«ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ, ΦΙΛΙΚΩΝ ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ, ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΤΙΣ ΘΕΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ, ΦΙΛΙΚΩΝ ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ, ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ» ΚΑΡΑΝΤΑΓΛΗ ΕΛΕΝΗ ΙΟΥΛΙΟΣ 2013 ΠΑΤΡΑ 1

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟΝ ΚΤΙΡΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ 1.2. ΒΙΩΣΙΜΟΤΗΤΑ - ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΩΝ 1.3. ΙΣΤΟΡΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ 1.4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ 1.5. ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ 1.6. ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ 1.7. ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ 1.8. ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ 2. ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ 2.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Αντικατάσταση λαμπτήρων Αποφυγή Θερμογεφυρών Μόνωση κελύφους κτιρίου Οροφές Κουφώματα Υαλοπίνακες Συστήματα Θέρμανσης Παρεμβάσεις Βοηθητικές Διατάξεις Θερμικοί Ηλιακοί Συλλέκτες (ΑΠΕ) Επιλογή τύπου συλλεκτών Διαστασιολόγηση του συλλεκτικού πεδίου Προσανατολισμός των ηλιακών συλλεκτών Τοποθέτηση ηλιακών συλλεκτών, υλικά στήριξης και στατική μελέτη Βλάστηση 2

3 2.2 ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Ηλιακά συστήματα Φωτοβολταϊκά Συστήματα Προσεγγίζοντας τον βιοκλιματικό σχεδιασμό Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης Τεχνικές Φυσικού Δροσισμού Φύτευση στις στέγες των κτιρίων Συστήματα και Τεχνικές Φυσικού Φωτισμού Αιολική ενέργεια Περιγραφή των Ανεμοκινητήρων Γεωθερμία Βιομάζα 2.3 ΚΑΙΝΟΤΟΜΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Τεχνολογίες / συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας και βελτίωσης ενεργειακής απόδοσης Συστήματα προσόψεων Φωτοβολταϊκά Γ και Δ Γενιάς Υλικό που διατηρεί σταθερή τη θερμοκρασία στα κτίρια Σκυρόδεμα που φυτεύεται «Αυτοθεραπευόμενο» σκυρόδεμα Κτίριο με πρόσοψη καλυμμένη από φύκια Αποθήκευση ενέργειας «Aερο-ντους» με 50% λιγότερο νερό 3. ΕΦΑΡΜΟΓΗ 3.1. Η ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων και οι δυνατότητες εξοικονόμησής της 3

4 3.2. Οικονομικά στοιχεία για την ενέργεια και των ενεργειακών επεμβάσεων 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Περιεχόμενα: πίνακες - σχήματα εικόνες κ.α. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να αναδείξει της νέες τεχνολογίες που ενσωματώνονται στα κτίρια. Πρόκειται για τεχνολογίες φιλικές προς το περιβάλλον, αφού ελαχιστοποιούν τους ρύπους του κτιρίου, εξοικονομούν ενέργεια και στηρίζονται κυρίως σε ανανεώσιμους πόρους για την παραγωγή της. Η χρήση του κτιρίου και ο εντοπισμός των αναγκών του επιδέχεται προσανατολισμένες λύσεις. Έτσι, σε κατοικίες, γραφεία, αποθήκες, εμπορικά, βιομηχανικά και ειδικά κτίρια, μπορούν να ενσωματωθούν νέες τεχνολογίες, αυξάνοντας το ενεργειακό τους αποτύπωμα. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται σε ενσωμάτωση, φιλικών προς το περιβάλλον, τεχνολογιών, ειδικά για υφιστάμενα κτίρια. Μέσω της ριζικής και λειτουργικής ανακαίνισης και αποκατάστασης αυτών, τα αποτελέσματα τείνουν προς την επίτευξη ενός κτιρίου χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης και ελάχιστων ρύπων. Οι τεχνολογίες αυτές διαχωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Αρχικά, οι βασικές τεχνικές/τεχνολογίες που απαιτούνται σε κάθε είδος κτιρίου, προκειμένου να παρέχει στον χρήστη οπτική και θερμική άνεση και να επιτύχει τους περιβαλλοντικούς και ενεργειακούς στόχους. Πρόκειται για τεχνολογίες που έχουν ήδη εφαρμοστεί ή θα έπρεπε να εφαρμοστούν ευρέως. Έπειτα, είναι οι ειδικές τεχνικές/τεχνολογίες, που προχωρούν τις βασικές ένα βήμα παρακάτω, και που αναφέρονται σε τεχνικές που συνεχώς εξελίσσονται. Η ενσωμάτωσή τους στα υπό ανακαίνιση κτίρια αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον, εξυπηρετώντας εκτός από τους περιβαλλοντικούς στόχους και μια αξιόλογη αισθητική. Την τελευταία κατηγορία αποτελούν οι καινοτόμες τεχνολογίες, όπου κυρίως βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο, ή παρουσιάζουν ελάχιστες εφαρμογές. Επιστήμονες όλων των ειδικοτήτων, εργάζονται προς επίλυση των παραγόντων, που αποτελούν τροχοπέδη, για την ευρεία παραγωγή και εφαρμογή τους. Σωστή ενημέρωση των χρηστών κάθε κτιρίου, ορθολογική χρήση των υπαρχόντων τεχνολογιών, πιθανά κρατικά κίνητρα και παροχή σωστών τεχνικά μελετών και εφαρμογών είναι θέματα που απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή. Ο κτιριακός τομέας, από ενεργειακής πλευράς, είναι ένας εκ των τριών κύριων υπαιτίων για την κλιματική αλλαγή, το φαινόμενο του θερμοκηπίου και άλλα παγκόσμια περιβαλλοντικά προβλήματα. Τα ενεργειακά αποθέματα που προέρχονται από μη- 5

6 ανανεώσιμους πόρους τείνουν προς εξάντληση. Νέες τεχνολογίες έρχονται για να καλύψουν απαραίτητες παγκόσμιες ανάγκες. Η ενημέρωση είναι ένα καλό ξεκίνημα. ABSTRACT The aim of this thesis is to highlight the new technologies incorporated in buildings. These technologies are environmentally friendly, since minimize pollutants building and energy saving are mainly based on renewable resources for energy production. The optimal use of the building and the identification of it, contribute to the needs, open-oriented solutions. Thus, in homes, offices, warehouses, commercial, industrial and special buildings can incorporate new technologies, increasing their energy footprint. This thesis refers to integration of environmentally friendly technologies, especially for existing buildings. Through a radical and functional renovation and restoration of those, the results tend towards a building with low energy consumption and of minimum emissions. These technologies are divided into three categories. Initially, the basic techniques / technologies required in each type of building, in order to provide the user visual and thermal comfort and achieve environmental and energy goals. These are technologies that have been or should be implemented widely. Then, there are the specific techniques / technologies that move the key a step below and are referred to techniques constantly evolved. Their integration in buildings under renovation is of special interest, apart from raising environmental objectives and a remarkable aesthetics. The last category comprises innovative technologies, which are mainly found in the research stage, or having few applications. Scientists of all disciplines are working to resolve the factors which hold for the large-scale production and implementation. Properly informed users for buildings rational use of existing technologies, potential government incentives and suitable technical studies and applications, are issues that require special attention. The buildings sector is, from the energy point of view, one of the three main culprits of climate change, global warming and other global environmental problems. Energy supplies from nonrenewable resources tend to exhaustion. New technologies are coming to meet essential world needs. The awareness is a good start. 6

7 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟΝ ΚΤΙΡΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ Ο κτιριακός τομέας είναι υπεύθυνος για το 40% της συνολικής τελικής κατανάλωσης ενέργειας, σε εθνικό και ευρωπαϊκό επίπεδο, με την τελική κατανάλωση ενέργειας στην Ε.Ε. να ανέρχεται στα 1,168 Mtoe 2,4 toe/κάτοικο. Ως κτιριακό τομέα εννοούμε τα νοικοκυριά και τον τριτογενή τομέα. Η κατανάλωση αυτή, είτε σε μορφή θερμικής (κυρίως πετρελαίου ή φυσικού αερίου) είτε σε μορφή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει ως αποτέλεσμα εκτός της σημαντικής οικονομικής επιβάρυνσης λόγω του υψηλού κόστους της ενέργειας, τη μεγάλη επιβάρυνση της ατμόσφαιρας σε ρύπους, κυρίως σε διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και αντιστοιχεί στο ένα τρίτο των συνολικά παραγόμενων εκπομπών στην Ευρώπη [1]. Η κατανομή των ισοδύναμων εκπομπών CO 2 αντιστοιχεί σε ποσοστό 44% στον κτιριακό τομέα, 21 % στις μεταφορές, 28 % στη βιομηχανία και 7% στις λοιπές χρήσεις [2].. Κατανάλωση Ενέργειας 44% Κτιριακός τομέας 21% Μεταφορές 28% Βιομηχανία 7% Λοιπές χρήσεις Σχήμα 1: Κατανάλωση Ενέργειας Έχει καταγραφεί ότι η θέρμανση των κτιρίων κατέχει σημαντικό μέρος των συνολικών ενεργειακών καταναλώσεών τους (69%) ακολουθούμενη από την παραγωγή ζεστού νερού (15%), τις ηλεκτρικές συσκευές και το φωτισμό (11%). 7

8 Κατανάλωση Ενέργειας Κτιρίου 69% Θέρμανση 15% ΖΝΧ 11% Ηλεκτρικές συσκευές& Φωτισμός Σχήμα 2:Κατανάλωση ενέργειας κτιρίου Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι στις Ευρωπαϊκές Βόρειες χώρες, όπως η Φινλανδία και η ανία, όπου οι δριμείς χειμώνες είναι μεγάλης διάρκειας, η θέρμανση κατοικιών ανέρχεται στα 1,5 ΤΙΠ/κατοικία/1997, ενώ στην Ελλάδα το αντίστοιχο ποσό είναι 0,9 ΤΙΠ/κατοικία. Η μέση κατανάλωση ενέργειας/κατοικία για θέρμανση έχει ελαφρά μειωθεί στην Ε.Ε. από το 1990, ενώ η θεωρητική ειδική κατανάλωση των νέων κατοικιών στην Ε.Ε. είναι κατά 22% μικρότερη από το Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τόσο οι κατοικίες, όσο και οι ηλεκτρικές συσκευές είναι πιο ενεργειακά αποδοτικές, αν και οι απαιτήσεις σε άνεση είναι αυξημένες. Επί πλέον, υπάρχουν αυστηρότερα κριτήρια ενεργειακής απόδοσης που έχουν θεσπιστεί σε αρκετές χώρες την τελευταία 5ετία. Σε αντίθεση με το σύνολο της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στην Ελλάδα η κατανάλωση ενέργειας στα κτίρια παρουσιάζει αυξητική τάση. Η ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας είναι ιδιαίτερα εμφανής στον κτιριακό τομέα, ο οποίος καλύπτει το 36% περίπου της συνολικής τελικής ενεργειακής κατανάλωσης στην Ελλάδα, με μέσο ετήσιο ρυθμό αύξησης 7%. Στην Ελλάδα, χώρα Μεσογειακή με πολύ λιγότερες απαιτήσεις σε θέρμανση κατά τη διάρκεια του χειμώνα, οι ανάγκες για θέρμανση των κατοικιών ανέρχονται περίπου στο 70% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης. Η κατανάλωση ενέργειας για τις οικιακές συσκευές, το φωτισμό και τον κλιματισμό ανέρχεται στο 18% του συνολικού ενεργειακού ισοζυγίου [3]. 8

9 Οι κατοικίες με κεντρικό σύστημα θέρμανσης, το οποίο χρησιμοποιεί ως καύσιμο αποκλειστικά το πετρέλαιο, αντιστοιχούν στο 35,5% του συνόλου. Το υπόλοιπο 64% είναι αυτόνομα θερμαινόμενες κατοικίες που χρησιμοποιούν σε ποσοστό 25% πετρέλαιο, 12% ηλεκτρικό ρεύμα και 18% καυσόξυλα. Δυστυχώς, η ενέργεια αυτή δεν προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές, αλλά σε ποσοστό 58% από πετρέλαιο και σε ποσοστό 27,3% από ηλεκτρική ενέργεια παραγόμενη από λιγνίτη. Το μερίδιο πρωτογενούς ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές είναι μόλις 10% και από φυσικό αέριο 10% [3]. Παρά τις κοινές διαπιστώσεις και την υπαρκτή τεχνογνωσία συνεχίζονται να υιοθετούνται ενεργοβόρα πρότυπα οικιστικής ανάπτυξης [4a]. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί πως ο κύκλος ζωής των κτιρίων συνδέεται με σημαντικές καταναλώσεις ενέργειας. Η κατασκευή των κτιρίων έχει σημαντική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, καθώς επηρεάζεται από αυτό αλλά και το επηρεάζει με τη χρήση γης, πρώτων υλών και ενέργειας, καθώς και την παραγωγή αποβλήτων σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής του [5]. Για την κατασκευή των κτιρίων χρησιμοποιείται το 40% της πέτρας, της άμμου και του χαλικιού, το 25% του ξύλου και το 16% του νερού ετησίως στον κόσμο [6].Δείκτες κατανάλωσης ενέργειας από τον OECD (2010) αποδεικνύουν ότι στον τομέα των κατασκευών χρησιμοποιείται το 25% με 40% της συνολικής ενέργειας, ενώ σε μερικές χώρες το ποσοστό αυτό αγγίζει και το 50% [7]. Οι σημαντικότερες καταναλώσεις ενέργειας μη ανανεώσιμων πηγών και αντίστοιχα εκπομπών του θερμοκηπίου εντοπίζονται στο στάδιο της χρήσης του κτιρίου. Η ενέργεια που καταναλώνεται στο στάδιο της χρήσης του κτιρίου, με διάρκεια ζωής 50 χρόνια, είναι το 80 90% της συνολικής του ενέργειας [8]. Είναι λοιπόν φανερό πως η παρέμβαση στον κτιριακό τομέα και ο συνυπολογισμός του περιβαλλοντικού κριτηρίου στη λήψη αποφάσεων δεν αποτελεί απλώς μια σύγχρονη τάση αλλά μια αναγκαιότητα [4b]. 1.2 ΒΙΩΣΙΜΟΤΗΤΑ - ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΩΝ Σύμφωνα με την απογραφή των ελληνικών οικοδομών κτιρίων [9], καταγράφηκαν κτίρια κατοικιών, το μεγαλύτερο ποσοστό των οποίων συγκεντρώνεται στα μεγάλα αστικά κέντρα. Η κατανομή των κτιρίων βρίσκεται στα αστικά κέντρα και ανέρχεται σε ποσοστό 65% για τα κτίρια κατοικιών και σε ποσοστό 47% για το σύνολο των κτιρίων. 9

10 Σχήμα 3: Ποσοστά κτιρίων κατοικιών ανά περιφέρεια, στην Ελλάδα Σχήμα 4: Κατανομή των κτιρίων ανάλογα με τη χρήση τους στην Ελλάδα 10

11 Ένα άλλο σημαντικό κριτήριο διαχωρισμού των κτιρίων είναι η ηλικία τους, καθώς το έτος της άδειας κατασκευής τους σχετίζεται με την εφαρμογή ή όχι του Κανονισμού Θερμομόνωσης Κτιρίων (ΚΘΚ). Η εισαγωγή του ΚΘΚ έγινε το 1979 και στην πράξη η εφαρμογή του από το 1981 και μετά. Όπως εύκολα παρατηρεί κάποιος στον πίνακα 1, η πλειοψηφία των κτιρίων κατασκευάστηκε τη χρονική περίοδο από το 1946 μέχρι και το 1985 γεγονός που υποδηλώνει ότι στην Ελλάδα τα περισσότερα αστικά κτίρια είναι μη θερμομονωμένα [4]. Πίνακας 1: Χρονική περίοδος κατασκευής κτιρίων και ανά δραστηριότητα Μελετώντας τα αποτελέσματα των στατιστικών μπορεί εύκολα να αντιληφθεί κάποιος γιατί έχει νόημα στην Ελλάδα, αλλά και γενικότερα στην Ευρώπη, να στραφεί το ενδιαφέρων στα κτίρια για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της εξοικονόμησης ενέργειας. Το 50% και παραπάνω των κτιρίων κατοικιών στην Ευρώπη (ΕΕ-25) έχουν κατασκευαστεί πριν από το 1970 και το 1/3 των υπόλοιπων κτιρίων κατοικιών από το Αν σε αυτά τα ποσοστά συμπεριλάβει κανείς και το γεγονός ότι η έννοια της θερμομόνωσης άρχισε να ισχύει από τα τέλη της δεκαετίας του 70 τότε αυτό πρακτικά σημαίνει σημαντικό ποσοστό μη θερμομονωμένων υφιστάμενων κτιρίων. Στην Ελλάδα ο ΚΘΚ ψηφίστηκε και τέθηκε σε ισχύ από το 1979, οπότε όλα τα κτίρια που κατασκευάστηκαν πριν από το 1980 δεν είναι θερμομονωμένα, ενώ το 10% των κτιρίων που κατασκευάστηκαν στο διάστημα παρουσιάζουν μη επαρκή θερμομόνωση [4]. 11

12 Σχήμα 5: Ομαδοποιημένη κατανομή των κτιρίων ανάλογα με την ηλικία Επιπρόσθετα, και σε ότι αφορά στη χρήση ενέργειας, έχει αποδειχθεί ότι η κατανάλωση ενέργειας κατά τη φάση κατασκευής κυμαίνεται σε ποσοστό 10 20% σε σχέση με τη συνολικά καταναλισκόμενη ενέργεια στον κύκλο ζωής του κτιρίου, ενώ κατά τη φάση λειτουργίας του κτιρίου και ειδικά για τα κτίρια κατοικιών όπου γίνεται χρήση οικιακών συσκευών, το ποσοστό αυτό φθάνει μέχρι και το 50%, ενώ πολύ μικρά είναι τα ποσοστά καταναλισκόμενης ενέργειας κατά τη φάση αποδόμησης, 1 5% [10]. 1.3 ΙΣΤΟΡΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ Από την αρχαιότητα ακόμα έχει παρατηρηθεί πως η επιλογή και η κατασκευή χώρων στέγασης, κυρίως κατοικιών, δεν γινόταν με τυχαίο τρόπο. Οι περιβαλλοντικές και κλιματολογικές συνθήκες, η γεωγραφία, κτλ έπαιζαν σημαντικό ρόλο. Η κάθε μία χρονική περίοδος χαρακτηρίζεται από την διαφορετική επιλογή των υλικών και των μεθόδων κατασκευής των κτιρίων, οι οποίες αντανακλούν την τεχνολογία της εποχής καθώς και την κοινή λογική. Πολύ εντυπωσιακό είναι πως πολλά από τα κτίρια αυτά εξασφάλιζαν μια αξιόλογη θερμική άνεση σε όλες τις εποχές. Αυτό επιτεύχθηκε λόγω της ισορροπίας που επικρατούσε στο εσωτερικό τους περιβάλλον για πολλά χρόνια. 12

13 Οι διακυμάνσεις (ημερήσιες και εποχιακές) της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας δεν προκάλεσαν υπερβολική καταπόνηση στο κτίριο. Αυτό συνέβη γιατί τα περισσότερα κτίρια σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να προσαρμόζονται πλήρως στο κλίμα της περιοχής τους. Ένας διαχωρισμός που κάνουμε σήμερα στα κτίρια - μνημεία είναι σε ιστορικά, διατηρητέα, αρχαιολογικά κτλ. Σε αυτά τα κτίρια, η ενσωμάτωση τεχνολογιών, επιτυγχάνεται με τη συμβολή μελέτη πολλών ειδικών επιστημόνων και γίνεται συνήθως κατά αποκλειστικότητα, σε κάθε κτίριο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, ελάχιστη αναφορά θα γίνει σε αυτά τα κτίρια, λόγω των ελάχιστων ρύπων που παράγουν και της μικρής ποσότητας αυτών, σε σχέση με άλλων χρήσεων κτίρια (π.χ. κατοικίες). 1.4 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Οι περιβαλλοντικές τεχνολογίες είναι τεχνολογίες που είναι λιγότερο επιβλαβείς για το περιβάλλον, σε σχέση με άλλες εναλλακτικές τεχνολογίες. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται τεχνολογίες και διεργασίες διαχείρισης της ρύπανσης, προϊόντα που συνεπάγονται κατανάλωση λιγότερων πόρων και υπηρεσίες και διεργασίες που διαχειρίζονται αποδοτικότερα τους πόρους. Περιβαλλοντικές τεχνολογίες υπάρχουν σε όλους σχεδόν τους οικονομικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου της ρύπανσης, της διαχείρισης των υδάτινων πόρων και των αποβλήτων, και της παραγωγής ενέργειας. Οι τεχνολογίες αυτές εκπέμπουν επίσης λιγότερους ρύπους, παράγουν λιγότερα απόβλητα, έχουν περιορισμένες επιπτώσεις στην υγεία και τη βιοποικιλότητα και εν γένει συμβάλλουν στη μείωση του κόστους και τη βελτίωση της ανταγωνιστικότητας. Η οικο-καινοτομία αφορά όλες τις μορφές καινοτομίας τεχνολογική και μη τεχνολογική καινοτομία, νέα προϊόντα, νέες υπηρεσίες και νέες επιχειρηματικές πρακτικές που δημιουργούν επιχειρηματικές ευκαιρίες και ωφελούν το περιβάλλον περιορίζοντας ή εξαλείφοντας τις επιπτώσεις σ αυτό, ή ακόμα, βελτιστοποιώντας τη χρήση των πόρων (συμπεριλαμβανομένης της χρήσης της ενέργειας). Η οικο-καινοτομία είναι στενά συνδεδεμένη με την ανάπτυξη και τη χρήση περιβαλλοντικών τεχνολογιών, καθώς και με τις έννοιες της οικο-αποδοτικότητας και των 13

14 οικο-βιομηχανιών. Κοινός στόχος είναι η συμβολή σε πιο αειφόρα πρότυπα παραγωγής και κατανάλωσης. Ορισμένα πρακτικά παραδείγματα οικο-καινοτομίας είναι οι διεργασίες ανάκτησης πολύτιμων ουσιών από λύματα, οι αποδοτικότερες συσκευασίες τροφίμων, η παραγωγή δομικών υλικών από ανακυκλωμένα απόβλητα, τα οικολογικά προϊόντα και νέες μέθοδοι διαχείρισης [11]. 1.5 ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ Με τον όρο ανακαίνιση προσδιορίζεται η παρέμβαση σε ένα υφιστάμενο κτίριο, με σκοπό να αποκτήσει νέα μορφή. Αυτό επιτυγχάνεται με επισκευές, βελτιώσεις, επιδιορθώσεις, χρήση νέων τεχνολογιών και νέων υλικών. Η νέα μορφή θα πρέπει να πληροί τις αρχικές επιδιώξεις: καλύτερη λειτουργικότητα, οπτική και θερμική άνεση, ενεργειακή αναβάθμιση, αισθητική κ.α. Σχήμα 6: Κτιριακό απόθεμα Η.Π.Α. Από το 2010, το συνολικό κτιριακό απόθεμα (μόνο) των Η.Π.Α. είναι περίπου 25,55 δισ. τετραγωνικά μέτρα. 14

15 Σχήμα 7: Κτίρια προς κατεδάφιση Κάθε χρόνο κατεδαφίζονται 0,2 δισ. κτίρια. Σχήμα 8: Κτίρια προς ανακαίνιση Κάθε χρόνο ανακαινίζονται 0,5 δισ. κτίρια. 15

16 Αυτή η μεταμόρφωση κατά τα επόμενα 25 χρόνια αποτελεί μια ιστορική ευκαιρία για την αρχιτεκτονική και την οικοδομική κοινότητα προς αποφυγή των επικίνδυνων κλιματικών αλλαγών. Ο κτιριακός τομέας θα πρέπει να καθοδηγήσει όλους τους τομείς προς μια ενεργειακά αποδοτική κατεύθυνση. Σχήμα 9: Η πρόκληση του 2030 [13] Η πρόκληση του 2030 θέτει εφικτούς και οικονομικά προσιτούς στόχους για τη δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας του κτιριακού τομέα από το 2030 και έπειτα. Τα κτίρια έχουν την ικανότητα να συλλέξουν ένα τεράστιο ποσό ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στις οροφές και στις όψεις τους, αν μελετηθούν και ανακαινισθούν αποτελεσματικά. 16

17 Εικόνα 1: Τρόπος επίτευξης της πρόκλησης του 2030 Μέσα από ορθές στρατηγικές σχεδιασμού και μελετών, νέων τεχνολογιών και συστημάτων (συμπεριλαμβανομένων των ενσωματωμένων ενεργειακών συστημάτων από ΑΠΕ), καθώς και των εκτός κτιριακού κελύφους ΑΠΕ (δηλ. των μη ενσωματωμένων ΑΠΕ), τα κτίρια μπορούν να σχεδιάζονται και να κατασκευάζονται σήμερα κατάλληλα ώστε να επιτευχθούν οι ενεργειακοί στόχοι. Σχήμα 10: Εκπομπές CO 2 17

18 Ακολουθώντας επιτυχημένα την πρόκληση του 2030 αναμένεται να μειωθούν δραματικά οι εκπομπές CO 2, αντικαθιστώντας τις υφιστάμενες μορφές παραγωγής ενέργειας με άλλες μορφές. Σχήμα 11: Εκπομπές CO 2 στις Η.Π.Α. Η απότομη και γρήγορη εφαρμογή νέων τεχνολογιών και κανόνων φιλικών προς το περιβάλλον, θα μειώσει δραματικά τις εκπομπές CO 2 και θα μετατρέψει τον κτιριακό τομέα σε ένα κεντρικό τμήμα της λύσης για την κλιματική αλλαγή. Γενικότερα, προτιμάται η ανακαίνιση ενός κτιρίου από την κατεδάφιση ή και την ανέγερση μιας νέας οικοδομής, γιατί με αυτόν τον τρόπο δεν πετιόνται δομικά υλικά του κτιρίου αλλά επαναχρησιμοποιούνται. Το 35% των αρχικών οικοδομικών υλικών κατασκευής, ευθύνονται για το 10-35% των δομικών αποβλήτων [12]. Με βάση τις ανάγκες που έχει ένα κτίριο, μελετώνται και υπολογίζονται οι τεχνολογίες που θα βελτιώσουν το ενεργειακό του αποτύπωμα. Αυτές στην πράξη, θα εμφανιστούν στην οπτική και θερμική άνεση των χρηστών του, στον καλύτερο και αποδοτικότερο τρόπο ζωής τους, στην αξιοποίηση του χώρου, καθώς και στην οικονομία. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, θα ελαχιστοποιήσουν την χρήση των πόρων (οικοδομικά υλικά, ενέργεια, νερό), και θα ωφελήσουν το περιβάλλον περιορίζοντας ή εξαλείφοντας τις επιπτώσεις προς αυτό (π.χ. ρύποι), οπότε και θα μειωθούν προβλήματα παγκόσμιας κλίμακας (κλιματολογική αλλαγή, φαινόμενο του θερμοκηπίου κ.α.). 18

19 Για την βελτίωση του ενεργειακού αποτυπώματος τα τελευταία χρόνια εισήλθαν οι έννοιες: Ενεργειακό κτίριο, Βιοκλιματικό κτίριο, Πράσινο Κτίριο, Έξυπνο κτίριο, Passive house, Κτίριο Μηδενικής Ενέργειας (Zero Energy Building) κ.α. Για να επιτευχθεί η υλοποίηση ενός τέτοιου κτιρίου επιβάλλεται να μελετηθούν επισταμένα η χρήση των διαθέσιμων, (κατά προτίμηση ανανεώσιμων), οικονομικότερων, και φιλικότερων προς το περιβάλλον πόρων για θέρμανση/ψύξη, μετατροπή ενέργειας προς αντικατάσταση άλλων μη-ανανεώσιμων πόρων και ηλεκτρισμού. Αυτοί οι ανανεώσιμοι πόροι, δεν είναι άλλοι, από τον ήλιο, το νερό, τον αέρα και το έδαφος, που με την βοήθεια της τεχνολογίας χρησιμοποιούνται σήμερα, με τη μορφή ενέργειας, ως ηλιακή, υδροηλεκτρική, αιολική ενέργεια αντίστοιχα, καθώς και γεωθερμία. Παρόλα ταύτα, δεν θα υπήρχε κανένα νόημα εξέλιξης της τεχνολογίας αν δεν υπάρχει σαφής ενημέρωση και ευαισθητοποίηση των χρηστών του κτιρίου. 1.6 ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ Με τον όρο ενσωμάτωση, προσδιορίζεται ό,τι καθίσταται αδιάσπαστο μέρος συγκροτημένου συνόλου. Με αυτή την έννοια, κάθε ενεργειακή τεχνολογία λειτουργεί ως αναπόσπαστο τμήμα του κτιρίου. Διαχωρίζουμε τις ενεργειακές τεχνικές - τεχνολογίες σε δυο είδη, τα παθητικά συστήματα και τα ενεργητικά συστήματα. Παθητικά συστήματα καλούνται οι διατάξεις εκείνες στις οποίες η μετατροπή και η αξιοποίηση της ενέργειας βασίζεται σε φυσικούς μηχανισμούς. Ενεργητικά καλούνται τα συστήματα που απαιτούν τη χρήση τεχνητών μέσων για την κυκλοφορία του ρευστού απολαβής της ενέργειας (πχ. αντλιών, κυκλοφορητών ή άλλων). Στην περίπτωση που αναφερόμαστε στην ηλιακή ενέργεια, διαχωρίζονται στα Παθητικά ηλιακά συστήματα και στα Ενεργητικά ηλιακά συστήματα. Ενεργητικά ηλιακά συστήματα καλούνται αυτά τα οποία περιλαμβάνουν τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία τα οποία μεταβάλουν την ηλιακή ενέργεια σε άλλες μορφές ενέργειας. Τα θερμικά ηλιακά συστήματα χωρίζονται σε δύο τύπους, στα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας και στα συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας. Τα συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας χωρίζονται στα συστήματα ανοιχτού και κλειστού βρόγχου, ενώ τα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας χωρίζονται σε 19

20 θερμοσιφωνικά συστήματα και στους συμπαγής θερμαντήρες. Τα θερμικά ηλιακά συστήματα χρησιμοποιούνται για την θέρμανση και την ψύξη των χώρων, για την παραγωγή θερμού νερού οικιακής χρήσης, καθώς και για άλλες δραστηριότητες. Σε όλες τις περιπτώσεις, ως ενσωμάτωση νοείται η απόλυτη εφαρμογή στο κτίριο, σε όλα τα επίπεδα, «περιβαλλοντικά», ενεργειακά, λειτουργικά και αισθητικά [15]. 1.7 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Με κριτήριο την «ευκολία» εφαρμογής (οικονομική, χωροταξική, τεχνολογική, χρονική κτλ) της τεχνικής / τεχνολογίας, διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες: Α. Βασικές τεχνικές / τεχνολογίες Β. Ειδικές τεχνικές / τεχνολογίες Γ. Καινοτόμες τεχνολογίες 1.8 ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ Η μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια προκύπτει από το σωστό και ορθολογικό σχεδιασμό, όσον αφορά στη χωροθέτηση και στον προσανατολισμό του κτιρίου, το μέγεθος, τον προσανατολισμό και τη θέση των ανοιγμάτων, την προστασία του κελύφους (θερμομόνωση, ανεμοπροστασία, ηλιοπροστασία), αλλά και από τη σωστή λειτουργία των συστημάτων. Προτιμότερα είναι τα συστήματα που είναι απλά στην κατασκευή και στη λειτουργία τους και που συνδυάζουν θερμικά οφέλη καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η εξασφάλιση επαρκούς ηλιοπροστασίας (σκίασης) και φυσικού αερισμού το καλοκαίρι. Η εξοικονόμηση ενέργειας με το βιοκλιματικό σχεδιασμό ποικίλει ανάλογα με τον τύπο του κτιρίου, το κλίμα της περιοχής και από τις επιμέρους τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται. Σε κατοικίες της Ελλάδας έχει καταγραφεί εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 15-40% για θέρμανση και ολική κάλυψη των αναγκών ψύξης των κτιρίων [16]. 20

