ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : «ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ Η/Μ ΚΤΙΡΙΑΚΟΥ ΤΟΜΕΑ» ΟΝΟΜΑ : ΑΣΑΡΒΕΛΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ : 4120 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΘΕΟΦΙΛΟΣ Κ. ΝΑΜΛΗΣ ΚΑΒΑΛΛΑ 2010

2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : «ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ Η/Μ ΚΤΙΡΙΑΚΟΥ ΤΟΜΕΑ» ΟΝΟΜΑ : ΑΣΑΡΒΕΛΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ : 4120 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΘΕΟΦΙΛΟΣ Κ. ΝΑΜΛΗΣ ΚΑΒΑΛΛΑ 2010

3 Πρόλογος Η συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία ασχολείται με τους τρόπους με τους οποίους είναι δυνατόν να εξοικονομηθεί ενέργεια στα κτίρια. Παρουσιάζουμε τις διάφορες τεχνικές με τις οποίες είναι δυνατόν αυτό να επιτευχθεί. Για την εκπόνηση αυτής της εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω όσους με καθοδήγησαν, μου συμπαραστάθηκαν και με βοήθησαν. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου, οι οποίοι με τη ψυχική τους συμπαράσταση και την αγάπη τους, με βοήθησαν όχι μόνο κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας, αλλά και στα τέσσερα χρόνια φοίτησής μου στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας. Έπειτα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου κύριο Θ. Κ. ΝΑΜΛΗ για τη συνεργασία μας και την καθοδήγησή του καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας αυτής. Τέλος, ευχαριστώ τους φίλους μου οι οποίοι με ανέχονταν αυτά τα τέσσερα χρόνια και μοιράζονταν μαζί μου το άγχος μου και τις ανησυχίες μου. Ιούνιος 2010 Δ. Ασάρβελης.

4 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ...2 Ε.1 Κτίρια και κατανάλωση ενέργειας... 2 Ε.2 Στοιχεία Βιοκλιματιστικής αρχιτεκτονικής...6 Ε.3 Κλιματικές συνθήκες σε συνδυασμό με την κατασκευή κτιρίων...11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Παθητικά ηλιακά συστήματα Παθητική θέρμανση Εφαρμογές παθητικών ηλιακών συστημάτων Το κτίριο σαν ηλιακός συλλέκτης Παραδείγματα χρησιμοποίησης παθητικών συστημάτων Παθητική ή φυσική ψύξη Γενικές κατηγορίες φυσικής ψύξης Φυσική ψύξη από νυχτερινή κυκλοφορία αέρα Παθητική ψύξη με εξάτμιση Παθητική ψύξη με εξάτμιση από δεξαμενή νερού Παθητική ψύξη με νυχτερινή ακτινοβολία...37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ Φωτισμός Γενικά Το ηλεκτρικό φορτίο του φωτισμού Ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται από το φωτισμό Λαμπτήρες Στραγγαλιστικά πηνία Φωτιστικά σώματα Φυσικός φωτισμός Έλεγχος φωτισμού Συντήρηση της εγκατάστασης φωτισμού... 54

5 2.5 Σκίαση Σταθερή σκίαση Ρυθμιζόμενη σκίαση Γυάλινες όψεις Ειδικό υαλοστάσιο στα κτίρια Γυάλινες περσιδωτές όψεις...61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ; ΜΟΝΩΣΗ Γενικά Προβλήματα που προκύπτουν κατά τη θερμομόνωση Θερμογέφυρες Το φαινόμενο της διάχυσης των υδρατμών και το φράγμα των υδρατμών Θερμομόνωση των δομικών στοιχείων Θερμομόνωση εξωτερικής τοιχοποιίας Αξιοποίηση της θερμοχωρητικότητας και θερμική προστασία τοιχοποιίας Δικέλυφη κατασκευή με διάκενο αερισμού Θερμομόνωση του δώματος Θερμομόνωση στέγης Θερμομόνωση οροφής υπόστυλου χώρου Θερμομόνωση σε δάπεδο χώρου επάνω από υπόγειο Θερμομονωτικά υλικά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ Εισαγωγή Χαρακτηριστικά του φυσικού αερίου Χρήσεις του φυσικού αερίου Οφέλη από τη χρήση του φυσικού αερίου Οι συσκευές φυσικού αερίου που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη ελληνική κατοικία για οικιακή χρήση Διάκριση των συσκευών αερίου Κουζίνες φυσικού αερίου...102

6 4.5.3 Θερμαντήρες νερού Θερμαντήρες χώρων Λέβητες αερίου Θερμαντήρες χώρων ανακυκαοφορίας Θερμαντήρες συνδυασμένης λειτουργίας ΚΕΦΑΛΑΙΘ 5 : ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εισαγωγή Ενεργητικά ηλιακά συστήματα Κατηγορίες θερμικών ηλιακών συστημάτων Εφαρμογές Φωτοβολταϊκά στα κτίρια Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για τη χρήση τους Εφαρμογές τους Εγκατάσταση Προσανατολισμός Ηλεκτρική σύνδεση Τηλεθέρμανση με βιομάζα Πλεονεκτήματα Λειτουργία Αξιοποίηση των στερεών αποβλήτων ( ΑΣΑ) Γεωθερμία Πλεονεκτήματα της γεωθερμίας Εφαρμογές γεωθερμίας στον κτιριακό τομέα Συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού Ηλεκτροδότηση οικισμών με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΘ 6 : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΟΙΚΘΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΑΙ ΨΥΞΗ ΚΤΙΡΙΩΝ Κεντρική θέρμανση Εισαγωγή Τα μέρη ενός συστήματος κεντρικής θέρμανσης Η σημερινή κατάσταση συστημάτων κεντρικής θέρμανσης

7 στην Ελλάδα Ενέργειες ειδικού για εξοικονόμησης ενέργειας Εξοικονόμηση ενέργειας σε συστήματα κεντρικής θέρμανσης Αντλίες θερμότητας Γενικά Πως λειτουργεί η κλιματιστική εγκατάσταση Ανάλυση των αρχών λειτουργίας των αντλιών θερμότητας Εφαρμογή των αντλιών θερμότητας για εξοικονόμηση ενέργειας Ηλεκτρικές αντλίες θερμότητας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Βελτιστοποίηση προσδιδόμενης θερμικής ενέργειας στα κτίρια σε συνάρτηση με την εξωτερική θερμοκρασία του τόπου Η εξέλιξη του ελέγχου των θερμάνσεων στον κόσμο Η εξέλιξη του ελέγχου των θερμάνσεων στη χώρα μας Ηλεκτρονικός θερμοστάτης αντιστάθμισης Συστήματα ελέγχου των ψυκτικών και θερμικών εγκαταστάσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 : ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΑ ΚΤΙΡΙΑ Επίλογος Βιβλιογραφία...159

8 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ

9 Ε.1 Κτίρια και κατανάλωση ενέργειας. Τα κτίρια στις πόλεις της Ευρώπης χρειάζονται, για την κάλυψη των αναγκών τους για θέρμανση, ψύξη, φωτισμό και ζεστό νερό χρήσης, περίπου το 30% της παραγόμενης ενέργειας, ποσοστό που συμβάλλει στην παραγωγή του 40% του διοξειδίου του άνθρακα που εκλύεται στην ατμόσφαιρα. Η ίδια περίπου αναλογία ισχύει και στην Ελλάδα. Την ίδια στιγμή η σύγκριση της ελληνικής ενεργειακής έντασης (βασικός ενεργειακός δείκτης που χρησιμοποιείται για την ενεργειακή κατάσταση χωρών, που ορίζεται σαν ο λόγος της εγχώριας κατανάλωσης ενέργειας - πρωτογενούς ή τελικής - προς το Ακαθάριστο Εθνικό Προϊόν - ΑΕΠ) με αυτές άλλων ευρωπαϊκών χωρών που χαρακτηρίζονται από παρόμοιες τάσεις στο βιοτικό επίπεδο, το κλίμα, την τεχνολογική υποδομή κλπ, δεν οδηγεί σε αισιόδοξα αποτελέσματα. ΕΛΛΑΣ ΙΤΑΛΙΑ -»-ΙΡΛΑΝΔΙΑ^ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ-«^ΙΣΠΑΝΙα1 Πηγή: CEC/ DG XVII Διάγραμμα Ε.1 ; Εξέλιξη ενεργειακής έντασης χωρών Ε.Ε. (κατανάλωση ενέργειας). Στην Ελλάδα μια διαχρονική αύξηση της τιμής της ενεργειακής έντασης μπορεί να σημαίνει παράλληλη μείωση του βαθμού ενεργειακής απόδοσης ή

