26/52018

Βιοκλιματική Δόμηση: Ο σύγχρονος ενεργειακός σχεδιασμός των κτιρίων

Στόχος της βιοκλιματικής δόμησης είναι να προσφέρει ένα θερμικά άνετο και υγιεινό εσωτερικό περιβάλλον, μειώνοντας στο ελάχιστο την επίδραση τους στο περιβάλλον, προστατεύοντας την υγεία του ανθρώπου και βελτιώνοντας την ποιότητα ζωής.

---

Ένας τρόπος επίτευξης αυτών των στόχων είναι ο ορθολογικός σχεδιασμός που συνεισφέρει τα μέγιστα στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης, θωράκιση του κτιρίου (μείωση των απωλειών),ταπαθητικά ηλιακά συστήματα, τα οποία εκμεταλλεύονται την ηλιακή ακτινοβολία για τη θέρμανση των κτιρίων, ο οικολογικός τρόπος δόμησης με τη προσεχτική επιλογή υλικών και τέλος τα ενεργειακά συστήματα, η αναζήτηση της βέλτιστης λύσης για τη κάθε περίπτωση, για τη συμπληρωματική ενέργεια (τις περισσότερες φορές συμβατική) που θα απαιτηθεί για τη κάλυψη των υπολοίπων αναγκών του κτιρίου.

Ο σκοπός της κατασκευής ενός βιοκλιματικού κτιρίου μπορεί να είναι η πλήρης απεξάρτηση από συμβατικές μορφές ενέργειας για θέρμανση, δροσισμό και άλλες λειτουργικές ανάγκες, η οικολογική προσέγγιση κατασκευής (χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα -Carbon footprint) χρησιμοποιώντας οικολογικά υλικά κατασκευής φιλικά προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον, ή η εύρεση της αποδοτικότερης λύσης για τη κάλυψη των λειτουργικών αναγκών του κτιρίου, μειώνοντας στο ελάχιστο το κόστος λειτουργίας. Κάθε παράγοντας από μόνος του δεν αποτελεί ικανή συνθήκη ώστε ένα κτίριο να είναι βιοκλιματικό. Ο συνδυασμός όμως των παραπάνω είναι αναγκαίος ώστε να έχουμε το βέλτιστο αποτέλεσμα.

Η ΔΙΕΘΝΗΣ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Η διεθνής εμπειρία έχει δείξει ότι η εφαρμογή του βιοκλιματικού σχεδιασμού μπορεί να μειώσει τις ανάγκες για θέρμανση μέχρι και 90% (BEDZED) ενώ o συνδυασμός έξυπνων ενεργειακών συστημάτων και φωτοβολταϊκών μπορούν να καλύψουν όχι μόνο τις ανάγκες για ηλεκτρισμό των κτιρίων αλλά ακόμα και τη φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων.

Βασίζεται σε δοκιμασμένες τεχνικές οι οποίες μειώνουν τις ενεργειακές ανάγκες των κτιρίων όπως:

• Νότιοι προσανατολισμοί και προσαρτημένα θερμοκήπια
• Υλικά κατασκευής με μεγάλη θερμοχωρητικότητα για αποθήκευση της θερμότητας
• Έξτρα μόνωση για διατήρηση θερμικών κερδών από οικιακές χρήσεις (μαγείρεμα)
• Ο συνδυασμός παθητικών ηλιακών συστημάτων, θερμική μάζα και έξτρα μόνωση, σχεδόν εξαλείφει την ανάγκη για συμπληρωματική θέρμανση. Η παραγωγή ενέργειας προέρχεται από ένα combined heat and power σύστημα που λειτουργεί με απορρίμματα επεξεργασίας ξύλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η θερμότητα που παράγεται από τη λειτουργία του συστήματος ζεσταίνει νερό το οποίο χρησιμοποιείται στις κατοικίες.

Επιπλέον 777m2 Φωτοβολταϊκών πανέλων παράγουν ενέργεια για 40 ηλεκτρικά οχήματα. Οι απαιτήσεις θέρμανσης μιας ZED κατοικίας είναι 10% μιας αντίστοιχης συμβατικής κατοικίας.

Το Lakeside solar house μια μονοκατοικία στη λίμνη Michigan στις Ηνωμένες πολιτείες 370 m2, είναι ένα παράδειγμα κτιρίου που χρησιμοποιεί ηλιακά παθητικά και ενεργητικά συστήματα για τη λειτουργία του. Η θέρμανση παρέχεται από ενδοδαπέδεια θέρμανση η οποία λειτουργεί από ένα υβριδικό σύστημα ηλιακών πανέλων και ενεργειακού τζακιού. Επίσης μια συστοιχία φωτοβολταϊκών συστημάτων στην οροφή καλύπτει το 80% των αναγκών για ηλεκτρική ενέργεια.