21 2. ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ 2.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Ως βασικές τεχνικές θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε, κάποιες απλές τεχνικές, χαμηλού κόστους και με ευκολία εφαρμογής από τους χρήστες του εκάστοτε κτιρίου. Πρόκειται για τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας και ενεργειακής απόδοσης για χρήστες και διαχειριστές κτιρίων. Τα κτίρια κατοικιών διαθέτουν μεγάλο δυναμικό εξοικονόμησης ενέργειας. Μία σωστή εκμετάλλευση αυτού του δυναμικού θα οδηγούσε σε εξοικονόμηση περίπου του 11% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας της Ευρώπης. Αυτό θα σήμαινε χαμηλότερους λογαριασμούς ενέργειας, μικρότερη εξάρτηση από εισαγόμενα καύσιμα, ορθότερη χρήση των πόρων, μικρότερη επιβάρυνση του περιβάλλοντος και ταυτόχρονη ανάπτυξη της βιομηχανίας εξοικονόμησης ενέργειας και της απασχόλησης σε αυτήν. Για αυτούς τους λόγους, η βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης στις κατοικίες είναι απαραίτητη προκειμένου να επιτευχθούν οι στόχοι που έχει θέσει η Ευρωπαϊκή Ένωση στους τομείς της εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Χρησιμοποιώντας τεχνολογίες και υλικά που είναι ήδη διαθέσιμα στην αγορά, σε συνδυασμό με την προσεκτική διαχείριση των συστημάτων ψύξης και θέρμανσης, η ενεργειακή κατανάλωση ενός σπιτιού μπορεί να μειωθεί σε ποσοστό 40-50%, διατηρώντας ή και βελτιώνοντας τις συνθήκες διαβίωσης σε αυτό και μειώνοντας σημαντικά τους αντίστοιχους λογαριασμούς ενέργειας Αντικατάσταση λαμπτήρων Η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται για τον φωτισμό ενός κτιρίου εξαρτάται σημαντικά από την τεχνολογία λαμπτήρων που έχει επιλεγεί. Οι παραδοσιακοί λαμπτήρες πυρακτώσεως μετατρέπουν λιγότερο από το 10% της καταναλισκόμενης ενέργειας σε φως, απορρίπτοντας το υπόλοιπο στο περιβάλλον ως θερμότητα. Στους σύγχρονους λαμπτήρες χαμηλής κατανάλωσης το ποσοστό αυτό αντιστρέφεται και, έως, το 90% της καταναλισκόμενης ενέργειας μετατρέπεται σε φως. 21

22 Σε ένα διαμέρισμα, για παράδειγμα, η αντικατάσταση των τριών πιο συχνά χρησιμοποιούμενων λαμπτήρων μπορεί να εξοικονομήσει έως το 75% της ενέργειας που χρησιμοποιείται για φωτισμό. Εικόνα 2: Λαμπτήρας χαμηλής κατανάλωσης και πυρακτώσεως Αφότου παραχθεί, το φως πρέπει να διαχυθεί στον χώρο, συνεπώς η επιλογή του φωτιστικού σώματος είναι εξίσου κρίσιμη για την απόδοση των συστημάτων φωτισμού. Ένας λαμπτήρας τοποθετημένος δίπλα σε μία επιφάνεια (τοίχος, οροφή) μπορεί να σπαταλά έως και 50% του παραγόμενου φωτός, καθώς αυτό κατευθύνεται προς την επιφάνεια. Συνεπώς, η σωστή τοποθέτηση και η χρήση ανακλαστήρων μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των λαμπτήρων. Τέλος, η χρήση γαλακτωδών καλυμμάτων ή ο μη τακτικός καθαρισμός τους μπορεί να μειώσει κατά 20 30% την απόδοση των φωτιστικών σωμάτων με αποτέλεσμα την ανάγκη για εγκατάσταση επιπλέον φωτιστικών. Μία επιπλέον δυνατότητα για την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας είναι η χρήση συστημάτων για το άναμμα και σβήσιμο του φωτισμού ανάλογα με τις πραγματικές ανάγκες για φωτισμό. Αυτό μπορεί να γίνει με την χρήση αισθητήρων και αυτοματισμών που μειώνουν ή σβήνουν τον τεχνητό φωτισμό όταν επαρκεί ο φυσικός φωτισμός, χρονοδιακόπτες που ρυθμίζουν τον πιθανό εξωτερικό φωτισμό (σβήσιμο διαφημιστικών πινακίδων μετά από κάποια νυχτερινή ώρα), αισθητήρες κίνησης και χρονοδιακόπτες για τον φωτισμό σε κοινόχρηστους χώρους, κλπ. 22

23 Τέλος, ειδικά για τον φωτισμό των εξωτερικών χώρων ενδείκνυται η χρήση φωτιστικών με μικρές κυψέλες φωτοβολταϊκών, που απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία της ημέρας και την μετατρέπουν σε φωτισμό κατά την διάρκεια των νυχτερινών ωρών [17] Αποφυγή θερμογεφυρών Θερμογέφυρες είναι τα σημεία ή οι επιφάνειες του κελύφους με σημαντική μείωση της θερμικής αντίστασης των δομικών στοιχείων σε σχέση με τις λοιπές επιφάνειες, που αποτελούν σημαντική πηγή θερμικών απωλειών. Εμφανίζονται δε, κατεξοχήν σε αμόνωτα ή περιορισμένης μονωτικής ικανότητας στοιχεία του κελύφους δίπλα σε καλά μονωμένα στοιχεία, στην διεπιφάνεια δύο διαφορετικών δομικών στοιχείων ή δύο ίδιων δομικών στοιχείων διαφορετικού πάχους, σε συνδέσεις εξωτερικών δομικών στοιχείων και πλευρικά γύρω από ανοίγματα. Απάντηση στα προβλήματα των θερμογεφυρών δίνει, σε μεγάλο βαθμό, η σωστή επιλογή και εφαρμογή ολοκληρωμένων συστημάτων θερμομόνωσης του κελύφους του κτιρίου, καθώς και των υαλοπινάκων και κουφωμάτων του. Ένα προσεκτικά μονωμένο κτίριο με την απαιτούμενη από τους ισχύοντες κανονισμούς θερμομόνωση, καλύπτει εν γένει τις ανάγκες ενός σωστά σχεδιασμένου από ενεργειακή άποψη κτιρίου. Τα υλικά/συστήματα που χρησιμοποιούνται, πρέπει να φέρουν τη σήμανση CE. Η σήμανση CE, είναι μια υποχρεωτική ευρωπαϊκή σήμανση και βεβαιώνει ότι το προϊόν συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις που καθορίζονται από σχετικές Οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης Μόνωση κελύφους κτιρίου Το μεγαλύτερο μέρος κατανάλωσης ενέργειας σε ένα ελληνικό κτίριο αφορά τη θέρμανση και την ψύξη, κι αν αναλογιστεί κανείς ότι ακόμη και τα κτίρια που χτίστηκαν μετά το 1980 είναι κατά κανόνα πλημμελώς θερμομονωμένα, τότε η σημασία της θερμομόνωσης γίνεται προφανής. Το κόστος για την ψύξη και θέρμανση ενός κτιρίου δεν εξαρτάται μόνο από τον όγκο του, το κλίμα της περιοχής και την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία αλλά και από 23

24 την ποσότητα θερμότητας που χάνεται μέσω των τοίχων, των ανοιγμάτων (κουφώματα, υαλοπίνακες, θύρες), της οροφής και του δαπέδου. Γενικά, για θερμική μόνωση χρησιμοποιούνται προϊόντα ορυκτής ή οργανικής προέλευσης, υαλοβάμβακας, ελαφρόπετρα, φελλός, βερμικουλίτης, πολυστερίνη, πολυουρεθάνη και περλίτης. Ανάλογα με την περίπτωση το υλικό μόνωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί χύδην, ως αφρός, σε πίνακες, υφάσματα ή πλέγματα. Η χρήση ολοκληρωμένων λύσεων θερμομόνωσης στο κτιριακό κέλυφος αποτελεί ουσιαστική δράση για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου, που μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση και ψύξη, ανάλογα με το κτίριο και την περιοχή στην οποία βρίσκεται, ως και 55%. Εφαρμογή Γενικά Κατά την εφαρμογή θερμομόνωσης, εκτός των θερμικών χαρακτηριστικών του υλικού ή δομικού στοιχείου πρέπει να εξετασθούν διάφορες κατασκευαστικές και τεχνικές παράμετροι όπως τα απαιτούμενα θερμικά χαρακτηριστικά με τη σχετική πιστοποίηση, η επιθυμητή διάσταση (π.χ. πάχος υλικού), η θέση της επιφάνειας που πρόκειται να προστατευτεί, η θέση της μονωτικής στρώσης στο δομικό στοιχείο (εσωτερικά ή εξωτερικά), η συναρμογή και η θερμική σχέση με άλλα δομικά στοιχεία (ιδιαίτερα για την αποφυγή θερμογεφυρών). Η επιλογή ενός θερμομονωτικού υλικού σχετίζεται και με παράγοντες που δεν περιλαμβάνονται στις φυσικές του ιδιότητες, όπως το κόστος αγοράς, η επάρκειά του στην αγορά, καθώς επίσης και οι δυνατότητες μεταφοράς και σωστής τοποθέτησής του. Εξωτερική θερμομόνωση του κελύφους του κτιρίου Μία από τις πλέον συνηθισμένες μεθόδους εξωτερικής θερμομόνωσης είναι αυτή όπου το κτίριο επενδύεται με φύλλα θερμομονωτικού υλικού το οποίο σοβατίζεται με ένα ειδικό ελαστικό πολύ ισχυρό στεγανό επίχρισμα. Αυτός ο τύπος μόνωσης μειώνει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, αυξάνοντας τη θερμοχωρητικότητα του κτιρίου. 24

25 Σχήμα 12 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. Απαραίτητος, για την αποφυγή προβλημάτων αλλά και της απρόβλεπτης αύξησης του κόστους εφαρμογής του συστήματος, είναι ο έλεγχος της κατάστασης του υφιστάμενου δομικού στοιχείου και η προεργασία για την αποφυγή αστοχιών και θερμογεφυρών. Η εξωτερική θερμομόνωση δεν πρέπει να τραυματίζεται από ύστερες επεμβάσεις καθώς μπορεί να καταστραφεί το υλικό και να απαιτηθούν τοπικές επιδιορθωτικές επεμβάσεις. Ανάλογα με το ύψος της τοιχοποιίας, οι θερμομονωτικές πλάκες, εκτός από την επικόλλησή τους, πακτώνονται με ειδικά πλαστικά βύσματα, ώστε να εξασφαλίζεται πρόσθετη μηχανική στερέωση. Προσοχή πρέπει να δίνεται στους αρμούς της θερμομόνωσης: οι πλάκες του υλικού είναι σημαντικό να διασταυρώνονται έτσι, ώστε να μην συμπίπτουν οι κατακόρυφες ακμές τους. Όλα τα συστήματα εξωτερικής θερμομόνωσης πρέπει να είναι πιστοποιημένα κατά ΕΝ13499 ή ΕΝ ή κατά ETAG 004. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να ακολουθούνται οι οδηγίες εφαρμογής του παραγωγού του συστήματος, ενώ η «ΠΕΤΕΠ Συστήματα εξωτερικών θερμομονώσεων (ΣΕΘ) με διογκωμένη πολυστερίνη και λεπτά οπλισμένα οργανικά επιχρίσματα» μπορεί να ακολουθηθεί ως σύσταση. Διπλοί τοίχοι Εναλλακτικά προς την εξωτερική θερμομόνωση, εάν υπάρχει κατάλληλο κοίλωμα, μπορεί να επιτευχθεί μόνωση με την έγχυση μονωτικού υλικού (αφρού, πολυστερίνης ή ορυκτού υλικού σε κόκκους). Πρόκειται για σχετικά φθηνή διαδικασία και προσφέρει αποτελεσματική μόνωση. Σε αυτή την περίπτωση είναι σημαντικό να χρησιμοποιηθούν 25

26 υλικά που αντέχουν στο χρόνο και δεν εκλύουν δυσάρεστες οσμές ή επικίνδυνες αναθυμιάσεις. Εσωτερική Θερμομόνωση (κάθετα αδιαφανή δομικά στοιχεία) Προτείνεται για περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητη η επιλεκτική δράση, π.χ. για την μόνωση ενός βορινού τοίχου. Κατά την μόνωση, επικολλούνται στον υπάρχον τοίχο μονωτικοί πίνακες οι οποίοι κατόπιν σοβατίζονται. Σχήμα 13 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. Πρόκειται για μία οικονομική και εύκολα υλοποιήσιμη λύση, καθώς όλες οι εργασίες γίνονται από το εσωτερικό του κτιρίου χωρίς να απαιτείται η χρήση ικριωμάτων. Η αποφυγή των θερμογεφυρών είναι πολύ μικρότερη σε σχέση με την εξωτερική θερμομόνωση (γι αυτό πρέπει να ληφθεί ειδική μέριμνα για την αποτροπή της συγκέντρωσης υγρασίας ανάμεσα στον τοίχο και την μόνωση, ενώ υπάρχει και μείωση του ωφέλιμου χώρου. Η επιλογή για την μόνωση τοίχων που θα χρησιμοποιηθεί πρέπει να πληροί τον ελάχιστο απαιτούμενο συντελεστή θερμικής αντίστασης (R), ανάλογα με την κλιματική ζώνη και το δομικό στοιχείο στο οποίο τοποθετείται. Οι τιμές αυτές προκύπτουν από τις σχετικές τιμές για το μέγιστο επιτρεπόμενο συντελεστή θερμοπερατότητας των δομικών στοιχείων, όπως αυτοί ορίζονται στον Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης (ΚΕΝΑΚ), στην Ελλάδα. 26

27 Οι συντελεστές θερμικής αντίστασης (R) ανάλογα με την κλιματική ζώνη και το δομικό στοιχείο στο οποίο τοποθετείται η μόνωση, δίνονται στον πίνακα: Πίνακας 2: Απαιτούμενο R θερμομόνωσης[(m 2 K)/W] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Δώμα Ξύλινη στέγη (φ 30) Ξύλινη στέγη (φ>30) Στέγη από σκυρόδεμα (φ 30) Στέγη από σκυρόδεμα (φ>30) Δάπεδο πιλοτής Διπλή τοιχοποιία Φέροντα δομικά στοιχεία Εικόνα 3: Κλιματικές Ζώνες Ελλάδας 27

28 Οροφές Ψυχρές Οροφές Δώματα Η εφαρμογή ψυχρών υλικών σε δώματα, νεόδμητων ή παλαιότερης κατασκευής κτιρίων, είναι μια παρέμβαση οικονομικά προσιτή και εύκολη στην εφαρμογή που οδηγεί σε εξοικονόμηση ενέργειας για ψύξη και χρημάτων, προσφέρει καλύτερες συνθήκες θερμικής άνεσης, ενώ ταυτόχρονα προστατεύει το περιβάλλον. Συνίσταται στην κάλυψη της οροφής με σύγχρονα και πιστοποιημένα υλικά (όπως επικαλύψεις, μεμβράνες, κλπ.) που έχουν την ιδιότητα να ανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία, αντί να την απορροφούν, και να κρατούν την οροφή σε χαμηλές θερμοκρασίες. Μια συμβατική, σκουρόχρωμη οροφή, που βρίσκεται κάτω από τον ήλιο, απορροφά μεγάλα ποσά θερμότητας με αποτέλεσμα να αναπτύσσει επιφανειακές θερμοκρασίες της τάξεως των C, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Η θερμότητα αυτή μεταφέρεται στο εσωτερικό του κτιρίου με αποτέλεσμα τη δημιουργία συνθηκών θερμικής δυσφορίας και την αύξηση των αναγκών για ψύξη. Αντίθετα, μια λευκή ή ανοιχτόχρωμη επιφάνεια, ανακλά έντονα την ηλιακή ακτινοβολία, απορροφά λιγότερη θερμότητα, παραμένοντας έως και C πιο δροσερή συγκριτικά με τη συμβατική οροφή. Αποτέλεσμα μιας τέτοιας «ψυχρής οροφής» είναι να μειώνεται η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται στο κτίριο, και να διατηρείται έτσι μια χαμηλότερη και σταθερή θερμοκρασία στο εσωτερικό του. Η εφαρμογή σύγχρονων ψυχρών υλικών, με υψηλές ενεργειακές προδιαγραφές, οδηγεί σε σημαντικά οφέλη τόσο για τον ιδιοκτήτη/ χρήστη του κτιρίου όσο και για το περιβάλλον. 28

29 Εικόνα 4: Υπέρυθρη και ορατή απεικόνιση οροφής, που δείχνει τη διαφορά θερμοκρασίας πριν και μετά την εφαρμογή του ψυχρού υλικού Οφέλη για τον ιδιοκτήτη/χρήστη του κτιρίου: Μείωση των εξόδων για ψύξη, από τη μειωμένη χρήση κλιματιστικών - Εξοικονόμηση ενέργειας Μείωση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του κτιρίου κατά το καλοκαίρι Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για το δώμα, λόγω περιορισμένης θερμικής καταπόνησης και οικονομικό όφελος από τις μειωμένες ανάγκες για επισκευή [18]. Οφέλη για το περιβάλλον από την ευρεία εφαρμογή ψυχρών οροφών: Καλύτερες συνθήκες θερμικής άνεσης στο εξωτερικό περιβάλλον - Μείωση του φαινομένου της "Αστικής Θερμικής Νησίδας" Περιορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και εκπομπών CO2 λόγω χαμηλότερων θερμοκρασιών και μειωμένης κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη Περιορισμός του φαινομένου του θερμοκηπίου [18]. Επιλογή ψυχρού υλικού Η επιλογή του τύπου του ψυχρού υλικού που θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από πολλούς παράγοντες (υφιστάμενη κατάσταση δώματος, διαστάσεις και τύπος δώματος, κλιματικά στοιχεία, απαιτήσεις βατότητας, αξιοπιστία, οικονομικά κριτήρια κλπ.) και πρέπει να εξετάζεται κατά περίπτωση. Σε γενικές γραμμές, αν το δώμα είναι σε καλή κατάσταση ή αν υπάρχουν μικρής έκτασης φθορές ή προβλήματα υγρασίας που αντιμετωπίζονται εύκολα, η εφαρμογή του κατάλληλου ελαστομερούς χρώματος ενδέχεται να είναι η πιο κατάλληλη επιλογή. Στην περίπτωση που η ταράτσα αντιμετωπίζει σημαντικές φθορές και προβλήματα από έλλειψη ή κακή εγκατάσταση/συντήρηση στεγάνωσης, η (επανα)τοποθέτηση μεμβράνης, ενδέχεται να είναι καταλληλότερη λύση. Τέλος, στην περίπτωση νέας κατασκευής ή στην περίπτωση που απαιτούνται σημαντικές παρεμβάσεις, όπως π.χ. προσθήκη θερμομόνωσης, η επιλογή πρέπει να γίνεται κατά περίπτωση και πάντα με τη συμβουλή του μηχανικού /εγκαταστάτη. Για κάθε τύπο 29

30 δώματος (ταράτσας) υπάρχει ένας τύπος ψυχρού υλικού που μπορεί να τη μετατρέψει σε ψυχρή. Οι βασικές κατηγορίες ψυχρών υλικών είναι δύο. Επικαλύψεις (χρώματα) ελαστομερούς Πρόκειται για επαλειφόμενα υλικά (όπως ακρυλικά, πολυουρεθανικά, βινυλικά, συμπολυμερών ρητινών κτλ) λευκού χρώματος. Στην αρχική τους μορφή είναι παχύρευστα και εφαρμόζονται με βούρτσα, ρολό ή πιστόλι βαφής. Σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα κατά την εφαρμογή, πολυμερίζονται, δημιουργώντας έτσι μια ενιαία, αδιάβροχη ελαστική μεμβράνη με δυνατότητες συστολοδιαστολής. Οι Επικαλύψεις ελαστομερούς: Παρουσιάζουν πολύ καλή πρόσφυση στα περισσότερα είδη οικοδομικών επιφανειών (σκυρόδεμα, τσιμεντόπλακα, μωσαϊκό, ασφαλτικής βάσης, μεμβράνες, αφρό πολυουρεθάνης κ.α.) Είναι οικονομικά και εύκολα στη χρήση Είναι ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία (χρειάζεται συντήρηση, συνήθως πρέπει να επαναλαμβάνεται η εφαρμογή τους ανά 2-7 χρόνια) Η επικάλυψη με βαφή αλουμινίου χαρακτηρίζεται από υψηλή ανακλαστικότητα, αλλά λόγω του χαμηλού συντελεστή εκπομπής, που οφείλεται στην παρουσία αλουμινίου, οδηγεί σε υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες συγκριτικά με τις λευκές επικαλύψεις ελαστομερούς. Για να ενταχθεί ένα υλικό στην κατηγορία ελαστομερών επικαλύψεων στα πλαίσια της παρέμβασης των ψυχρών υλικών θα πρέπει να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις: Η ποιότητα των επαλειφόμενων υλικών ποικίλει ανάλογα με την παραγωγό εταιρία και εξαρτάται από πάρα πολλές παραμέτρους όπως (διατήρηση της τιμής ανακλαστικότητας και συντελεστή. εκπομπής με το χρόνο, ιξώδες, στερεά κατά βάρος και κατ όγκο, μηχανικές ιδιότητες, υδατοπερατότητα κλπ.). 30

31 Είναι πολύ βασικό να επιλέγονται προϊόντα που παρουσιάζουν καλή πρόσφυση και αντοχή σε γήρανση και μικρή συγκράτηση των ρύπων και υδατοπερατότητα. Τα περισσότερα προϊόντα δεν διαθέτουν πιστοποιημένες τις ιδιότητες αυτές σε φύλλο τεχνικών προδιαγραφών. Επίσης, είναι δύσκολο να συγκριθούν μεταξύ τους προϊόντα που διαθέτουν μετρήσεις γι' αυτές τις ιδιότητες, δεδομένου ότι οι μετρήσεις ενδέχεται να έχουν πραγματοποιηθεί με διαφορετικά πρότυπα, σε διαφορετικές συνθήκες. Μεμβράνες Οι μεμβράνες χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες: α) Ασφαλτικές μεμβράνες: Πρόκειται για προκατασκευασμένα εύκαμπτα φύλλα σε διάφορα πάχη με βάση μείγματα ασφάλτου, στα οποία προστίθενται για την βελτίωση των ιδιοτήτων τους και οργανικές ύλες. Περιλαμβάνουν επίσης αδρανή πρόσμικτα, τον ενδιάμεσο φορέα (οπλισμό) και κατάλληλη επικάλυψη. Διακρίνονται βασικά σε πλαστομερείς ( APP ), ελαστομερείς ( SBS ) και οξειδωμένης ασφάλτου. Διατίθενται σε μορφή ρολών ενώ εφαρμόζονται με διάφορες μεθόδους, όπως θερμοσυγκόλληση (φλόγιστρο), καυτή άσφαλτο, συγκόλληση εν ψυχρώ. Η επικάλυψη της εξωτερικής επιφάνειας αποτελείται από λευκή ψηφίδα ή/και λευκή ακρυλική επικάλυψη εργοστασιακά εφαρμοσμένη και προστατεύει τη μεμβράνη από τις καιρικές συνθήκες και την ηλιακή ακτινοβολία. β) Πολυμερείς μεμβράνες Οι πολυμερείς μεμβράνες είναι επίσης προκατασκευασμένα φύλλα σε μορφή ρολού που εφαρμόζονται στην οροφή με κόλληση και μηχανική στερέωση. Χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες όπως θερμοπλαστικές ( TPO, PVC κλπ.) οι οποίες είναι λευκές και ιδιαίτερα ανακλαστικές, και άλλες. Οι μεμβράνες: Έχουν σημαντικές μηχανικές αντοχές, καθώς και υψηλή αντοχή σε υπεριώδη ακτινοβολία, θερμοκρασιακές μεταβολές, καιρικές συνθήκες και τη γήρανση. Χρησιμοποιούνται για τη στεγάνωση πολλών τύπων δωμάτων Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής (10 15 χρόνια) 31

32 Έχουν υψηλότερο κόστος υλικού και εγκατάστασης συγκριτικά με τις επικαλύψεις ελαστομερούς Η επικάλυψη μεμβρανών με φύλλα αλουμινίου οδηγεί σε υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες συγκριτικά με τις λευκές επικαλύψεις. Για να ενταχθεί ένα υλικό στην κατηγορία των μεμβρανών στα πλαίσια της παρέμβασης των ψυχρών υλικών θα πρέπει να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις όσον αφορά την ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία και το συντελεστή εκπομπής: Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας ασφαλτικής μεμβράνης, τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή του κατάλληλου τύπου σε μια εφαρμογή, είναι: Ο τύπος του ασφαλτικού μείγματος, που είναι το κύριο συστατικό της. Ο εσωτερικός οπλισμός, που είναι ύφασμα για τη σταθεροποίηση και ενίσχυση της μεμβράνης (βάρος του υφάσματος σε gr/m2 ). H άνω και κάτω επικάλυψή της. Tο πάχος της και το βάρος της σε kg/m2 Η αντοχή στο ψύχος (σε 0 C) Τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τα κριτήρια επιλογής των ασφαλτικών μεμβρανών αναλύονται στην «ΠΕΤΕΠ Στεγανώσεις δωμάτων στεγών με ασφαλτικές μεμβράνες», των πολυμερών μεμβρανών στην «ΠΕΤΕΠ : Στεγάνωση δωμάτων στεγών με μεμβράνες PVC», ενώ γενικότερα «ΠΕΤΕΠ Εφαρμογές ψυχρών υλικών» μπορεί να ακολουθηθεί ως σύσταση. 32

33 Συμβατικό Δώμα Σχήμα 14 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. Η «ΠΕΤΕΠ Θερμομονώσεις δωμάτων». Ανεστραμμένο Δώμα Σχήμα 15 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. 33

34 Εσωτερική θερμομόνωση κεκλιμένων ξύλινων στεγών Σχήμα 16 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. Σημαντικό πλεονέκτημα της λύσης της εσωτερικής θερμομόνωσης υφιστάμενης στέγης είναι ότι δεν απαιτείται η λύση και επανατοποθέτηση των κεραμιδιών, αλλά και ότι το έργο δεν εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες. Εφόσον υπάρχει σανίδωμα σε καλή κατάσταση, το θερμομονωτικό υλικό στερεώνεται στην εσωτερική πλευρά της στέγης, στα ενδιάμεσα κενά του καννάβου των τεγίδων με βύσματα. Αναλόγως του επιθυμητού αισθητικού αποτελέσματος η όλη κατασκευή επενδύεται με γυψοσανίδες, μοριοσανίδες, ινοσανίδες, αντικολλητές πλάκες ξύλου ή με άλλα πετάσματα, που στερεώνονται επάνω στις τεγίδες. 34

35 Εσωτερική θερμομόνωση κεκλιμένων στεγών από σκυρόδεμα Σχήμα 17 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. Υπάρχουν δύο δυνατότητες θερμομόνωσης της στέγης: Εφαρμόζεται εσωτερικά ένα σύστημα εξωτερικής θερμομόνωσης, όπου οι πλάκες του θερμομονωτικού υλικού επικολλώνται με κόλλα και στερεώνονται με βύσματα και στη συνέχεια επιχρίζονται, Εσωτερική θερμομόνωση κεκλιμένων ξύλινων στεγών στην τελευταία πλάκα Σχήμα 18: Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. 35

36 Στην περίπτωση αυτή δεν γίνεται κάποια ιδιαίτερη κατασκευή επί της στέγης. Πρόκειται ίσως για την πιο οικονομική λύση θερμομόνωσης της στέγης καθώς η εφαρμογή του υλικού γίνεται με απλή επίστρωση και στερέωσή του σημειακά. Συνίσταται η χρήση μεμβρανών επικάλυψης. Εξωτερική θερμομόνωση κεκλιμένων στεγών από σκυρόδεμα Πρόκειται για μία σχετικά σύνθετη παρέμβαση, καθώς απαιτείται η λύση και αφαίρεση των κεραμιδιών. Σχήμα 19 : Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ. «ΠΕΤΕΠ Θερμομονώσεις κεραμοσκεπών στεγών». Εξωτερική θερμομόνωση κεκλιμένων ξύλινων στεγών Για τις περιπτώσεις διείσδυσης όμβριων υδάτων είτε από πιθανή βλάβη των κεραμιδιών είτε λόγω ακραίων καιρικών συνθηκών, συνιστάται να τοποθετείται κάτω από τα κεραμίδια αδιάβροχη αλλά διαπνέουσα μεμβράνη κεραμοσκεπών 36

37 Σχήμα 20: Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Α.Π.Θ Κουφώματα Μια ιδιαίτερα σημαντική παρέμβαση για την αναβάθμιση των υφιστάμενων κτιρίων, λιγότερο ή περισσότερο παλιών, αποτελεί η αντικατάσταση των κουφωμάτων τους (με την κακή αεροστεγανότητα και τους μονούς υαλοπίνακές τους) με σύγχρονα, ενεργειακά αποδοτικά κουφώματα με πιστοποιημένες ιδιότητες. Σε πολλές περιπτώσεις λόγω της κακής εφαρμογής των παλαιών κουφωμάτων παραμένουν ανοιχτές χαραμάδες μέσα από τις οποίες περνάει ο εξωτερικός κρύος αέρας. Αποτέλεσμα αυτής της διείσδυσης του αέρα από παράθυρα και πόρτες μέσα σε ένα χώρο είναι να αυξάνονται οι θερμικές απώλειες και να δημιουργούνται ρεύματα αέρα τα οποία δυσκολεύουν την επίτευξη συνθηκών θερμικής άνεσης. Η χρήση σύγχρονων, υψηλών ενεργειακών προδιαγραφών, κουφωμάτων οδηγεί στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση και ψύξη, στη βελτίωση των συνθηκών θερμικής άνεσης αλλά και στη μείωση της ηχορύπανσης (ή και ατμοσφαιρικής ρύπανσης), στο εσωτερικό του κτιρίου. Τα κουφώματα αυτά είναι συνδυασμός θερμομονωτικών πλαισίων ώστε να αποφεύγονται οι θερμογέφυρες, όπως τα μεταλλικά πλαίσια με θερμοδιακοπή και ενεργειακά αποδοτικών υαλοπινάκων (διπλοί υαλοπίνακες, αυξημένο πάχος διακένου μεταξύ τους, χαμηλού συντελεστή εκπομπής, κα.). Παράλληλα, η καλή συναρμογή μεταξύ των υαλοπινάκων και του πλαισίου μειώνει τις απώλειες αερισμού στο ελάχιστο και επιτυγχάνει υψηλά επίπεδα υδατοστεγανότητας. 37