10 ΕΙΣΑΓΩΓΗ, σπατάλη ενέργειας εφόσον το ΑΕΠ αυξάνεται. Το γεγονός αυτό, παράλληλα με την ενεργειακή αύξηση που έχει η χώρα από τις εισαγωγές κυρίως πετρελαίου, αποτελούν παραμέτρους που συνηγορούν και υπαγορεύουν την ανάγκη να ληφθούν μέτρα, σε εθνικό επίπεδο, με στόχο τον περιορισμό των ενεργειακών καταναλώσεων, δηλαδή μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας και χρήσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στην τελική κατανάλωση ενέργειας, τα κτίρια κατοικίας και γραφείων (οικιακός και τριτογενής τομέας) συμμετέχουν με ποσοστό 29,8% (1992) στο σύνολο της κατανάλωσης και εμφανίζεται μέση ετήσια αύξηση της τάξης του 4% (για την περίοδο ). Το 1992 η τελική κατανάλωση ενέργειας στον οικιακό και τριτογενή τομέα, ήταν 4,18 ΜΤΙΠ, όπου το 60% οφείλεται στη χρήση υγρών καυσίμων (εισαγόμενα) και το 38,7% στον ηλεκτρισμό. Πηγή; ΚΑΠΕ/ ίλλέιη Χάραξης Ενεργοοκής Διάγραμμα Ε.2 :Κατανομή ενέργειας σε τριτογενή και οικιακό τομέα στην Ελλάδα το Το μεγαλύτερο μέρος του ποσοστού αυτού ξοδεύεται για ανάγκες θέρμανσης των κτιρίων αυτών. Τα κτίρια στη χώρα μας παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλομορφία και ιδιαιτερότητες. Διαφέρουν ως προς την περιοχή που βρίσκονται (κλιματική ζώνη), ως προς τα μορφολογικά και αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά, αλλά και ως προς το σχήμα και μέγεθος, τη χρήση και

11 λειτουργία, του χρόνου που κατασκευάστηκαν, τις διαφορετικές ανάγκες που καλύπτουν, του ωραρίου και του τρόπου λειτουργίας τους. Αυτές οι διαφορές έχουν άμεση σχέση με την κατανάλωση ενέργειας. Μεγάλη σπατάλη ενέργειας παρατηρείται στα κτίρια που ανήκουν και στεγάζουν υπηρεσίες του δημόσιου και ευρύτερου δημόσιου τομέα, ακόμη και σε κτίρια που λόγω της χρήσης τους (κτίρια γραφείων) και του ωραρίου λειτουργίας δεν δικαιολογούνται μεγάλες ενεργειακές καταναλώσεις. Είναι γεγονός ότι, στο δημόσιο τομέα, χρησιμοποιούνται πολλά ενοικιαζόμενα κτίρια για τις ανάγκες κτιρίων διοίκησης, λόγω έλλειψης στεγασπκής πολιτικής δημοσίων υπηρεσιών, έτσι σε μεγάλο ποσοστό υπάρχει διαφοροποίηση σε επίπεδο εξοπλισμού και θερμικής άνεσης λόγω της μορφολογίας και κατάστασης των κτιρίων. απΰ τα παοάβυοα : 10S and αεοιιστα : 15; and τους τοίχους; 35ϊ αηό τΐ)ν οροφή ; 25t Διάγραμμα Ε.3 : Απώλειες θερμότητας όπως κατανέμονται από το ττερίβλημα ενός κτιρίου. Ο πιο ενεργοβόρος τομέας είναι ο τομέας των νοσοκομείων και στη συνέχεια ο τομέας των ξενοδοχείων, των γραφείων, των εμπορικών με τελευταίο τον τομέα των σχολείων. Αυτό προκύπτει από μετρήσεις ενεργειακής κατανάλωσης που έχουν, κατά καιρούς, γίνει σε αντίστοιχα κτίρια. Υπάρχουν πολλά εμπόδια που ελαττώνουν ή εμποδίζουν την εισαγωγή μέτρων για λογική χρήση της ενέργειας. Αυτά δεν είναι μόνο τα κόστη από επενδύσεις για μόνωση και για συσκευές, όπως για εξοπλισμό θέρμανσης, ηλιακούς συλλέκτες, αντλίες θερμικών συστημάτων, διπλά τζάμια, παντζούρια

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ή τα κόστη της εγκατάστασής τους αλλά και μια σειρά σττό κοινωνικοττολιτικούς περιορισμούς που μπορεί να μην είναι τόσο εμφανείς, αλλά είναι αρκετά σημαντικοί. Ένα παράδειγμα είναι ο άνισος ανταγωνισμός μεταξύ των συμβατικών καυσίμων και της ηλιακής ενέργειας. Έτσι πρέπει να δίνονται κίνητρα με σκοπό την ελάττωση του αρχικού κόστους της αγοράς και εγκατάστασης γιατί ένα υψηλό κεςκίλαιο είναι το χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων των νέων μη συμβατικών μεθόδων διατήρησης της ενέργειας. Τα κίνητρα αυτά πρέπει να προσαρμόζονται στις απαιτήσεις δύο συγκεκριμένων ομάδων ατόμων: 1. τους παραγωγούς (δηλ. τους κατασκευαστές, τους αρχιτέκτονες κτλ.) 2. τους καταναλωτές (δηλ. τους ιδιοκτήτες κατοικιών, τους ενοικιαστές, τους εμπόρους κτλ.) Στα κίνητρα των παραγωγών οι κατασκευαστές του νέου και όχι αποδεδειγμένα τεχνικού εξοπλισμού εμπεριέχουν υψηλότερο επιχειρηματικό κίνδυνο γιατί στα αρχικά στάδια της παραγωγής, η πραγματική παραγωγή κοστίζει και συνεπώς τα έξοδα είναι υψηλά για τον καταναλωτή εξαιτίας των οικονομικών δυσκολιών της παραγωγής μικρής κλίμακας και της εκμάθησης της παραγωγικής διαδικασίας. Από την άλλη πλευρά, η αποδοχή των αρχών για λογική χρήση της ενέργειας και η ενεργητική και παθητική χρησιμοποίηση της ηλιακής ενέργειας από τους αρχιτέκτονες, τους ιδιοκτήτες και τους εργολάβους είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην πραγματοποίηση των συστημάτων που απαιτούν χαμηλή ενέργεια. Σύμφωνα με τις νέες κατευθύνσεις, πρέπει να γίνουν τροποποιήσεις στις τρέχουσες κατασκευές κτιρίων με σκοπό την ενσωμάτωση συλλεκτών, φωτοβολταϊκών κελιών, ειδικών αγωγών αέρα, εναλλακτών θερμότητας κτλ., όπως τροποποιήσεις πρέττει να γίνουν και στην επιλογή υλικών κατασκευής των κτιρίων. Νέες δραστηριότητες προκαλούν καθυστερήσεις και συνεπώς κόστη που μπορούν μερικώς να αποζημιωθούν από την υπόσχεση για χαμηλότερη ενεργειακή κατανάλωση στον αγοραστή του σπιτιού. Στα κίνητρα των καταναλωτών, τα υψηλά κόστη αγοράς και εγκατάστασης είναι τα βασικά εμπόδια για τον ιδιοκτήτη για να χρησιμοποιήσει εναλλακτικές μορφές ενέργειας ή να μονώσει το σπίτι του. Επίσης με τους αγοραστές των σπιτιών να μην είναι συνηθισμένοι να σκέφτονται για τα έξοδα ενός βιολογικού