Φυσικά τέτοιες περιπτώσεις αποτελούν την εξαίρεση και όχι το κανόνα της βιοκλιματικής δόμησης, καθώς το κόστος κατασκευής και εγκατάστασης αυτών των συστημάτων εκτοξεύουν το συνολικό κόστος. Όμως αποτελούν παραδείγματα έμπνευσης και απόδειξης ότι η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης στα κτίρια είναι εφικτή.

Εάν όμως ο σκοπός της μελέτης ενός βιοκλιματικού κτιρίου δεν είναι η κατασκευή ενός πρότυπου βιοκλιματικού κτιρίου Zero energy αλλά η μικρότερη δυνατή κατανάλωση σε σχέση με το χαμηλότερο κόστος, η μελέτη πρέπει να εστιαστεί στο σωστό σχεδιασμό, την εφαρμογή παθητικών ηλιακών συστημάτων και τη θωράκιση του κτιρίου.

Ένα σωστά σχεδιασμένο κτίριο κοστίζει τόσο όσο και ένα λάθος σχεδιασμένο κτίριο. Η εφαρμογή παθητικών ηλιακών συστημάτων στοιχίζει 5% επιπλέον (όσο δηλαδή τα τζάμια ενός θερμοκηπίου, ενός αίθριου ή ενός τοίχου Trombe-Michel), ενώ η εξωτερική Θερμομόνωση στοιχίζει περίπου 50€/m2.

ΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΤΟΥΣ ΟΦΕΛΗ

Καταγράφηκαν και μετρήθηκαν (από το Κ.Α.Π.Ε.) 180 εφαρμογές παθητικών ηλιακών συστημάτων σε κτίρια συμπεριλαμβανόμενων 2 συγκροτημάτων κατοικιών και έγινε ανάλυση της κατανάλωσής ενέργειας και της εξοικονόμησης ή όχι που απέφεραν τα παθητικά ηλιακά συστήματα.

Τα συστήματα και οι τεχνικές που καταγράφθηκαν στα κτίρια στην Ελλάδα είναι :

• Nότια ανοίγματα άμεσου ηλιακού κέρδους στο 81% των κτιρίων.
• Ηλιακοί χώροι (κυρίως θερμοκήπια) έμμεσου κέρδους στο 42% των περιπτώσεων.
• Ηλιακοί τοίχοι (Trombe μάζας ή θερμοσιφωνικά πανέλα ) 27% των κτιρίων.

Από την μέτρηση των κτιρίων που πραγματοποιήθηκε βρέθηκε ότι η εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση που παρουσιάζουν τα παθητικά ηλιακά συστήματα είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς οι ηλιακοί χώροι – θερμοκήπια συνεισφέρουν στο ενεργειακό ισοζύγιο έως 60 % και οι Θερμικοί τοίχοι 20 – 35 %.Επίσης είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι κανένα από τα προαναφερθείσα κτίρια έχει air condition και όλα χρησιμοποιούν φυσικούς τρόπους δροσισμού (φυσικός αερισμός και σκίαση). Σε ελάχιστα από αυτά χρησιμοποιούνται απλώς ανεμιστήρες οροφής. Η μελέτη αυτών των κτιρίων έδειξε ότι τα μέγιστα ενεργειακά οφέλη απορρέουν από το σωστό σχεδιασμό, τη προστασία του κελύφους (σκίαση, μόνωση) και το σωστό προσανατολισμό του κτιρίου, το κυριότερο ζήτημα που πρέπει να λάβει υπ’όψιν του ο αρχιτέκτονας.

Εφαρμογή παθητικών ηλιακών συστημάτων έμμεσου κέρδους

Στην περιοχή της πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου τοποθετήθηκαν τρία προκατασκευασμένα κτίρια μικρών διαστάσεων (4,3m x 3,3m) που κατασκευάστηκαν και χορηγήθηκαν από την εταιρία προκατεσκευής PROELLAS A.B.E.T.E με σκοπό την αξιολόγηση της εφαρμογής παθητικών ηλιακών συστημάτων . Το κάθε κτίσμα αποτελείται από έναν ενιαίο χώρο και διαφοροποιούνται μεταξύ τους στη νότια πλευρά τους. Στο πρώτο κτίσμα προσαρτήθηκε ένας ηλιακός χώρος, τύπου θερμοκηπίου, διαστάσεων 2,95×1,45μ, στο δεύτερο κτίσμα έχει ενσωματωθεί ένας τοίχος θερμικής αποθήκευσης, τύπου Trombe διαστάσεων 2,20 x 2,20 ενώ στο τρίτο κτίσμα τοποθετήθηκε ένα παράθυρο διαστάσεων 2,10×1,05μ.