38 Εικόνα 5: Μεταλλικό πλαίσιο με θερμοδιακοπή (σε τομή) Η εξοικονόμηση ενέργειας και ελαχιστοποίηση των ατμοσφαιρικών ρύπων, που επιτυγχάνεται με την αντικατάσταση των κουφωμάτων με νέα εξαρτάται από τη χρήση του κτιρίου, τα αρχιτεκτονικά του χαρακτηριστικά, τον χώρο εγκατάστασής του, και το κλίμα της περιοχής. Σε κάθε περίπτωση όμως, η αντικατάσταση παλαιών κουφωμάτων με μονούς υαλοπίνακες, με νέα, τα οποία διαθέτουν διπλούς υαλοπίνακες και θερμομονωτικό πλαίσιο οδηγεί σε εξοικονόμηση ενέργειας που ανέρχεται σε ποσοστό από 20 έως 25%, ενώ η βελτίωση της θερμικής άνεσης είναι, χειμώνα-καλοκαίρι εντυπωσιακή, εξαφανίζοντας το χειμώνα φαινόμενα συμπύκνωσης υδρατμών στα παράθυρα και μειώνοντας την υπερθέρμανση του χώρου το καλοκαίρι. Τα αντίστοιχα κουφώματα κατασκευάζονται από αλουμίνιο, PVC ή ξύλο. Σαν Συντελεστής θερμοπερατότητας πλαισίου ορίζεται, η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται σε ένα δευτερόλεπτο από επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου (1 m2 ) στρώσης υλικού (αλουμίνιο, ξύλο, συνθετικό-pvc), όταν μεταξύ των επιφανειών της υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας 1 0 C. Σημασία πρέπει να δίνεται και στα χαρακτηριστικά της απόδοσης και της λειτουργίας των κουφωμάτων, πέραν της ενεργειακής τους συμπεριφοράς. [19]. 38

39 Υαλοπίνακες Η χρήση βελτιωμένων ενεργειακά υαλοπινάκων μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση, ψύξη και φωτισμό των κτιρίων καθώς και στη βελτίωση των συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης που διαμορφώνονται στους εσωτερικούς χώρους. Υπάρχουν πια υαλοπίνακες μεγάλης απόδοσης που μπορούν να μειώσουν την ενέργεια που καταναλώνουν τα κτίρια έως και 40%, αναβαθμίζοντας ταυτόχρονα την ποιότητα και την αισθητική των χώρων. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία προσπίπτει στον υαλοπίνακα ενός κτιρίου, ένα ποσοστό ανακλάται προς το εξωτερικό περιβάλλον, ένα ποσοστό απορροφάται από το γυαλί και ένα ποσοστό διαπερνά το γυαλί και εισέρχεται στον εσωτερικό χώρο. Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία στον χώρο, απορροφάται από τα διάφορα υλικά αυξάνοντας τη θερμοκρασία τους. Τα υλικά εκπέμπουν ακτινοβολία, που αντιστοιχεί στην θερμοκρασία τους. Οι σημαντικότεροι παράγοντες που συντελούν στη μεγιστοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ο προσανατολισμός, το μέγεθος και η κλίση των παραθύρων καθώς και η διαπερατότητα των διαφανών υλικών. Το ποσό της ακτινοβολίας που διαπερνά έναν υαλοπίνακα εξαρτάται από τα οπτικά χαρακτηριστικά, το πάχος και τα στρώματα του χρησιμοποιούμενου γυαλιού, η ποσότητα των γυαλιών και αν υπάρχει διάκενο μεταξύ τους.. Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι ενεργειακά αποδοτικοί υαλοπίνακες, σήμερα είναι οι διπλοί υαλοπίνακες - με αυξημένο πάχος διακένου μεταξύ τους ή η πλήρωση του διακένου με αέριο αργό. Σχήμα 21: Κατανάλωση Ενέργειας σε κτίρια με μονά και διπλά τζάμια 39

40 Το διάκενο μεταξύ των δύο τζαμιών προσφέρει την ζητούμενη θερμομόνωση. Η χρήση διπλών τζαμιών είναι ιδανική για περιοχές με εύκρατο κλίμα. Σε ψυχρά κλίματα, η πολύτιμη εσωτερική θερμότητα τείνει να διαφύγει από τα παράθυρα. Για το λόγο αυτό, έχουν κατασκευαστεί ειδικοί διπλοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής (low emissivity), με σημαντικά ενεργειακά οφέλη. Ειδικότερα: Οι υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής αποτελούνται από δύο υαλοπετάσματα. Το εσωτερικό υαλοπέτασμα είναι ένας συμβατικός μονός υαλοπίνακας, ενώ στην εσωτερική επιφάνεια του εξωτερικού υαλοπίνακα έχει επιστρωθεί αόρατη σύνθεση μεταλλικών στοιχείων. Πίνακας 3: Συντελεστές Θερμοπερατότητας 40

41 Πίνακας 4: Υαλοπίνακες στις τέσσερις Κλιματικές Ζώνες της Ελλάδας Είναι η αποκαλούμενη χαμηλής εκπομπής επίστρωση, η οποία εμφανίζει υψηλή ανακλαστικότητα στο υπέρυθρο τμήμα της ακτινοβολίας. Μεταξύ των δύο υαλοπινάκων υπάρχει κενό ή ευγενές αέριο. Εικόνα 5: Υαλοπίνακας Low-e Η χαμηλής εκπομπής επίστρωση αντανακλά τη θερμότητα απ' όπου και αν αυτή προέρχεται. Ανάλογα με το κλίμα της περιοχής, δρουν σαν ασπίδα στην 41

42 εισαγωγή/εξαγωγή θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον, μειώνοντας το κόστος ψύξης/θέρμανσης αντίστοιχα. Επίσης, υπάρχουν νέοι υαλοπίνακες που μειώνουν αισθητά τη διαπερατότητα της υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας και έτσι αποφεύγονται ξεθωριάσματα στα αντικείμενα στο εσωτερικό του διαμερίσματος/ κτιρίου και, παράλληλα, προστατεύεται η υγεία των χρηστών. Οι υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής έχουν τα εξής χαρακτηριστικά: Είναι σχεδόν αδιαπέραστοι από την υπέρυθρη ακτινοβολία. Σε θερμά κλίματα αντανακλάται η θερμή ακτινοβολία μεγάλου κύματος αλλά επιτρέπεται η διέλευση της ορατής ακτινοβολίας. Σε ψυχρά κλίματα αντανακλάται η θερμή ακτινοβολία μεγάλου κύματος προς το εσωτερικό του κτιρίου, με διέλευση της ορατής ακτινοβολίας. Λειτουργούν αποδοτικότερα, όταν σε θερμά κλίματα τοποθετηθούν στην εξωτερική επιφάνεια και σε ψυχρά κλίματα στην εσωτερική επιφάνεια ενός παραθύρου. Συντελεστής θερμικής διαπερατότητας ορίζεται, η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται σε ένα δευτερόλεπτο από επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου (1 m2 ) στρώσης υλικού, όταν μεταξύ των επιφανειών της υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας 1 0 C, ενώ ο ηλιακός συντελεστής (ή g-value) εκφράζει το ποσοστό της θερμότητας που διαπερνά το γυαλί [20] Συστήματα Θέρμανσης Τα συστήματα θέρμανσης αποτελούν την βασική πηγή θέρμανσης ενός κτιρίου. Τα συστήματα αυτά μπορεί να είναι κεντρικά ή αυτόνομα. Το πιο διαδεδομένο σύστημα κεντρικής θέρμανσης στη χώρα μας χρησιμοποιεί θερμό νερό χαμηλών θερμοκρασιών. Στις εγκαταστάσεις αυτές χρησιμοποιείται ένας λέβητας ο οποίος θερμαίνει το νερό με την καύση καυσίμου (πετρελαίου ή φυσικού αερίου). Ο λέβητας είναι από χυτοσίδηρο ή χαλύβδινος, χρησιμοποιεί υγρά, στερεά ή αέρια καύσιμα και λειτουργεί σε ένα εύρος πίεσης αναλόγως την σχεδίασή του. Το σύστημα θέρμανσης αποτελείται εκτός από το σύστημα παραγωγής θερμότητας (λέβητας), το σύστημα διανομής θερμότητας (σωλήνες, σώματα, κτλ) και το υποσύστημα ελέγχου. Στη συνέχεια, παρατίθεται ένας αριθμός διαθέσιμων τεχνολογιών οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην μείωση του κόστους θέρμανσης μιας κατοικίας. 42

43 Μια εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης θεωρείται επιτυχημένη όταν θερμαίνει σωστά όπου και όσο απαιτείται σ ένα κτίριο με στόχο τη θερμική άνεση των χρηστών του - καθώς επίσης εφόσον λειτουργεί οικονομικά και με ασφάλεια. Προκειμένου να επιτευχθούν αυτά απαιτείται σωστή μελέτη που να περιλαμβάνει: - τα τεχνικά χαρακτηριστικά και μεγέθη του εξοπλισμού, - ακριβή υπολογισμό των θερμικών απαιτήσεων, - καλό σχεδιασμό των δικτύων διανομής, - σωστή διάταξη του εξοπλισμού του συστήματος, καθώς και - τη λειτουργική σύνδεση και ρύθμιση των διαφόρων στοιχείων. Η επιλογή της ισχύος του λέβητα αποτελεί πρώτη προτεραιότητα και στηρίζεται στον υπολογισμό των βασικών κλιματικών και γεωγραφικών παραμέτρων, και των θερμικών απωλειών του κτιρίου. Με μικρές ή μεγάλες επεμβάσεις στα ήδη υπάρχοντα συστήματα ή ακόμα και με αντικατάστασή τους από συστήματα νέας γενιάς, σωστά διαστασιολογημένα, επιδιώκεται η ύπαρξη θερμικής άνεσης σε ένα κτίριο, με χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση. Παρέμβαση 1: Μονώσεις σωληνώσεων και Περιοχής Σωμάτων σε συνδυασμό με αντιστάθμιση λειτουργίας εγκατάστασης. Η μόνωση σωληνώσεων επιτυγχάνεται με δύο τρόπους: με θερμομονωτική επικάλυψη με στερεοποιημένη από υγρή μορφή (βαφή), και με στερεό μονωτικό υλικό Ως προς τα χαρακτηριστικά των μονωτικών υλικών, πρέπει ο παράγων θερμικής αγωγιμότητας λ (ή k) να είναι της τάξης μεγέθους των 0,035 W/mK τουλάχιστον και πάχους της τάξεως των 100mm. Μια βελτίωση της συμπεριφοράς του μονωτικού στρώματος, η οποία όμως για λόγους αισθητικής δεν κρίνεται πάντα απαραίτητη, είναι η επικάλυψη του μονωτικού υλικού με φύλλο αλουμινίου, που μειώνει σημαντικά την εκπομπή θερμότητας και επιφέρει ακόμη μεγαλύτερη βελτίωση των θερμικών απωλειών. Μόνωση της τοιχοποιίας που έρχεται σε άμεση επαφή με τα θερμαντικά σώματα, όσα εξ αυτών συνορεύουν με εξωτερική τοιχοποιία με τη μέθοδο της ανακλαστικής μόνωσης είναι η πλέον ενδεδειγμένη. Ως μονωτικό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί υλικό με επίστρωση φύλλου 43

44 αλουμινίου και πάχους μεγαλύτερου των 5mm. Το μονωτικό υπόστρωμα του φύλλου αλουμινίου μπορεί να είναι κάθε είδους μονωτικό υλικό από διογκωμένη ή εξηλασμένη πολυστερίνη μέχρι και υλικού κυψελωτής διόγκωσης. Παρέμβαση 2: Αντικατάσταση λέβητα και καυστήρα με νέο υψηλής απόδοσης και λειτουργία υπό αντιστάθμιση θερμοκρασίας. Ο λέβητας αποτελεί την καρδιά ενός συστήματος θέρμανσης και η υψηλή απόδοση είναι απαραίτητη για τον έλεγχο της κατανάλωσης καυσίμου και των εκπομπών καυσαερίων. Γι αυτό, σε εγκαταστάσεις στις οποίες δεν έχουν γίνει παρεμβάσεις στο κτίριο, μελετάται η ζητούμενη ισχύς του λέβητα. Λόγω της επικρατούσας κατά το παρελθόν λογικής για σημαντική υπερδιαστασιολόγηση, θα προκύψει μικρότερος και ορθότερος λέβητας. Στην περίπτωση της επιλογής λέβητα συμπύκνωσης, ο οποίος λειτουργεί με πολύ καλύτερο βαθμό απόδοσης, προβλέπεται η λειτουργία της εγκατάστασης υπό συνθήκες χαμηλότερων θερμοκρασιών νερού, ώστε να αξιοποιηθεί η βελτίωση που προκύπτει. Εικόνα 7: Λέβητας συμπύκνωσης Εφόσον το κτίριο μετατρέπεται σε κτίριο με δυνατότητα επιλογής του χρόνου χρήσης της θέρμανσης, απαιτείται και η τοποθέτηση κυκλοφορητή μεταβλητής παροχής για την επιπλέον μείωση των καταναλώσεων. Μέριμνα πρέπει να ληφθεί και για τη μείωση των απωλειών θερμότητας στο χώρο 44

45 του λεβητοστασίου μηχανοστασίου και στους χώρους διέλευσης των σωληνώσεων από χώρους που δεν θερμαίνονται. Λέβητας συμπύκνωσης Οι παραδοσιακοί λέβητες, ανεξαρτήτως βαθμού απόδοσης, χρησιμοποιούν μόνο μέρος της παραγόμενης από την καύση θερμότητας καθώς αποβάλλουν στην ατμόσφαιρα καυσαέρια και υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία. Αντιθέτως, ένας λέβητας συμπύκνωσης χρησιμοποιεί έναν εναλλάκτη θερμότητας για να ανακτήσει μέρος της θερμότητας που περιέχεται στα καυσαέρια και αυξάνοντας, έτσι, την συνολική απόδοση του συστήματος. Εικόνα 8: Λέβητας συμπύκνωσης Παρότι οι λέβητες συμπύκνωσης επιτυγχάνουν καλύτερα αποτελέσματα με συστήματα θέρμανσης χαμηλής θερμοκρασίας (επιδαπέδια θέρμανση ή σώματα τύπου panel) συστήνονται και για συστήματα θέρμανσης που χρησιμοποιούν κλασσικά σώματα καλοριφέρ. Η χρήση λεβήτων συμπύκνωσης μπορεί να επιφέρει έως και 30% εξοικονόμηση ενέργειας σε σχέση με τους παραδοσιακούς λέβητες. Παρέμβαση 3: Σύνδεση εστιών στην εγκατάσταση θέρμανσης ή τοποθέτηση λέβητα βιομάζας. Θερμική ενέργεια, από αυτή που αναγκαστικά αποβάλλεται από την εστία και απορρίπτεται στο περιβάλλον, χρησιμοποιείται στην εγκατάσταση θέρμανσης. Αυτό 45

46 επιτυγχάνεται με τη σύνδεση της εστίας στην εγκατάσταση θέρμανσης και λειτουργεί αποδοτικά κατά τις ώρες λειτουργίας των εστιών. Για την εφαρμογή αυτή θεωρείται σκόπιμη η σύνδεση των εστιών στο δίκτυο των σωληνώσεων επιστροφής του νερού θέρμανσης προς το λεβητοστάσιο. Συνήθως η σύνδεσή τους είναι παράλληλα με τα θερμαντικά σώματα και με σωλήνωση, η οποία επιτρέπει τη ροή νερού μέσα από τον εναλλάκτη θερμότητας και είναι ικανή να απορροφήσει στο μέγιστό την θερμότητα που ακτινοβολείται στην εστία. Κατά τη σύνδεση των εστιών στην εγκατάσταση θέρμανσης είναι απαραίτητη η αντικατάσταση του κυκλοφορητή με νέο, ο οποίος να μπορεί να καλύψει, αφενός, την νέα πτώση πίεσης που δημιουργείται (αν και το σύστημα αποτελεί παράλληλο κύκλωμα του κυκλώματος των θερμαντικών σωμάτων) και, αφετέρου, τη νέα παροχή νερού που θα απαιτηθεί, όταν τεθεί σε λειτουργία η εστία. Όταν δεν λειτουργεί η εστία, ο εναλλάκτης αυτός μπορεί είτε να απομονώνεται από την ροή νερού με θερμοστατικό διακόπτη, είτε να συνεχίσει η ροή του νερού και να αξιοποιείται ως θερμαντικό σώμα, συμπληρωματικό στην εγκατάσταση θέρμανσης. Στην περίπτωση της τοποθέτησης λέβητα βιομάζας τότε η συνδεσμολογία του λεβητοστασίου μετατρέπεται συνολικά σε λεβητοστάσιο για καύση στερεών καυσίμων και εκεί ακολουθείται εξειδικευμένη μεθοδολογία. Από εναλλάκτη θερμότητας με επιφάνεια περί το 0,5m2 μπορεί να απορροφηθεί θερμότητα περί τα 4kW από την λειτουργία μιας εστίας με σημαντική συμμετοχή στην παραγωγή θερμότητας της εγκατάστασης θέρμανσης. Λέβητες και σόμπες με pellets Τα συνηθέστερα καύσιμα για λέβητες κατοικιών είναι ορυκτά: πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Και τα δύο, με την καύση τους επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα με αέρια του θερμοκηπίου. Η χρήση βιομάζας που προέρχεται από γεωργικά και δασικά απόβλητα, απορρίμματα των βιομηχανιών ξύλου και υφασμάτων, κτλ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές θέρμανσης. Η καύση βιομάζας θεωρείται ότι δεν παράγει αέρια του θερμοκηπίου καθώς όσο CO2 εκλύεται από την καύση έχει δεσμευτεί από την ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια ζωής του φυτού. 46

47 Εικόνα 9, 10 : Λέβητας βιομάζας Μία βολική μορφή βιομάζας αποτελούν τα pellets, οι οποίες κατασκευάζονται από την συμπίεση σκόνης από επεξεργασμένα απόβλητα υλοτομίας και βιομηχανίας ξυλείας. Οι σόμπες με pellets έχουν εξελιχθεί τόσο ώστε να φορτώνονται αυτόματα με καύσιμο, να έχουν μεγάλη αυτονομία, ρυθμιζόμενη ένταση και χρόνο λειτουργίας, κτλ. Επίσης, τα pellets είναι φθηνότερο καύσιμο από άλλα καύσιμα ισοδύναμου θερμιδικού περιεχομένου. 47

48 Παρέμβαση 4: Τοποθέτηση Θερμικού Ηλιακού συστήματος σε εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης και αντιστάθμιση λειτουργίας Σχήμα 22 : Θέρμανση με ηλιακά συστήματα Η συνδεσμολογία του συστήματος ηλιακών συλλεκτών στην εγκατάσταση θέρμανσης μπορεί να γίνει είτε άμεσα στο δίκτυο επιστροφών, όταν στην εγκατάσταση δεν περιλαμβάνεται η δυνατότητα αποθήκευσης θερμότητας ή η παραγόμενη θερμότητα από το ηλιακό σύστημα είναι απόλυτα συμπληρωματική σε μερικά φορτία, είτε, το σκοπιμότερο, με την προσαρμογή δοχείου αποθήκευσης θερμού νερού για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης αλλά και Ζεστού Νερού Χρήσης, το οποίο θα καλύπτεται από την είσοδο θερμότητας από το ηλιακό σύστημα, είτε από το σύστημα του λέβητα στην περίπτωση της έλλειψης θερμότητας από τον ήλιο. Στην περίπτωση αυτή η μέτρηση του Ζεστού Νερού Χρήσης από τους ενοίκους μπορεί να γίνει μέσω μετρητών παροχής νερού ή ορθότερα θερμιδομετρητών, εφόσον καθ όλη τη διάρκεια του έτους το σύστημα θα καλύπτει της ανάγκες του κτιρίου σε Ζεστό Νερό Χρήσης. 48

49 Παρέμβαση 5: Εγκατάστασης συστημάτων χαμηλών θερμοκρασιών (εντός τοίχου, εντός δαπέδου, εντός οροφής). Σε αυτού του είδους τη θέρμανση, ένας ελαστικός σωλήνας τοποθετείται κάτω από το πάτωμα (εντός δαπέδου), στους τοίχους (εντός τοίχου θέρμανση) και τις οροφές (εντός οροφής), καλύπτοντας όλη την επιφάνεια και τροφοδοτείται με νερό χαμηλής θερμοκρασίας (30-40 ο C). Το αποτέλεσμα που προσδίδει το συγκεκριμένο σύστημα είναι ίδιο με το παραδοσιακό σύστημα με θερμαντικά σώματα, αλλά λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας απαιτείται λιγότερη θερμική ενέργεια για την κάλυψη των φορτίων και μικρότερος λέβητας, αν σκεφτεί κανείς πως σε παραδοσιακά σώματα καλοριφέρ έχει το ίδιο αποτέλεσμα με νερό ο C. Σχήμα 23: Ενδοδαπέδια Θέρμανση 49

50 Εικόνα 11: Ενδοδαπέδια Θέρμανση Παρέμβαση 6 : Εγκατάσταση συστήματος κλιματισμού με πηγή θερμότητας τον αέρα και αντικατάσταση θερμαντικών σωμάτων με συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών Fan Coils. Στην συγκεκριμένη παρέμβαση είναι απαραίτητη η αντικατάσταση του συστήματος λέβητα καυστήρα, με αντλία θερμότητας αέρα - νερού. Η αντλία θερμότητας είναι η συσκευή που έχει την δυνατότητα αντιστροφής του ψυκτικού κύκλου του συστήματος έτσι ώστε άλλοτε να δίνει κρύο και άλλοτε ζεστό αέρα, ανάλογα με τις ανάγκες του χώρου. Σχήμα 24 : Θέρμανση με Fan Coils 50

51 Εικόνα 12: Θερμαντικά σώματα Fan Coils Απαραίτητη προϋπόθεση για την εγκατάσταση αντλίας θερμότητας είναι η αλλαγή και των θερμαντικών σωμάτων με συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών (FC). Παρέμβαση 7: Εγκατάσταση συστήματος κλιματισμού με πηγή θερμότητας το νερό ή και τη γη (γεωθερμικά) και αντικατάσταση θερμαντικών σωμάτων με συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών(fc). Στην συγκεκριμένη παρέμβαση είναι απαραίτητη η αντικατάσταση του συστήματος λέβητα - καυστήρα με αντλία θερμότητας νερού - νερού. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εγκατάσταση αντλίας θερμότητας είναι η αλλαγή και των θερμαντικών σωμάτων με συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών (FC) και η δυνατότητα ύπαρξης γεώτρησης. Παρέμβαση 8: Εγκατάσταση συστήματος κλιματισμού με πηγή θερμότητας τον ήλιο (προσρόφησης, απορρόφησης και συμπίεσης ατμών) Η παρέμβαση αυτή αφορά στην εγκατάσταση ψύκτη προσρόφησης, απορρόφησης ή συμπίεσης ατμών στην θέση του συστήματος λέβητα καυστήρα και την ταυτόχρονη σύνδεσή του με θερμικό ηλιακό σύστημα. Η εφαρμογή αυτής της παρέμβασης συνδυάζεται με την αλλαγή και των θερμαντικών σωμάτων με συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών (FC). Βοηθητικές Διατάξεις 51

52 Σώματα καλοριφέρ Η θέρμανση με θερμαντικά σώματα νέου τύπου (panel) παρέχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά θερμαντικά σώματα (άβακες) καθώς δημιουργεί ίδιες συνθήκες θερμικής άνεσης με καλύτερες συνθήκες υγρασίας του χώρου, καταναλώνοντας λιγότερη ενέργεια. Επίσης, για καλύτερα αποτελέσματα και όπως και με την επιδαπέδια θέρμανση, τα σώματα νέου τύπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν με λέβητες συμπύκνωσης. Στον αντίποδα, οι σόμπες με pellets χρειάζονται μεγαλύτερη συντήρηση, σε σχέση με άλλα συστήματα θέρμανσης, ειδικά όσον αφορά στην απομάκρυνση της στάχτης και τον καθαρισμό της καπνοδόχου. Θερμοστάτης εσωτερικής θερμοκρασίας Ένα καλό σύστημα ρύθμισης του συστήματος θέρμανσης θεωρείται απαραίτητο για να εξασφαλιστεί μία σταθερή θερμοκρασία εντός του κτιρίου και να γίνει πλήρης εκμετάλλευση των θερμικών συνεισφορών (ήλιος, φωτισμός, ανθρώπινες δραστηριότητες) αποτρέποντας την υπερθέρμανση των χώρων. Εικόνα 13: Θερμοστάτης εσωτερικής θερμοκρασίας Επιπλέον, η ρύθμιση της εσωτερικής θερμοκρασίας σε ένα κτίριο μπορεί να γίνει σε διάφορα επίπεδα, αναλόγως της χρήσης και των αναγκών κάθε χώρου, οδηγώντας σε ακόμη μεγαλύτερη απόδοση. Θερμοστατικές βαλβίδες Εκτός από θερμοστάτες και άλλες διατάξεις ελέγχου, για την ρύθμιση της θερμοκρασίας 52

53 μπορούν να χρησιμοποιηθούν και θερμοστατικές βαλβίδες οι οποίες κάνουν τα θερμαντικά σώματα ενός κτιρίου ανεξάρτητα μεταξύ τους. Εικόνα 14: Θερμοστατική βαλβίδα και σύνδεση στον λέβητα Οι θερμοστατικές βαλβίδες ρυθμίζουν αυτόματα τη ροή του ζεστού νερού με βάση την θερμοκρασία που έχει επιλέξει ο χρήστης. Όταν η θερμοκρασία του δωματίου φτάνει τη επιλεγμένη θερμοκρασία η βαλβίδα κλείνει και αποτρέπει την επιπλέον εισροή ζεστού νερού στο σώμα. Η εγκατάσταση θερμοστατικών βαλβίδων είναι μια εύκολη διαδικασία η οποία μπορεί να επιφέρει περίπου 10% εξοικονόμηση ενέργειας. Ολοκληρωμένα συστήματα θέρμανσης Εάν εξεταστούν χωριστά, πολλές τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας έχουν πλεονεκτήματα και περιορισμούς που πρέπει να εξεταστούν προσεκτικά: οι λέβητες συμπύκνωσης είναι πολύ αποτελεσματικοί, αλλά αφορούν ορυκτά καύσιμα, τα συστήματα ηλιακής θέρμανσης και οι σόμπες με pellets χρησιμοποιούν Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), αλλά συνήθως δεν επαρκούν για την συνεχή θέρμανση μεγάλων σπιτιών, οι 53

54 εφαρμογές γεωθερμίας δεν παράγουν αέρια του θερμοκηπίου αλλά έχουν μεγάλο αρχικό κόστος εγκατάστασης. Εικόνα 15: Ολοκληρωμένο σύστημα θέρμανσης και Ζεστού Νερού Χρήσης Η ιδανική λύση είναι ο βέλτιστος συνδυασμός των διαθέσιμων τεχνολογιών, η εκμετάλλευση διάφορων πηγών ενέργειας και ο βέλτιστος συνδυασμός των πλεονεκτημάτων με όρους οικονομίας καυσίμου και επιθυμητής θερμικής άνεσης. Συνεπώς, είναι απαραίτητη η δημιουργία συστημάτων θέρμανσης και ψύξης που συνδυάζουν παραδοσιακές πηγές ενέργειας (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κτλ) και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ήλιος, βιομάζα, κτλ) με χρήση διάφορων παραγωγών θερμότητας (λέβητες, σόμπες, κτλ) και εγκατάσταση μιας κοινόχρηστης δεξαμενής θερμότητας (ζεστού νερού). Ένα ιδανικό ολοκληρωμένο σύστημα θέρμανσης θα έπρεπε να περιέχει τουλάχιστον κάποιες από τις εξής λύσεις: - φωτοβολταϊκά - τζάκι ή σόμπα με pellets 54

55 - λέβητα συμπύκνωσης φυσικού αερίου - αποθήκη ζεστού νερού - σύστημα καλοριφέρ χαμηλής θερμοκρασίας, πχ επιδαπέδια θέρμανση - διατάξεις ρύθμισης θερμοκρασίας για τη διαχείριση της θέρμανσης βάσει των προσωπικών αναγκών κάθε κατοίκου και των κλιματικών συνθηκών. Τα ολοκληρωμένα συστήματα θέρμανσης, αν σχεδιαστούν και υλοποιηθούν επαρκώς, ευνοούν την χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, την αποθήκευση της παραγόμενης θερμότητας σε δεξαμενές αποθήκευσης και την χρήση της αποθηκευμένης θερμότητας αναλόγως των αναγκών των χρηστών, μειώνοντας έτσι την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων. Άρα, όταν υπάρχει ηλιοφάνεια, το ζεστό νερό που χρησιμοποιείται στο σύστημα θέρμανσης παράγεται από ηλιακά συστήματα. Αντίστοιχα, αν λειτουργούν οι διατάξεις βιομάζας, το σύστημα δίνει προτεραιότητα στη θερμότητα που παράγεται από αυτές τις πηγές. Επιπλέον, αισθητήρες και θερμοστάτες φροντίζουν ώστε η συνολική ροή θερμότητας προς τους θερμαινόμενους χώρους να είναι ανάλογη της εξωτερικής θερμοκρασίας και των απαιτήσεων των χρηστών Θερμικοί Ηλιακοί Συλλέκτες (ΑΠΕ) Οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες αποτελούν την πλέον διαδεδομένη τεχνολογία για την παραγωγή ζεστού νερού από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε θερμική ενέργεια. Ένα σύστημα σωστού μεγέθους και σωστά τοποθετημένο μπορεί να μειώσει έως και 70% την ενέργεια που χρειάζεται για την παραγωγή οικιακού ζεστού νερού. Τα κύρια στοιχεία των θερμικών ηλιακών συστημάτων (ΘΗΣ) είναι οι ηλιακοί συλλέκτες, τα δοχεία αποθήκευσης ζεστού νερού (ΖΝ), οι κυκλοφορητές και το σύστημα ελέγχου. Στα κτίρια χρησιμοποιούνται τρία είδη συλλεκτών: οι επίπεδοι συλλέκτες μαύρης βαφής που έχουν τη μικρότερη απόδοση 55

56 και χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των αναγκών ΖΝΧ, οι επίπεδοι επιλεκτικοί με μεγαλύτερη απόδοση που χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των αναγκών ΖΝΧ και θέρμανση χώρου και οι συλλέκτες σωλήνων κενού με τη μεγαλύτερη απόδοση από τους τρεις που χρησιμοποιούνται για θέρμανση κυρίως νερού και λιγότερο χώρου, καθώς και για κλιματισμό χώρου. Οι διατάξεις επίπεδου συλλέκτη παράγουν ζεστό νερό με θερμοκρασία μεταξύ 40 C και 70 C. Προτείνονται και για περιπτώσεις ορεινών περιοχών, καθώς διαθέτουν μεγάλο συντελεστή κέρδους και μπορούν να παράγουν ζεστό νερό ακόμη και τους μη καλοκαιρινούς μήνες. Έχουν ευρείες δυνατότητες χρήσης καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για οικιακή παραγωγή ζεστού νερού, σε ολοκληρωμένα συστήματα θέρμανσης, για θέρμανση πισινών, κα. Οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες με σωλήνες κενού είναι πιο αποτελεσματικοί (και πιο ακριβοί) και είναι κατάλληλοι για περιοχές με μικρή ηλιοφάνεια ή χαμηλές θερμοκρασίες. Αποτελούνται από μία σειρά διπλών γυάλινων σωλήνων εντός των οποίων υπάρχει κενό αέρος. Τα ηλιακά συστήματα αντίστοιχα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τα Θερμοσιφωνικά Ηλιακά Συστήματα (ΘΗΣ) που είναι και τα πιο τυπικά στην Ελλάδα και αποτελούνται από τους ηλιακούς συλλέκτες με ένα δοχείο αποθήκευσης ΖΝΧ τοποθετημένο στη κορυφή τους και τα Κεντρικά Θερμοσιφωνικά Ηλιακά Συστήματα (ΚΘΗΣ) όπου οι ηλιακοί συλλέκτες συνδέονται με τη δεξαμενή ΖΝ μέσω κυκλοφορητή και εναλλάκτη με τη βοήθεια αυτοματισμών. 56

57 Εικόνα 16: Ηλιακός θερμικός συλλέκτης Η δεξαμενή ΖΝ μπορεί να βρίσκεται σε απόσταση από τους συλλέκτες και συνήθως εγκαθίσταται στο λεβητοστάσιο και για τη βοηθητική θέρμανση του νερού μπορεί να χρησιμοποιείται ο καυστήρας της κεντρικής θέρμανσης ή ηλεκτρική αντίσταση. Σχήμα25 : TRASOL: ΚΑΠΕ 2000/Leonardo Da Vinci Η χρήση των ΚΘΗΣ είναι μια σύγχρονη, οικονομικά αποδεκτή και ενεργειακά 57

