. F., Bourgeois, D., Duburus, F., Laouadi, A., Lopez, P., & Stelescu, O. (2007). Daylight 1-2-3–a state-of-the-art daylighting/energy analysis software for initial design investigations. Paper presented at the 11th IBPSA Buildings Simulation Conference, Bejing, China. [102] Moon, P., & Spencer, D.E. (1942). Illumination from a non-uniform sky. Illuminating Engineering, 37(10), 707-726. [103] BSI (2008). BS 8206, 2008. Part 2: Lighting for Buildings. Code of Practice for Daylighting. London: British Standards Institution. [104] Boubekri, M. (2008). Daylighting, Architecture and Health: Building Design Strategies. Oxford: Architectural Press. [105] Li, D. H. W. (2010). A review of daylight illuminance determinations and energy implications. Applied Energy, 87(7), 2109-2118. doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.03.004 [106] Simm, S., & Coley, D. (2011). The relationship between wall reflectance and daylight factor in real rooms. Architectural Science Review, 54(4), 329-334. doi:10.1080/00038628.2011.613642 [107] Yarham, R. E. (1999). Daylighting and window design: Lighting guide LG 10, 1999. London: Chartered Institution of Building Services Engineers. [108] Reinhart, C. F., Mardaljevic, J., & Rogers, Z. (2006). Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustainable Building Design. LEUKOS, 3(1), 7-31. doi:10.1582/LEUKOS.2006.03.01.001 [109] Fakra, A. H., Boyer, H., Miranville, F., & Bigot, D. (2011). A simple evaluation of global and diffuse luminous efficacy for all sky conditions in tropical and humid climate. Renewable Energy, 36(1), 298-306. doi:https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.06.042 [110] Rea, M. S. (2000). The IESNA lighting handbook : reference & application (9th ed.). New York: Illuminating Engineering Society of North America. [111] Voltcraft (2014). Multifunctional Environment Measuring Instrument 4 in 1.Voltcraft. [112] Testo (2013). Product Brochure Testo 0560 0540. [113] Voltcraft (2009). PL-110SM Solar radiation measuring instrument. Voltcraft. [114] Eko Instruments (2015). New MS-711 Spectriradiometer. Eko Instruments. 148 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [115] CIE (2005). S 010/E: 2004 Photometry–The CIE System of Physical Photometry. Vienna: Commission Internationale de lÉclairage. [116] Eko Instruments (2015). Pyranometer MS-410. Eko Instruments. [117] Conrad, 2011. Navodilo za Namestitev in Uporabo Št. izd. : 672286 – Conrad USB Profesionalna brezžična vremenska postaja. Conrad. [118] Krainer, A. in Perdan, R., 2013. Računalniški program TOST Uporabniški priročnik. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Katedra za stavbe in konstrukcijske elemente. [119] ISO (2003a). ISO 15099:2003 Thermal performance of Windows, Doors and Shading Devices – Detailed Calculations. Geneva: International Organization for Standardization. [120] Kladnik, R. (1983). Nestacionarni temperaturni pojavi v ovojnem sklopu zgradbe. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Katedra za stavbe in konstrukcijske elemente. [121] Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (1991). Solar engineering of thermal processes. New York: John Wiley & Sons. [122] Dowson, M., 2012. Novel Retrofit Technologies Incorporating Silica Aerogel for Lower Energy Buildings : doctoral thesis. London Brunel University, School of Engineering and Design [M. Dowson]. http://bura.brunel.ac.uk/handle/2438/7075 (Pridobljeno 6. 4. 