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ κύκλου και για μακροχρόνια εξοικονόμησιι καυσίμων, δεν υπάρχει επιθυμία για επενδύσεις σε εξοπλισμό ο οποίος απαιτεί χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Επομένως θα πρέπει να δίνεται οικονομική βοήθεια για να αυξηθεί η επιθυμία για επενδύσεις και τα οφέλη που θα προκύψουν από τη χρησιμοποίηση του συγκεκριμένου εξοπλισμού, θα είναι αρκετά κερδοφόρα. Επίσης οι ενοικιαστές σπιτιών, διαμερισμάτων, εμπορικών κτιρίων θα ενδιαφέρονται κυρίως για οφέλη από ηλιακή θέρμανση, ψύξη και συστήματα παραγωγής ενέργειας και περισσότερη μόνωση σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα ενέργειας, όπως και το πώς θα κερδίσουν πίσω τα χρήματα της επένδυσής τους. Ε.2 Στοιχεία Βιοκλιματιστικής αρχιτεκτονικής. [2] Το κτίριο αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι ενός συνόλου, επηρεάζει και επηρεάζεται από αυτό, αποτελεί «προϊόν» συγκεκριμένων επιλογών, αναπαράγει και καθορίζει μοντέλα, διαμορφώνει ένα σύνολο, αυτό που ονομάζουμε «δομημένο» περιβάλλον και που εντάσσεται στον ευρύτερο περιβάλλοντα χώρο. Όπως προαναφέραμε, ο κτιριακός τομέας στην Ελλάδα καταναλώνει περίπου 30% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας. Το ποσοστό αυτό αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά λόγω του ιλιγγιώδους ρυθμού εγκατάστασης κλιματιστικών μηχανημάτων. Εν τούτοις, οι ήπιες κλιματικές συνθήκες και η υψηλή ηλιοφάνεια που επικρατούν στη χώρα μας δε δικαιολογούν τέτοιο υψηλό ποσοστό ενεργειακής κατανάλωσης. Το υψηλό αυτό ποσοστό, με τις γνωστές συνέπειες στη ρύπανση της ατμόσφαιρας, είναι δυνατόν να μειωθεί κατά πολύ με την εφαρμογή του βιοκλιματικού σχεδιασμού και την χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και κυρίως της ηλιακής, τα συστήματα αξιοποίησης της οποίας εντάσσονται στο κτιριακό κέλυφος ή αποτελούνται από τα δομικά στοιχεία του κτιρίου. Ωστόσο, δεν είναι δυνατό να επιδιώκουμε βελτίωση του περιβάλλοντος μέσω τεχνικών επεμβάσεων ή μέτρων που θα αφορούν μόνο στο ίδιο το μεμονωμένο κτίριο, χωρίς να παρέμβουμε στο ευρύτερο σύνολο, τις παραμέτρους που καθορίζουν τις σχέσεις δομημένου - ελεύθερου χώρου και

14 της χρήσης που γίνεται από τους χρήστες. Απαιτείται να δούμε το κτίριο σε σχέση με το πολεοδομικό σύνολο, διερευνώντας τις συνέπειες των αλληλεξαρτήσεων και επιδράσεων, τις ευνοϊκές ή δυσμενείς επιδράσεις του περιβάλλοντος χώρου, των χρήσεων και λειτουργιών ώστε να διατυπωθούν αρχές και προτάσεις που μπορούν να συμβάλλουν στην επίτευξη των βασικών στόχων, οι οποίοι είναι η βελτίωση του περιβάλλοντος, η εξοικονόμηση ενέργειας και η ορθολογική χρήση και διαχείριση των φυσικών πόρων, εξασφαλίζοντας ανεκτές συνθήκες διαβίωσης τόσο μέσα στο ίδιο το κτίριο, όσο και στο αστικό περιβάλλον, ενισχύοντας τις παραμέτρους που συμβάλλουν σε μία θετική αλληλεξάρτηση του κτιρίου με το οικιστικό σύνολο, τον αστικό χώρο, το κλίμα, το φυσικό περιβάλλον. Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας. α) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από επεμβάσεις στο κέλυφος και στο εσωτερικό του κτιρίου. Προσθήκη μόνωσης σε τοίχους, οροφές, δάπεδα κλπ. Τοποθέτηση θερμομονωτικών - αεροστεγών κουφωμάτων. Σωστός προσδιορισμός πάχους τοίχων για την εξασ(ράλιση της κατάλληλης «θερμικής μάζας». Μελέτη σκιασμού - ηλιασμού του κτιρίου. Προσθήκη παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης - δροσισμού στη Ν.Ν.Α. και Ν.Δ. πλευρά του κτιρίου. Μείωση της διείσδυσης του αέρα με την τοποθέτηση κατακόρυφων φρεάτων και κλιμακοστασίων. Μείωση της διείσδυσης του αέρα με την τοποθέτηση διπλών ή περιστρεφόμενων θυρών και ανεμοθραυστών στις κύριες εισόδους. Διαφοροποίηση της εσωτερικής διαρρύθμισης των χώρων και πρόβλεψη κατάλληλων ανοιγμάτων για να επιτυγχάνεται ο διαμπερής αερισμός που είναι απαραίτητος το καλοκαίρι.

15 Προσθήκη ηλιοπροστατευτικών ττετασμάτων / σκιάστρων στα παράθυρα, για την αποφυγή της υπερθέρμανσης το καλοκαίρι ιδιαίτερα στη Ν.Ν.Α. και στη Ν.Δ. πλευρά του κτιρίου. Χρήση «έξυττνων» συστημάτων αυτοματισμού (π.χ. κινούμενα πετάσματα κτλ.) σε επιλεγμένους χώρους του κτιρίου. Βελτίωση του φυσικού φωτισμού των χώρων με κατάλληλες διατάξεις στα παράθυρα και στα αίθρια (εάν υπάρχουν τέτοια). Κάλυψη αιθρίων (εάν υπάρχουν) με στόχο την αξιοποίησή τους στη θέρμανση, στο δρόσισμά και στη βελτίωση του φυσικού φωτισμού των χώρων του κτιρίου. Τοποθέτηση συστημάτων ηχοπροστασίας σε εκτεθειμένες στο θόρυβο πλευρές του κτιρίου. β) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από επεμβάσεις στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου. Κατάλληλη φύτευση ως εμπόδιο στους ψυχρούς χειμερινούς ανέμους. Κατάλληλη φύτευση φυλλοβόλων δέντρων στη Ν.Ν.Α. και Ν.Δ. πλευρά του κτιρίου. Χρήση στοιχείων νερού (συντριβάνια κλπ.) σε συνδυασμό με την επικρατούσα κατεύθυνση των καλοκαιρινών αερίων ρευμάτων για τη βελτίωση του μικροκλίματος γύρω από το κτίριο. Χρήση υπαίθριων σκιάστρων. Μεγιστοποίηση της επιφάνειας του πράσινου στον περιβάλλοντα χώρο. Χρήση ειδικού υλικού επίστρωσης του περιβάλλοντα χώρου μεγάλης απορροφητικότητας και χαμηλής εκπομπής θερμότητας. γ) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από τα ηλεκτρομηχανολογικά συστήματα του κτιρίου. (Συστήματα θέρμανσης - αερισμού - κλιματισμού)

16 Προσαρμογή των μεγεθών των μηχανημάτων θέρμανσης - κλιματισμού στις αναθεωρημένες συνθήκες εσωκλίματος των κτιρίων. Εφαρμογή συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας σε μεγάλους καταναλωτές του δευτερογενούς και τριτογενούς τομέα με χρήση Φυσικού Αερίου. Ανάτπυξη της τεχνολογίας απορρόφησης με φυσικό αέριο στον κλιματισμό των κτιρίων. Χρήση αντλιών θερμότητας Φυσικού Αερίου για θέρμανση και ψύξη κτιρίων. Θέρμανση και ψύξη κτιρίου κατά ζώνες προσανατολισμού. Βελτίωση της απόδοσης του συστήματος του λέβητα - καυστήρα με σωστή ρύθμιση της αναλογίας καυσίμου - αέρα και τοποθέτηση αυτομάτων συστημάτων ρύθμισης. Επιλογή περισσοτέρων μικρών λεβήτων αντί ενός μεγάλου λέβητα. Προθέρμανση του αέρα της καύσης για την αύξηση του βαθμού απόδοσης του λέβητα. Χρησιμοποίηση ψυκτικών συγκροτημάτων χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Μείωση θερμικών απωλειών του συστήματος διανομής με τη μόνωση των σωλήνων (θερμού και ψυχρού αέρα). Μείωση θερμικών απωλειών του συστήματος διανομής με τη μόνωση των αεραγωγών (θερμού και ψυχρού αέρα). Επιλογή μηχανημάτων και συσκευών μεγάλου βαθμού απόδοσης. Προσθήκη θερμιδομετρητών στα θερμαντικά σώματα. Εγκατάσταση συστήματος αυτομάτου ελέγχου και ρύθμισης της θερμοκρασίας όλων των χώρων του κτιρίου συναρτήσει της εξωτερικής θερμοκρασίας. Εξουδετέρωση φαινομένων ακτινοβολίας προς ψυχρές επιφάνειες. Μείωση του επιπέδου της σχετικής υγρασίας του αέρα. Μείωση της παροχής αερισμού των χώρων κατά τις εργάσιμες ώρες. Διακοπή του αερισμού των χώρων κατά τις μη εργάσιμες ώρες το χειμώνα. Πρόβλεψη νυχτερινού αερισμού των χώρων το καλοκαίρι.