58 αναγκαία τεχνολογική λύση που μπορεί να επιφέρει μείωση της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων σε ποσοστό 40-60%. Επιπλέον προσδίδει κύρος και φιλο-περιβαλλοντική επιβεβαίωση στον ιδιοκτήτη, ενώ η εγκατάσταση του δοχείου ΖΝ στο λεβητοστάσιο επιτρέπει την πολύ καλή αισθητικά ένταξή τους στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό του κτιρίου, σε σχέση με την εγκατάσταση των συχνά αντιαισθητικών θερμοσιφωνικών ηλιακών συστημάτων. Επιλογή τύπου συλλεκτών Ο ηλιακός συλλέκτης είναι το βασικότερο στοιχείο του ηλιακού θερμικού συστήματος. Πρόκειται για ένα είδος εναλλάκτη θερμότητας ο οποίος μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε θερμότητα. Ένα μέρος της ενέργειας αυτής μεταδίδεται προς το περιβάλλον ως απώλειες, ενώ το υπόλοιπο μεταφέρεται στον θερμικό φορέα (μέσο) και αποτελεί την εξερχόμενη από τον συλλέκτη χρήσιμη ενέργεια η οποία οδηγείται στη χρήση ή αποθηκεύεται. Για τις περιπτώσεις που δεν απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες, όπως για τα συστήματα θέρμανσης νερού χρήσης, χρησιμοποιείται σχεδόν πάντα ο επίπεδος συλλέκτης ο οποίος μπορεί να θερμάνει το νερό μέχρι και περίπου C πάνω από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Εάν υπάρχει αυξημένο φορτίο κυρίως κατά τους χειμερινούς μήνες, όπως στη περίπτωση της υποστήριξης θέρμανσης χώρου, ενδείκνυται η χρήση του επίπεδου επιλεκτικού συλλέκτη. Οι συλλέκτες με σωλήνες κενού μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες θερμοκρασίες και ενδείκνυται η χρήση τους όπου αυτές απαιτούνται, ιδιαίτερα για εφαρμογές ηλιακού κλιματισμού. Οι συλλέκτες κενού μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης χώρου, όταν το σύστημα διανομής είναι κατάλληλο αλλά δεν ενδείκνυται η χρήση τους για ζεστό νερό χρήσης καθώς κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, όπου η ζήτηση είναι μειωμένη και η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία είναι μέγιστη μπορεί η θερμοκρασία του νερού να αυξηθεί σε επίπεδα της τάξεως των C. Σε κάθε περίπτωση, όταν χρησιμοποιούνται συλλέκτες κενού και δεν υπάρχουν μεγάλα φορτία κατά τους καλοκαιρινούς μήνες είναι απαραίτητη η προστασία του ηλιακού συστήματος από υπερθέρμανση. 58

59 Διαστασιολόγηση του συλλεκτικού πεδίου Η διαστασιολόγηση του συλλεκτικού πεδίου θα πρέπει να γίνεται ανάλογα με τις απαιτήσεις του κτιρίου σε ζεστό νερό χρήσης και θέρμανσης, στη περίπτωση υποστήριξής της από το ηλιακό σύστημα καθώς και το επιθυμητό ποσοστό ηλιακής κάλυψης. Σύμφωνα με τον Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΚΕΝΑΚ), σε νέα και ανακαινισμένα κτίρια, η απαιτούμενη κάλυψη από το ηλιακό σύστημα σε ζεστό νερό χρήσης είναι 60%. Για την υποστήριξη θέρμανσης δεν έχει ορισθεί ένα συγκεκριμένο ποσοστό ηλιακής κάλυψης, το ιδανικό όμως (σε σχέση κόστους εξοικονόμησης) είναι ένα ποσοστό της τάξεως του 40%. Ενδεικτικά, για την επίτευξη της ετήσιας κάλυψης του 60% σε ζεστό νερό χρήσης απαιτούνται κατά μέσο όρο περίπου 0.75m² επίπεδων ηλιακών συλλεκτών και 50lt δοχείου αποθήκευσης ανά άτομο. Αντίστοιχα, για την κάλυψη του 40% των αναγκών θέρμανσης από το ηλιακό σύστημα απαιτούνται ηλιακοί συλλέκτες (επίπεδοι επιλεκτικοί) εμβαδού περίπου ίσο με το 20% της θερμαινόμενης επιφάνειας και δοχείο αποθήκευσης με όγκο περίπου 10πλάσιο της θερμαινόμενης επιφάνειας. Δηλαδή, για μία οικία 100m² με 3 άτομα απαιτείται ένα σύστημα περίπου 2.5m² με δοχείο αποθήκευσης 150lt για την κάλυψη των αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης ή ένα σύστημα 20m² ηλιακών συλλεκτών με δοχείο αποθήκευσης 1000lt για την κάλυψη του 40% της θέρμανσης του κτιρίου. Οι εκτιμήσεις αυτές θεωρούν ότι αναφερόμαστε σε συνήθη προφίλ καταναλώσεων και σε κτίρια όπου έχουν εφαρμοστεί οι βασικές αρχές θερμομόνωσης. Σε πολυκατοικίες ή συγκροτήματα κατοικιών, είναι ιδανικότερη η εγκατάσταση ενός κεντρικού συστήματος για την κάλυψη των αναγκών όλων των κατοίκων των κτιρίων καθώς εξισορροπείται η μεταβλητότητα της παραγωγής ζήτησης ενέργειας και γίνεται εκμετάλλευση της περίσσειας ενέργειας που έχει προβλεφτεί για κάποιο διαμέρισμα από ένα άλλο που έχει έλλειψη. Προσανατολισμός των ηλιακών συλλεκτών Για να είναι εφικτή η μεγιστοποίηση της ενεργειακής παραγωγής των ηλιακών συλλεκτών καθ όλη τη διάρκεια του έτους, θα πρέπει να επιτυγχάνεται βέλτιστη εκμετάλλευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτό επιτυγχάνεται με προσανατολισμό προς το νότο και με κατάλληλη γωνία κλίσης που συμπίπτει με το 59

60 γεωγραφικό πλάτος για την Ελλάδα πρακτικά είναι περίπου 38. Αυτή η κλίση μπορεί να μεταβληθεί ώστε να επιτευχθεί μεγιστοποίηση της εκμεταλλεύσιμης ηλιακής ενέργειας σε συγκεκριμένες περιόδους ανάλογα με τη χρήση, με μία μικρή μείωση όμως της ετήσιας ηλιακής κάλυψης. Έτσι με την αύξηση της κλίσης ως προς το οριζόντιο επίπεδο επιτυγχάνεται μεγιστοποίηση των ενεργειακών κερδών κατά τη χειμερινή περίοδο ενώ με τη μείωση της κλίσης επιτυγχάνεται μεγιστοποίηση των ενεργειακών κερδών τη καλοκαιρινή περίοδο. Σε ένα σύστημα θέρμανσης χώρου για παράδειγμα, η ιδανική κλίση των ηλιακών συλλεκτών είναι περίπου Στα συστήματα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης, αν και υπάρχει ζήτηση καθ όλη τη διάρκεια του έτους, επειδή η ζήτηση το καλοκαίρι είναι μικρότερη από το χειμώνα (ενώ παράλληλα η προσπίπτουσα ακτινοβολία είναι μεγαλύτερη) ενδείκνυται η κλήση των συλλεκτών να είναι στις 45. Στις στέγες, σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία, η κλίση των συλλεκτών θα πρέπει υποχρεωτικά να ακολουθεί τη κλίση της στέγης. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται οι βέλτιστες αποκλίσεις από το ισοδύναμο του γεωγραφικού πλάτους (38 ) κατά τον προσανατολισμό των ηλιακών συλλεκτών ανάλογα με τη χρήση του συστήματος Πίνακας 5: Απόκλιση από την ιδανική κλίση για υψηλότερη ενεργειακή απολαβή. Απόκλιση Χρήση ( ) Οικιακή Χρήση για ζεστό νερό +13 Καλοκαιρινή Χρήση -12 Ηλιακός Κλιματισμός -12 Χειμερινή Χρήση για ζεστό νερό +25 Ηλιακή Θέρμανση Χώρου +25 Ηλιακή Θέρμανση και Κλιματισμός ±5 Όπως και με τη κλίση, είναι δυνατό να μεταβληθεί και ο προσανατολισμός των συλλεκτών μέχρι περίπου 45 απόκλιση από το νότο με την ανάλογη ημερήσια απόκλιση ως προς τις ενεργειακές απολαβές.. 60

61 Τοποθέτηση ηλιακών συλλεκτών, υλικά στήριξης και στατική μελέτη Η εγκατάσταση των ηλιακών συλλεκτών στο κτίριο μπορεί να γίνει πάνω στα κεραμίδια, σε μεταλλική κατασκευή επί της στέγης, στην επιφάνεια του δώματος ή πάνω σε βοηθητικό χώρο όπως το γκαράζ. Σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία, απαγορεύεται η εγκατάσταση των ηλιακών συλλεκτών στην απόληξη κλιμακοστασίου και του φρεατίου ανελκυστήρα. Το σύστημα στήριξης μπορεί να είναι μεταλλική κατασκευή, από αλουμίνιο, ανοξείδωτο χάλυβα ή εν θερμώ γαλβανισμένο χάλυβα. Συνήθως οι κατασκευαστές συλλεκτών κατασκευάζουν και βάσεις οι οποίες είναι σχεδιασμένες για τις απαιτήσεις των συλλεκτών τους και υπάρχουν διαθέσιμες τόσο για τοποθέτηση σε δώμα όσο και για κεραμοσκεπή. Αν και το βάρος του ηλιακού πεδίου και της βάσης στήριξης δεν αναμένεται να επηρεάσει τη στατική αντοχή του κτιρίου, καλό είναι όταν πρόκειται για εγκατάσταση μεγάλου αριθμού ηλιακών συστημάτων ή κεντρικού ηλιακού συστήματος να διενεργείται στατικός έλεγχος (ή ακόμα και ειδική μελέτη, όπου απαιτείται), ώστε να διερευνάται η μηχανική καταπόνηση και η ανεμοπίεση της επιφάνειας έδρασης των συλλεκτών. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι το βάρος των συλλεκτών είναι της τάξης των 15-20kg/m². Σε αυτό πρέπει να προστεθεί και το βάρος του συστήματος στήριξης [7] Βλάστηση Τα φυσικά χαρακτηριστικά αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι του αστικού περιβάλλοντος κι έχουν μεγάλη αξία. Συμβάλλουν στην οπτική άνεση, καθώς σε αποσπούν από το δομημένο περιβάλλον και δημιουργούν ευχάριστα συναισθήματα στους ανθρώπους παρέχοντας ένα ψυχολογικό δεσμό με τη φύση και την ύπαιθρο. Επιπλέον, η ύπαρξη βλάστησης βελτιώνει την ποιότητα ζωής των κατοίκων, βελτιώνουν την ψυχική και φυσική τους κατάσταση, συμβάλλουν στην επίτευξη της ακουστικής άνεσης καθώς μειώνουν το θόρυβο, φιλτράρουν τη σκόνη και δροσίζουν το καλοκαίρι με τη διαπνοή τους τον αέρα της ατμόσφαιρας. Η χρήση βλάστησης συμβάλλει στις κλιματικές συνθήκες κατά μήκος των οδών και των ανοιχτών χώρων. Οι στόχοι της φύτευσης δέντρων και φυτών είναι για να αποφευχθεί και να μειωθεί το φαινόμενο της υπερθέρμανσης με την εξασφάλιση φυσικής ροής ψυχρού αέρα ή τη δημιουργία κήπων που περιλαμβάνουν και στοιχεία νερού τα 61

62 οποία βοηθούν στην ψύξη με εξάτμιση. Επίσης η βλάστηση συμβάλλει στη δημιουργία σκίασης τις περιόδους ψύξης και θέρμανσης, η τοποθέτηση των φυτών είναι σημαντικό να γίνεται ανάλογα με το ύψος ανάπτυξης, το σχήμα της κορυφής καθώς και τις καιρικές διαφοροποιήσεις στην πυκνότητα του φυλλώματος και των κλαδιών, διότι η χειμερινή ηλιοπερατότητα κυμαίνεται μεταξύ 20% και 85% στα φυλλοβόλα δέντρα και πάνω από 20% σε όλα τα υπόλοιπα. Καλό είναι να μην έχουν μεγάλες απαιτήσεις σε συντήρηση, φροντίδα, άρδευση, να υπάρχει δυνατότητα διαχείρισής τους με οικολογικούς τρόπους και να μην χρειάζονται χημικά λιπάσματα και φυτοφάρμακα. Τα είδη που θα χρησιμοποιηθούν είναι σημαντικό, να μπορούν να αναπτυχθούν στα δεδομένα εδαφοκλιματικά, κλιματολογικά και υδρολογικά χαρακτηριστικά του τόπου και να συνιστούν φυτικές προεκτάσεις του τόπου ή φυτά που μπορούν να φυτευτούν σε ανοιχτούς χώρους. Οι χώροι γύρω από το κτίριο που περιβάλλονται με πράσινο, αποτελούν έμβιο στοιχείο, εξελίξιμο που υπόκειται στους νόμους της ζωής και του χρόνου, γι αυτό και κατά την διαμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη κάποιοι παράγοντες, όπως η προσεκτική και λεπτομερής ανάλυση του φυσικού ανάγλυφου αλλά και του ανάγλυφου που δημιουργείται από το κτίριο και τα γειτονικά σε αυτό κτίρια. Η προσεκτική μελέτη των μικροκλιματικών συνθηκών μιας περιοχής, όσον αφορά τους ανέμους, τις βροχοπτώσεις, την ηλιοφάνεια, το χιόνι, την υγρασία κλπ. Η έρευνα των υπεδάφιων συνθηκών έδρασης της βλάστησης αλλά και των υπογείων οριζόντων, η επιλογή ειδών βλάστησης που θα διαθέτουν τέτοιο μέγεθος και πυκνότητα, τα οποία θα έχουν προκύψει από σωστό σχεδιασμό που θα περιλαμβάνουν τις απαιτήσεις του περιβάλλοντος και τις υπηρεσίες που θα προσφέρουν και τέλος τη δημιουργία άριστων εδαφικών συνθηκών που θα ευνοούν την ανάπτυξη της βλάστησης. Οι οικολογικές λειτουργίες που θα προκληθούν από το σωστό σχεδιασμό του υπαίθριου χώρου με τη χρήση των κατάλληλων δέντρων και φυτών είναι οι μικροκλιματικές συνθήκες με αισθητή διαφοροποίηση μετεωρολογικών δεδομένων όπως της θερμοκρασίας και του ανέμου, την ικανοποιητική διακράτηση σωματιδίων του ατμοσφαιρικού αέρα ανάλογα με τον όγκο του, μειώνοντας έτσι τους επικίνδυνους εσωτερικούς και εξωτερικούς ρύπους, το γεγονός ότι κατακρατά το βρόχινο νερό επιτυγχάνοντας καλύτερη απορροή και αποφυγή της διάβρωσης του εδάφους. 62

63 Εικόνα 17: Βλάστηση Επίσης συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας λόγω της δυνατότητας ελέγχου της θερμοκρασίας καθ όλη τη διάρκεια του έτους, προσφέρουν ηλιοπροστασία το καλοκαίρι, ανεμοπροστασία το χειμώνα, απορροφούν το θόρυβο επιτυγχάνοντας στην ακουστική άνεση. Ο κύριος μηχανισμός της συνεισφοράς τους είναι η εξατμισοδιαπνοή, η απώλεια νερού από το περιβάλλον υπό μορφή υδρατμών. Η λανθάνουσα θερμότητα της εξατμισοδιαπνοής είναι πολύ μεγάλη και αντλείται από τον ατμοσφαιρικό αέρα μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία, σε τοπικό επίπεδο. Για παράδειγμα, ένα δέντρο μεσαίου μεγέθους το καλοκαίρι, εξατμίζει λίτρα νερού και επιτυγχάνει δροσισμό της τάξης πέντε κλιματιστικών συσκευών, μια μικρή συστοιχία δέντρων μειώνει τη σκόνη και τα 63

64 αιωρούμενα σωματίδια μέχρι και σωματίδια ανά λίτρο νερού και μειώνει το θόρυβο κατά 50%. Όσον αφορά στη συμβολή της βλάστησης και του εδαφικού ανάγλυφου στην προστασία της κατοικίας το χειμώνα, η προστατευμένη από τους ανέμους επιφάνεια βασίζεται στο ύψος της ανεμοπροστασίας, διότι όσο ψηλότερος είναι ένας ανεμοφράκτης δέντρων τόσο μεγαλύτερη είναι και η προστατευμένη επιφάνεια. Το μήκος της προστατευόμενης ζώνης επηρεάζεται από την πυκνότητα του ανεμοφράκτη, διότι οι πυκνοί ανεμοφράκτες με υψηλή βλάστηση μπορούν να μειώσουν την ταχύτητα του ανέμου σε μεγάλο βαθμό αλλά προσωρινά δηλαδή σε μικρή απόσταση ακριβώς πίσω από τον ανεμοφράκτη, έπειτα ο άνεμος ανακτά την αρχική του ταχύτητα. Τέλος το μέγιστο μήκος ανεμοπροστασίας αναπτύσσεται μόνο εφόσον το μήκος του ανεμοφράκτη είναι έντεκα ή δώδεκα φορές το ύψος του. Η συμβολή της βλάστησης στην προστασία της κατοικίας το καλοκαίρι, πρέπει να συμβάλλει στον επαρκή αερισμό και στην επαρκή ηλιοπροστασία. Η επαρκής σκίαση επιτυγχάνεται με τη φύτευση δέντρων στη δυτική όψη του κτιρίου αλλά και με την κατασκευή πέργκολας. Είναι σημαντικό να γίνει προσεκτικός υπολογισμός της απόστασης που πρέπει να υπάρχει μεταξύ δέντρου και κτιρίου, ώστε να επιτρέπουν τον καλό αερισμό. Τέλος τα κοντά και πλατιά δέντρα προσφέρουν καλή ηλιοπροστασία καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Η βλάστηση μπορεί επίσης να προστατεύσει τη στέγη και την τοιχοποιία από την ηλιακή ακτινοβολία το καλοκαίρι. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με το συνδυασμό των παρακάτω τεχνικών: την τοποθέτηση βλάστησης σε πέργκολα στο δώμα ή σε πέργκολα προσκείμενη σε μία από τις πλευρές του κτιρίου, με τη χρήση της βλάστησης κατά τέτοιο τρόπο που να δημιουργεί ένα κλειστό προστατευμένο χώρο που βρίσκεται σε άμεση επαφή με το κτίριο, ή να έρχεται σε επαφή με τη στέγαση του κτιρίου και το φυτεμένο δώμα, την τοποθέτηση του πρασίνου κατά τέτοιο τρόπο που να έρχεται σε επαφή με το κτιριακό κέλυφος σε κατακόρυφο τοίχο αλλά και με την κατασκευή πετασμάτων πρασίνου σε κοντινή απόσταση με το κτίριο. Τη θερινή περίοδο, η πυκνή κάλυψη από αναρριχώμενα φυτά εμποδίζει την ηλιακή ακτινοβολία να φτάσει στην επιφάνεια του τοίχου ή του δώματος με αποτέλεσμα να μειώνεται η εξωτερική θερμοκρασία του κελύφους άρα και η ποσότητα θερμότητας που εισέρχεται στο εσωτερικό του. Το πρόβλημα αυτής της τεχνικής 64

65 είναι ότι υπάρχει περίπτωση να παγιδευτεί κάποιο ποσό θερμού αέρα κοντά στην επιφάνεια του κτιρίου, το οποίο είναι ανανεώσιμο. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με ένα δυνατό ρεύμα αέρα που θα ανακινήσει το φύλλωμα και το δροσιστικό αποτέλεσμα από την εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια των φύλλων θα οδηγήσει στη μείωση της υπερθέρμανσης που προκαλεί ο παγιδευμένος αέρας. Το χειμώνα, όταν συμβαίνει αυτό το φαινόμενο, λειτουργεί σα μόνωση περιορίζοντας τις θερμικές απώλειες από το κτίριο. Παρατηρούμε πως η θερμοπερατότητα του τοίχου μειώνεται αν καλυφθεί με βλάστηση. Όσον αφορά το φυτεμένο δώμα, το οποίο αποτελεί ένα πολύπλοκο θερμικό σύστημα με σημαντικές θερμομονωτικές ιδιότητες καθ όλη τη διάρκεια του έτους, και το καλοκαίρι λειτουργεί σα φράγμα για την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο δώμα καθώς από την προσπίπτουσα ακτινοβολία αντανακλάται ένα ποσοστό της τάξης του 20% με 30% ενώ το υπόλοιπο απορροφάται από το φύλλωμα. Ένα περιποιημένο καλά αρδευόμενο γρασίδι έχει την ικανότητα να καταναλώνει το καλοκαίρι το 80% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ το χώμα ως θερμοχωρητική μάζα καθυστερεί την ροή της θερμότητας στο εσωτερικό του κτιρίου κατά 9 ώρες ανά 30 εκατοστά. Σχήμα 26: 65

66 Κατασκευαστική λεπτομέρεια φύτευσης Κατά το χειμώνα, το πέτασμα αειθαλούς πρασίνου, προκαλεί τη δημιουργία μιας περιοχής στατικού αέρα μεταξύ αυτού και του τοίχου, η οποία λειτουργεί σα το ενδιάμεσο κενό στο πάχος ενός τοίχου. Η διαφορά στη θερμοκρασία μεταξύ του εσωτερικού και της ζώνης στατικού αέρα είναι μικρή και σχετικά σταθερή κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την παραμονή της θερμότητας στο κτίριο. Τα φυλλοβόλα αναρριχώμενα σε κατασκευές πλησίον του κτιρίου προφυλάσσουν την κατοικία από την άμεση και ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία, όταν επιδίωξη είναι ο περιορισμός των ηλιακών κερδών. Όσον αφορά στα ξηρά κλίματα, η υψηλή υγρασία του αέρα που υπάρχει στα φυτά αυξάνει τα ποσά θερμότητας που χρειάζονται για να αυξηθεί η θερμοκρασία. Σε περίπτωση που υπάρχει ελεύθερη ροή αέρα υπάρχει ελάχιστη με μηδαμινή διαφορά στις θερμοκρασίες που υπάρχουν στον ήλιο και στη σκιά. Βέβαια το καλοκαίρι όπου η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή, στους χώρους που είναι περικυκλωμένοι από βλάστηση η θερμοκρασία θα είναι χαμηλότερη. Τη νύχτα, αυτός ο θόλος φυλλώματος εμποδίζει τις απώλειες θερμότητας με ακτινοβολία προς την ατμόσφαιρα, μειώνοντας τις θερμικές απώλειες από νυχτερινή ακτινοβολία. Αυτό συμβαίνει διότι καθώς ανεβαίνει ο θερμός αέρας προς τα πάνω παγιδεύεται στο φύλλωμα και παραμένει κοντά στο έδαφος, μειώνοντας έτσι τις διακυμάνσεις στη θερμοκρασία καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας και της ημέρας. Αυτή η ιδιότητα του φυλλώματος εξαρτάται από την πυκνότητά του, δηλαδή όσο πιο πυκνό είναι το φύλλωμα τόσο περισσότερο θερμό αέρα συγκρατεί κοντά στο έδαφος. Μια άλλη συμβολή των φυτών είναι η ιδιότητά τους να απορροφούν τους εκπεμπόμενους ρύπους που υπάρχουν στο εσωτερικό των κατοικιών, καθαρίζοντας έτσι την ατμόσφαιρα από τα επικίνδυνα αέρια. Βέβαια υπάρχουν κι άλλοι τρόποι για να επιτευχθεί αυτό όπως με τον καλό αερισμό ή την εγκατάσταση συστημάτων που φιλτράρουν τον αέρα. Η πρώτη περίπτωση μπορεί να προκαλέσει μεγάλες θερμικές απώλειες ενώ η δεύτερη υψηλό κόστος. Η χρησιμοποίηση φυτών αποτελεί εύκολη και οικονομική λύση και η δυνατότητα των φυτών να απορροφούν τοξικούς ρύπους όπως το βενζόλιο και τη φορμαλδεϋδη μπορεί να μειώσει έως και 90% τη συγκέντρωσή του. Σε έρευνες που εκπονήθηκαν από τη NASA, σε ερμητικά κλειστούς θαλάμους 1-2m3 στη 66

67 διάρκεια 24 ωρών απέδειξαν την ευεργετική σημασία των φυτών στον καθαρισμό του εσωτερικού αέρα από τοξικές ουσίες [21]. 2.2 ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ / ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Ηλιακά θερμικά συστήματα Ζεστό νερό χρήσης Ζεστό νερό χρήσης & θέρμανση χώρων Εικόνα 18: Ηλιακά θερμικά συστήματα για ΖΝΧ και θέρμανση χώρου Ανεξάρτητο σύστημα θέρμανσης Ως ανεξάρτητο ορίζεται ένα σύστημα θέρμανσης του οποίου το σύστημα παραγωγής και διανομής θερμότητας εξυπηρετεί μία μόνο κατοικία. Ο λέβητας που χρησιμοποιείται είναι μικρής ισχύος, ανάλογος των μικρών απαιτήσεων για θέρμανση, αν και συνήθως εγκαθίστανται μεγαλύτεροι λέβητες προκειμένου να καλύπτονται και οι ανάγκες σε ζεστό νερό χρήσης. Αυτή η υπερδιαστασιολόγηση έχει ως αποτέλεσμα την σπατάλη ενέργειας η οποία μπορεί να αποφευχθεί με την εγκατάσταση μίας μικρής δεξαμενής ζεστού νερού ( λίτρων) και την εγκατάσταση ενός μικρότερου λέβητα. Ένα ανεξάρτητο σύστημα δικαιολογείται στις περιπτώσεις που εξυπηρετεί μία κατοικία ή μικρά κτίρια το πολύ 4 κατοικιών. Κεντρική θέρμανση Η κεντρική θέρμανση μίας πολυκατοικίας αποτελείται από έναν λέβητα τοποθετημένο σε κοινόχρηστο χώρο (λεβητοστάσιο) και το σύστημα διανομής έως τα σώματα. Η διανομή 67

68 μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: κατακόρυφη και οριζόντια (αυτόνομη). Για να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας, είναι σημαντικό ο λέβητας να είναι σωστά διαστασιολογημένος σε σχέση με το μέγεθος και τις ανάγκες του κτιρίου. Συχνά, εγκαθίστανται λέβητες μεγαλύτερου μεγέθους οδηγώντας σε συστήματα χαμηλής απόδοσης και μεγάλης κατανάλωσης καυσίμου με αντίστοιχα αυξημένα έξοδα. Μία συμβουλή είναι η χρήση κλιμακωτών λεβήτων. Σε αυτόν τον τύπο, η κατανάλωση καυσίμου και η παραγόμενη θερμότητα προσαρμόζονται ανάλογα με τις τρέχουσες ανάγκες του κτιρίου: όταν υπάρχει μικρή ανάγκη λειτουργεί ένα μόνο λέβητας, ενώ οι υπόλοιποι λέβητες λειτουργούν ή όχι ανάλογα της ζητούμενης θερμότητας από τους χρήστες. Επίσης, οι λέβητες χαμηλής θερμοκρασίας παράγουν νερό μεταβλητής θερμοκρασίας ανάλογα με τη ζήτηση και την εξωτερική θερμοκρασία. Οι συγκεκριμένοι λέβητες λειτουργούν με νερό χαμηλής θερμοκρασίας (45-50 C), ρυθμίζοντας καλύτερα την κατανάλωση καυσίμου, μειώνοντας τις θερμικές απώλειες και τα παραγόμενα καυσαέρια. Χρέωση αυτόνομης θέρμανσης Σε διαμερίσματα πολυκατοικιών, προτείνεται η εγκατάσταση συστήματος αυτόνομης θέρμανσης. Έτσι, κάθε διαμέρισμα χρεώνεται για την θερμότητα που πραγματικά κατανάλωσε. Η χρήση θερμοστάτη ή θερμοστατικών βαλβίδων επιτρέπει τη ρύθμιση της επιθυμητής θερμοκρασίας σε κάθε διαμέρισμα έτσι ώστε κάθε κάτοικος να επιλέγει ανεξάρτητα τις συνθήκες διαβίωσής του και να πληρώνει μόνο για την θερμότητα που κατανάλωσε. Η αυτόνομη κεντρική θέρμανση σε μία πολυκατοικία μπορεί να συνδυαστεί με οριζόντιο ή κατακόρυφο σύστημα διανομής. Στην πρώτη περίπτωση, κάθε διαμέρισμα ή ζώνη του κτιρίου έχει το δικό του σύστημα διανομής. Στην δεύτερη περίπτωση, από ένα δακτύλιο στο ισόγειο του κτιρίου, ξεκινούν κατακόρυφοι σωλήνες με σώματα ανά τους ορόφους του κτιρίου. Στην πρώτη περίπτωση ένας θερμιδομετρητής εγκαθίσταται σε κάθε ανεξάρτητο σύστημα προκειμένου να υπολογιστεί η κατανάλωση κάθε διαμερίσματος ή ζώνης. Στην δεύτερη περίπτωση, κάθε σώμα φέρει θερμοστατική βαλβίδα για την ρύθμιση της επιθυμητής θερμοκρασίας και θερμιδομετρητή για τον υπολογισμό της κατανάλωσης 68

69 θερμότητας. Και στις δύο περιπτώσεις, τα δεδομένα συλλέγονται και η διαχείριση της πολυκατοικίας αναλαμβάνει την έκδοση και είσπραξη των αντίστοιχων ενεργειακών λογαριασμών. Κεντρική παροχή ζεστού νερού σε πολυκατοικία Το ζεστό νερό χρήσης συνήθως παράγεται ανεξάρτητα σε κάθε διαμέρισμα με ηλεκτρικούς θερμοσίφωνες ή λέβητες φυσικού αερίου. Ανάμεσα στις δύο αυτές εναλλακτικές, η χρήση φυσικού αερίου είναι σαφώς προτιμότερη από άποψη οικονομική, ενεργειακή και περιβαλλοντική. Εντούτοις, σε πολυκατοικίες μπορεί πλέον να εγκατασταθεί κεντρικό σύστημα παροχής ζεστού νερού το οποίο χρησιμοποιεί ξεχωριστό λέβητα ενώ μπορεί να χρησιμοποιεί τον ίδιο ή/και διαφορετικό καυστήρα από το σύστημα θέρμανσης καθώς και να συνδεθεί με διατάξεις ηλιακής θέρμανσης στην οροφή του κτιρίου. Η προτεινόμενη διάταξη οδηγεί σε μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας και καλύτερη εκμετάλλευση των ηλιακών συλλεκτών που μπορούν να εγκατασταθούν στην οροφή της πολυκατοικίας. Επιπλέον, απλές τεχνικές/ τεχνολογίες μπορούν να θεωρηθούν: συσκευές που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια, παροχή ανακυκλώσιμου νερού στις τουαλέτες, καζανάκια διπλής ροής νερού, βρύσες χρονικά ελεγχόμενες [22] Φωτοβολταϊκά Συστήματα Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο Η άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό γίνεται με τα ηλιακά κύτταρα και βασίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Το φαινόμενο αυτό στηρίζεται στην εμφάνιση διαφοράς δυναμικού όταν το φως πέσει σε υλικό στο οποίο υπάρχει εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό συμβαίνει όταν έρθουν σε επαφή δύο υλικά με διαφορετικές προσμίξεις. Η επαφή p-n αυτών των δύο ημιαγώγιμων υλικών, είναι η επαφή του υλικού p τύπου, που έχει πλεόνασμα ηλεκτρονίων και η επαφή n τύπου, που έχει πλεόνασμα οπών (άτομα με έλλειμμα ηλεκτρονίων). Λόγω της διαφοράς ηλεκτρονίων στο εσωτερικών των δύο αυτών υλικών, εμφανίζεται εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, από την περιοχή n προς την p. Το πεδίο αυτό στην περιοχή της επαφής έχει τέτοια φορά ώστε να οδηγεί τους δημιουργημένους φορείς ηλεκτρισμού μέσα στο υλικό, ηλεκτρόνια ή οπές, στην n ή p 69