Συνολικά πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στο διάστημα 6/12/2010 – 11/10/2011 με σκοπό να υπάρξει μια ενδεικτική εικόνα της απόδοσης των παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης που φέρει το κάθε κτίσμα, στη διάρκεια ενός έτους. Τα κλιματικά δεδομένα της περιοχής που λήφθηκαν υπόψη είναι η θερμοκρασία, η υγρασία, η ταχύτητα του ανέμου και η ηλιοφάνεια και λήφθηκαν από τον μετεωρολογικό σταθμό του ΕΜΠ στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου.

Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η εφαρμογή ενός θερμοκηπίου μπορεί να ανεβάσει την εσωτερική θερμοκρασία στο χώρο που προσάπτεται έως και 7ο C (τις μέρες με ηλιοφάνεια), παρουσιάζοντας τις υψηλότερες απόλυτες εσωτερικές θερμοκρασίες οι οποίες όμως δεν διατηρούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς λόγω των μεγάλων ανοιγμάτων τα θερμικά κέρδη μπορεί να χαθούν μέσα σε 3 ώρες. Αντίθετα, η εφαρμογή ενός τοίχου θερμικής αποθήκευσης ενδείκνυται σε περιπτώσεις που θέλουμε εσωτερική θερμοκρασία χωρίς έντονες διακυμάνσεις, ενώ τα θερμικά κέρδη αποδίνονται στον εσωτερικό χώρο έως και τις πρώτες βραδινές ώρες, καθώς ένας τοίχος TROMBE παρουσιάζει χρονική υστέρηση έως και 8 ώρες.

Οι μελέτες έδειξαν ότι με την εφαρμογή παθητικών ηλιακών συστημάτων μειώνονται οι ανάγκες για θέρμανση σε ποσοστό έως και 38% καθώς παρατηρούνται συνθήκες θερμικής άνεσης για μεγαλύτερο διάστημα σε σχέση με ένα συμβατικό κτίριο, ενώ ακόμη και τις μέρες που χρειάζεται το σύστημα θέρμανσης αυτό λειτούργει για λιγότερες ώρες.

Εφαρμογή εξωτερικής θερμομόνωσης σε υφιστάμενα κτίρια

Η εφαρμογή εξωτερικής θερμομόνωσης είναι μία από τις πιο διαδεδομένες λύσεις για την εξοικονόμηση ενέργειας σε υφιστάμενα κτίρια. Η ενεργειακή βελτίωση που απορρέει από την εφαρμογή της εξωτερικής θερμομόνωσης μπορεί να φτάσει και το 56%, ενώ το κόστος της επένδυσης είναι γύρω στα 50€/m2. Μετρήσεις που έγιναν τα τελευταία 5 χρόνια από την εταιρεία ΕCOCOSMOS, έδειξαν ότι διαμερίσματα χρονολογίας από το 1958 έως 1975 παρουσίασαν ενεργειακή βελτίωση από 17% έως 56% με μέση τιμή 41%, τα διαμερίσματα χρονολογίας 1980 έως 1990 βελτίωση από 10% έως 47% με μέση τιμή 26% ενώ τα πιο σύγχρονα από 1995 έως σήμερα από 10% έως 45% με μέση τιμή 25%. Οι επεμβάσεις σε μονοκατοικίες και παρουσίασαν εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη από 13% έως 30% με μέση τιμή 46%.

Συμπεράσματα

Μπορεί ένας κατασκευαστής να αναλωθεί στην αναζήτηση της φτηνότερης μορφής ενέργειας (πετρέλαιο, αέριο, γεωθερμία, ηλεκτρισμός, φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες κ.λπ.) ώστε να καλύψει τις λειτουργικές ανάγκες της κατασκευής του, αλλά δυστυχώς δεν θα έχει κανένα απολύτως αποτέλεσμα εάν δεν μελετήσει συνολικά τη κατασκευή του. Όπως έχει αναφερθεί , η φθηνότερη μορφή ενέργειας είναι αυτή που δεν καταναλώθηκε ποτέ και αυτός πρέπει να είναι ο πρώτος και ο κυρίαρχος παράγοντας στη μελέτη ενός βιοκλιματικού κτιρίου.

Κατασκευάζοντας λοιπόν ένα βιοκλιματικό κτίριο η σειρά προσέγγισης της μελέτης είναι:

1. η μείωση των αναγκών για θέρμανση και δροσισμό μέσω του ορθολογικού σχεδιασμού
2. η θωράκιση του κτιρίου – η ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών μέσω της μόνωσης
3. η εφαρμογή των παθητικών συστημάτων (για θέρμανση από τον ήλιο, ηλιοπροστασία, φυσικός δροσισμός) και τέλος,
4. η αναζήτηση της οικονομικότερης λύσης για την κάλυψη των αναγκών από ενεργητικά συστήματα ή από αυτά που λειτουργούν με συμβατικής μορφής ενέργεια.

Πηγή: kataskevesktirion.gr