17 Μείωση των αντιστάσεων στη ρσή θερμού νερού στις σωληνώσεις και αέρα στους αεραγωγούς. Μείωση των παροχών νερού και αέρα. δ) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από συστήματα φωπσμού του κτιρίου. Μεγιστοποίηση του φυσικού φωτισμού των χώρων. Σωστή επιλογή του συστήματος φωτισμού του κτιρίου. Κατάλληλα χρώματα περιβαλλουσών επιφανειών για την αύξηση του συντελεστή χρησιμοποίησης. Προσαρμογή στάθμης φωτισμού στις αναθεωρημένες συνθήκες εσωκλίματος. Χρήση λαμπτήρων υψηλής απόδοσης. Χρήση αυτοματισμών: - αφής / σβέσης με χρονικό προγραμματισμό σε κοινόχρηστους χώρους. - έντασης με βάση το διαθέσιμο φυσικό φωτισμό. Χρήση στραγγαλιστικών πηνίων (ballasts) με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας. Αύξηση της απόδοσης των φωτιστικών σωμάτων με τακτικό καθαρισμό περιοδική αντικατάσταση λαμπτήρων κλπ. Χρήση συμπληρωματικού τοπικού αντί αυξημένου γενικού ςκυτισμού σε ειδικές περιπτώσεις. Σβήσιμο των φώτων όταν δε χρειάζονται. ε) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από συστήματα παρασκευής και διανομή θερμού νερού χρήσης. Μείωση της παροχής του θερμού νερού στις αναθεωρημένες συνθήκες. Μείωση της θερμοκρασίας του παρασκευαζόμενου θερμού νερού στις αναθεωρημένες συνθήκες. 10

18 Μόνωση σωληνώσεων και boilers. Αντικατάσταση κεντρικού συστήματος παρασκευής θερμού νερού με τοπικούς θερμαντές νερού. Ανάκτηση της απορριτττόμενης θερμότητας και χρησιμοποίησή της για τη θέρμανση του νερού. Εγκατάσταση ηλιακών συστημάτων για την παραγωγή θερμού νερού χρήσης. Εγκατάσταση υβριδικών φωτοβολταΐκών συστημάτων συγκεντρωτικού τύπου για ταυτόχρονη παραγωγή θερμού νερού χρήσης και ηλεκτρικής ενέργειας. στ) Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας από συστήματα ανελκυστήρων. Μείωση της άσκοπης λειτουργίας των ανελκυστήρων με κατάλληλους αυτοματισμούς. Ακινητοποίηση ορισμένων ανελκυστήρων σε ώρες εκτός αιχμής. Ε.3 Κλιματικές συνθήκες σε συνδυασμό με την κατασκευή κτιρίων. [1] Η κατασκευή ενός κτιρίου αποτελεί τη δημιουργία ενός συστήματος που δένεται με το γύρω περιβάλλον και υπόκειται σε μια σειρά από επιδράσεις που σχετίζονται με τις εποχιακές και ημερήσιες αλλαγές των κλιματικών συνθηκών και τις ποικίλες απαιτήσεις των ενοίκων ως προς το χρόνο και το χώρο. Σε μερικά κτίρια του εικοστού αιώνα επιζητείται αποφυγή αυτών των αναπόφευκτων επιδράσεων με υποκατάστασή τους από πολυδάπανες συσκευές θέρμανσης, ψύξης και φωτισμού. Η σχέση μεταξύ των ατόμων, του χώρου διαβίωσης και του περιβάλλοντος επανεξετάζεται και καταλήγει σε μια αρχιτεκτονική που επιτρέπει μια δυναμική αλληλεπίδραση. Κατά τα τελευταία χρόνια τα θέματα αυτά αντιμετωπίζονται συνήθως στις μελέτες μετά τον καθορισμό της μορφής του κτιρίου με αποτέλεσμα να είναι υποχρεωτική η ανάγκη χρήσης συσκευών θέρμανσης, ψύξης και φωτισμού

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ως επιπρόσθετου εξοπλισμού που πρέπει να προσδιοριστεί και να εφαρμοστεί σε λίγο ή πολύ ολοκληρωμένα κτίρια. Αν και αυτό μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελεί μια πραγματικότητα ή βολική προσέγγιση, περιορίζεται η ευκαιρία να σχεδιαστούν κτίρια που να μπορούν να ανταποκριθούν στο περιβάλλον λόγω της μορφής τους και της ευφυούς χρήσης υλικών με περιορισμένη εξάρτηση σε μηχανήματα. Η επαναδιατύπακτη αυτής της δυνατότητας σχεδιασμού παρέχει μια διάσταση στη διαδικασία μελέτης που προσφέρει βάσιμες παραμέτρους ως γεννήτριες αρχιτεκτονικών μορφών. Για να επιτευχθεί αυτό απαιτείται η γνώση του κλίματος και ενημέρωση πάνω στις διαθέσιμες τεχνολογίες που μπορούν να εφαρμοστούν στο κτίριο. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός κτιρίου που εξασφαλίζει τις βέλτιστες ανάγκες του από το περιβάλλον δεν απαιτεί κάποια σημαντικά πρόσθετη δαπάνη και σε σύγκριση με κτίρια που παρέχουν υψηλής επίδοσης υπηρεσίες το κτίριο αυτό μπορεί να είναι πολύ πιο οικονομικό κατά τη λειτουργία του. Οι πληροφορίες για το κλίμα μπορεί να θεωρηθούν σε τρεις στάθμες : μακρόκλιμα, μεσόκλιμα και μικρόκλιμα. Τα μακροκλιματικά στοιχεία συγκεντρώνονται στους μετεωρολογικούς σταθμούς και περιγράφουν το γενικό κλίμα μιας περιοχής, δίνοντας λεπτομέρειες για τη ηλιοφάνεια, τον άνεμο, την υγρασία, τις ατμοσφαιρικές κατακρημνίσεις, τη θερμοκρασία κτλ. Τα μεσοκλιματικά στοιχεία, παρότι μερικές φορές είναι πιο δύσκολο να εξασφαλιστούν, συσχετίζονται με την τροποποίηση του μακροκλίματος ή του γενικού κλίματος από συγκεκριμένα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της τοποθεσίας όπως είναι οι πεδιάδες, τα βουνά, μεγάλες ποσότητες νερού και το είδος μεγάλης κλίμακας βλάστησης ή άλλης κάλυψης του εδάφους ή με την εμφάνιση εποχιακών ψυχρών ή θερμών ανέμων. Στη μικροκλιματική στάθμη μπορεί να θεωρηθεί η ανθρώπινη επίδραση στο περιβάλλον και το πώς αυτή τροποποιεί τις συνθήκες κοντά στα κτίρια. Για παράδειγμα, η φυτεμένη βλάστηση και τα γειτονικά κτίρια ασκούν επίδραση στην έκθεση μιας τοποθεσίας στον ήλιο και στον άνεμο. Το νερό και η βλάστηση επηρεάζουν την υγρασία και ο χωροταξικός σχεδιασμός της πόλης τροποποιεί τη διεύθυνση του ανέμου, την ένταση και τη θερμοκρασία του αέρα. Όλα τα κτίρια έχουν μια βασική λειτουργία, να περικλείουν χώρο που παρέχει ένα εσωτερικό περιβάλλον κατάλληλο για κατοικία. Αυτή με τη σειρά της δίνει την ευκαιρία να δημιουργούνται καλυμμένοι άνετοι χώροι γύρω από

20 ΕΙΣΑΓΩΓΗ TO κτίριο που μπορεί να έχουν σημαντική ευχάριστη χρησιμότητα ορισμένες περιόδους το χρόνο. Οι εξωτερικοί αυτοί χώροι μπορεί να έχουν ωφέλιμο αποτέλεσμα στο εσωτερικό περιβάλλον του κτιρίου με ελαχιστοποίηση της ανάγκης για τεχνική θέρμανση ή ψύξη. Η διαμόρφωση του κτιρίου και η διάταξη των χώρων σύμφωνα με τη λειτουργία γίνονται σημαντικές όσο και η επιλογή των συστημάτων ή των διατάξεων για τον έλεγχο της φυσικής θέρμανσης ή ψύξης του κτιρίου.