70 περιοχή αντίστοιχα. Οι φορείς αυτοί δημιουργούνται όταν το ηλιακό φως προσπέσει στην περιοχή και διεγείρει τα ηλεκτρόνια. Φωτοβολταϊκά, δομή και αισθητικά χαρακτηριστικά Τα φωτοβολταϊκά διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, ανάλογα με τη δομή του βασικού υλικού κατασκευής τους ή τον τρόπο παρασκευής. Οι διαφορετικοί τύποι είναι οι εξής : Φωτοβολταϊκά πυριτίου Φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού Πυριτίου (Single-crystal Silicon, c-si): Το πάχος του υλικού είναι σχετικά μεγάλο. Τα εργαστηριακά φωτοβολταϊκά κύτταρα έχουν φθάσει σχεδόν σε αποδοτικότητα 24%, με τις εμπορικές μονάδες των κυττάρων τους να κυμαίνονται από 13 έως 16%. Το χρώμα των κυττάρων είναι συνήθως σκούρο μαύρο με μία ενιαία επίπεδη δομή. Φωτοβολταϊκά στοιχεία πολυκρυσταλλικού Πυριτίου (Multicrystaline Silicon mc-si): Τα πολυ-κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κατασκευάζονται σε μεγάλες επιφάνειες. Συνήθως κόβονται σε τετραγωνικής μορφής στοιχεία και αποτελούνται από λεπτά επιστρώματα. Στην επιφάνεια της κυψελίδας, διακρίνονται οι διαφορετικές μονοκρυσταλλικές περιοχές. Γενικά, όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις των μονοκρυσταλλικών περιοχών του πολυ-κρυσταλλικού φωτοβολταϊκού στοιχείου, τόσο υψηλότερη είναι και η απόδοσή του, η οποία κυμαίνεται από 17% έως 20%, με τις εμπορικές μονάδες γύρω στο 12%-15%. Χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλή χρονική σταθερότητα. Το κόστος παρασκευής των πολυ-κρυσταλλικών είναι χαμηλότερο σε σχέση με το αντίστοιχο των μονο-κρυσταλλικών. Με την επιλογή κατάλληλου επιστρώματος δημιουργείται ποικιλία χρωματιστών φωτοβολταϊκών, με πιο διαδεδομένο χρώμα, το σκούρο μπλε, λόγω της καλύτερης απόδοσης που παρουσιάζει. Φωτοβολταϊκά στοιχεία ταινίας (Ribbon Silicon): Δημιουργία λεπτής ταινίας από τηγμένο υλικό. Πρόκειται για πολυ-κρυσταλλικό πυρίτιο με απόδοση περίπου 13%. Η μέθοδος κατασκευής είναι υψηλού κόστους και προς το παρόν η βιομηχανική παραγωγή είναι περιορισμένη. 70

71 Κατασκευαστικά στοιχεία φωτοβολταϊκών συστημάτων Το υλικό κατασκευής των περισσότερων φωτοβολταϊκών στοιχείων είναι το πυρίτιο. Ένας αριθμός φωτοβολταϊκών κυττάρων (συνήθως 36) συνδεμένων σε σειρά, ώστε να εμφανίζουν συγκεκριμένη τάση ανοικτού κυκλώματος (έως 22V), τοποθετούνται σε επίπεδη γυάλινη πλάκα, προσαρμοσμένη σε μεταλλικό πλαίσιο, συνήθως από αλουμίνιο, υψηλής αντοχής. Το πίσω μέρος καλύπτεται από ειδικό πλαστικό υλικό ενθυλάκωσης. Η τελική κατασκευή πληροί ειδικές προδιαγραφές, ώστε να διαθέτει την απαραίτητη μηχανική αντοχή, τις κατάλληλες υποδοχές στήριξης και επιπλέον την αυξημένη στεγανότητα για προστασία από την υγρασία. Επίσης, πρέπει να είναι ιδιαιτέρως ανθεκτική σε ατμόσφαιρα υψηλής περιεκτικότητας σε άλμη, σε δυνατές κρούσεις χαλαζόπτωσης και σε θερμικές καταπονήσεις. Η διάταξη αυτή αποτελεί την τυπική βιομηχανική μονάδα και ονομάζεται φωτοβολταϊκό πλαίσιο (Photovoltaic Module). Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο αποτελεί την βασική δομική μονάδα κάθε μεγαλύτερης εγκατάστασης παραγωγής ηλεκτρικής φωτοβολταϊκής ενέργειας, δηλαδή της φωτοβολταϊκής γεννήτριας (Photovoltaic Generator). Οι τυπικές τιμές ισχύος αιχμής ενός τυπικού φωτοβολταϊκού πλαισίου κυμαίνονται από 25W έως 85W και πρόσφατα διατίθενται και σε μεγαλύτερη ισχύ. Η αρχική μορφή των φωτοβολταϊκών στοιχείων στο πλαίσιο ήταν η κυκλική (κυκλικά wafers από το κυλινδρικό ingot της μεθόδου Kzochralski), με αποτέλεσμα να μένει αρκετή μη χρησιμοποιούμενη επιφάνεια. Σήμερα τα φωτοβολταϊκά που χρησιμοποιούνται στα πλαίσια έχουν σχήμα τετραγωνικό (p-si) ή τετραγωνικό με κομμένες τις γωνίες του (c-si), ώστε η ενεργός επιφάνεια να προσεγγίζει την γεωμετρία της επιφάνειας του πλαισίου. Η όψη του φωτοβολταϊκού καλύπτεται από διαφανή ουσία (π.χ. SiO, Al O, TiO, Si N, MgF ). Η μεμβράνη αυτή χαρακτηρίζεται από δείκτη διάθλασης τέτοιο ώστε, για μια περιοχή μηκών κύματος, συνήθως γύρω στα 600 nm, κοντά στο μέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας (480 nm), να ελαχιστοποιείται το ανακλώμενο φως (αντιανακλαστική επίστρωση). Επιπλέον, τα μεταλλικά ηλεκτρόδια συλλογής των φορέων, πρέπει να βρίσκονται κοντά στην ενεργό περιοχή. Το πίσω ηλεκτρόδιο καλύπτει όλη την έκταση του φωτοβολταϊκού και συνήθως αποτελείται, για λόγους κόστους και βάρους της διάταξης, από λεπτό και σχετικά πυκνό μεταλλικό πλέγμα. Ενώ το μεταλλικό πλέγμα, που τοποθετείται στην όψη του φωτοβολταϊκού στοιχείου, όπου προσπίπτει το φως, πρέπει να 71

72 έχει το σχήμα αραιής μεταλλικής σχάρας έτσι ώστε οι ελεύθεροι ηλεκτρικοί φορείς να συλλέγονται απ όλη την έκταση της επιφάνειάς του, προκαλώντας ταυτόχρονα την ελάχιστη δυνατή μείωση στη διέλευση του φωτός. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους σε σειρά ή παράλληλα. Ο συνδυασμός πολλών φωτοβολταϊκών πλαισίων σε μια επίπεδη συνήθως επιφάνεια, σταθερή ή περιστρεφόμενη, αποτελεί την φωτοβολταϊκή συστοιχία (array). Ένα συνεργαζόμενο σύνολο συστοιχιών αποτελούν ένα φωτοβολταϊκό συγκρότημα ή φωτοβολταϊκό πάρκο. Για την εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών συστημάτων εμφανίζονται δύο βασικοί τύποι : τα αυτόνομα συστήματα και τα συνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα Τα αυτόνομα συστήματα δεν είναι συνδεδεμένα με το δημόσιο δίκτυο και συνδυάζονται συχνά με ηλεκτρικό συσσωρευτή. Η ισχύς του εναλλασσόμενου ρεύματος από ένα σύστημα συνδεδεμένο με το δίκτυο καταλήγει στο κτίριο μέσω ενός μετατροπέα, ο οποίος γενικά συνδέεται με το τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτόνομων συστημάτων, απαιτείται αποθήκευση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας ή/και μετατροπή της σε ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος. Συνεπώς, η μελέτη και ο σχεδιασμός ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, επιβάλει τον προσδιορισμό των κατάλληλων ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων. Οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές και τα ηλεκτρονικά ισχύος, όπως οι μετατροπείς συνεχούς τάσεως σε συνεχή ή σε εναλλασσόμενη και τα συστήματα ελέγχου λειτουργίας φόρτισης αποτελούν τα βασικότερα τμήματα ενός φωτοβολταϊκού σταθμού. Απόδοση και κόστος Η παραγωγή των φωτοβολταϊκών στοιχείων σήμερα αυξάνεται με γρήγορους ρυθμούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυξάνεται η απόδοση των φωτοβολταϊκών και μειώνεται το κόστος τους, λόγω της ραγδαίας ανάπτυξης της τεχνολογίας αυτών των συστημάτων. Επίσης, καθοριστικός παράγοντας της ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών αποτέλεσε η ευρύτερη εφαρμογή τους. Σήμερα, η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων από κρυσταλλικό πυρίτιο (c-si), κυμαίνεται στα ποσοστά του 14-17% ενώ τα 72

73 φωτοβολταϊκά από άμορφο πυρίτιο (a-si:h), φθάνει το 10%. Τα φωτοβολταϊκών στοιχεία πολυ-κρυσταλλικού πυριτίου (mc-si) συνδυάζουν καλή ποιότητα κατασκευής, καλή απόδοση ~13-14% και μικρότερο κόστος κατασκευής από τα μονο-κρυσταλλικά, με τα οποία έχουν τον ίδιο, περίπου, χρόνο ζωής. Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι σήμερα δίνεται εγγύηση καλής λειτουργίας, για περισσότερο από 30 χρόνια, αλλά και εγγυήσεις για αντικατάσταση όσων πλαισίων μειώνεται η απόδοση περισσότερο του 10% στη δεκαετία ή περισσότερο του 20% στα 25 χρόνια. Η απόδοση του φωτοβολταϊκού στοιχείου αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας της ακτινοβολίας και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία του στοιχείου αυξάνεται κατά το φωτισμό του, εξαιτίας της μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε θερμική ενέργεια (αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του υλικού). Η αναπτυσσόμενη υψηλή θερμοκρασία των φωτοβολταϊκών στοιχείων του πλαισίου, οι καταστάσεις θερμού σημείου, η εισχώρηση υγρασίας στο εσωτερικό τους και οι συνακόλουθες αλλοιώσεις δομής του φωτοβολταϊκού στοιχείου, μειώνουν σταδιακά την ενεργειακή απόδοσή τους. Το μέγεθος της επίδρασης εξαρτάται από το υλικό του φωτοβολταϊκού στοιχείου τον τύπο του και τη διαχρονική αξιοπιστία της μηχανικής κατασκευής και των ηλεκτρολογικών και μονωτικών υλικών. Επίσης σκόνες και άλλα σώματα στην επιφάνεια όψης των πλαισίων, μειώνουν την απόδοσή τους. Αύξηση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών θα επέλθει εάν μειωθεί η θερμοκρασία που δημιουργείται, λόγω της υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας. Για την μείωση της θερμοκρασίας, πρέπει να γίνεται σωστός αερισμός. Επομένως, το φωτοβολταϊκό δεν θα πρέπει να έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια τοποθέτησής του, αλλά να δημιουργείτε ένα κενό ανάμεσα στο panel και την επιφάνεια. Ένας άλλος τρόπος αύξησης της απόδοσης των φωτοβολταϊκών είναι η χρήση υβριδικών φωτοβολταϊκών. Τα φωτοβολταϊκά μετατρέπουν μόνο ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική, ενώ το υπόλοιπο γίνεται θερμότητα, η οποία μειώνει την απόδοση του συστήματος. Επομένως ένα μέρος αυτής της θερμότητας μέσω ενός υβριδικού συλλέκτη που θα βρίσκεται κάτω από το φωτοβολταϊκό πλαίσιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ζεσταθεί αέρας ή νερό. Ως αποτέλεσμα θα προκύψει διπλό όφελος. Απ τη μια, θα μειωθεί η θερμοκρασία του και κατά συνέπεια θα αυξηθεί η απόδοση του φωτοβολταϊκού και απ την άλλη, θα παραχθεί ζεστός αέρας ή νερό για διάφορες χρήσεις. 73

74 Το κόστος των φωτοβολταϊκών συστημάτων εκφράζεται συνήθως σε /W p αιχμής. Το κόστος για ένα σύστημα κατανέμεται ως εξής: Φωτοβολταϊκά πλαίσια: 40-60%. Συσσωρευτές: 15-25%. Aντιστροφείς: 10-15%. Υποδομή στήριξης: 10-15%. Σχεδιασμός και εγκατάσταση: 8-12%. Για τα κρυσταλλικά και πολυ-κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, η παρασκευή της πρώτης ύλης, απαιτεί το % του συνολικού κόστους και το υπόλοιπο %, η παρασκευή του φωτοβολταϊκού στοιχείου. Για τα φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου πυριτίου, το κόστος παρασκευής της πρώτης ύλης, ελαττώνεται περίπου στο μισό (18%). Το μεταλλικό πλαίσιο, μαζί με τα υλικά ενθυλάκωσης των φωτοβολταϊκών στοιχείων, τον υαλοπίνακα και το κιβώτιο με τις ηλεκτρικές απολήξεις, απαιτεί το υπόλοιπο % του συνολικού κόστους της μονάδας. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια πυριτίου έχουν διάρκεια ζωής πού ξεπερνάει τα 30 έτη χωρίς ιδιαίτερη συντήρηση, ενώ σε αυτό το διάστημα οι συσσωρευτές αντικαθίστανται 4-5 φορές. Σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν το κόστος ενός συστήματος είναι το είδος της εφαρμογής και το αν το σύστημα είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο ή όχι. Το κόστος είναι συνήθως χαμηλότερο για συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο και η διαφορά οφείλεται στο γεγονός ότι, σε αντίθεση με τα αυτόνομα συστήματα, δεν απαιτούν συσσωρευτές. Επίσης, το κόστος ανά W μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους του φωτοβολταϊκού p συστήματος. Παρά το σχετικά υψηλό κόστος των φωτοβολταϊκών πλαισίων, σήμερα, προβλέπεται μέσα στη δεύτερη δεκαετία του 21 ου αιώνα ικανοποιητική μείωση του κόστους τους, με προοπτική το κόστος της φωτοβολταϊκής κιλοβατώρας να καταστεί συγκρίσιμο με το κόστος που θα έχει η κιλοβατώρα από συμβατικά καύσιμα. 74

75 Οικολογικές, τεχνολογικές, αισθητικές, και κοινωνικο-οικονομικές πτυχές Τα φωτοβολταϊκά σήμερα προσφέρουν ολοένα και περισσότερα οφέλη. Όσον αφορά την οικολογική πτυχή, συμβάλλουν αναμφισβήτητα στην άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική χωρίς καταστροφικές συνέπειες. Τα φωτοβολταϊκά θεωρούνται περιβαλλοντικά αποδοτικά, δεδομένου ότι έχουν περιβαλλοντική απόσβεση περίπου σε τέσσερα χρόνια και ανακτούν την ενέργεια που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή των φωτοβολταϊκών κυττάρων αρκετές φορές ακόμα. Παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς πολλές εκπομπές βλαβερών ουσιών και ρύπων (CO 2, NOx και SOx) και δεν προκαλούν ηχορύπανση αφού έχουν αθόρυβη λειτουργία. Τα συστήματα των φωτοβολταϊκών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία του κτιρίου από τις καιρικές συνθήκες, με την τοποθέτησή τους στο κέλυφός του, σε τμήμα των τοίχων ή της στέγης. Τα φωτοβολταϊκά αντέχουν στην έκθεση στον ήλιο, στη βροχή, τον αέρα, και άλλες κλιματολογικές συνθήκες, ενώ παράλληλα παρέχουν θερμομόνωση και ηχομόνωση. Επιπλέον η λειτουργία τους θεωρείται τεχνικά αξιόπιστη. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μπορούν να αξιοποιηθούν σε πλήθος ηλεκτρικών εφαρμογών. Παράδειγμα αποτελούν οι φάροι ναυσιπλοϊας, οι αριθμητικοί υπολογιστές, τα μικρά φωτιστικά σώματα κήπου κ.α., συστήματα μεγάλης ισχύος, για την τροφοδοσία νησιών ή πρότυπων μεγάλων κτιριακών συγκροτημάτων, συνδεδεμένων ή όχι στο δίκτυο. Επιπλέον, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας κατασκευάστηκαν διάφοροι τύποι φωτοβολταϊκών με ιδιαίτερα αισθητικά χαρακτηριστικά. Μία άλλη ενδιαφέρουσα πτυχή είναι ότι τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούν μια ανεξάντλητη και ελεύθερα παρεχόμενη πηγή, την ηλιακή ενέργεια, κάτι που σημαίνει δημοκρατικότερη διάθεση της ενέργειας σε σχέση με άλλες μορφές. Σημαντικό είναι το γεγονός ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να εξαρτώνται από την τροφοδοσία καυσίμων, επομένως είναι κατάλληλα για τις απομακρυσμένες περιοχές [24]. 75

76 Σύστημα φωτοβολταϊκού εξαερισμού Τρόπος λειτουργίας: Ο φωτοβολταϊκός εξαερισμός αποτελεί μια λύση για τον φυσικό δροσισμό του χώρου. Δεν πρόκειται για βιομηχανικό εξαερισμό απλά λόγω της απαγωγής που προκαλεί επιτρέπει την ανανέωση του αέρα στο χώρο και την δημιουργία αίσθησης δροσιάς. Τοποθετούνται στην τελική επικάλυψη των κτιρίων με ειδική βάση προσαρμοσμένη στο προφίλ της επικάλυψης ώστε να εξασφαλίζεται η στεγάνωση. Η εξωτερική του πλευρά είναι φωτοβολταϊκή πλάκα που ωθεί σε λειτουργία μία πτερωτή που βρίσκεται στην εσωτερική πλευρά και προκαλεί φυσικό εξαερισμό. Περιγραφή: Ο φωτοβολταϊκός εξαερισμός αποτελείται από τα παρακάτω μέρη: Σχήμα 27: Περιγραφή φωτοβολταϊκού εξαερισμού Φωτοβολταϊκό panel, επικαλυμμένο με σκληρυμένο κρύσταλλο μεγάλης αντοχής ακόμη και σε χαλάζι. Κινητήρας Ανεμιστήρας. 5-φτερος ανεμιστήρας αλουμινίου διαμέτρου 12 (30 cm). Μεταλλικά μέρη. Τα στηρίγματα του κινητήρα,οι βίδες και το πλέγμα είναι ανοξείδωτα. Το περίβλημα του panel καθώς και η βάση,είναι από πλαστικό ανθεκτικό σε UV ακτινοβολία, με ακρυλική επίστρωση. 76

77 Εικόνα 19: Φωτοβολταϊκός εξαερισμός Πλεονεκτήματα φωτοβολταϊκού εξαερισμού Εξασφάλιση φυσικού δροσισμού Η δυνατότητα εξαερισμού μπορεί να φτάσει τα 1800 κυβ.μετρα/ώρα που σημαίνει πλήρη ανακύκλωση του αέρα ενός τυπικού χώρου το πολύ σε 5 ώρες. Εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας. Με τη χρήση συστήματος φωτοβολταϊκού εξαερισμού αποφεύγεται η χρήση κλιματισμού, οπότε μειώνεται το κόστος κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας, συμβάλλοντας στην προστασία του περιβάλλοντος. Μείωση της υγρασίας και των δυσάρεστων οσμών Δημιουργείται ένα υγιεινό και δημιουργικό περιβάλλον εργασίας [25] Προσεγγίζοντας τον βιοκλιματικό σχεδιασμό Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική αφορά στο σχεδιασμό κτιρίων με σκοπό την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης, αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια και άλλες περιβαλλοντικές πηγές, αλλά και τα φυσικά φαινόμενα του κλίματος. Βασικά στοιχεία του βιοκλιματικού σχεδιασμού αποτελούν τα παθητικά συστήματα που ενσωματώνονται στα κτίρια με στόχο την αξιοποίηση των περιβαλλοντικών πηγών για θέρμανση, ψύξη και φωτισμό των χώρων, αλλά κυρίως οι τεχνικές δόμησης των κτιρίων που βελτιώνουν τη φυσική λειτουργία και την ενεργειακή συμπεριφορά του κελύφους διεποχιακά. Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των περιβαλλοντικών πηγών 77

78 (γενικότερα) μέσω των παθητικών ηλιακών συστημάτων (ΠΗΣ) επιτυγχάνεται στα πλαίσια της συνολικής θερμικής λειτουργίας του κτιρίου και της σχέσης κτιρίου - περιβάλλοντος. Βιοκλιματικός σχεδιασμός συνίσταται να εφαρμόζεται πριν την κατασκευή ενός κτιρίου, αλλά δεν είναι απαγορευτική η ανακαίνιση ενός κτιρίου, με βιοκλιματικό και αποδοτικά ενεργειακά τρόπο. Για παράδειγμα, επειδή δεν γίνεται να αλλαχθεί ο προσανατολισμός ενός κτιρίου, είναι δυνατόν να γίνουν παρεμβάσεις στην αλλαγή χρήσης των χώρων που το απαρτίζουν, στον σκιασμό τους, στην διάνοιξη ανοιγμάτων ή απομόνωση κάποιων εκ των υφισταμένων, στη στέγη, στις όψεις κτλ Η δε θερμική λειτουργία ενός κτιρίου αποτελεί μία δυναμική κατάσταση, η οποία: εξαρτάται από τις τοπικές κλιματικές και περιβαλλοντικές παραμέτρους (την ηλιοφάνεια, τη θερμοκρασία εξωτερικού αέρα, τη σχετική υγρασία, τον άνεμο, τη βλάστηση, το σκιασμό από άλλα κτίρια), αλλά και τις συνθήκες χρήσης του κτιρίου (κατοικία, γραφεία, νοσοκομεία κλπ.) και βασίζεται στην αντίστοιχη ενεργειακή συμπεριφορά των δομικών του στοιχείων και (κατ επέκταση) των ενσωματωμένων παθητικών ηλιακών συστημάτων, αλλά και το ενεργειακό προφίλ που προκύπτει από την λειτουργία του κτιρίου. Ο ολοκληρωμένος ενεργειακός σχεδιασμός κτιρίων με βάση και την βιοκλιματική αρχιτεκτονική συνεπάγεται πολλαπλά οφέλη, όπως: ενεργειακά (εξοικονόμηση ενέργειας και θερμική / οπτική άνεση ), οικονομικά (μείωση καυσίμων και κόστους Η.Μ. εγκαταστάσεων), περιβαλλοντικά (μείωση ρύπων, περιορισμός φαινομένου του θερμοκηπίου), κοινωνικά (βελτίωση της ποιότητας ζωής), ενώ η εφαρμογή του βιοκλιματικού σχεδιασμού σε νέα κτίρια δεν αυξάνει το κατασκευαστικό κόστος, εφ όσον εφαρμόζονται απλά συστήματα και τεχνολογίες. Ένα άλλο βασικό στοιχείο αφορά στα δομικά υλικά που θα χρησιμοποιηθούν τα οποία είναι σημαντικό να είναι φιλικά στο περιβάλλον, ανακυκλώσιμα και να μην προκαλούν προβλήματα στην ανθρώπινη υγεία. Ο σκελετός του κτιρίου είναι σημαντικό να είναι γερός, να διαθέτει μεγάλη θερμική μάζα και καλή θερμομόνωση. Επίσης είναι σημαντικό να χρησιμοποιούνται υλικά υψηλής θερμοχωρητικότητας. Γενικά, στόχος των μελετητών είναι η επίτευξη συνθηκών άνεσης στην κατοικία και η ύπαρξη του ιδανικού μικροκλίματος. Γι αυτό το λόγο, ο μελετητής κατασκευάζει την κατοικία χρησιμοποιώντας παθητικά ηλιακά συστήματα για την αποδοτικότερη 78

79 θέρμανση, ψύξη και φωτισμό του κτιρίου, εκμεταλλευόμενος κατά το δυνατό την ηλιακή και αιολική ενέργεια καθώς επίσης και τις υπόλοιπες ΑΠΕ, εφόσον αυτές είναι διαθέσιμες. Χαρακτηριστικό στοιχείο των βιοκλιματικών κατοικιών είναι η χρήση ενισχυμένης θερμικής μάζας και καλών μονώσεων με τη χρήση όσο το δυνατόν οικολογικότερων θερμομονωτικών υλικών. Το αποτέλεσμα είναι η διατήρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας να παραμένει σταθερή και την εσωτερική υγρασία σε αρκετά χαμηλά επίπεδα. Διάφορες τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί στην βιοκλιματική αρχιτεκτονική οι οποίες παρέχουν στο κτίριο θερμική και οπτική άνεση, στις οποίες έχουν συνδυαστεί τα χαρακτηριστικά του κλίματος της περιοχής και τα στοιχεία της τοπογραφίας του τόπου. Έτσι, μέσω αυτών των τεχνικών θα εξασφαλίζεται ο επαρκής φυσικός φωτισμός αλλά και η απαραίτητη θέρμανση κατά τη διάρκεια του χειμώνα και ψύξη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Στην παθητική θέρμανση, τα παθητικά ηλιακά συστήματα λειτουργούν αρχικά με τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας, στη συνέχεια με τη χρήση των διαφόρων παθητικών συστημάτων επιτυγχάνοντας την αποθήκευση της θερμότητας και την παγίδευσή της στην κατοικία. Για να συλλέγει το κτίριο ικανά ποσά ηλιακής ενέργειας είναι απαραίτητη η λειτουργία του ως ηλιακός συλλέκτης, γι αυτό και ο σχεδιασμός πρέπει να γίνεται κατά τέτοιο τρόπο που να εκμεταλλεύεται τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος και του κτιρίου που θα συμβάλλουν στην μέγιστη απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας. Αυτό επιτυγχάνεται με την κατάλληλη χωροθέτηση, προσανατολισμό του κτιρίου στο οικόπεδο, επίσης με το κατάλληλο μέγεθος και προσανατολισμό των ανοιγμάτων, την διαρρύθμιση των εσωτερικών χώρων, το βάψιμο των εξωτερικών επιφανειών με τα κατάλληλα χρώματα, αλλά και με την πιθανή γειτνίαση του κτιρίου με άλλα κτίρια. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης χωρίζονται σε άμεσου και έμμεσου κέρδους. Τα άμεσου κέρδους, αφορούν τα στοιχεία που αναφέρθηκαν παραπάνω, δηλ. στην ικανότητα του κτιρίου να λειτουργεί ως ηλιακός συλλέκτης. Αν αυτό δεν είναι εφικτό, επιστρατεύονται στοιχεία έμμεσου κέρδους που περιλαμβάνουν το θερμοκήπιο, τους ηλιακούς τοίχους, τους τοίχους Trombe, τους τοίχους νερού [15]. Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης Ηλιακά παθητικά συστήματα καλούνται γενικά οι διατάξεις εκείνες στις οποίες γίνεται θερμική μετατροπή της ηλιακής ενέργειας και η αξιοποίησή της βασίζεται σε 79

80 φυσικούς μηχανισμούς, χωρίς τη χρήση αντλιών, κυκλοφορητών ή άλλων τεχνητών μέσων για την κυκλοφορία του ρευστού απολαβής της θερμότητας. Κατηγορίες παθητικών ηλιακών συστημάτων: Κατευθείαν ακτινοβολία (direct gain) Θερμοκήπια (greenhouses) Ηλιακοί τοίχοι (solar walls ή trombe walls) Φυσική θερμική μεταφορά (thermosyphon) Υπάρχουν ακόμη συνδυασμοί μεταξύ των παραπάνω κατηγοριών παθητικών ηλιακών συστημάτων καθώς επίσης και ανάμεσα σε παθητικά και ενεργητικά ηλιακά συστήματα (υβριδικά συστήματα). Στα παθητικά ηλιακά συστήματα εντάσσεται ακόμη και ο ηλιακός φωτισμός όπου με κατάλληλο σχεδιασμό επιτυγχάνεται βέλτιστος φυσικός φωτισμός σε κτίρια για εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργίας λαμπτήρων. Γενικά, η σχεδίαση και κατασκευή των παθητικών ηλιακών συστημάτων εξαρτάται από την εφαρμογή, τις κλιματολογικές συνθήκες του τόπου, το θερμοκρασιακό εύρος, της χρονική περίοδο λειτουργίας και άλλες επιμέρους παραμέτρους, όπως συμβαίνει και με τα ενεργειακά ηλιακά συστήματα. Η χρήση ηλιακών παθητικών συστημάτων έχει ιστορία παράλληλη με την εξέλιξη της ανθρώπινης κοινωνίας, κυρίως σε ότι αφορά την αρχιτεκτονική των κτιρίων. Αναφορές σε βιοκλιματικές κτιριακές κατασκευές έχουν γίνει και από τον Αριστοτέλη και τον Σωκράτη. Οι παχείς πέτρινοι τοίχοι, τα μεγάλα ανοίγματα στο νότο και τα μικρά στο βορρά αποτελούσαν κοινή πρακτική των κατοικιών και των μεγαλύτερων κτιρίων μέχρι την εποχή που κυριάρχησε το πετρέλαιο ως καύσιμο. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα ανήκουν στις θερμικές ηλιακές διατάξεις χαμηλών θερμοκρασιών (θερμ. λειτουργ.< 100 C). Χρησιμοποιούν ως ρευστό απολαβής της θερμότητας τον αέρα ή το νερό. Στα παθητικά συστήματα χρησιμοποιείται αποθήκη θερμότητας με αποδοτική λειτουργία ολίγων ωρών, μιας ημέρας, ολίγων ημερών ή μεγάλης χρονικής περιόδου (διεποχιακή αποθήκη). Ως μέσον αποθήκευσης θερμότητας χρησιμοποιείται το νερό, η πέτρα, το χώμα, τα οικοδομικά υλικά (μπετόν, τούβλα) και σε ορισμένες περιπτώσεις υλικά λανθάνουσας θερμότητας. Στον ηλιακό φωτισμό σχεδιάζονται κατάλληλα μέτρα του κτιρίου να διαχέουν το φως στο εσωτερικό του όσο το δυνατό πιο ομοιόμορφα. 80