2017). [123] Lienhard, J. H. , & Lienhard, J. H. (2001). A heat transfer textbook: 3rd edition. Cambridge, Mass.: Phlogiston Press. [124] Pinterić, M. (2018). BUILDING PHYSICS: From physical principles to international standards. Cham ; Springer International Publishing. [125] Davies, M.G. (2004). Building heat transfer. Chichester: John Wiley & Sons. [126] ISO (2003b). ISO 9050:2003 Glass in building -- Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet transmittance and related glazing factors. Geneva: International Organization for Standardization. [127] Lighting Analysts Inc. (2017). Lighting design software website. http://www.agi32.com> (Pridobljeno 19. 1. 2017). [128] Lighting Technologies Inc. (2017). Company website. http://www.lighting-technologies.com> (Pridobljeno 19. 1. 2017). [129] Reinhart, C. F. (2006). Tutorial on the Use of Daysim Simulations for Sustainable Design. Ottawa, Ontario: Institute for Research in Construction, National Research Council Canada. [130] Ward, G. J. (1994). The RADIANCE lighting simulation and rendering system. Paper presented at the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques, Orlando, Florida. [131] Laouadi, A., Reinhart, C. F., & Bourgeois, D. (2007). The daylight coefficient method and complex fenestration. Paper presented at the 10th IBPSA Building Simulation Conference, Bejing, China. [132] Reinhart, C. F., & Herkel, S. (2000). The simulation of annual daylight illuminance distributions — a state-of-the-art comparison of six RADIANCE-based methods. Energy and Buildings, 32(2), 167-187. doi:https://doi.org/10.1016/S0378-7788(00)00042-6 [133] Janak, M. (1997). Coupling building energy and lighting simulation. Paper presented at the International IBPSA Conference, Prague, Czech Republic. [134] Tsangrassoulis, A., Santamouris, M., & Asimakopoulos, D. (1996). Theoretical and experimental analysis of daylight performance for various shading systems. Energy and Buildings, 24(3), 223-230. doi:https://doi.org/10.1016/S0378-7788(96)00981-4 [135] Mardaljevic, J. (2000). Simulation of annual daylighting profiles for internal illuminance. International Journal of Lighting Research and Technology, 32(3), 111-118. doi:10.1177/096032710003200302 [136] Tregenza, P. R., & Waters, I. M. (1983). Daylight coefficients. Lighting Research & Technology, 15(2), 65-71. doi:10.1177/096032718301500201 [137] Perez, R., Seals, R., & Michalsky, J. (1993). All-weather model for sky luminance distribution—Preliminary configuration and validation. Solar Energy, 50(3), 235-245. doi:https://doi.org/10.1016/0038-092X(93)90017-I Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 149 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [138] ISO (2004). ISO 15469:2004 (CIE S 011/E:2003) Spatial distribution of daylight -- CIE standard general sky. Geneva: International Organization for Standardization. [139] Reinhart, C. F., & Walkenhorst, O. (2011). Daylight performance predictions. In J. Hensen & R. Lamberts (Eds.), Building Performance Simulation for Design and Operation. London ; New York: Spon Press. [140] Reinhart, C. F., & Walkenhorst, O. (2001). Validation of dynamic RADIANCE-based daylight simulations for a test office with external blinds. Energy and Buildings, 33(7), 683-697. doi:https://doi.org/10.1016/S0378-7788(01)00058-5 [141] Mardaljevic, J. (1995). Validation of a lighting simulation program under real sky conditions. International Journal of Lighting Research and Technology, 27(4), 181-188. doi:10.1177/14771535950270040701 [142] CIE (1970). CIE 016 – 1970 Daylight. Vienna: Commission Internationale de lÉclairage. [143] Perez, R., Ineichen, P., Seals, R., Michalsky, J., & Stewart, R. (1990). Modeling daylight availability and irradiance components from direct and global irradiance. Solar Energy, 44(5), 271-289. doi:https://doi.org/10.1016/0038-092X(90)90055-H [144] Ward, G., & Shakespeare, R. (1998). Rendering with Radiance : the art and science of lighting visualization. San Francisco: Morgan Kaufmann. [145] Ehrlich, C. (1998). Modelling Transmitting media. In G. Ward & R. Shakespeare (Eds.), Rendering with RADIANCE, The Art and Science of Lighting Visualization. San Francisco: Morgan Kaufmann. [146] Ward, G. J., Rubinstein, F. M., & Clear, R. D. (1988). A ray tracing solution for diffuse interreflection. Paper presented at the Proceedings of the 15th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. [147] Ward, G. (2013). A Comprehensive Index of Manual Pages. Lawrence Berkeley National Laboratory. http://radsite.lbl.gov/radiance/refer/manpages.pdf (Pridobljeno 6. 4. 2017). [148] Modest, M. F. (2003). Radiative heat transfer (2nd ed. ed.). Amsterdam ; Boston: Academic Press. [149] Weisstein, E. W. (2018). Monte Carlo Method. MathWorld--A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/MonteCarloMethod.html (Pridobljeno 7. 1. 2018). [150] Bourgeois, D., Reinhart, C. F., & Ward, G. (2008). Standard daylight coefficient model for dynamic daylighting simulations. Building Research & Information, 36(1), 68-82. doi:10.1080/09613210701446325 [151] Crawley, D. B., Lawrie, L. K., Winkelmann, F. C., Buhl, W. F., Huang, Y. J., Pedersen, C. O., Strand, R.K., Liesen, R.J., Fisher, D.E., Witte, M.J., & Glazer, J. (2001). EnergyPlus: creating a new-generation building energy simulation program. Energy and Buildings, 33(4), 319-331. doi:https://doi.org/10.1016/S0378-7788(00)00114-6 [152] EnergyPlus, 2017. EnergyPlus. https://energyplus.net/ (Pridobljeno 25. 5. 2017). [153] Bojić, M., Nikolić, N., Nikolić, D., Skerlić, J., & Miletić, I. (2011). Toward a positive-net- energy residential building in Serbian conditions. Applied Energy, 88(7), 2407-2419. doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.01.011 [154] LBNL (2011). EnergyPlus Engineering Reference. The Reference to EnergyPlus Calculations. Berkeley, California: Lawrence Berkeley National Laboratory. [155] LBNL (2011). The Encyclopedic Reference to EnergyPlus Input and Output. Berkeley, California: Lawrence Berkeley National Laboratory. [156] Kim, D.-W., & Park, C.-S. (2011). Difficulties and limitations in performance simulation of a double skin façade with EnergyPlus. Energy and Buildings, 43(12), 3635-3645. doi:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.09.038 [157] Stegmaier, T., Schneider, P., Vohrer, A., & Planck, H. (2010). Developing and testing textiles and coatings for tensioned membrane structures. In G. Pohl (Ed.), Textiles, polymers and composites for buildings (pp. 129-188). Cambridge: Woodhead Publishing Limited. [158] Testo (2013). VAC Measuring Instrument – Testo 445 – The Service Instrument for Ventilation and Air Conditioning Systems. [159] SunEarthTools (2017). Tools for consumers and designers of solar. 150 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php (Pridobljeno 26. 5. 2017). [160] Rakovec, J., Žagar, M., Bertalanic, R., Cedilnik, J., Gregoric, G., Skok, G., & Žagar, N. (2009). Vetrovnost v Sloveniji. Ljubljana: Založba ZRC SAZU. [161] Metais, B., & Eckert, E.R.G. (1964). Forced, mixed, and free convection regimes. Journal of Heat Transfer, 86(2), 295-296. doi:10.1115/1.3687128 [162] Hollands, K.G.T., Unny, T.E., Raithby, G.D., & Konicek, L. (1976). Free convective heat transfer across inclined air layers. Journal of Heat Transfer, 98(2), 189-193. doi:10.1115/1.3450517 [163] LBNL (2017). RAL Colours. https://www.radiance-online.org/share/materials/ral-colors.html (Pridobljeno 19. 1. 2017). [164] Meteotest (2009). Meteonorm (6.1). Meteotest. [165] SunEartTools (2017). Sun Position. https://www.sunearthtools.com /dp/tools/pos_sun.php?lang=en (Pridobljeno 19. 9. 