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1.1 Παθητικά ηλιακά συστήματα. [4,7] Η κατασκευή των σπιτιών επηρεαζόταν ανέκαθεν από τις κλιματολογικές συνθήκες κάθε τόπου και ιδιαίτερα από τον ήλιο, ήταν δηλ. κατασκευή εναρμονισμένη προς το φυσικό περιβάλλον και προσέφερε στα άτομα μια συνεχή, ανεξάρτητη από το χρόνο, δυναμική ζωτική ενέργεια. Κάθε σπίτι μπορούσε να επωφεληθεί από τον ήλιο και το εξωτερικό περίβλημά του μπορούσε να απορροφήσει θερμότητα και να τη μεταφέρει στο εσωτερικό του. Αργότερα οι άνθρωποι έμαθαν να εκμεταλλεύονται τον ήλιο για να βελτιώνουν τις εσωτερικές συνθήκες της κατοικίας τους, με την εκλογή των κατάλληλων υλικών κατασκευής και στον προσανατολισμό του σπιτιού τους. Η θέρμανση είναι η πιο πρόδηλη πλευρά της ηλιακής ενέργειας. Η ηλιακή ακτινοβολία μέσα από τα παράθυρα, τους τοίχους, τα υαλόφρακτα γενικά ανοίγματα και το δώμα δίνει τη δυνατότητα δραστικής ελαττώσεως της ενέργειας για τη θέρμανση των κτιρίων και την κάλυψη όλων σχεδόν των αναγκών τους που απαιτούν ενέργεια. Όταν σε ένα κτίριο η ροή της θερμότητας γίνεται με φυσικούς τρόπους, όπως δια της αγωγής, της μεταφοράς και της ακτινοβολίας και η ηλιακή ενέργεια συνεισφέρει πάνω από το μισό της ολικής εξωτερικής ενέργειας που απαιτείται για θέρμανση, το κτίριο θεωρείται σαν ηλιακή παθητική κατασκευή. Από τις πολλές κατασκευές που έγιναν τα τελευταία χρόνια σε πολλά μέρη του κόσμου και από τις μαρτυρίες των ατόμων που κατοικούν σ αυτές, αποδεικνύεται ότι η παθητική συλλογή ενέργειας δίνει πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα, αναφορικά με τη θερμική άνεση και ιδιαίτερα την ελάττωση της δαπάνης καυσίμων. Το σύστημα αυτό είναι το πλέον οικονομικό για τη θέρμανση όπως και την ψύξη των κτιρίων, γιατί δεν απαιτεί μηχανικά μέσα, όπως συλλέκτες, αντλίες, ανεμιστήρες κτλ. Με τη χρησιμοποίηση κατάλληλων υλικών και της σχετικής τεχνολογίας αφήνεται στη φύση να εκτελέσει τα υπόλοιπα. Πράγματι, το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται ένα κτίριο μέσα από τα μεσημβρινά παράθυρα μετατρέπεται σε θερμότητα, απορροφάται και 14

22 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ αποταμιεύεται στα βαριά υλικά της κατασκευής, το μπετόν, την πέτρα, τα τούβλα για να χρησιμοποιηθεί αργότερα Παθητική θέρμανση. ΧΟΡνΤΣ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ, ουεοα πλιπκά κέρδη ΤΟΙΧΟΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ερμεοα ηλιακα κέρδη ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ ΠΡΟΣΑΡΤΗΜΕΜΟ ΣΤΟ ΝΟΤΙΟ ΤΟΙΧΟ. έμμεσα ηλιακα κέρδη Σχήμα 1.1 : Σχηματική παράσταση των τριών βασικότερων παθητικών ηλιακών συστημάτων. Η παθητική συλλογή ηλιακής ενέργειας γίνεται με τα εξής συστήματα; α) Με το σύστημα του «απ ευθείας ηλιακού κέρδους» (άμεσο ηλιακό κέρδος ). Το σύστημα αυτό είναι το απλούστερο, γιατί δεν απαιτεί παρά μόνο μεγάλη υαλόφρακτη επιφάνεια (παράθυρα με διπλά τζάμια), προσανατολισμένη προς τη μεσημβρία και μονωμένη εξωτερικά κατασκευή με σημαντική θερμική μάζα από μπετόν, τούβλα ή πέτρα με τα οποία θα είναι κατασκευασμένα κυρίως το δάπεδο και οι τοίχοι.

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Αποτελούνται κυρίως από ένα καλά μονωμένο κτίριο με μια σχετικά μεγάλη νότια προσανατολισμένη επιφάνεια με τζάμι που δέχεται τις ακτίνες του χειμερινού ήλιου υπό μικρή γωνία. Τα συστήματα άμεσου κέρδους χρησιμοποιούν τους χώρους που καταλαμβάνει το κτίριο για τη συλλογή, την αποθήκευση και τη διανομή της ηλιακής θερμότητας και εφόσον είναι σωστά σχεδιασμένα, μπορεί να αποτελέσουν την πιο αποτελεσματική και πρακτική λύση για τις Ευρωπαϊκές συνθήκες. Το θέρος, το μεγάλο ύψος του ήλιου περιορίζει την ακτινοβολία που μεταδίδεται από τα τζάμια και ένα προστέγασμα μπορεί να αποκλείσει τελείως τσν ήλιο. Το κτίριο χρειάζεται θερμική μάζα για να αποθηκεύσει θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας και να την επανεκπέμψει τη νύχτα. Σχήμα 1.2 :Σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους. Λειτουργία ; ήλιος - χώρος μάζα ^ μόνωση τζάμι - Η τοποθέτηση θερμικής μάζας έχει δύο σκοπούς. Ο πρώτος είναι η εξομάλυνση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό της κατοικίας ακόμα και όταν οι εξωτερικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι έντονες και ο δεύτερος είναι να δημιουργήσει την απαραίτητη χρονική καθυστέρηση στην απόδσση της θερμότητας μέσα στην κατοικία, ώστε να επιτρέπεται η θέρμανση και μετά τη δύση του ηλίου.

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Η θερμική μάζα είναι συνήθως υπό τη μορφή εξωτερικά μονωμένων χτισμένων τοίχων ή με ένα συμπαγές πάτωμα με υποδαπέδια θέρμανση. Ο ήλιος ακτινοβολεί κατευθείαν στη θερμική μάζα, η ενέργεια αποθηκεύεται και επιτυγχάνονται διακυμάνσεις στη θερμοκρασία των κατωτέρω στρωμάτων του αέρα. Τα στοιχεία της θερμικής μάζας είναι κατασκευασμένα συνήθως από βαριά υλικά, δηλαδή υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα, που έχουν την ικανότητα να απελευθερώνουν την αποθηκευμένη σε αυτά θερμότητα μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα το οποίο εξαρτάται από το είδος του υλικού. Στην Ελλάδα τα κύρια δομικά υλικά που χρησιμοποιούμε για τις θερμικές μάζες είναι το μπετόν, το τούβλο και η πέτρα. Με αυτόν τον τρόπο το σπίτι μπορεί να θερμαίνεται και όταν δεν υπάρχει ήλιος, δηλαδή κατά τη διάρκεια της νύχτας ή σε περιόδους συννεφιάς. Η φυσική κίνηση του θερμού αέρα ζεσταίνει και τα άλλα δωμάτια της κατοικίας. Το καλοκαίρι που ο ήλιος έχει μεγάλο ύψος η προστπτττουσα ηλιακή ακτινοβολία είναι ελαττωμένη και ένα προστέγασμα μπορεί να την αποκλείσει τελείως. Εκτός από τη θερμική μάζα ουσιαστικό ρόλο στην απόδοση του συστήματος έχει η κλίση και το είδος των υαλοπινάκων που θα χρησιμοποιηθούν για τα ανοίγματα. Το κατακόρυφο υαλοστάσιο είναι προτιμότερο, γιατί έχει σχεδόν τον περισσότερο ηλιασμό το χειμώνα και ενώ το θέρος και τα κέρδη από ένα κατακόρυφο υαλοστάσιο είναι μικρότερα από αυτά που εξασφαλίζονται αν το υαλοστάσιο είναι υπό άλλες γωνίες, επειδή ο ήλιος είναι ψηλά στον ουρανό και η ηλιακή δέσμη έχει κατά συνέπεια υψηλή γωνία πρόσπτωσης. Κεκλιμένο υαλοστάσιο με μικρή γωνία ως προς τον ορίζοντα ( π.χ. 30 ) μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση το θέρος ενώ δίνει χαμηλά κέρδη το χειμώνα. Ο μελετητής πρέπει να επιλέξει ποιο τύπο υαλοστασίου θα χρησιμοποιήσει, απλό τζάμι ( μονό ή διπλό ) ή τους καινούριους τύπους υαλοστασίων που έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά. Ο δεύτερος υαλοπίνακας περιορίζει σε κάποιο μικρό βαθμό την εισρέουσα ακτινοβολία, το μονωτικό του αποτέλεσμα όμως είναι σημαντικό. Τα παράθυρα πρέπει να διαθέτουν σταθερά ή κινητά σκέπαστρα, ώστε να εξασφαλίζεται αποτελεσματική σκίαση τους ζεστούς μήνες του καλοκαιριού, χωρίς να εμποδίζεται το χειμώνα η ηλιακή ακτινοβολία. 17