81 Τα παθητικά ηλιακά συστήματα έχουν τα εξής πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα: Απλή σχεδίαση, άμεση λειτουργία, λίγη συντήρηση, χαμηλότερο αρχικό κόστος, αθόρυβη λειτουργία, αξιοπιστία και χρήση συνήθων κατασκευαστικών υλικών και ρευστών απολαβής της θερμότητας. Τα μειονεκτήματά τους είναι: Έχουν μικρότερη απόδοση των ενεργητικών ηλιακών συστημάτων, η σχεδίαση και κατασκευή τους σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με τον προσανατολισμό και άλλα χαρακτηριστικά του κτιρίου (μορφή κτιρίου, θερμικές απαιτήσεις, κλπ.) και ο έλεγχος της κατανομής της θερμότητας δεν είναι πάντα αποτελεσματικός. Τελευταία σημαντική ανάπτυξη γίνεται στον τομέα των παραθύρων, τα οποία σχεδιάζονται και κατασκευάζονται με τρόπο που να περιορίζουν τις θερμικές απώλειες τη χειμερινή περίοδο και να εμποδίζουν τη θέρμανση του κτιρίου τη θερινή περίοδο. Επίσης έχουν αναπτυχθεί νέοι τύποι παραθύρων ελεγχόμενης διαπερατότητας του φωτός. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα στα κτίρια αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση των χώρων το χειμώνα, καθώς και για παροχή φυσικού φωτισμού. Το συνηθέστερο παθητικό ηλιακό σύστημα είναι το σύστημα άμεσου (ηλιακού) κέρδους, το οποίο αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση, με άμεσο τρόπο μέσω ανοιγμάτων κατάλληλου (νότιου) προσανατολισμού των χώρων. Εκτός από τα ανοίγματα το σύστημα αποτελείται από την απαιτούμενη θερμική μάζα (χρήση υλικών υψηλής θερμοχωρητικότητας), την κατάλληλη θερμική προστασία (θερμομόνωση κελύφους, διπλοί υαλοπίνακες) και την απαιτούμενη ηλιοπροστασία κατά τους θερινούς μήνες. Τα υπόλοιπα παθητικά συστήματα είναι συστήματα έμμεσου κέρδους και ταξινομούνται στις παρακάτω κατηγορίες: Ηλιακοί τοίχοι: αποτελούνται από τοιχοποιίες συνδυαζόμενες με υαλοστάσιο, τοποθετημένο εξωτερικά, σε απόσταση 5-15 cm. Η τοιχοποιία είναι είτε αμόνωτος τοίχος μεγάλης θερμικής μάζας (τοίχος θερμικής αποθήκευσης), είτε θερμομονωμένος (θερμοσιφωνικό πανέλο), ενώ, το υαλοστάσιο μπορεί να είναι σταθερό ή ανοιγόμενο και να φέρει μονούς ή διπλούς υαλοπίνακες. Ο ηλιακός τοίχος λειτουργεί ως ηλιακός συλλέκτης και η θερμότητα που δημιουργείται μεταφέρεται μέσω της μάζας του τοίχου ή μέσω θυρίδων στον προσκείμενο χώρο. Μια ειδική κατηγορία τοίχων θερμικής αποθήκευσης είναι ο τοίχος Trombe - Michel (τοίχος μάζας με θυρίδες), ο οποίος 81

82 συνδυάζει και τις δύο λειτουργίες θερμικής απόδοσης. Διαθέτει μεγάλη θερμοχωρητικότητα, εξωτερικά είναι μάυρος ώστε να απορροφά μεγάλα ποσά θερμότητας και διαθέτει ανοίγματα στο πάνω και στο κάτω μέρος του ώστε να διευκολυνει την κυκλοφορία του αέρα. Θερμοκήπια (ηλιακοί χώροι): είναι κλειστοί χώροι που προσαρτώνται ή ενσωματώνονται σε νότια τμήματα του κτιριακού κελύφους και περιβάλλονται από υαλοστάσια. Η ηλιακή ακτινοβολία, εισερχόμενη από τα νότια υαλοστάσια του θερμοκηπίου, μετατρέπεται σε θερμική και μέρος αυτής αποδίδεται άμεσα στο χώρο (αυξάνοντας τη θερμοκρασία αέρα), ενώ μέρος αυτής αποθηκεύεται στα δομικά στοιχεία του χώρου (θερμική μάζα) και αποδίδεται με χρονική υστέρηση. Η μεταφορά της θερμικής ενέργειας από τον ηλιακό χώρο προς το εσωτερικό του κτιρίου επιτυγχάνεται μέσω θυρίδων ή ανοιγμάτων του διαχωριστικού δομικού στοιχείου. Ηλιακά αίθρια: είναι οι αιθριακοί χώροι του κτιρίου οι οποίοι επικαλύπτονται με υαλοστάσια και η θερμική τους λειτουργία είναι παρόμοια με αυτή των θερμοκηπίων. 82

83 Σχήμα 28: Ηλιακά Αίθρια Όλα τα ΠΗΣ πρέπει να συνδυάζονται με κατάλληλη θερμική προστασία, ικανή θερμική μάζα (για να αποθηκεύεται μέρος της θερμικής ενέργειας και να αποδίδεται σταδιακά στους χώρους), αλλά και με επαρκή συστήματα ηλιοπροστασίας (σκιασμού) και φυσικού αερισμού για το καλοκαίρι για την αποφυγή ανεπιθύμητων συνθηκών. 83

84 Σχήμα 29: Πέντε στοιχεία παθητικού ηλιακού σχεδιασμού Τεχνικές Φυσικού Δροσισμού Οι πιο συνηθισμένες και απλές μέθοδοι φυσικού δροσισμού είναι: 1. Η ηλιοπροστασία (σκίαση) του κτιρίου, η οποία επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους και μέσα, όπως η φυσική βλάστηση, τα γεωμετρικά στοιχεία (προεξοχές) του κτιρίου, σκίαστρα μόνιμα ή κινητά, εξωτερικά ή εσωτερικά των ανοιγμάτων, υαλοπίνακες με ειδικές επιστρώσεις ή ειδικής επεξεργασίας (ανακλαστικοί, επιλεκτικοί, ηλεκτροχρωμικοί, κ.λ.π.). 2. Ο φυσικός εξαερισμός με κατάλληλο σχεδιασμό και λειτουργία των ανοιγμάτων στο κέλυφος και θυρίδες στο άνω και κάτω τμήμα των διαχωριστικών εσωτερικών τοίχων που επιτρέπουν την κίνηση του αέρα στους εσωτερικούς χώρους. Ο νυχτερινός διαμπερής αερισμός είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός, ιδιαίτερα τις θερμές ημέρες, κατά τις οποίες ο ημερήσιος αερισμός δεν είναι δυνατός. Ο νυχτερινός αερισμός συνεισφέρει στην αποθήκευση «δροσιάς» στη θερμική μάζα του κτιρίου, με αποτέλεσμα την μειωμένη επιβάρυνση του κτιρίου κατά την επόμενη μέρα. Η χρήση ανεμιστήρων, ιδιαίτερα ανεμιστήρων οροφής, ενισχύει το φαινόμενο του φυσικού αερισμού, με ελάχιστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, συνεισφέρει στην επίτευξη θερμικής άνεσης σε θερμοκρασίες υψηλότερες από τις 84

85 συνήθεις (περίπου 2-3οC), καθώς με την κίνηση του αέρα που δημιουργείται μεταφέρεται θερμότητα από το ανθρώπινο σώμα. 3. Η χρήση της θερμικής μάζας για τη μείωση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. Άλλες μέθοδοι παθητικού δροσισμού πιο σύνθετες και όχι τόσο ευρείας εφαρμογής, επιφέρουν επιπρόσθετα οφέλη ψύξης, και είναι: Θερμική προστασία του κτιριακού περιβλήματος με τεχνικές όπως φυτεμένο δώμα, αεριζόμενο κέλυφος, ανακλαστικά επιχρίσματα εξωτερικών επιφανειών, φράγμα ακτινοβολίας. Ενίσχυση του φαινόμενου του φυσικού εξαερισμού με πύργους αερισμού ή ηλιακές καμινάδες. ροσισμός με εξάτμιση νερού με τεχνικές όπως: υδάτινες επιφάνειες, πύργος δροσισμού, ψυκτικές μονάδες εξάτμισης (άμεσης, έμμεσης ή συνδυασμένης εξάτμισης), ή και βλάστηση (μέσω της εξατμισοδιαπνοής των φυτών). ροσισμός με απόρριψη της θερμότητας στην ατμόσφαιρα με ακτινοβολία στο νυχτερινό ουρανό, ροσισμός με απόρριψη της θερμότητας από το κτίριο στη γη με αγωγή, (υπόσκαφα ή ημιυπόσκαφα κτίρια, ή υπεδάφιο σύστημα αγωγών και εναλλάκτες εδάφους - αέρα). Φύτευση στις στέγες, εξώστες, δώματα των κτιρίων Η φύτευση στις στέγες των κτιρίων είναι μια σημαντική τεχνική που εμφανίζει αρκετά οφέλη, καθώς οι στέγες αποτελούν μεγάλους ακάλυπτους χώρους στις πόλεις και η φύτευσή τους θα άλλαζε την όψη της πόλης, το μικροκλίμα της περιοχής, θα πρόσφερε θερμομόνωση και θα δημιουργούσε χώρους αναψυχής. Αυτή η τεχνική είναι πολύ δημοφιλής στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες και η τεχνολογία έχει δημιουργήσει νέες τεχνικές εφαρμογής της φύτευσης στις στέγες αλλά και σε ταράτσες. Οι φυτεμένες στέγες χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες στις προσβάσιμες και στις μη προσβάσιμες. Οι προσβάσιμες οροφές είναι στην ουσία υπαίθριοι και ημιυπαίθριοι χώροι, είναι επίσης επίπεδοι χώροι που χρησιμοποιούνται για αναψυχή και ξεκούραση. Σε αυτούς συμπεριλαμβάνονται φυτά, διάδρομοι μεταξύ αυτών, καθίσματα, χώροι παιχνιδιού, πέργκολες, σιντριβάνια και τέντες για σκίαση. Εφόσον είναι χώροι χρησιμοποιήσιμοι είναι απαραίτητη η λήψη μέτρων ασφαλείας όπως η τοποθέτηση 85

86 κάγκελων, φωτισμού κλπ. Αυτού του είδους οι ταρατσόκηποι αναβαθμίζουν το κτίριο αισθητικά και προσφέρουν στους χρήστες σημαντικά πλεονέκτημα. Σχήμα 30: : Εικόνα 20 Στις μη προσβάσιμες, η βλάστηση αποτελεί ένα υλικό επικάλυψης. Δεν είναι βατές και δεν έχουν απαιτήσεις, εγκαθίστανται σε επίπεδες ή κεκλιμένες στέγες, έχουν μειωμένο κόστος συντήρησης και σε αυτές μπορεί να αναπτυχθεί γρασίδι, αγριολούλουδα κ.α. ανάλογα με το κλίμα και τις βροχοπτώσεις, σε στρώμα εδάφους εκατοστών. Στις επίπεδες στέγες η βλάστηση μπορεί να είναι σα χαλί ή ως ειδικές κατασκευές όπως ζαρντινιέρες. Στην περίπτωση της κεκλιμένης στέγης χρειάζεται προσοχή στον τρόπο στήριξης των υλικών και των φυτών. Το πράσινο είναι ορατό αλλά όχι χρηστικό, έτσι δεν χρειάζονται στοιχεία ασφαλείας. Το βάρος των κατασκευών και η φέρουσα ικανότητα του κτιρίου είναι σημαντικές στο σχεδιασμό τους, διότι το στρώμα του χώματος, το βάρος των δέντρων και των φυτών, το πρόσθετο βάρος των ανθρώπων κλπ. επιβαρύνουν τη στατική αντοχή του κτιρίου. Τέλος, το κόστος συντήρησης και εγκατάστασης αυξάνεται αναλόγως. Τα οφέλη που προκύπτουν από τη φύτευση της στέγης, ανεξάρτητα από το αν είναι προσβάσιμη ή όχι η οροφή, λόγω του παραγόμενου οξυγόνου είναι τεράστια. Η εφαρμογή του συστήματος σε δώματα και στέγες συντελεί στη δημιουργία ευνοϊκού μικροκλίματος, αναβαθμίζει τα κτίρια αισθητικά, δημιουργεί ένα ζωντανό περιβάλλον μέσα στις τσιμεντουπόλεις και ωφελεί τις αστικές κοινωνίες. Επίσης δημιουργεί ευχάριστη ατμόσφαιρα και δίνει δυνατότητα αναβάθμισης ενός απλού χώρου αναψυχής, μειώνει το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας μιας και τα φυτά απορροφούν την επιπλέον 86

87 παραγόμενη θερμότητα, συμβάλλει στην ορθολογική χρήση του νερού και στην ισόρροπη αστική διαβίωση, καθώς αποτελεί βιότοπο για πτηνά, έντομα και ενδημικά πτηνά. Προσφέρει ηχομόνωση, υγρομόνωση και θερμομόνωση, καθώς σύμφωνα με έρευνες που έχουν γίνει αποδεικνύουν ότι οι ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια για κλιματισμό και θέρμανση μειώνονται έως και 30%. Επιπλέον, προστατεύει τις επιφάνειες πάνω στις οποίες εφαρμόζεται από τη φθορά του χρόνου αλλά και από εξωτερικούς παράγοντες, φιλτράρει τη σκόνη και τα αιωρούμενα σωματίδια δρώντας ενάντια στην πρόκληση ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Τέλος, το κόστος εγκατάστασης αυτής της τεχνικής είναι πολύ μικρό σε σχέση με τα οφέλη που προσφέρει, δηλαδή την εξοικονόμηση ενέργειας, την αισθητική αναβάθμιση, το μειωμένο κόστος συντήρησης, την αναβάθμιση της αξίας των κτιρίων κ.α. Κατά την εφαρμογή αυτού του συστήματος, θα πρέπει να υπάρχει επαρκής υγρομόνωση της οροφής και η εγκατάσταση ενός κατάλληλου συστήματος άρδευσης, αποχέτευσης και συντήρησης ώστε να λειτουργεί σωστά το σύστημα και να μην δημιουργούνται προβλήματα. Επιπλέον είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη τα επιπλέον φορτία στο φέροντα οργανισμό του κτιρίου καθώς υπάρχουν διάφορες προσμίξεις από ανόργανα και οργανικά υλικά που κάνουν το υπόστρωμα να ζυγίζει λιγότερο. Επίσης υπάρχουν ελαφρά υλικά που υποκαθιστούν το χώμα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να επηρεάζουν την ομαλή ανάπτυξη των φυτών. Σε μια στέγη ή σε μια ταράτσα μπορεί να είναι φυτεμένα όλων των ειδών τα φυτά από λουλούδια μέχρι δέντρα, και εξαρτάται από το κλίμα της περιοχής αλλά και από το επιπλέον φορτίο που μπορεί να αντέξει η οροφή. Η φύτευση γίνεται σε ζαρντινιέρες ή πάνω σε ένα διαμορφωμένο υπόστρωμα. Όλες οι οροφές, οι ταράτσες, τα αίθρια και τα μπαλκόνια μπορούν να καλυφθούν με βλάστηση και να προκληθούν τα οφέλη που προαναφέρθηκαν στο πυκνοδομημένο και υποβαθμισμένο αισθητικά αλλά και από κάθε άποψη αστικό περιβάλλον. Η εγκατάσταση βλάστησης στη στέγη πρέπει να γίνει με προσεκτικό σχεδιασμό αλλά και η εφαρμογή της πρέπει να γίνει αποτελεσματικά, ώστε να αποφευχθούν κάποια κατασκευαστικά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν. Οι βασικές προϋποθέσεις για το σχεδιασμό του ταρατσόκηπου πρέπει να καταστήσουν κατανοητό, ότι η κάθε επιφάνεια 87

88 στην οποία φυτεύεται βλάστηση συνδέεται ποικιλοτρόπως με το κτίριο και ασκεί επιδράσεις σε αυτό, επίσης, συνήθως, δεν υπάρχει σύνδεση με το έδαφος. Οι βασικές παράμετροι κατασκευής μιας πράσινης στέγης είναι: η κατασκευαστική επικάλυψη του δώματος με φράγμα υδρατμών, αν απαιτείται, θερμομόνωση και στεγάνωση. Η φέρουσα κατασκευή πρέπει να μπορεί να δεχθεί τα πρόσθετα φορτία του κήπου, η επιλογή των φυτών πρέπει να είναι τέτοια που να μπορούν να αναπτυχθούν στις ειδικές συνθήκες που επικρατούν στις στέγες και να προστατεύονται από τους ανέμους. Άλλοι παράμετροι είναι η πρόβλεψη για την άρδευση και την απορροή του επιπλέον νερού καθώς και των όμβριων, ο διαχωρισμός της επικάλυψης της στέγης από την κατασκευή του κήπου για την προστασία της από τις χημικές και μηχανικές επιδράσεις του κήπου αλλά και από τη διείσδυση των ριζών των φυτών σε αυτή και τέλος, η πληρότητα στην κατασκευή του κήπου, που θα αποτελείται από όλες τις απαραίτητες στρώσεις. Η επίτευξη αυτών των παραμέτρων θα συμβάλλει στην επιτυχή κατασκευή και λειτουργία της πράσινης στέγης. Η δομή του φυτεμένου δώματος αποτελείται από αρκετά στρώματα όπως τη στρώση αποστράγγισης, τη στρώση φύτευσης, την βλάστηση, τη μεμβράνη που είναι ανθεκτική στη διάβρωση, το διαχωριστικό φίλτρο, τη θερμομόνωση, την αδιάβροχη μεμβράνη αλλά και την πλάκα από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η στρώση αποστράγγισης, αποτελείται από διογκωμένη άργιλο, χαλίκια, ελαφρόπετρα, κόκκους περλίτη με στόχο τη συγκράτηση του νερού που χρειάζεται για να αναπτυχθούν τα φυτά και να απομακρύνει την επιπλέον ποσότητα καθώς και να έχει προβλεφθεί το επιπλέον νερό από τις βροχοπτώσεις μιας και το χειμώνα ο ταρατσόκηπος είναι σε θέση να συγκρατεί το 50%-60% του νερού της βροχόπτωσης ενώ το καλοκαίρι το 70%-100%. Η στρώση φύτευσης, αποτελείται από μια στρώση χώματος ή μείγματος χώματος με άλλα πρόσμεικτα, πλούσια σε θρεπτικά συστατικά. Το διαχωριστικό φίλτρο, εμποδίζει το χώμα να περάσει στην αποστραγγιστική στρώση και να δυσχεράνει τη λειτουργία της. Τα φίλτρα που χρησιμοποιούνται είναι μεμβράνες από υαλώδεις ίνες ή ίνες πολυπροπυλενίου. Μεταξύ του κήπου και του δομικού τμήματος αλλά και πάνω από τη στεγανωτική στρώση τοποθετείται ειδική ασφαλτική μεμβράνη για να προστατεύει το δομικό τμήμα από τις ρίζες με οπλισμό υαλοπιλήματος. Η βλάστηση ποικίλει ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες και τα φορτία που φέρει η ταράτσα, η μεμβράνη, η οποία είναι 88

89 αδιάβροχη και ανθεκτική στη διάβρωση, λόγω των ριζών και η αδιάβροχη αντιολισθητική μεμβράνη η οποία προσφέρει μόνωση και συγκρατεί τα υπερκείμενα στρώματα. Υπάρχουν δύο συστήματα φύτευσης δώματος, το απλό και το εντατικό. Το απλό, χαρακτηρίζεται από χαμηλά φορτία, μικρό κόστος κατασκευής και μικρές ανάγκες συντήρησης. Το εδαφικό στρώμα, αποτελείται από μίγμα άμμου, χαλικιού, τύρφης, οργανικής ύλης, και χώματος, ποικίλλει σε βάθος 5 με 15 εκατοστά, με φορτίο 25 με 170 κιλά ανά τετραγωνικό μέτρο. Λόγω του ρηχού στρώματος και του μικροκλίματος πολλών ταρατσών, τα φυτά πρέπει να είναι χαμηλά και ανθεκτικά, ξερικά ή ενδημικά της περιοχής. Μετά τον πρώτο χρόνο κατασκευής του ταρατσόκηπου, η συντήρηση του περιορίζεται σε δύο με τρεις επισκέψεις το έτος για σπορά και έλεγχο. Δεν χρειάζεται πολύ ειδίκευση ή εμπειρία για να συντηρηθεί αυτός ο τύπος φύτευσης. Τα πλεονεκτήματα του απλού συστήματος είναι τα μικρά φορτία, η μικρή ανάγκη συντήρησης, η μικρή ανάγκη κάποιου ειδικού για τη φροντίδα και το σχεδιασμό του. Επίσης, είναι σχετικά οικονομική μέθοδος, τα φυτά αναπτύσσονται εύκολα και γρήγορα, είναι κατάλληλο για μεγάλες επιφάνειες και στέγες με κλίση από 0 ο με 30 ο, δεν χρειάζεται άρδευση ούτε αποχετευτικό σύστημα τις περισσότερες φορές και δημιουργεί φυσική όψη. Τα μειονεκτήματα είναι ο περιορισμός στην επιλογή φυτών και το γεγονός ότι δεν είναι τόσο ελκυστικό το αισθητικό αποτέλεσμα. Το εντατικό, χαρακτηρίζεται από υψηλότερα φορτία, μεγαλύτερο κόστος κατασκευής και μεγαλύτερες ανάγκες συντήρησης. Το εδαφικό στρώμα βασίζεται κυρίως στο χώμα, το βάθος του κυμαίνεται μεταξύ 20 και 60 εκατοστών, με φορτίο 200 με 600 κιλών ανά τετραγωνικό μέτρο. Λόγω του αυξημένου πάχους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν περισσότερα είδη φυτών, συμπεριλαμβάνοντας, θάμνους και δέντρα που επιτρέπουν την ανάπτυξη ενός συνθετότερου οικοσυστήματος. Οι απαιτήσεις για συντήρηση είναι πιο αυξημένες και συχνές σε σύγκριση με το απλό σύστημα φύτευσης και είναι αναγκαία η συμβολή ειδικού για το σχεδιασμό και την εγκατάσταση αυτού του συστήματος. Τα πλεονεκτήματα του εντατικού συστήματος είναι η ποικιλία των φυτών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, λόγω του πάχους του εδαφικού στρώματος και η βιοποικιλότητα που παρατηρείται στο κτίριο, επίσης μονώνει καλύτερα το κτίριο από ότι 89

90 το απλό σύστημα, δημιουργεί την εικόνα ενός πραγματικού κήπου κάνοντάς το ελκυστικό αισθητικά στους επισκέπτες και τους περίοικους και διαφοροποιεί τη μέχρι πρότινος χρήση της ταράτσας. Τα μειονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι τα μεγάλα φορτία, το υψηλό κόστος και η ανάγκη ειδικού στη συντήρηση, το σχεδιασμό και τη φροντίδα του. Βασικά στις περισσότερες κατασκευές ταρατσόκηπων γίνεται συνδυασμός των δύο αυτών συστημάτων και εξαρτάται από την τοποθεσία, τον προϋπολογισμό, τα διαθέσιμα υλικά, τη στατική ικανότητα του κτιρίου, αλλά και τις ανάγκες που θέλουμε να καλύψουμε από τη χρήση της στέγης ή της ταράτσας. Για παράδειγμα μπορεί να τοποθετηθεί χλοοτάπητας σε στρώμα πάχους 8 με 10 εκατοστών και να φυτέψουμε λουλούδια ή θάμνους πάνω από τα φέροντα στοιχεία του κτιρίου, τις κολώνες, τα δοκάρια κλπ [23]. Συστήματα και Τεχνικές Φυσικού Φωτισμού Κατάλληλα σχεδιασμένα συστήματα φυσικού φωτισμού αξιοποιούν το ηλιακό φως. Τα συστήματα φυσικού φωτισμού διακρίνονται σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες: Ανοίγματα στην κατακόρυφη τοιχοποιία Ανοίγματα οροφής Αίθρια Φωταγωγοί Τα συστήματα αυτά συνδυάζονται με συγκεκριμένες τεχνικές που αφορούν στο σχεδιασμό των ανοιγμάτων, στις οπτικές ιδιότητες των υαλοπινάκων, στα φωτομετρικά χαρακτηριστικά επιφανειών (υφή, χρώμα, φωτοδιαπερατότητα υλικών) και στη χρήση ανακλαστήρων, έτσι ώστε να υπάρχει επάρκεια και ομαλή κατανομή φυσικού φωτός μέσα στους χώρους. Οι συνηθέστερες τεχνολογίες φυσικού φωτισμού αφορούν υαλοπίνακες με συγκεκριμένες ιδιότητες, πρισματικά φωτοδιαπερατά στοιχεία, διαφανή μονωτικά υλικά και ανακλαστήρες (ράφια φωτισμού ή ανακλαστικές περσίδες). [16]. 90

91 Σύστημα φωτοσωλήνων Τρόπος λειτουργίας: Οι φωτοσωλήνες είναι ένα σύστημα φυσικού φωτισμού. Τοποθετούνται στην τελική επικάλυψη των κτιρίων με ειδική στεγανοποιητική βάση κατάλληλη με το προφίλ της επιφάνειας έδρασης ώστε να εξασφαλίζουν υδατοστεγανότητα. Το φως συλλέγεται στο ανώτερο σημείο με το βοήθεια ενός κατόπτρου που προσανατολίζεται νότια και στη συνέχεια μέσω σωλήνων επικαλυμμένων με μεμβράνη υψηλής ανακλαστικότητας μεταφέρουν το φυσικό φως στο εσωτερικό του κτιρίου. Περιγραφή: Εξωτερικός θόλος από ακρυλικό Εξαιτίας των προηγμένων υλικών κατασκευής του ανθίσταται στην φθορά, το κιτρίνισμα και στην δημιουργία ρωγμών από την συνεχόμενη έκθεση στον ήλιο. Το ειδικά κατασκευασμένο σχήμα του αποτρέπει τον σχηματισμό σκόνης και ευνοεί τον αυτοκαθαρισμό αποτρέποντας την μείωση της απόδοσης του φωτιστικό. Επιπλέον, επιτρέπει μόνο το ορατό φως να περάσει στο εσωτερικό, φιλτράροντας την υπέρυθρη και υπεριώδη ακτινοβολία, συνεπώς δεν μεταφέρει καθόλου θερμότητα. Κάτοπτρο RIR Συλλέγει τις ακτίνες του ήλιου που φτάνουν τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική του πλευρά. Προκειμένου, να εκμεταλλευτούμε την μέγιστη απόδοση του συστήματος το κάτοπτρο στην Ελλάδα προσανατολίζεται στον Νότο. Εξαιτίας όμως, της μοναδικής ικανότητας του, παγιδεύει ακόμη και τις πολύτιμες ακτίνες του φωτός που προέρχονται από τον Βορρά και όλες τις έμμεσες αντανακλάσεις. Λόγω αυτής της τεχνολογικής καινοτομίας, τις πρωινές και τις απογευματινές ώρες που η ηλιοφάνεια είναι σχετικά περιορισμένη οι βιομηχανίες που έχουν εγκατεστημένους φωτοσωλήνες εμφανίζουν ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα φωτισμού. 91

92 Σχήμα 31: Σύστημα φωτοσωλήνα Ανακλαστικός σωλήνας μεταφοράς Ο σωλήνας αποτελείται από φύλλο αλουμινίου ειδικής κατασκευής για να εξασφαλίζει την μέγιστη ομοιομορφία που με τη σειρά του αυξάνει την απόδοση του φωτοσωλήνα. Το σημαντικότερο όμως όλων είναι το υπέρ-ανακλαστικό φιλμ πολλαπλών στρώσεων VMF (visible mirror film) της εταιρίας 3M με απόδοση R=99,5%.Οι σωλήνες μεταφοράς διατίθενται σε δύο διαμέτρους για βιομηχανική χρήση 530χιλ.και 650 χιλ. Πλεονεκτήματα φωτοσωλήνα: Μηδενική μεταφορά θερμότητας από έξω προς τα μέσα. Το σύστημα του φυσικού φωτισμού με φωτοσωλήνες εκμεταλλεύεται το φως που προέρχεται μόνον από το ορατό μέρος του φάσματος. Αυτό σημαίνει ότι παράλληλα με το φως δεν μεταφέρονται στο εσωτερικό η υπεριώδης και η υπέρυθρη ακτινοβολία και κυρίως η θερμότητα. Εικόνα 21: Αποθηκευτικός χώρος με χρήση φωτοσωλήνων Υψηλή απόδοση ανεξάρτητα από την ηλιοφάνεια. Το κάτοπτρο του συστήματος δεν αντανακλά μόνο τις ακτίνες που προέρχονται κατευθείαν από τον ήλιο, αλλά καταφέρνει να παγιδεύσει το σύνολο σχεδόν των ακτίνων, 92

93 ακόμη και εκείνων που προέρχονται από αντανάκλαση. Συνεπώς, η απόδοσή του παραμένει αυξημένη ακόμη και τις μέρες που ο ουρανός είναι νεφελώδης. Οικονομία ηλεκτρικής ενέργειας. Με τη χρήση συστήματος φωτοσωλήνων αποφεύγεται η χρήση τεχνητού φωτισμού, οπότε μειώνεται το κόστος κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας, συμβάλλοντας στην προστασία του περιβάλλοντος. Καλύτερη ποιότητα ζωής. Τα μάτια μας προσαρμόζονται εύκολα στο φυσικό φως, σε αντίθεση με το τεχνητό, στο οποίο τηρούν στάση αμυντική με βασικό επακόλουθο την κόπωσή τους Αιολική ενέργεια Η αιολική ενέργεια μια από τις παλαιότερες μορφές φυσικής ενέργειας, αξιοποιήθηκε από πολύ νωρίς για την παραγωγή μηχανικού έργου και έπαιξε αποφασιστικό ρόλο στην εξέλιξη της ανθρωπότητας (π.χ. ναυτιλία μέσω ιστιοφόρων πλοίων, ανεμόμυλοι κτλ). Η κινητική ενέργεια του ανέμου είναι μια διαδεδομένη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας με σημαντικό δυναμικό σε πολλά μέρη του κόσμου. Η ενέργεια που μπορεί να συλληφθεί από τις ανεμογεννήτριες εξαρτάται πολύ από την τοπική μέση ταχύτητα του ανέμου. Περιοχές που συνήθως παρουσιάζουν ελκυστικό αιολικό δυναμικό είναι οι παράκτιες περιοχές, οι ηπειρωτικές περιοχές με ανοικτό ορίζοντα και οι νησιωτικές. Μερικές ορεινές περιοχές παρουσιάζουν επίσης καλό αιολικό δυναμικό. Παρά τους γεωγραφικούς περιορισμούς, υπάρχει αφθονία εδαφών στις περισσότερες περιοχές του κόσμου όπου η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας μπορεί να καλύψει σημαντικό ποσοστό των αναγκών σε ηλεκτρισμό. Η ανάπτυξη προέρχεται από την ανάγκη για εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν καθαρότερα καύσιμα. Ο άνεμος είναι αποτέλεσμα της διαφοράς πυκνότητας του αέρα της ατμόσφαιρας, που οφείλεται στη διαφορά θερμοκρασίας λόγω διαφορετικής απορρόφησης της. Οι εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας είναι γενικά περισσότερο οικονομικά βιώσιμες σε περιοχές με υψηλό αιολικό δυναμικό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η δυνητική ισχύς του ανέμου είναι ανάλογη με τον κύβο της ταχύτητάς του. Παρ όλα αυτά, πρακτικά η 93

94 παραγωγή ισχύος μιας ανεμογεννήτριας είναι συνήθως ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας του ανέμου. Η διαφορά αυτή σχετίζεται με τα αεροδυναμικά, μηχανικά και ηλεκτρικής μετατροπής χαρακτηριστικά των ανεμογεννητριών. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που μπορεί να παραχθεί από μια ανεμογεννήτρια αυξάνει κατά περίπου 20 % για κάθε 10% αύξηση της ταχύτητας του ανέμου. Η επιλογή της θέσης εγκατάστασης είναι κρίσιμη για την οικονομική βιωσιμότητα του εγχειρήματος. Η σωστή εκτίμηση της αιολικής πηγής είναι βασικός και σημαντικός παράγοντας για την ανάπτυξη εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες ή ανεμοηλεκτρικές γεννήτριες, είναι τα συγκροτήματα που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του πνέοντος ανέμου (αιολική ενέργεια) σε ηλεκτρική ενέργεια. Ανάλογα με την Μηχανική ισχύ των κινητήρων τους χωρίζονται: Από 50W έως 30kW μικροί Από 30kW έως 200kW μεσαίοι Από 200kW έως 4ΜW μεγάλοι Οι ανεμογεννήτριες προηγμένης τεχνολογίας που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είναι κυρίως δύο τύπων: ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα με πτερύγια και ανεμογεννήτριες με κατακόρυφο άξονα. Οι ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα, που είναι πιο εξελιγμένες και διαδεδομένες, έχουν συνήθως τον δρομέα με δύο ή τρία πτερύγια - που βρίσκεται συνεχώς παράλληλος με την κατεύθυνση του ανέμου και του εδάφους - και η ισχύς τους κυμαίνεται από λίγα κιλοβάτ έως μερικά μεγαβάτ. Έχουν ανάγκη παρακολούθησης της κατεύθυνσης του ανέμου. Διακρίνονται σε μονοπτέρυγες, διπτέρυγες και τριπτέρυγες. Εικόνα 22: Ανεμογεννήτρια οριζόντιου άξονα 94