2016). [166] LBNL (2011). Therm 6.3 / Window 6.3 NFRC Simulation Manual. Berkeley, California: Lawrence Berkeley National Laboratory. [167] ARSO (2015). Povprečja mesečnih temperatur tal v različnih globinah v obdobju 1971-2000. Ljubljana: ARSO. http://meteo.arso.gov.si/met/sl/agromet/period/soiltemp/ (Pridobljeno 15. 5. 2015). [168] LVPO (2014). Sončno obsevanje 2013 – Obdobje od 15.07.2013 do 15.08.2013. [169] Duol (2015). Meritve Balon Brezovica. Duol. Brezovica pri Ljubljani. [170] Duol (2015). TK PESIM 041. [171] ARSO (2017). Klimatološka povprečja 1971-2000 (izmerjene vrednosti). Ljubljana: ARSO. http://meteo.arso.gov.si/uploads/probase/www/climate/table/sl/by_location/ljubljana/climate- normals_71-00_ljubljana.pdf (Pridobljeno 10. 2. 2018). [172] SIST (2006). SIST EN ISO 7730:2006 - Ergonomija toplotnega okolja – Analitično ugotavljanje in interpretacija toplotnega ugodja z izračunom PMV in PPD vrednosti ter merili za lokalno toplotno ugodje (ISO 7730:2005). Ljubljana: Slovenski inštitut za standardizacijo. [173] SIST (2007). SIST EN 15251:2007 - Merila notranjega okolja za načrtovanje in ocenjevanje toplotnih lastnosti stavb z upoštevanjem notranje kakovosti zraka, toplotnega okolja, svetlobe in hrupa. Ljubljana: Slovenski inštitut za standardizacijo. [174] Marsh, S. J. (2005). Predicted Mean Vote Tool (Version v2): Square One [175] Scobalit (2008). Scobatherm ISO Isolationselemente. Scobalit. https://www.yumpu.com/de/document/view/3637888/scobatherm-iso-isolationselemente- scobalit-ag (Pridobljeno 22. 3. 2017). [176] Okalux (2008). OKALUX Light Diffusing Insulating Glass. https://www.okalux.com/fileadmin/user_upload/aktuell/Downloads/Infotexte/Infotext_OKA LUX_en.pdf (Pridobljeno 15. 3. 2018). [177] Cuce, E., Cuce, P. M., Wood, C. J., & Riffat, S. B. (2014). Toward aerogel based thermal superinsulation in buildings: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 34, 273-299. doi:https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.03.017 [178] Kalwall (2008). Light Transmission & Solar Heat Gain Coefficient. http://www.kalwall.com/wp-content/uploads/2015/03/Kalwall_VLT-SHGC-Chart.pdf (Pridobljeno 13. 1. 2018). [179] ARSO (2014). Klimatološka povprečja 1981-2010 (homogenizirane vrednosti) LJUBLJANA BEŽIGRAD. Ljubljana: ARSO. http://meteo.arso.gov.si/uploads/probase/www/climate/table/sl/by_location/ljubljana/climate- normals_81-10_Ljubljana.pdf (Pridobljeno 22. 1. 2018). [180] LBNL (2017). International Glazing Database No: 29.0. Berkeley, California: Lawrence Berkeley National Laboratory. https://windows.lbl.gov/software/igdb (Pridobljeno 19.05.2017) [181] SIST (2008). SIST EN ISO 6946:2008 Gradbene komponente in gradbeni elementi - Toplotna upornost in toplotna prehodnost - Računska metoda. Ljubljana: Slovenski inštitut za standardizacijo. [182] Ribič, I. (2018). Kontaktni podatki stranke podjetja DUOL d. o. o. ter dimenzije tlorisa zračno podprte stavbe v Novem mestu. Message to: Zrim, G. 12. 4. 2018. Osebna komunikacija. Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. 151 Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. [183] Volt, J. (2018). Delovanje in poraba zemeljskega plina za ogrevanje zračno podprte stavbe v Novem mestu. Telephone call to Zrim, G. 17. 4 2018. Osebna komunikacija. [184] Ribič, I. (2018). Volumen zračno podprte stavbe v Novem mestu. Message to: Zrim, G. 23. 4. 2018. Osebna komunikacija. 152 Zrim, G. 2019. Uvedba aerogelne izolacijske odeje Spaceloft v ovoj zračno podprtih konstrukcij. Dokt. dis. Ljubljana, UL FGG, Doktorski študijski program tretje stopnje Grajeno okolje. »Ta stran je namenoma prazna« Document Outline UL-FGG-Naslovnica-Grajeno-okolje_2019 - IZPOLNJENA_22.01.2019.pdf Platnica_obr_Grajeno okolje1 Naslovnica_obr_Grajeno okolje Vzorec naslovnice pri doktorski disertaciji4