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ολόκληρη η κατασκευή γίνεται ένας συλλέκτης ηλιακής ενέργειας μέσα στον οποίο κατοικούν οι άνθρωποι. Η μεσημβρινή υαλόφρακτη επιφάνεια δέχεται τη μέγιστη ποσότητα ηλιακής ενέργειας τους ψυχρούς χειμωνιάτικους μήνες, που ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά στον ουρανό και την ελάχιστη ποσότητα το καλοκαίρι, όταν ο ήλιος βρίσκεται ψηλά. Έτσι υπάρχει από τη φύση ο βασικός εποχικός έλεγχος του συστήματος. β) Δεύτερος τρόπος παθητικού συστήματος είναι «ο τοίχος θερμικής αποταμιεύσεως» ( έμμεσο ηλιακό κέρδος ), ο οποίος δεσμεύει την ηλιακή ενέργεια που περνάει το τζάμι και την αποταμιεύει. Η ενέργεια αυτή, ύστερα από ένα χρονικό διάστημα που εξαρτάται από το υλικό και το πάχος του τοίχου, εμφανίζεται στην εσωτερική του επιφάνεια με την ύψωση της θερμοκρασίας της. Ο τοίχος θερμικής αποταμιεύσεως κατασκευάζεται από μπετόν ή γερά τούβλα ή ακόμη από δοχεία με νερό. Είναι βαμμένος μαύρος ή με σκούρο χρώμα και τοποθετείται μερικά εκατοστά ( cm ) πίσω από ένα διπλό τζάμι. Όλες οι λειτουργίες του συστήματος αυτού, όπως : συλλογή, αποταμίευση, διανομή, έλεγχος και ρύθμιση, είναι τοποθετημένες στον τοίχο αποταμιεύσεως, μεσημβρινού προσανατολισμού και πρακτικά δε διαχωρίζονται. Μόνο η ενέργεια που μεταβιβάζεται στο χώρο με φυσική κυκλοφορία του αέρα μπορεί να διαχωριστεί από αυτή που μεταβιβάζεται με αγωγή μέσα από τον τοίχο.

26 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Σχήμα 1.3 Τοίχος θερμικής αποθήκευσης. Η τοιχοποιία βρίσκεται στη νότια πλευρά του κτιρίου. Η ηλιακή ενέργεια, που διαπερνά τη γυάλινη επιφάνεια, εγκλωβίζεται στο χώρο ανάμεσα στο γυαλί και τον τοίχο, μετατρέπεται σε θερμότητα και απορροφάται από τη μάζα της τοιχοποιίας. Ο κύριος μηχανισμός θερμάνσεως του σπιτιού γίνεται με ακτινοβολία και μεταφορά από τη θερμική ενέργεια που μεταφέρεται με αργό ρυθμό μέσα από τον παχύ τοίχο προς την εσωτερική του επιφάνεια και η οποία στη συνέχεια διαχέεται προς το εσωτερικό του σπιτιού. Ο χρόνος μεταβιβάσεως της θερμότητας από την εξωτερική στην εσωτερική επιφάνεια του τοίχου είναι 9-10 ώρες, για πάχος τοίχου 40 οπι περίπου και υλικό μπετόν. Η ταχύτητα διάδοσης της θερμότητας με αγωγή μέσα από τα συνήθη βαριά υλικά ( μπετόν, τούβλα, πέτρα ) είναι 3,7 ως 4 cm/hr και εξαρτάται, εκτός από την αγωγιμότητα του υλικού, και από το περιεχόμενό του σε υγρασία. Αναφορικά με το μπετόν, το τελικό του περιεχόμενο σε υγρασία επιτυγχάνεται ύστερα από μερικά χρόνια και κατά το χρόνο αυτό το μπετόν, όπως και τα άλλα υλικά δεν έχουν τα οριστικά τους θερμικά χαρακτηριστικά. Μέρος της ενέργειας που μεταβιβάζεται με αγωγή χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα για να κινεί ελεύθερα μόρια νερού μέσα από τους πόρους του υλικού. Το μειονέκτημα αυτό μετριάζεται με τη χρησιμοποίηση υλικών που δεν παρουσιάζουν το πρόβλημα της υγρασίας όπως βαριά τούβλα, πέτρες ή προκατασκευασμένα μπλοκ μπετόν στεγνωμένα σε φούρνο. Το 30% περίπου της ενέργειας που αποταμιεύεται, μεταβιβάζεται με μεταφορά με φυσική κυκλοφορία από ανοίγματα εφοδιασμένα με τάμπερ. Τα ανοίγματα κατασκευάζονται στο επάνω και κάτω μέρος του τοίχου και μπορεί ακόμη να προστεθεί σε αυτά ένας μικρός ανεμιστήρας. Η κυκλοφορία του αέρα μέσα από τα ανοίγματα μπορεί να προσθέσει ή να αφαιρέσει θερμότητα από το χώρο και ο ανεμιστήρας να ρυθμίσει τη θερμοκρασία. Η φυσική κυκλοφορία ξεκινάει μόλις η ηλιακή ενέργεια αρχίσει να θερμαίνει τον τοίχο και συνεχίζεται με απόδοση 2-3 ώρες μετά την απομάκρυνση του ήλιου, ανάλογα με την ποσότητα ενέργειας που αποταμιεύτηκε και τις καιρικές

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΓΑΘΗΤίΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ συνθήκες. Ο ρυθμός κυκλοφορίας του αέρα αυξάνει και παίρνει μια μεγίστη τιμή, που παραμένει περίπου σταθερή παρά τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμοκρασίας της επιφάνειας απορροφήσεως και της μέσης θερμοκρασίας του αέρα του χώρου. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να φθάσει, στο μέσο του ύψους του τοίχου, τους C. Η τοποθέτηση του τοίχου θερμικής αποταμιεύσεως σε μεγάλη απόσταση από το τζάμι, για να είναι δυνατή η προσπέλαση στο χώρο μεταξύ του παραθύρου και του τοίχου δε συνίσταται γιατί καταργείται το ρεύμα του αέρα μεταφοράς, επειδή ο αέρας δεν είναι αρκετά θερμός. Σήμερα έχει μελετηθεί τοίχος θερμικής αποταμιεύσεως γυάλινος ημιδιαφανής ο οποίος αποτελείται από δύο γυάλινες εξωτερικές επιφάνειες και φέρει στο εσωτερικό του ημιδιαφανές κρύσταλλο που τον χωρίζει σε δύο διαμερίσματα. Ο τοίχος είναι γεμάτος νερό και λετπές διαςκινείς επιφάνειες εμποδίζουν τη δημιουργία ρευμάτων μεταφοράς. Η θερμότητα αποταμιεύεται κατ ευθείαν στη μάζα του τοίχου και ο χρόνος μεταβιβάσεώς της στην εσωτερική του επιφάνεια είναι σχετικά μικρός. Με το σύστημα αυτό ο χώρος θερμαίνεται, αλλά και φωτίζεται από το κλάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας που διαχέεται. γ) Τρίτος τρόπος εφαρμογής των παθητικών ηλιακών συστημάτων είναι η κατασκευή ενός θερμοκηπίου μπροστά από ένα μεσημβρινό εξωτερικό τοίχο του κτιρίου (τοίχος θερμικής αποταμιεύσεως ). Με το σύστημα αυτό η ηλιακή ενέργεια παρέχει όλη τη θερμότητα που χρειάζεται το θερμοκήπιο και ουσιαστική ενέργεια για τη θέρμανση του σπιτιού. Το θερμοκήπιο δρα σαν κατευναστής, μειώνει τις απώλειες θερμότητας της κατοικίας το χειμώνα και την ηλιακή ενέργεια το καλοκαίρι, επίσης μετριάζει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μέσα στο σπίτι. Η θερμοκρασία μέσα στο θερμοκήπιο δε χρειάζεται ακριβή έλεγχο, αλλά πρέπει να είναι αρκετά υψηλή, ώστε να μην παγώνουν τα φυτά. Ο θερμός αέρας του θερμοκηπίου μπορεί να διοχετευθεί μέσα στο σπίτι, ενώ θερμότητα αποταμιεύεται στον ενδιάμεσο τοίχο. Αν το ηλιακό θερμοκήπιο γίνει ένα είδος κλειστής βεράντας, τότε παρέχει το χειμώνα ευχάριστη διαμονή και αρκετή θερμότητα για το σπίτι.