95 Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα είναι μικρότερης ισχύος. Ο κατακόρυφος άξονάς τους παραμένει σταθερός και είναι κάθετος προς την επιφάνεια του εδάφους. Είναι πιο πρακτικές, έχουν την γεννήτρια χαμηλά, είναι πιο ακριβές σε σχέση με τις Α/Γ οριζοντίου άξονα και λειτουργούν ανεξάρτητα της διεύθυνσης του ανέμου. Διακρίνονται σε μηχανές Savonius και Darrieus (και H-Darrieus), από τα ονόματα των εφευρετών τους. Εικόνα 23: Ανεμογεννήτρια Darrieus Οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν ως εξής: Η ισχύ που αποδίδει, κατ επέκταση και η ενέργεια που παράγει, μια ανεμογεννήτρια είναι συνάρτηση του κύβου της ταχύτητας του ανέμου, της πυκνότητας του ανέμου και των τεχνικών χαρακτηριστικών του συγκροτήματος. Η ταχύτητα του ανέμου αυξάνει με το ύψος και γι αυτό οι ανεμογεννήτριες τοποθετούνται πάντα στην κορυφή υψηλών πύργων στήριξης. Παρ όλα αυτά οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι για την παραγωγή ωφέλιμου έργου μπορεί να αξιοποιηθεί μόνο το 53,9% της συνολικής ενέργειας του ανέμου. Η ανεμογεννήτρια οριζοντίου άξονα με πτερύγια ανταποκρίνεται στις μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου με αυτόματη αλλαγή της κλίσης των πτερυγίων. Ο άξονας της παραλληλίζεται αυτόματα 95

96 προς τη διεύθυνση του ανέμου έτσι ώστε ο άνεμος να προσβάλλει κάθετα την επιφάνεια που διαγράφουν τα πτερύγια. Μ αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται τελικά η βέλτιστη παραγωγή ενέργειας από το άνεμο με συντελεστή μέχρι 46 έως 48% και εξασφαλίζονται ικανοποιητικά όρια στα χαρακτηριστικά της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Η μηχανική ισχύς που αναπτύσσεται στον άξονα των πτερυγίων από τον άνεμο μεταδίδεται στην ηλεκτρική γεννήτρια με τις κατάλληλες στροφές. Η γεννήτρια, που μπορεί να είναι σύγχρονη ή ασύγχρονη, παράγει την ηλεκτρική ενέργεια και τροφοδοτεί την κατανάλωση [26]. Περιγραφή των Ανεμοκινητήρων Η τεχνολογία ανεμοκινητήρων έχει φθάσει κατά τη διάρκεια των τελευταίων 15 ετών σε ώριμη κατάσταση, ως αποτέλεσμα του διεθνούς εμπορικού ανταγωνισμού, της μαζικής παραγωγής και των συνεχιζόμενων τεχνικών επιτευγμάτων στην έρευνα και την ανάπτυξη (R&D). Οι πρότερες ανησυχίες, ότι οι ανεμοκινητήρες ήταν ακριβοί και αναξιόπιστοι, έχουν μετριασθεί κατά μεγάλο μέρος. Οι δαπάνες για εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας έχουν μειωθεί και η τεχνική διαθεσιμότητα ανεμοκινητήρων είναι τώρα σαφώς άνωθεν του 97 %. Οι συντελεστές δυναμικότητας των αιολικών εγκαταστάσεων έχουν βελτιωθεί επίσης από 15% σε πάνω από 30% σήμερα, για περιοχές με καλό αιολικό δυναμικό [26]. Τα σύγχρονα αιολικά ενεργειακά συστήματα λειτουργούν αυτόματα. Οι ανεμοκινητήρες εξαρτώνται από τις ίδιες αεροδυναμικές δυνάμεις που δημιουργούνται στα πτερύγια ενός αεροπλάνου, ώστε να προκληθεί περιστροφή. Ένα ανεμόμετρο που μετρά συνεχώς την ταχύτητα του αέρα είναι μέρος των περισσότερων συστημάτων ελέγχου των ανεμοκινητήρων. Όταν η ταχύτητα του αέρα είναι αρκετά υψηλή για να υπερνικήσει την τριβή στο δρομέα του ανεμοκινητήρα, οι έλεγχοι επιτρέπουν στο στροφείο να περιστραφεί, με αποτέλεσμα τη μικρή φυσικά ποσότητα ισχύος. Αυτή η ταχύτητα του ανέμου στην οποία ο ανεμοκινητήρας ξεκινάει ονομάζουμε ταχύτητα έναρξης λειτουργίας (Vcut-in) και είναι συνήθως ένα ελαφρύ αεράκι της τάξης των 4 m/s. Η παραγωγή ισχύος αυξάνεται γοργά καθώς η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται. Όταν η παραγωγή φθάσει στη μέγιστη ισχύ σύμφωνα με την οποία έχουν σχεδιαστεί τα μηχανολογικά εξαρτήματα, τα συστήματα ελέγχου επεμβαίνουν και σταθεροποιούν την ισχύ στην ονομαστική της τιμή. Η ταχύτητα του ανέμου στην οποία επιτυγχάνεται η ονομαστική ισχύς της μηχανής- 96

97 γεννήτριας καλείται ονομαστική ταχύτητα ανέμου και είναι συνήθως ένας ισχυρός άνεμος περίπου 15 m/s. Τελικά, εάν η ταχύτητα του ανέμου αυξηθεί κατά πολύ παραπάνω, το σύστημα ελέγχου κλείνει τον ανεμοκινητήρα για λόγους ασφαλείας. Αυτή η ταχύτητα του ανέμου διακοπής της λειτουργίας είναι συνήθως περίπου 25 m/s. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι χρονικά ασυνεχής, επειδή ακολουθεί τη δίαιτα του άνεμου, ενώ η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται από τις ώρες της ημέρας, την εποχή, την οικονομική και κοινωνική δομή των καταναλωτών, κτλ. Το αποτέλεσμα είναι στις ανεμογεννήτριες να παρουσιάζονται σημαντικές ταλαντώσεις ισχύος ακόμη και σε μικρά χρονικά διαστήματα, ενώ όταν επικρατεί άπνοια ή πολύ ισχυρός άνεμος παύει η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για τον σχεδιασμό ενός αυτόνομου αιολικού ηλεκτρικού συστήματος θα πρέπει να προβλεφθεί αποθήκευση. Ο συνηθέστερος τρόπος είναι η εγκατάσταση συσσωρευτών, αλλά στο μέλλον ίσως χρησιμοποιηθούν και άλλοι μέθοδοι, όπως υδροδυναμική εκμετάλλευση, πεπιεσμένου αέρα, παραγωγή υδρογόνου, κλπ. Η απόδοση μιας ανεμογεννήτριας εξαρτάται από το μέγεθος της και την ταχύτητα του ανέμου. Το μέγεθος είναι συνάρτηση των αναγκών που καλείται να εξυπηρετήσει, για παράδειγμα ποικίλει από μερικές εκατοντάδες Watt για τη τροφοδότηση μιας κατοικίας μέχρι μερικά εκατομμύρια για τη τροφοδότηση ολόκληρων οικισμών. Μικρές ανεμογεννήτριες, από 5-20 KW, μπορούν να τοποθετηθούν σε σπίτια, κυρίως της υπαίθρου, οπού ο άνεμος κινείται ελευθέρα καθώς δεν συναντά εμπόδια και να συμβάλλουν στην παραγωγή ρεύματος, το οποίο θα μπορούσε, είτε να πωλείται στο δίκτυο, είτε να αξιοποιείται στην οικία, για να καλύπτει μέρος της απαιτούμενης ενέργειας. Για παράδειγμα η τοποθέτηση μιας πολύ μικρής ανεμογεννήτριας, με διάμετρο ακτίνας - ρότορα 2,7 μέτρα, μπορεί να παρέχει (με ταχύτητες ανέμου 5,3 m/sec) 3,5 KWh την ημέρα, ηλεκτρικό ρεύμα που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του ψυγείου και όλου του φωτισμού. Πολλές φορές οι ανεμογεννήτριες εγκαθίσταται μαζί με φωτοβολταϊκά σε ανεξάρτητα συστήματα, έτσι ώστε να καλύπτονται οι ανάγκες σε περιόδους χωρίς ηλιοφάνεια. Η τοποθέτηση αυτόνομης ανεμογεννήτριας συμφέρει και σε περιπτώσεις που μια κατοικία βρίσκεται σε περιοχή που δεν υπάρχει δίκτυο της ΔΕΗ και το κόστος μεταφοράς ρεύματος είναι πολύ μεγάλο. Στην Ελλάδα η χρήση μικρών Α/Γ βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της στάδια αλλά υπάρχουν ενδιαφέρουσες προοπτικές για το μέλλον, ενώ έχει αρχίσει και η κατασκευή των πρώτων μικρών αιολικών μηχανών. 97

98 Μειονεκτήματα Μη συμβατότητα κτιρίου, τοπίου και Α/Γ Πρόβλημα με τα πτηνά και τα έντομα που πέφτουν πάνω στις πτέρυγες Οπτική και ηχητική όχληση Μικρή προστιθέμενη αξία λόγω εισαγόμενης τεχνολογίας Πλεονεκτήματα Ενεργειακή ανεξαρτησία από συμβατικές ενεργειακές πηγές Εξοικονόμηση χρημάτων με την μείωση εισαγωγής καυσίμων Περιβαλλοντική προστασία με την αποφυγή CO 2 Επενδυτική δραστηριότητα λόγω κρατικής επιδότησης [27] Γεωθερμία Ορισμός: Αβαθής γεωθερμία ονομάζεται η ενέργεια η οποία προέρχεται από τα επιφανειακά στρώματα της Γης. Αντίστοιχα, όταν η ενέργεια αυτή προέρχεται από το εσωτερικό της γης χαρακτηρίζεται ως γεωθερμικό δυναμικό. Η εφαρμογή της γεωθερμίας στον κλιματισμό των κτηριακών εγκαταστάσεων αναφέρεται στην εκμετάλλευση της ενέργειας των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών και των υδάτων - επιφανειακών και υπογείων - που δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερμικό δυναμικό. Η θερμοκρασία των επιφανειακών στρωμάτων του φλοιού της Γης παραμένει σχεδόν σταθερή σε όλη τη διάρκεια του έτους, ανεξάρτητα από τις κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν στην επιφάνεια. Αυτή η σχεδόν σταθερή θερμοκρασία είναι αποτέλεσμα της συνεχούς ακτινοβολίας του ηλίου -ηλιακή ενέργεια- και της θερμομόνωσης που παρουσιάζει το εκάστοτε πέτρωμα. Η λειτουργία των γεωθερμικών συστημάτων βασίζεται στη μεταφορά ενεργειακών φορτίων από το έδαφος ή τα υπόγεια ύδατα στον κλιματιζόμενο χώρο και αντίστροφα. Τη χειμερινή περίοδο, μεταφέρεται θερμότητα από το έδαφος στο εσωτερικό του κλιματιζόμενου χώρου ενώ η διαδικασία αντιστρέφεται την περίοδο του καλοκαιριού. Η αβαθής γεωθερμία είναι μια από τις πλέον καθαρές και ελάχιστα ρυπαντικές μορφές ενέργειας. Τα γεωθερμικά συστήματα μπορούν να εκμεταλλευτούν στο έπακρο και 98

99 να πολλαπλασιάσουν την αποτελεσματικότητα άλλων συστημάτων εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως τα θερμικά ηλιακά και τα φωτοβολταϊκά, αλλά και από μόνα τους είναι φιλικότερα προς το περιβάλλον από τα συμβατικά συστήματα ορυκτών καυσίμων, καθώς μειώνουν τις εκπομπές αέριων ρύπων και τα συνεπακόλουθα προβλήματά τους - όξινη βροχή, φαινόμενο του θερμοκηπίου, τρύπα του όζοντος [27b]. Σύμφωνα με τη νέα ισχύουσα ελληνική νομοθεσία, η γεωθερμική ενέργεια κάτω των 25 C μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση και κλιματισμό κτηριακών εγκαταστάσεων, με μία απλή άδεια από την τοπική Νομαρχία. Οι περιοχές με γεωθερμικό πεδίο άνω των 25 C, είναι ιδιοκτησία του ελληνικού δημοσίου και τη διαχείριση τους έχει το υπουργείο ανάπτυξης. Η γεωθερμία αποτελεί μια καινοτομία εξέλιξης στον τομέα της θέρμανσης ψύξης. Ενδείκνυται για όλους τους χώρους (οικιακούς χώρους, ξενοδοχειακές επιχειρήσεις, βιομηχανικές εγκαταστάσεις κλπ) όπου απαιτείται η ύπαρξη θέρμανσης και ψύξης και μπορεί να εξοικονομήσει από 30 έως 70% των μηνιαίων λογαριασμών. Περιγραφή γεωθερμικών συστημάτων: Καρδιά του συστήματος είναι μία γεωθερμική αντλία θερμότητας (που δεν έχει μεγάλες διαφορές από τις γνωστές μικρές κλιματιστικές συσκευές ή εν μέρει τα ηλεκτρικά ψυγεία) η οποία αποτελείται από 4 στοιχεία: εξατμιστή, συμπιεστή, συμπυκνωτή και στοιχείο εκτόνωσης. Μία πλήρης εγκατάσταση αβαθούς γεωθερμίας αποτελείται εν γένει από τα παρακάτω τμήματα: α) Από τη γεωθερμική αντλία θερμότητας β) Από τον γεωθερμικό εναλλάκτη, που είναι κλειστό σύστημα σωληνώσεων από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας, με διάρκεια ζωής άνω των 50 ετών, που διαρρέεται από ψυκτικό υγρό και τοποθετείται μέσα στο έδαφος. γ) Από την εσωτερική εγκατάσταση θέρμανσης και ψύξης της κατοικίας (του κτιρίου) δ) Από τους αυτοματισμούς της εγκατάστασης. 99

100 Γεωθερμική αντλία θερμότητας (Εικόνα 24) Η μεταφορά των ενεργειακών φορτίων από το κτίριο στο έδαφος ή στα υπόγεια ύδατα πραγματοποιείται μέσω της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας, η οποία παράγει ψύξη, θέρμανση και ζεστό νερό χρήσης για οικιακές αλλά και ευρύτερης κλίμακας εφαρμογές. Οι αντλίες θερμότητας είναι ψυκτικές συσκευές οι οποίες αντιστρέφουν την φυσική διεύθυνση της θερμότητας, την εξαναγκάζουν δηλαδή να κατευθυνθεί από ένα ψυχρό μέσο σε ένα άλλο θερμότερο. Αντίστοιχες ψυκτικές συσκευές είναι και οι γνωστές αερόψυκτες εξωτερικές μονάδες των κλιματιστικών, οι οποίες παρουσιάζουν μεγάλη πτώση της απόδοσης τους σε εξωτερικές θερμοκρασίες άνω των 40 C. Το φαινόμενο εξηγείται θερμοδυναμικά, καθώς η συσκευή πρέπει να αποβάλει θερμότητα σε ένα περιβάλλον ήδη κορεσμένο από θερμικό φορτίο, καταναλώνοντας έτσι μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας. Στην ιδανική περίπτωση που η κλιματιστική συσκευή μπορούσε να αποβάλλει τη θερμότητα σε ένα ψυχρότερο περιβάλλον, όπως αυτό του εσωτερικού του εδάφους ανώτερη θερμοκρασία Η γεωθερμική αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί τη θερμότητα του γεωεναλλάκτη για την εξάτμιση του υγρού ψυκτικού μέσου και με τη βοήθεια της ηλεκτρικής ενέργειας συμπιέζει το αέριο πλέον ψυκτικό μέσο, με στόχο την ανύψωση της πίεσης και θερμοκρασίας του. Το αέριο ψυκτικό αποδίδει τη θερμότητα του στον κλιματιζόμενο χώρο, όταν έρχεται σε επαφή με το νερό κυκλοφορίας θέρμανσης του κτιρίου, διαμέσου ενός εναλλάκτη θερμότητας. Το θερμό νερό μεταβιβάζεται στο κτίριο με στόχο τη θέρμανση του, ενώ το υγρό πια ψυκτικό μέσο εκτονώνεται για τη πτώση της πίεσης του. Η επανάληψη του κύκλου δημιουργεί τη συνεχή θέρμανση του κτιρίου. Στην καλοκαιρινή λειτουργία, αντιστρέφεται ο κύκλος του ψυκτικού δια της βαλβίδας αντιστροφής, με αποτέλεσμα το έδαφος να αποτελεί τον αποδέκτη της θερμότητας, ενώ το κτίριο την πηγή ενέργειας εξατμιστής. 100

101 Ανοιχτό γεωθερμικό σύστημα Σχήμα 32: Ανοιχτό γεωθερμικό σύστημα κατοικίας Χαρακτηριστικό του συστήματος είναι η άντληση και επαναφορά υδάτων υπογείων ή επιφανειακών- και η θερμική εκμετάλλευση τους. Το νερό αντλείται από τον υδροφόρο ορίζοντα -υπέδαφος, θάλασσα, λίμνη ή ποτάμι-, διέρχεται από την αντλία θερμότητας όπου απορροφά ή αποδίδει θερμότητα και κατόπιν επανεισάγεται στην ίδια πηγή. Το γεωθερμικό σύστημα ανοιχτού τύπου είναι οικονομικότερο κατασκευαστικά από τους κλειστούς γεωεναλλάκτες, αλλά ενδείκνυται σε περιοχές με πλούσια υδροφορία και μόνο όταν η κατώτερη στάθμη άντλησης από την γεώτρηση δεν υπερβαίνει τα 50 μέτρα. Σημαντικοί παράγοντες που καθορίζουν την λειτουργία αλλά και το βαθμό απόδοσης των υπεδαφικών ανοιχτών συστημάτων είναι: α. Η ποιότητα του υπόγειου νερού ώστε να μην δημιουργούνται διαβρώσεις ή φραξίματα στην υποβρύχια αντλία από σωματίδια στο νερό. β. Η ποιότητα της γεώτρησης και ειδικά ο τρόπος κατασκευής, η χαλίκωση γύρω από το φίλτρο και η σταθεροποίηση των διαφορετικών σχηματισμών του υπεδάφους. γ. Ο σχεδιασμός των γεωτρήσεων όσον αφορά την απόσταση μεταξύ της γεώτρησης άντλησης και αυτής της επαναφοράς, η διάμετρος της γεώτρησης και της εσωτερικής σωλήνωσης. δ. Αρτεσιανά νερά παρουσιάζουν μεταβολές στις θερμοκρασίες του νερού και μεταβάλλουν τους συντελεστές απόδοσης. Σε περιπτώσεις που η γειτνίαση με τη θάλασσα ή με λίμνη είναι τέτοια που να επιτρέπει την χρήση της, δεν υπάρχει ανάγκη για διάνοιξη γεωτρήσεων αφού με ένα απλό υδραυλικό δίκτυο το νερό προσάγεται και απάγεται από την αντλία θερμότητας μέσω ενός 101

102 κυκλοφορητή. Φυσικά στα συστήματα αυτά και ειδικά στης θάλασσας, είναι απαραίτητος ο ενδιάμεσος εναλλάκτης θερμότητας από τιτάνιο -Ti-, ή ντουραλουμίνιο -Ni/Cu-, για να προστατεύει τα εσωτερικά κυκλώματα της αντλίας θερμότητας από το υφάλμυρο νερό. Κατακόρυφο κλειστό γεωθερμικό σύστημα Σχήμα 33: Κατακόρυφο κλειστό γεωθερμικό σύστημα κατοικίας Το μέγεθος του διαθέσιμου ελεύθερου χώρου και η σύσταση του υπεδάφους καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τον τύπο του γεωθερμικού εναλλάκτη. Ο κάθετος γεωεναλλάκτης κλειστού κυκλώματος εφαρμόζεται σε εγκαταστάσεις με περιορισμένο περιβάλλοντα χώρο και σε περιοχές με αδυναμία πρόσληψης νερού από τον υδροφόρο ορίζοντα. Το πλήθος των γεωτρήσεων είναι συνάρτηση της ισχύος της εγκατάστασης, ενώ η απόδοσή των κατακόρυφων συστημάτων παρουσιάζει σταθερότητα σε όλη τη διάρκεια του έτους. Σημαντικό πλεονέκτημα των κάθετων συστημάτων αποτελεί το γεγονός της γρήγορης αποκατάστασης των θερμοκρασιακών διαταραχών του υπεδάφους, οι οποίες προκαλούνται από την εκμετάλλευση του θερμικού περιεχομένου του. 102

103 Οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα Σχήμα 34: Οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα κατοικίας Ο οριζόντιος γεωεναλλάκτης κατασκευάζεται σε σκάμμα ορισμένης επιφάνειας στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου σε βάθος 1,0-2,5m και με πυκνότητα σωληνώσεων 0,5-0,8m. Στο επίπεδο αυτό αναπτύσσεται το οριζόντιο σύστημα αποτελούμενο από κυκλώματα σωλήνων δικτυωμένου πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας μέγιστου μήκους 100m, τα οποία μέσω των επιμέρους συλλεκτών οδηγούνται στην αντλία θερμότητας. Στο οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα το υπέδαφος λειτουργεί και ως εποχιακή αποθήκη θερμικής και ψυκτικής ενέργειας, γεγονός που συμβάλλει σημαντικά στην υψηλότερη απόδοση της εγκατάστασης. Τα οριζόντια γεωθερμικά συστήματα αποτελούν ίσως την οικονομικότερη κατασκευαστική λύση από οποιοδήποτε άλλο γεωθερμικό σύστημα. Η απαιτούμενη έκταση που είναι αναγκαία είναι συνάρτηση των θερμικών και ψυκτικών απαιτήσεων του κτιρίου. Για την διαστασιολόγηση του γεωθερμικού εναλλάκτη, απαιτείται η γνώση των θερμοκρασιών του εδάφους και των θερμικών αποκρίσεων στο βάθος εγκατάστασης [27c]. Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα των εφαρμογών Γεωθερμίας Πλεονεκτήματα Ένα από τα πλεονεκτήματα των γεωθερμικών συστημάτων είναι ότι καταργούν τη χρήση του συμβατού τρόπου θέρμανσης ( κλιματιστικά, πετρέλαιο φυσικό αέριο) είναι φιλικά προς το περιβάλλον και δεν συμβάλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά καύσιμα, η Ψύξη και η Θέρμανση ενός κτιρίου που 103

104 χρησιμοποιεί Γεωθερμικό Σύστημα είναι μέχρι και 75% οικονομικότερη, και με τη χρήση μόνο μίας συσκευής για θέρμανση και ψύξη. Tα γεωθερμικά συστήματα έχουν υψηλό βαθμό απόδοσης και είναι αξιόπιστα σε ακραίες καιρικές συνθήκες. Είναι φιλικά προς το περιβάλλον επειδή δεν χρησιμοποιούν καύσιμα και διαθέτουν μεγαλύτερη ασφάλεια, δεν υπάρχει καύση και φλόγα, δεν υπάρχουν καπνοί, καπναγωγοί και οσμές, δεν υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης, φωτιάς ή ασφυξίας από το μονοξείδιο και οι μονάδες που χρησιμοποιούνται είναι αθόρυβες - σχεδιάστηκαν, κατασκευάστηκαν και λειτουργούν πιο αθόρυβα και από το ψυγείο. Μια γεωθερμική αντλία θερμότητας καταναλώνει γύρο στο 25-30% της ενέργειας που αποδίδει, συμβάλλοντας σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας. Δεν απαιτείται χρήση λεβητοστασίου, δεξαμενής καυσίμων, καμινάδας. Γρήγορη απόσβεση σε Ζεστό νερό χρήσεις χειμώνα καλοκαίρι και απόλυτη αξιοπιστία Μειονεκτήματα Το αρχικό κόστος εγκατάστασης του οποίου η απόσβεση επιτυγχάνεται σε 6 έως 8 χρόνια Βιομάζα Η βιομάζα αποτελεί το σύνολο των ενεργειακών πόρων που σχετίζονται με τα αγροτικά, περιβαλλοντικά, δασικά, ζωικά συστήματα μιας περιοχής. Η συνολική ενέργεια της βιομάζας προέρχεται από το ενεργειακό περιεχόμενο από το βιοαέριο, που προέρχεται από τα ζωικά παραπροϊόντα, από την καύση σκουπιδιών, ξυλανθράκων, καυσόξυλων, θάμνων και ελαιοπυρηνόξυλου. Για να γίνει αποτίμηση της συμβολής της βιομάζας στο ενεργειακό ισοζύγιο της Ελλάδας θα πρέπει να προηγηθεί σειρά μελετών και ερευνών ώστε να προσδιοριστούν οι διαθέσιμες ποσότητες και τα ενεργειακά χαρακτηριστικά που προέρχονται από την καύση των σκουπιδιών, τα αστικά λήμματα, τα βιομηχανικά απόβλητα, τη ζωική παραγωγή, τη δασική παραγωγή και την αγροτική παραγωγή [28a]. Τη δεκαετία του 1960 η συμμετοχή της βιομάζας στο ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας ανήρχετο σε ποσοστό περίπου 40% αντίθετα κατά τη δεκαετία του 1980 το ποσοστό περιορίστηκε στο 8%. Για να αναπτυχθεί η χρήση της βιαμάζας και να συμβάλλει σε μεγαλύτερο βαθμό στο ενεργειακό ισοζύγιο θα πρέπει να αναπτυχθούν οι τεχνολογίες καύσης σκουπιδιών, παραγωγής βιοαερίου από τη βιομάζα, να συστηματοποιηθεί η 104

105 χρησιμοποίηση ελαιοπυρηνόξυλου καθώς και γεωργικών και δασικών καυσόξυλων ως καύσιμη ύλη αλλά και να καθιερωθεί η συλλογή των δασικών και αγροτικών παραπροϊόντων [28b]. 2.3 ΚΑΙΝΟΤΟΜΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Τεχνολογίες / συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας και βελτίωσης ενεργειακής απόδοσης Η όλη φιλοσοφία στηρίζετε στη λογική αντίληψη ότι είναι προτιμότερο να προσπαθήσουμε να βρούμε τρόπους ορθολογιστικής χρήσης της ενέργειας και μείωσης της καταναλισκόμενης ενέργειας, που θα οδηγήσουν τελικά και στη μείωση της ζήτησης ενέργειας (ηλεκτρικής, θερμικής, ψυκτικής κλπ), αντί να παράγουμε περισσότερη ενεργεία με στόχο την κάλυψη της συνεχώς αυξανόμενης ζήτησης σε ενέργεια. Η εξοικονόμηση ενέργειας θεωρείται η φθηνότερη εγχώρια ευγενής μορφή ενέργειας, είναι άμεσα εκμεταλλεύσιμη και μπορεί να πραγματοποιηθεί στον οικιστικό τομέα, τη βιομηχανία και τις μεταφορές, που απορροφούν σχεδόν το σύνολο της καταναλισκόμενης ενέργειας σε κάθε χώρα. Η εξοικονόμηση ενέργειας αποτελεί ένα τεράστιο τομέα ο οποίος περιλαμβάνει μεθόδους, εξειδικευμένα συστήματα, υλικά, πληροφοριακά συστήματα, αυτοματισμούς, διαδικασίες και πολλά άλλα, με την βοήθεια των οποίων μπορεί τελικά να εξοικονομηθεί ενέργεια. Οι λύσεις εξοικονόμησης ενέργειας διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, ανάλογα με τη μεθοδολογία, το εφαρμόσιμο σύστημα ή τις επιμέρους συσκευές που χρησιμοποιούνται στην εκάστοτε περίπτωση. Γενικά μπορούμε να διακρίνουμε της επόμενες λύσεις ως κυριότερες στην εξοικονόμηση ενέργειας: - Εφαρμογή συστημάτων για σωστή και αποδοτική διαχείριση της ενέργειας. - Εφαρμογή συστημάτων που θα επιφέρουν άμεση μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας. - Εφαρμογή συστημάτων για μείωση της μέγιστης ζήτησης ενέργειας. - Εφαρμογή συστημάτων για ανάκτηση της απορριπτόμενης ενέργειας και επαναχρησιμοποίησης της. - Χρήση αποδοτικότερων λαμπτήρων φωτισμού για μείωση των απωλειών ενέργειας. 105

106 - Αντικατάσταση ηλεκτροκινητήρων, καυστήρων, αεροσυμπιεστών, ψυκτικών μηχανημάτων, κλιματιστικών μηχανημάτων, οικιακών συσκευών κλπ με άλλα μεγαλυτέρου βαθμού απόδοσης και χαμηλότερου βαθμού κατανάλωσης ενέργειας. - Συσκευή από πυκνωτές για τοπική διόρθωση του συντελεστού ισχύος. (power factor correction systems). - Ψηφιακή συσκευή διαχείρισης της ηλεκτρικής ενέργειας. - Σύστημα έλεγχου φωτισμού. - Λαμπτήρες led. - Αισθητήρες για διακοπή κλιματιστικών όταν ανοίγουν οι θύρες η τα παράθυρα των δωματίων. Συστήματα κάρτας για διακοπή του ηλεκτρικού ρεύματος σε δωμάτια ξενοδοχείων όταν απουσιάζουν οι πελάτες Συστήματα προσόψεων Τα συστήματα όψεων, και ιδιαίτερα οι υαλοπίνακες, δημιουργούν ένα δυσεπίλυτο πρόβλημα για τους σχεδιαστές. Οι όψεις είναι αμφίδρομοι και ταυτόχρονοι μεταφορείς ενέργειας. Θερμότητα, ακτινοβολία και φωτισμός πρέπει να εξισορροπηθούν στο εσωτερικό του κτιρίου, με αυτό του εξωτερικού περιβάλλοντος. Τα μειονεκτήματα των υαλοπινάκων δεν λύθηκαν μέχρι τον εικοστό αιώνα, δεδομένου ότι απαιτείτο η ανάπτυξη μηχανικών συστημάτων θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού HVAC (heating, ventilation, and air conditioning) για να καταστεί δυνατή η χρήση των ελαφρύτερων και διαφανών όψεων. Αρχικά, τα συστήματα όψεων, αν και ελαφρύτερα και με μια άνευ προηγουμένου ποσότητα των υαλοπινάκων, ήταν περισσότερο αδιαφανή παρά διαφανή. Ο σταθερός όγκος των συστημάτων HVAC σε συνδυασμό με τα περιμετρικά συστήματα, ήταν περισσότερο από επαρκείς, για την άμβλυνση των εξαιρετικά μεταβλητών θερμικών φορτίων των όψεων, και μόνον απλές συσκευές σκίασης χρησιμοποιούνταν για τη διαχείριση της αντανάκλασης. Η έλευση της ενεργειακής κρίσης στη δεκαετία του 1970 σηματοδότησε την κατάργηση των ενεργοβόρων συστημάτων HVAC και την αντικατάστασή τους με τα συστήματα μεταβλητού όγκου αέρα (Volume Air). Αλλά 106