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα προσαρτημένα θερμοκήπια στα κτίρια, αποτελούν συνήθως κλειστούς χώρους με μεγάλο ποσοστό γυάλινης επικάλυψης στη νότια πλευρά και τοίχο θερμικής αποθήκευσης ή άλλο μέσο αποθήκευσης θερμότητας για τη θέρμανση των χώρων του κυρίως κτιρίου από την ηλιακή ενέργεια. Το θερμοκήπιο την ημέρα, όπου υπάρχει ηλιοφάνεια, λειτουργεί ως διάφανη επιλεκτική επιφάνεια, αφήνοντας να περνά όλη η ηλιακή ακτινοβολία, ενώ μειώνει τις απώλειες θερμότητας από την ακτινοβολία μεγάλου μήκους γιατί απορροφάται από τις επιφάνειες και τη θερμική μάζα του θερμοκηπίου. A 1. άμεση είαοοος της ηλιακής ακτινοβολίας 2. νυχτερινή φύ^η με αγωγιμότητα. 3. απορρόφηση της ακτινοβολίας από τον τοίχο και είσοδος από τα ανοίνμστα. Α. απόδοση θερμότητας με χρονική καουοτέρηση- Σχήμα 1.4 :Θερμική λειτουργία θερμοκηπίου, που συνδέεται με γυάλινη επιφάνεια ( A ) ή με τοίχο θερμικής αποθήκευσης ( Β ). Τη νύχτα το θερμοκήπιο αποβάλλει με ακτινοβολία προς την ατμόσφαιρα, όση θερμότητα συγκέντρωσε την ημέρα λόγω της μεγάλης γυάλινης επιφάνειας. Το θερμικό κέρδος χάνεται υπό τη μορφή θερμικών απωλειών και το θερμικό ισοζύγιο μετατρέπεται σε αρνητικό. Ακόμη ο αέρας που βρίσκεται μέσα στο θερμοκήπιο παρέχει μεγάλη ποσότητα υδρατμών λόγω της βλάστησης. Στη διάρκεια της νύχτας η εσωτερική επιφάνεια του τζαμιού ψύχεται και η θερμοκρασία του αέρα πέφτει προσεγγίζοντας το σημείο κορεσμού, οπότε οι υδρατμοί υγροποιούνται. Έτσι αποβάλλεται και η λανθάνουσα θερμότητα των υδρατμών που χάνεται με αγωγή και ακτινοβολία προς τα έξω.

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Το καλοκαίρι η θερμική συμπεριφορά του θερμοκηπίου αντιστρέφεται. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας την ημέρα είναι αυξημένη και το εσωτερικό περιβάλλον του θερμοκηπίου περνά από συνθήκες υπερθέρμανσης σε μία νυχτερινή ανεπαρκή ψύξη. Η εφαρμογή του συστήματος θερμοκηπίου χωρίς καμιά άλλη ρύθμιση και προστασία δεν είναι συμφέρουσα. Ωστόσο με τις κατάλληλες ρυθμίσεις, τη θερμική προστασία το χειμώνα και την ηλιοπροστασία το καλοκαίρι τα μειονεκτήματα ελαχιστοποιούνται και διατηρούνται τα πλεονεκτήματα του θερμοκηπίου. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του προσαρτημένου στο κτίριο θερμοκηπίου είναι ο προσανατολισμός του, το μέγεθός του, η κλίση του υαλοστασίου, τα υλικά κατασκευής και η σύνδεσή του με στοιχεία θερμικής αποθήκευσης του κτιρίου. Το θερμοκήπιο που βρίσκεται στη νότια πλευρά του κτιρίου σε σχήμα επίμηκες κατά τον άξονα ανατολής - δύσης, αποτελεί την καλύτερη και πιο αποδοτική μορφή για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας το χειμώνα. Το μέγεθος του θερμοκηπίου προσδιορίζεται σε συνάρτηση με το μέγεθος του εσωτερικού χώρου και των αναγκών σε θέρμανση. Η καλύτερη κλίση του υαλοστασίου είναι σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο. Τα υλικά κατασκευής του θερμοκηπίου πρέπει να είναι διαφανή, από γυαλί ή πλαστικό προκειμένου να δεσμεύεται το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος το προσαρτημένο στο κτίριο θερμοκήπιο λειτουργεί αποδοτικότερα όταν συνδεθεί με ένα σύστημα θερμικής αποθήκευσης όπου η καλύτερη λύση είναι ο διαχωρισμός του θερμοκηπίου από την κατοικία με τοίχο κατασκευασμένο με υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας. δ) Σαν τελευταίο τύπο παθητικού ηλιακού συστήματος μπορούμε να αναφέρουμε την «ηλιακή λίμνη» που κατασκευάζεται πάνω στο δώμα Στο σύστημα αυτό η θερμική αποταμίευση γίνεται στο δώμα του κτιρίου και επειδή πρόκειται για οριζόντιο σύστημα η επιφάνεια της λίμνης δέχεται τη μεγάλη ποσότητα ενέργειας το καλοκαίρι και τη μικρή το χειμώνα. Το σύστημα αυτό απαιτεί τη χρήση κινητού μονωτικού καλύμματος το οποίο κατά το χειμώνα χρησιμοποιείται τη νύχτα, για να διατηρήσει τη θερμότητα που αποταμιεύθηκε και το καλοκαίρι την ημέρα, για να αποτρέψει την ηλιακή ακτινοβολία. Το σύστημα προσφέρεται πολύ περισσότερο για ψύξη το καλοκαίρι και εργάζεται πολύ ικανοποιητικά σε χαμηλότερα γεωγραφικά 22

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ πλάτη και σε μικρά σπίτια. Η λίμνη έχει μικρό βάθος, περίπου 5 cm, και το νερό βρίσκεται μέσα σε πλαστικούς σάκους. Το δώμα πάνω στο οποίο κατασκευάζεται η λίμνη πρέπει να είναι πολύ αγώγιμο. Η θερμότητα που αποταμιεύεται το χειμώνα ακτινοβολείται κατ ευθείαν στους κάτω από τη λίμνη χώρους, ενώ το καλοκαίρι το νερό της λίμνης απορροφά τη νύχτα τη θερμότητα από τους χώρους και την ακτινοβολεί στο διάστημα, όταν αφαιρεθεί το κάλυμμα. Η στρωμάτωση του νερού μέσα στη λίμνη είναι μειονεκτική το χειμώνα, γιατί το ζεστό νερό βρίσκεται στην επιφάνεια της λίμνης και οι απώλειες θερμότητας είναι αυξημένες, αλλά το καλοκαίρι βοηθάει την ψύξη, επειδή το ψυχρό νερό βρίσκεται προς την οροφή του σπιτιού Εφαρμογές παθητικών ηλιακών συστημάτων. [2,5,7] α) Τοίχος Trombe - Michel Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα τοίχου θερμικής αποθήκευσης είναι ο τοίχος Trombe - Michel που μελετήθηκε στη Γαλλία από τον καθηγητή F.Trombe και τον αρχιτέκτονα J.Michel του ερευνητικού κέντρου C.N.R.S. Ο τοίχος αυτός εφαρμόστηκε στα πρώτα πειραματικά ηλιακά σπίτια στο Odeillo της Γαλλίας το Το σύστημα του τοίχου Trombe αποτελείται από συμπαγή τοίχο μεγάλης θερμοχωρητικότητας από σκυρόδεμα, πάχους cm, βαμμένο σε σκούρο χρώμα, συνήθως μαύρο, στην εξωτερική του πλευρά. Σε απόσταση 3 cm υπάρχει γυάλινη επιφάνεια. Στο πάνω και κάτω μέρος του τοίχου υπάρχουν θυρίδες που διευκολύνουν την κίνηση του αέρα, ενώ θυρίδα υπάρχει και στο πάνω μέρος του υαλοστασίου.