107 πλέον, το κόστος στη θερμική σταθερότητα των όψεων, άρχισε να θεωρείται ως προβληματικό στοιχείο στο κτίριο. Παραδόξως, η κατάρρευση του συστήματος CAV έγινε σε συνδυασμό με την αύξηση του ποσοστού των υαλοπινάκων στο εξωτερικό, επιδεινώνοντας περαιτέρω τις θερμικές και οπτικές εναλλαγές της πρόσοψης. Αντισταθμιστικοί μηχανισμοί και προσεγγίσεις αναπτύχθηκαν, και μια σειρά από νέες τεχνολογίες ήταν ενσωματωμένες σε συστήματα προσόψεων ή στο περίβλημα του κτιρίου. Τα τζάμια επικαλύφθηκαν με λεπτές μεμβράνες, συμπεριλαμβανομένων των: χαμηλής εκπομπής, ηλιακής αντανακλαστικότατος, και μη ηλιακής αντανακλαστικότατος (επί των εσωτερικών όψεων). Αυτόματες περσίδες είχαν εγκατασταθεί σε συνδυασμό με τα συστήματα διαχείρισης ελέγχου ενέργειας, με σκοπό να απορριφθεί η υπερβολική ηλιακή ακτινοβολία, και περίτεχνα διπλά συστήματα επικάλυψης, που τυλίγουν το κτίριο εις διπλούν με υαλοπίνακες, ενθαρρύνθηκαν για την άμβλυνση των θερμικών εναλλαγών. Ως αποτέλεσμα, να μην υπάρχει ομάδα στον τομέα της αρχιτεκτονικής που να έχει αποδεχτεί τις λύσεις των έξυπνων υλικών, όπως έχουν προτείνει σχεδιαστές και μηχανικοί, που ήταν υπεύθυνοι για την πρόσοψη και τα συστήματα περιβλήματος των κτιρίων. Τα έξυπνα υλικά παρουσιάστηκαν ως η ιδανική τεχνολογία για την παροχή όλων των λειτουργιών της τέλειας πρόσοψης, που θα επιτευχθεί απλά, ομαλά και αδειάλειπτα. Οράματα του Mike Davies για τον «Πολυδύναμο Τοίχο»- ένα λεπτό περίβλημα που συνδυάζει στρώματα από ηλεκτροχρωμικά, φωτοβολταϊκά, αγώγιμα γυαλιά, θερμαντικά σώματα, μικρό πόρων φύλλων ροής αερίου και άλλων τεχνολογιών - χρησίμευσε ως το μοντέλο της τελικής πρόσοψης. Το 1984, ο θεωρητικός και ιστορικός Reyner Banham, ενώ σχολιάζοντας ότι ένα «αυτο-ρυθμιζόμενο και ελεγχόμενο γυαλί παραμένει κάτι περισσότερο από μια υπόσχεση», είχε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι, αν το πραγματικό ενεργειακό κόστος ληφθεί υπόψη, η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να αποδειχθεί οικονομικά βιώσιμη. Η πρόβλεψή του δεν ήταν μακριά, καθώς ένα ολόκληρο πεδίο επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη των έξυπνων παραθύρων και προσόψεων, βασιζόμενο στην συμβολή τους στην ενεργειακή απόδοση. Πράγματι, πολλές επενδύσεις γίνονται στα έξυπνα υλικά για κτίρια και ειδικά σε αυτά τα δύο συστήματα. Επιπλέον, είναι σημαντική η σύγχρονη προσέγγιση σε υλικά, παράθυρα και προσόψεις, που είναι η οπτική υπογραφή ενός κτιρίου, και ως εκ τούτου, στην πραγματικότητα,θα είναι πρωτεύοντος ενδιαφέροντος για τους αρχιτέκτονες. 107

108 Υαλοπίνακες οι οποίοι μεταβάλλουν τη διαύγειά τους αν περάσει στο εσωτερικό τους ρεύμα χαμηλής τάσης («πράσινοι») ή αλλάξει σημαντικά η θερμοκρασία του χώρου («έξυπνοι»). Πρόκειται για τεχνολογία, η οποία βασίζεται στο φαινόμενο του «αντιστρεπτού χρωματισμού» που παρουσιάζουν οξείδια του βολφραμίου, του μολυβδαινίου ή του βαναδίου. Τα «έξυπνα» τζάμια εμφανίζουν εξαιρετικά βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση, που μεταφράζεται σε εξοικονόμηση ρεύματος της τάξεως του 20% για ψύξη/θέρμανση και πολύ περισσότερο για φωτισμό, καθώς μπορούν να ελέγχουν πλήρως και με συνεχή μεταβολή την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που περνάει από τα παράθυρα, αντικαθιστώντας κουρτίνες ή περσίδες, εμποδίζοντας τις απώλειες λόγω μεταφοράς θερμικών φορτίων από μέσα προς τα έξω και διατηρώντας μια ευχάριστη ατμόσφαιρα στο χώρο. Για να το επιτύχει αυτό, κάθε «έξυπνος» υαλοπίνακας περιλαμβάνει πέντε εξαιρετικά λεπτά στρώματα, όπως φαίνεται στο γράφημα. Με την εφαρμογή τάσης λίγων βολτ, ιόντα λιθίου αφήνουν την αποθήκη ιόντων και μαζί με εκείνα που βρίσκονται στον ηλεκτρολύτη περνάνε στο υμένιο του οξειδίου βολφραμίου δίνοντάς του ένα βαθύ μπλε χρώμα. 108

109 Ηλεκτροχρωμικά παράθυρα Σχήμα 35: Διάταξη σε τομή ηλεκτροχρωμικού παραθύρου Ηλεκτροχρωμισμός ονομάζεται το φαινόμενο της αντιστρεπτής μεταβολής των οπτικών χαρακτηριστικών ενός υλικού που προκαλείται από την εισαγωγή-εξαγωγή ιόντων σε αυτό υπό την επίδραση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Εμφανίζεται σε αρκετά ανόργανα και οργανικά υλικά με τα πρώτα να είναι περισσότερο γνωστά λόγω των δυνατοτήτων που έχουν για πρακτικές εφαρμογές [31]. Το ηλεκτροχρωμικό φαινόμενο εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονο στα οξείδια των μετάλλων μεταπτώσεως και κυρίως στα οξείδια των: βολφραμίου (WO3), μολυβδενίου (MoO3), νικελίου (NiO) και βαναδίου (V2O5). Οι ηλεκτροχρωμικές συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε "έξυπνα" παράθυρα μεταβαλλόμενης διαπερατότητας. Αποτελούνται από επάλληλα στρώματα υλικών μεταξύ δύο διαφανών και ηλεκτρικά αγώγιμων υμενίων. 109

110 Σχήμα 36: Ηλεκτροχρωμική διάταξη και διαδικασία χρωματισμού Η εφαρμογή των τεχνολογιών που αναφέρουμε αυτών θεωρείται δεδομένη για τα επόμενα χρόνια. Ήδη μεγάλες εταιρείες δραστηριοποιούνται στον τομέα των ηλεκτροχρωμικών διατάξεων αλλά και των ειδικών επιστρώσεων ελέγχου των θερμικών κερδών/απωλειών. Τα ηλεκτροχρωμικά ανήκουν στα λεγόμενα "έξυπνα" παράθυρα και είναι συσκευές δυναμικού ελέγχου της ηλιακής ακτινοβολίας. Έχουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με αντίστοιχες παθητικές και συμβατικές συσκευές. Δεν εμποδίζουν την ορατότητα όπως οι κουρτίνες ή οι περσίδες, ενώ ταυτόχρονα προσφέρουν έλεγχο της οπτικής όχλησης που προέρχεται από τις διάχυτες ηλιακές ακτίνες και μπορούν να συμβάλουν στη δημιουργία κατάλληλου κλίματος στον εσωτερικό χώρο των κτιρίων. Τα ηλεκτροχρωμικά παράθυρα δεν έχουν κινητά μέρη και άρα ελάχιστο κόστος συντήρησης. Απαιτούν μικρή κατανάλωση ενέργειας (μπορούν να λειτουργούν και με φωτοβολταϊκά) και ο έλεγχος της λειτουργίας τους μπορεί να ενσωματωθεί στο σύστημα κεντρικής διαχείρισης ενέργειας του κτιρίου. Μπορούν να έχουν άπειρες καταστάσεις ανάμεσα στη διαφανή και τη χρωματισμένη του κατάσταση. Εμποδίζουν την είσοδο τόσο της άμεσης όσο και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας σε αντίθεση με τα παθητικά συστήματα σκίασης. Προσφέρουν δυνατότητα καλύτερης χρήσης του φυσικού φωτός ελαττώνοντας το κόστος για τεχνητό φωτισμό. Ένα ηλεκτροχρωμικό παράθυρο υπερτερεί σημαντικά σε σχέση με τα καλύτερα σύγχρονα θερμομονωτικά παράθυρα. 110

111 Διαπερατότητα [%] Ευαισθησία ανθρώπινου ματιού [%] Τα πρωτογενή ενεργειακά του κέρδη είναι: μειωμένα ενεργειακά φορτία για ψύξη, θέρμανση και αερισμό, καθώς και η δυνατότητα ελάττωσης της ανάγκης για τεχνητό φωτισμό με κατάλληλη μεταβολή των οπτικών ιδιοτήτων του παραθύρου και διαχείριση του εισερχόμενου ηλιακού φωτός. Ως τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό πλεονέκτημα θα αναφέρουμε την αισθητική έλξη που προσφέρει η δυνατότητα ενός δυναμικά μεταβαλλόμενου μανδύα σε αρχιτεκτονικές εφαρμογές. Πολλές σχεδιαστικές αποφάσεις λαμβάνονται με βασικό γνώμονα όχι τα ανταποδοτικά οφέλη ή το κόστος της εγκατάστασης αλλά με βάση το στυλ και την εμφάνιση. Η ενσωμάτωση των "έξυπνων" ηλεκτροχρωμικών παραθύρων στα κτίρια ίσως αποτελεί αυτή τη στιγμή εξεζητημένη λύση, καθώς το κόστος κατά πρώτο λόγο και η προβλεπόμενη διάρκεια ζωής (η οποία δεν ξεπερνά τα 10 χρόνια) των ήδη υπαρχόντων εμπορικών διατάξεων. Το χρώμα της διάταξης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χρωματισμού μεταβάλλεται από σχεδόν διαφανές σε σκούρο μπλε όπως φαίνεται και στις αντίστοιχες φωτογραφίες. Μεταβάλλοντας την πολικότητα του εφαρμοζόμενου δυναμικού η διάταξη αποχρωματιζόταν πλήρως. 100 Ευαισθησία ανθρώπινου ματιού Αρχική κατάσταση Τελική κατάσταση Μήκος κύματος [nm] 0 Γραφική παράσταση 1: μεταβολή της διαπερατότητας κατά τη διάρκεια χρωματισμού μίας ηλεκτροχρωμικής διάταξης 40 cm 40 cm. 111

112 Απόδοση χρωματισμού [cm 2 /C] Η διαδικασία χρωματισμού-αποχρωματισμού είναι πλήρως αντιστρεπτή και μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές με τη βοήθεια κατάλληλης πειραματικής διάταξης. Κατά τη διάρκεια ενός πειράματος μεταβάλλεται η εφαρμοζόμενη τάση ανάμεσα στο ηλεκτροχρωμικό υμένιο και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς και μετράται το ρεύμα που διαρρέει τη διάταξη. Το εμβαδό που περικλείεται από την κλειστή καμπύλη του κυκλικού βολταμμογραφήματος είναι ίσο με το συνολικό φορτίο που μετακινήθηκε κατά τη διάρκεια της διαδικασίας Q=4,9 mc/cm Q=21,5 mc/cm λ [nm] Γραφική παράσταση 2: απόδοση χρωματισμού ηλεκτροχρωμικής διάταξης. 112

113 Σχήμα 37: Ηλεκτροχρωμικό παράθυρο Επόμενο στάδιο έρευνας αποτελεί ο συνδυασμός θερμοχρωμικών και φωτοβολταϊκών μεμβρανών, ώστε οι δεύτερες να παρέχουν στις πρώτες την ενέργεια που χρειάζονται για να μεταβάλουν τη διαπερατότητά τους, εμποδίζοντας αυτόματα, όταν η έντασή τους αυξηθεί πάνω από ένα «κατώφλι», τις ενοχλητικές ακτίνες του ήλιου να περάσουν στο χώρο. Καθώς και σε συνδυασμό με φωτοβολταϊκά τρίτης γενιάς που όντας διαφανή, σε αντίθεση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά που όλοι ξέρουμε, τα νέα panel θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πλήθος εφαρμογές, από την επικάλυψη κτιρίων και θερμοκηπίων ως τα ηχοπετάσματα των αυτοκινητοδρόμων, παρέχοντας ως «παραπροϊόν» πολύτιμη ηλεκτρική ενέργεια [32]. Συγκεντρωτικά, οι κατηγορίες ειδικών υαλοπινάκων, οι οποίοι διαφοροποιούνται από τους κοινούς ως προς τα θερμικά και τα φωτομετρικά τους χαρακτηριστικά, είναι: Ανακλαστικοί υαλοπίνακες : Ανακλούν σημαντικό μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας και συνιστώνται για τη μείωση των ηλιακών κερδών, αλλά μπορεί να προκαλέσουν θάμβωση στον περιβάλλοντα χώρο και στα γύρω κτίρια. 113

114 Έγχρωμοι υαλοπίνακες : Με τη βοήθεια χημικής επεξεργασίας παρουσιάζουν χαμηλή θερμοπερατότητα, αλλά και μειωμένη φωτοδιαπερατότητα και συνιστώνται για τη μείωση των ηλιακών κερδών ενός χώρου. Απορροφητικοί υαλοπίνακες : Απορροφούν σημαντικό μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας (περιορίζουν τη θερμοπερατότητα χωρίς να μειώνουν σημαντικά τη φωτοδιαπερατότητα) και συνιστώνται για τη μείωση των ηλιακών κερδών ενός χώρου. Έχουν το πλεονέκτημα, σε σχέση με τους ανακλαστικούς, ότι δεν δημιουργούν θάμβωση στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου. Επιλεκτικοί υαλοπίνακες χαμηλού συντελεστή εκπομπής (Low-e) : Εμποδίζουν μεγάλο μέρος της θερμικής ακτινοβολίας είτε να εισέρχεται προς το κτίριο, είτε να εκπέμπεται προς το εξωτερικό περιβάλλον (ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τοποθετούνται). Συνιστώνται για τη μείωση των θερμικών απωλειών (το χειμώνα) ή κερδών (το καλοκαίρι) των κτιρίων, ανάλογα με τις θερμικές απαιτήσεις του κτιρίου και το κλίμα της περιοχής στην οποία βρίσκεται. Σχήμα 38: Επιλεκτικός υαλοπίνακας 114

115 Θερμομονωτικοί υαλοπίνακες : Εκτός από τους συνήθεις διπλούς (ή τριπλούς) υαλοπίνακες, αυξημένη θερμομονωτική ικανότητα έχουν υαλοπίνακες που στο διάκενό τους περιέχουν άλλο αέριο (π.χ. αργό) αντί για αέρα. Συνιστώνται σε κτίρια με μεγάλα ανοίγματα, όπου απαιτείται υψηλή θερμομόνωση του κελύφους. Σχήμα 39: Θερμομονωτικός υαλοπίνακας Ηλεκτροχρωμικοί : Είναι υαλοπίνακες, των οποίων οι ιδιότητες (οπτικά χαρακτηριστικά, διαπερατότητα) μεταβάλλονται με τη διοχέτευση ηλεκτρικού ρεύματος. 115

116 Εικόνα 25: Ηλεκτροχρωμικοί υαλοπίνακες Φωτοχρωμικοί : Είναι υαλοπίνακες των οποίων οι οπτικές ιδιότητες μεταβάλλονται ανάλογα με το ποσό της προσπίπτουσας σε αυτούς ηλιακής ακτινοβολίας. Η φωτοδιαπερατότητά τους μειώνεται με την αύξηση της έντασης της φωτεινής ακτινοβολίας. Θερμοχρωμικοί : Είναι υαλοπίνακες των οποίων οι οπτικές ιδιότητες μεταβάλλονται ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία. Με την αύξηση της θερμοκρασίας μεταβάλλονται από διαφανείς σε γαλακτόχρωμοι. 116

117 Εικόνα 26: Θερμοχρωμικός υαλοπίνακας Υαλοπίνακες υγρών κρυστάλλων : Με την εφαρμογή τάσης μετατρέπονται από γαλακτόχρωμοι σε διαφανείς. Εικόνα 27: Υαλοπίνακας υγρών κρυστάλλων 117

118 Για την επιλογή του κατάλληλου υαλοπίνακα θα πρέπει να εξετάζεται η χρήση του κτιρίου, η συνεισφορά του υαλοπίνακα στην εξοικονόμηση ενέργειας σε ετήσια βάση και η συνεπαγόμενη οικονομικότητα του συστήματος (κόστος-όφελος, χρόνος απόσβεσης). Ιδιαίτερη προσοχή κατά την επιλογή απαιτείται ώστε τα θερμικά και οπτικά χαρακτηριστικά του υαλοπίνακα, τα οποία θα επιλεγούν με κριτήριο τη συμπεριφορά του στη θέρμανση και στο δροσισμό του κτιρίου, να εξασφαλίζουν, μαζί με το συνολικό σχεδιασμό των ανοιγμάτων και τις απαιτήσεις σε φυσικό φωτισμό των χώρων Φωτοβολταϊκά Γ και Δ Γενιάς Για την αποδοτική ενεργειακή κάλυψη ενός κτιρίου, σήμερα, προωθείται η τεχνολογία ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών στο κτιριακό κέλυφος. Ως πλεονεκτήματα παρουσιάζονται η: Βελτίωση της οικονομικής απόδοσης της επένδυσης Βελτίωση της αρχιτεκτονικής και αισθητικής εικόνας του κτιρίου Διεσπαρμένη Ηλεκτροπαραγωγή στο σημείο κατανάλωσης ενέργειας Μείωση των απωλειών ισχύος των δικτύων μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας Χρήση ως έκτακτης ανάγκης στο σύστημα ηλεκτροπαραγωγής του κτιρίου (back up) Σύστημα BIPV (Building Integrated Photovoltaic) Είναι ένα σύστημα Φωτοβολταϊκών Συλλεκτών που εντάσσονται άμεσα σε ένα κτίριο αντί των συμβατικών οικοδομικών υλικών. Τα BIPV έρχονται να συμπληρώσουν ένα αρχιτεκτονικό κενό, που υπήρχε με τη συμβατική μέθοδο, με μεγάλη ποικιλία από κομψές κατασκευές, χρώματα και οπτικές δομές των ΦΒ σε συνδυασμό με το προφίλ του κτιρίου. Τα κτίρια που θα χρησιμοποιούν ενσωματωμένα ΦΒ συστήματα θα δώσουν μια νέα τροπή για ενεργειακή εξοικονόμηση σε συνδυασμό με τη δημιουργικότητα και την σύγχρονη προσέγγιση για κατασκευές κτιρίων χαμηλής ή μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης (zero energy ). 118

119 Εικόνα 28: Ενσωμάτωση ΦΒ σε κεκλιμένη στέγη Ενσωμάτωση ΦΒ συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί σε: i. Κεκλιμένη στέγη Απόδοση ανάλογα με τη γωνία κλίσης και τον προσανατολισμό της στέγης Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Πιθανή αντικατάσταση συμβατικού δομικού υλικού 119

120 Εικόνα 29: Τοποθέτηση ΦΒ σε κεκλιμένη στέγη ii. Στην οριζόντια επιφάνεια του κτιριακού κελύφους (BIPV) Αντικατάσταση συμβατικού δομικού υλικού Μειωμένη απόδοση λόγω οριζόντιας τοποθέτησης Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Δυνατότητα μόνωσης των πλαισίων και κατά επέκταση του δώματος Σε Υφιστάμενα κτίρια απαιτείται έλεγχος στατικού φορτίου και έλεγχος στεγανότητας 120

121 Εικόνα 30: Τοποθέτηση ΦΒ σε δώμα iii. Σε κεραμοσκεπές και στέγες άλλων υλικών κατασκευής Αντικατάσταση συμβατικού δομικού Υλικού Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Δυνατότητα μόνωσης του χώρου και των πλαισίων Απόδοση ανάλογη με την γωνία κλίσης και τον προσανατολισμό της στέγης Σε Υφιστάμενα κτίρια: έλεγχος στατικού φορτίου 121

122 Εικόνα 31: Ενσωμάτωση ΦΒ σε κεραμίδια Εικόνα 32: Ενσωμάτωση ΦΒ σε υλικό στέγασης 122

123 iv. Σε εύκαμπτη στέγη Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Αντικατάσταση συμβατικού δομικού Υλικού Μειωμένη απόδοση λόγω μικτής γωνίας Εφαρμογή και σε προσόψεις κτιρίων Aπόδοση (Thin Film CIGS ) 13-15% Σε Υφιστάμενα κτίρια: έλεγχος στατικού φορτίου και έλεγχος στεγανότητας και μόνωσης Εικόνα 33: Ενσωμάτωση ΦΒ σε υλικό στέγασης 123

124 Σχήμα 40: Ενσωμάτωση εύκαμπτων ΦΒ Στην πρόσοψη Δυνατότητα ελέγχου φυσικού φωτισμού Μειωμένη απόδοση λόγω τοποθέτησης σε κάθετη γωνία κλίσης Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Αντικατάσταση συμβατικού δομικού Υλικού Μελέτη Ενσωμάτωσης καλωδιώσεων Σε Υφιστάμενα κτίρια: έλεγχος στεγανότητας και μόνωσης 124

125 Σχήμα 41: Ενσωμάτωση αδιαφανών και ημιδιαφανών ΦΒ v. στην κάθετη επιφάνεια του κτηριακού Κελύφους Βέλτιστη απόδοση λόγω τοποθέτησης σε επιθυμητή γωνία κλίσης Τοποθέτηση ως σκίαστρα ή για ηλιοπροστασία Δυνατότητα ελέγχου φυσικού φωτισμού Προσεκτική τοποθέτηση λόγω καλωδιώσεων Περιορισμός διαθέσιμης επιφάνειας λόγω σκίασης των ΦΒ πλαισίων μεταξύ τους 125

126 Εικόνα 34: Ενσωμάτωση ΦΒ ως σκίαστρα Σχήμα 42: Ενσωμάτωση ΦΒ ως σκίαστρα 126

127 Εικόνα 35: Ενσωμάτωση ΦΒ ως σκίαστρα ix. σε αίθρια και σε ανοίγματα οροφής Απόδοση ανάλογα με τη γωνία κλίσης και τον προσανατολισμό της στέγης του αιθρίου και των ανοιγμάτων της οροφής Πλήρης αξιοποίηση διαθέσιμης επιφάνειας Αντικατάσταση συμβατικού δομικού υλικού Φυσικός Φωτισμός Απαραίτητος ο έλεγχος στεγανότητας [32b] 127

128 Εικόνα 36: Ενσωμάτωση ΦΒ σε οροφή 128

129 Σχήμα 43: Ενσωμάτωση ΦΒ σε αίθρια και σε ανοίγματα οροφής Υβριδικά Φωτοβολταϊκά / Θερμικά ηλιακά συστήματα (PVT) Τα υβριδικά φβ/θ συστήματα αντικαθιστούν τους θερμικούς συλλέκτες και τα φωτοβολταϊκά Στα υβριδικά φβ/θ συστήματα η ηλεκτρική τους απόδοση εξαρτάται από τη θερμοκρασία λειτουργίας τους Μπορούν να καλύψουν ανάγκες σε θέρμανση και αερισμό 129

130 Σχήμα 44: Διάταξη υβριδικού ΦΒ Σχήμα 45: Θερμικό ηλιακό σύστημα αέρα 130

131 Σχήμα 46: Θερμικό ηλιακό σύστημα νερού Συγκεντρωτικά Φωτοβολταϊκά (εικόνα 37) 131

132 Εικόνα 38: Συγκεντρωτικός φακός Οργανικά φωτοβολταϊκά Στα ηλεκτροχημικά ή οργανικά στοιχεία η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια πραγματοποιείται σε οργανικά συστήματα. Τα οργανικά / πολυμερή φωτοβολταϊκά είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, η οποία εμφανίζεται με την μορφή λεπτού φιλμ. Τα οργανικά φωτοβολταϊκά βρίσκονται ακόμα σε ερευνητικό στάδιο. Η αρχική τους μορφή ήταν υγρή και στην πορεία των ερευνών έφτασε σε πηκτή, παχύρρευστη μορφή. Λόγω της ρευστότητας της πρώτης ύλης (υγρό διάλυμα) τα οργανικά φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν ευκαμψία. Επιπλέον, χαρακτηρίζονται από πολυχρωμία, λόγω των χρωστικών ουσιών στο διάλυμα. Η απόδοση των πολυμερών οργανικών φωτοβολταϊκών στοιχείων έχει φτάσει σήμερα στο 8%. Το βασικό πλεονέκτημα των φωτοβολταϊκών στοιχείων αυτής της τεχνολογίας είναι το εξαιρετικά χαμηλό κόστος παρασκευής τους, γεγονός που επιτρέπει να θεωρείται δυνατή η αξιοποίησή τους ακόμα και με το μειονέκτημα του πολύ μικρότερου χρόνου ζωής τους σε σχέση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά στοιχεία. 132

133 Φωτοβολταϊκά λεπτού φιλμ Φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου Πυριτίου (Amorphous ή Thin film Silicon, a-si): Η τεχνολογία των λεπτών επιστρώσεων (thin films) είναι θεωρητικά πολύ χαμηλού κόστους παραγωγής, εξαιτίας της μικρής χρησιμοποιούμενης μάζας υλικού. Το λεπτό επίστρωμα σχηματίζεται πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης, χαμηλού κόστους. Η απόδοση των στοιχείων μειώνεται έντονα στα αρχικά στάδια φωτισμού τους, στα επίπεδα του 6 έως 8%. Σήμερα, η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται για την παρασκευή σύνθετων φωτοβολταϊκών στοιχείων, με διαδοχικές ενώσεις δύο ή τριών στρωμάτων με διαφορετικό ενεργειακό χάσμα, με σκοπό την αύξηση του αξιοποιήσιμου τμήματος του ηλιακού φάσματος, με απόδοση που φτάνει σε εργαστηριακά κύτταρα ~13%. Το ιδιαίτερο κατασκευαστικό χαρακτηριστικό τους είναι η δυνατότητα δημιουργίας διαδοχικών στοιχείων σε μεγάλες επιφάνειες πλαισίων. Φωτοβολταϊκά στοιχεία άλλων υλικών, λεπτών επιστρώσεων: Δισεληνοϊδούχος Χαλκός (CulnSe ή CIS) : 2 Ένα λεπτό πολυ-κρυσταλλικό υλικό, που έχει φθάσει σε εργαστηριακή απόδοση το 17,7%. Πλεονεκτεί στο χαμηλό κόστος κατασκευής του, αλλά σήμερα τα εμπορικά μοντέλα έχουν χαμηλή απόδοση, γύρω στο 10%. Τελουριούχο Κάδμιο (CdTe) : Ένα λεπτό πολυ-κρυσταλλικό υλικό, που προέρχεται από την ηλεκτροαπόθεση. Παρέχει εξαιρετική εκμετάλλευση ηλιακού φάσματος, αλλά παρουσιάζει δυσκολία δημιουργίας μεταλλικών επαφών. Η απόδοσή του κυμαίνεται περίπου 7-8%. Αρσενικούχο Γάλλιο (GaAs) : Έχει κρυσταλλική δομή παρόμοιας αυτής του Πυριτίου, αλλά αποτελείται από στοιχεία Γαλλίου και Αρσενίου. Έχει την υψηλότερη ενεργειακή απόδοση, αλλά και υψηλό κόστος κατασκευής. Η απόδοση φτάνει στο 22%. 133

134 Η τεχνολογία DSSC (dye-sensitized solar cell), δεν είναι κάτι καινούριο στο χώρο των φωτοβολταϊκών. Ο εφευρέτης της Michael Graetzel του ελβετικού Πολυτεχνείου της Λωζάννης (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) τιμήθηκε, μάλιστα, για την ανακάλυψή του αυτή με το Millennium Technology Prize το 2010, καθώς το φωτοβολταϊκό του πέτυχε εξαρχής καλές επιδόσεις, με χαμηλό κόστος υλικών, χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερες και δαπανηρές υποδομές για την κατασκευή του. Εικόνα 39: Dye-sensitized ΦΒ Η ελληνική πρόταση, προχώρησε ένα βήμα την τεχνολογία, καθώς όχι μόνο ανέπτυξε διάφανα συστήματα, αλλά και τα ενσωμάτωσε με τέτοιο τρόπο στους υαλοπίνακες, που να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αξιοποιώντας τη φωτεινή ενέργεια που δέχονται είτε απευθείας είτε από διάχυτο φωτισμό, τόσο στη διάρκεια της ημέρας (από τον ήλιο), όσο και στη διάρκεια της νύχτας (από τον εσωτερικό φωτισμό των χώρων μας). Η ελληνική ερευνητική ομάδα προχώρησε σε δυο ακόμα καινοτομίες. Πέτυχαν την εναπόθεση των περισσότερων συστατικών των στοιχείων, με την κοινή τεχνολογία εκτύπωσης μελάνης (inkjet printing), αν και με ειδικό εκτυπωτή, η οποία εξασφαλίζει διαπερατότητα άνω του 70% - δηλαδή, δίνουν την εντύπωση ενός χρωματιστού γυαλιού, το οποίο παράγει ενέργεια. 134

135 Εικόνα 40: Χρωματιστό DSSC Έπειτα, στις προηγούμενες τεχνολογίες, γίνεται χρήση ηλεκτρολύτη σε υγρή μορφή, με όποιες συνέπειες μπορεί να έχει αυτή η μέθοδος στη μακροβιότητα του στοιχείου αλλά και στο κόστος του. Το κόστος αυξάνεται αφού δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στη μόνωση ώστε να μη διαρρεύσει ο ηλεκτρολύτης και πάψει το στοιχείο να λειτουργεί. Ενώ στη νέα έρευνα, τα δυο ηλεκτρόδια συγκολλούνται πολύ ευκολότερα μεταξύ τους, χάρη στην ύπαρξη στερεού ηλεκτρολύτη. Τελικός στόχος είναι τα νέα τζάμια να μην κοστίζουν περισσότερο από 25% έναντι εκείνων που χρησιμοποιούνται στα κτίρια, σήμερα. Φωτοβολταϊκά Υψηλής Απόδοσης Σε διάφορους χρωματισμούς Thin film με απόδοση 13% - 15% Mονοκρυσταλλικά Πάνελ με διαστάσεις 2,06 Χ 1,05 Απόδοση (Pmax= 425W) Άρα με 50 τμ πάνελ σήμερα, καλύπτουμε ένα σπίτι για 10 kw 135

136 Εικόνα 41: Με χρήση ηλεκτρολύτη σε υγρή μορφή Τρισδιάστατα Φωτοβολταικά Υψηλής Απόδοσης Υψηλή Απόδοση: Χρησιμοποιεί ένα 3-διάστατο ειδικό σχεδιασμό για την αύξηση της απόδοσης παγιδεύοντας το ηλιακό φώς στο εσωτερικό της micro- κατασκευής με την ειδική δομή που έχει, όπου τα φωτόνια ανακρούουν σε πολλές μικρο-επιφάνειες μέχρι να μετατραπούν σε ηλεκτρόνια Μεγάλη Γωνία Συλλογής του φωτός Ειδική ευρεία γωνία συλλογής φωτός για να συλλάβει περισσότερο φως χειμώνα και πρωινές ώρες 136

137 Σχήμα 47: ΦΒ με ευρεία γωνία συλλογής φωτός (3d) Φωτοβολταϊκά Τζάμια Παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αξιοποιώντας τη φωτεινή ενέργεια που δέχονται είτε απευθείας είτε από διάχυτο φωτισμό. Η ενέργεια παράγεται από το ήλιο κατά την διάρκεια της ημέρας ή από τεχνητές πηγές στη διάρκεια της νύχτας Σχήμα 48: Διάταξη ΦΒ τζαμιού 137