31 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 7 * σνοαίιιτνη οκτηντ]$οηα ατύ τη γυσ>ννη tn 7. θορ ΐ«ττρσπ(Μ κτοφ«ρετα3 απ»τττν<σΐ9 0 ''οα το Σχήμα 1.5 : Λειτουργία τοίχου Trombe. Η λειτουργία του συστήματος βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοσιφωνισμού και πραγματοποιείται με την κυκλοφορία του αέρα στο χώρο ανάμεσα στο γυαλί και τον τοίχο και μέσα από τις θυρίδες λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας. Στη διάρκεια της ημέρας, όταν σ ήλιος προσπίπτει στο γυαλί, θερμαίνει τον αέρα που βρίσκεται ανάμεσα στο τζάμι και τον τοίχο. Ο θερμός αέρας κινείται προς τα πάνω και μέσα από τη θυρίδα μπαίνει στον εσωτερικό χώρο. Ταυτόχρονα ψυχρότερος αέρας από τον εσωτερικό χώρο, μπαίνει από την κάτω θυρίδα και αντικαθιστά το κενό που δημιουργήθηκε. Στη διάρκεια της νύχτας η λειτουργία προφανώς αντιστρέφεται. Οι δύο θυρίδες κλείνουν, πάνω και κάτω και η θέρμανση του χώρου πετυχαίνεται με την ακτινοβολία της αποθηκευμένης θερμότητας στον τοίχο. Το καλοκαίρι η λειτουργία του τοίχου Trombe αντιστρέφεται. Η επάνω θυρίδα κλείνει ενώ ταυτόχρονα ανοίγει ένα τμήμα του υαλοστασίου στο επάνω μέρος έτσι ώστε να απομακρύνεται ο ζεστός αέρας προς τα έξω. Επίσης με συστήματα ηλιοπροστασίας απλά, μια και πρόκειται για νότιο προσανατολισμό, μπορεί να αποκλειστεί εντελώς η άμεση πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας. Για να γίνει κατανοητό πόσο σημαντική είναι η ύπαρξη θυρίδων αρκεί να αναφέρουμε ότι ένας εσωτερικός χώρος μετρίων διαστάσεων θα ικανοποιούσε το 70% των θερμικών του αναγκών με τοίχο χωρίς θυρίδες, ενώ αν υπήρχαν αυτά τα ανοίγματα ( τοίχος Trombe ) το ποσοστό αυτό θα άγγιζε το 80%. 24

32 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Στο επόμενο σχήμα παρουσιάζεται ποιοτκή λειτουργία του τοίχου Trombe κατά το καλοκαίρι και το χειμώνα, ημέρα και νύχτα. Σχήμα 1.6 :Σχηματική παράσταση του τοίχου Trombe χειμώνα - καλοκαίρι, ημέρα και νύχτα. β) Τοίχος νερού. Προωθώντας την έρευνα του τοίχου θερμικής αποθήκευσης, κυρίως οι ερευνητές στην Αμερική, μελέτησαν και εφάρμοσαν μια άλλη μορφή, τον τοίχο νερού, πίσω από μια γυάλινη επιφάνεια, με νότιο προσανατολισμό. Η λειτουργία του συστήματος βασίζεται στη μεγάλη θερμοχωρητική ικανότητα του νερού, που αποθηκεύει μεγαλύτερα ποσά θερμότητας σε σχέση με οποιοδήποτε άλλο υλικό και έχει σημαντική θερμική απόδοση. Το πλεονέκτημα που παρουσιάζουν οι τοίχοι νερού είναι ότι, απαιτούνται μικρότερες επιφάνειες τοίχου, σε σχέση με τους άλλους τοίχους θερμικής αποθήκευσης, από μπετόν, πέτρα, τούβλο κλπ. Ως μειονέκτημα μπορεί να θεωρηθεί το γεγονός ότι, όπως θερμαίνεται ομοιόμορφα παρουσιάζει την ίδια θερμοκρασία τόσο στην εξωτερική, όσο και στην εσωτερική του επιφάνεια, και κατά συνέπεια η ακτινοβολία θερμότητας το βράδυ, συμβαίνει και προς τις δύο κατευθύνσεις, μέσα και έξω. Αυτή η

33 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ αδυναμία μπορεί να αντιμετωπιστεί με νυχτερινή θερμική μόνωση στην εξωτερική πλευρά. Σχήμα 1.7 ; Θερμική αποθήκευση σε τοίχο νερού. Η λειτουργία του ημέρα και νύχτα. Παραλλαγή του συστήματος θερμικής αποθήκευσης στη μάζα του νερού, αποτελεί η οροφή νερού, όπου πλαστικοί σάκοι, γεμάτοι νερό, τοποθετούνται πάνω από την πλάκα του κτιρίου. Η ηλιακή θερμότητα συσσωρεύεται μέσα στη μάζα του νερού στη διάρκεια της ημέρας και αποδίδεται σταδιακά στον εσωτερικό χώρο τη νύχτα. Προϋπόθεση για να λειτουργήσει το σύστημα αποτελεσματικά είναι η νυχτερινή προστασία με εξωτερική μόνωση. Το σύστημα θερμικής αποθήκευσης στην οροφή νερού προσαρμόζεται τόσο το χειμώνα για τη θέρμανση, όσο και το καλοκαίρι για τη φυσική ψύξη του κτιρίου. Το μεγάλο μειονέκτημα αυτού του συστήματος είναι το αυξημένο κόστος της κατασκευής και οι πρόσθετες στατικές επιβαρύνσεις του κτιρίου Το κτίριο σαν ηλιακός συλλέκτης. [2,7] Το ηλιακό σπίτι πρέπει να σχεδιασθεί πάνω στην αρχή του ηλιακού συλλέκτη, που όταν λάμπει ο ήλιος συλλέγει ηλιακή ενέργεια και την αποταμιεύει, για να χρησιμοποιηθεί αργότερα και παύει να δουλεύει όταν δεν προσβάλλεται από τον ήλιο ή όταν συλλέξει αρκετή ενέργεια. Ο καλύτερος τρόπος εφαρμογής της ηλιακής ενέργειας στη θέρμανση των κτιρίων είναι να

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ συλλέγουν και να αποταμιεύουν την ηλιακή ενέργεια τα ίδια τα κτίρια, με άλλα λόγια να επιδιώκεται στην κατασκευή η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας μέσα στα κτίρια κατ ευθείαν από τα παράθυρα και έμμεσα από τους τοίχους και την οροφή. Επομένως πρέπει: Το κτίριο να ενεργεί σαν ηλιακός συλλέκτης, που θα αφήνει την ηλιακή ακτινοβολία να μπαίνει μέσα σε αυτό, όταν χρειάζεται θερμότητα και να την εμποδίζει, όταν δεν τη χρειάζεται. Αυτό μπορούμε να το επιτύχουμε με τον προσανατολισμό του κτιρίου, το σχήμα, το χρώμα του, την τοποθέτηση των παραθύρων, των μέσων σκιάσεως και γενικά με το σχεδίασμά του κτιρίου έτσι που να μεγιστοποιείται η ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται απ αυτό το χειμώνα και να ελαχιστοποιείται το καλοκαίρι. Το κτίριο να αποταμιεύει τη θερμότητα που συλλέγει για να τη χρησιμοποιήσει τη νύχτα και κατά τα διαστήματα που δεν υπάρχει ηλιοφάνεια. Τούτο μπορούμε να το πετύχουμε με τη θερμομάζα του κτιρίου (τη βαριά κατασκευή, μπετόν, τούβλο ή πέτρα ). Το κτίριο να εκμεταλλεύεται σωστά τη θερμότητα από την ηλιακή ενέργεια, είναι απαραίτητο να μπορεί να την εμποδίζει να διαφεύγει προς το περιβάλλον. Αυτό γίνεται με την καλή μόνωση, τα στεγανά παράθυρα, τα διπλά τζάμια και το κλείσιμο των χαραμάδων γύρω από τα πλαίσια των κουφωμάτων Παραδείγματα χρησιμοττοίησης παθητικών συστημάτων. [3] Στην ενότητα αυτή παρουσιάζουμε μερικά παραδείγματα χρησιμοποίησης παθητικών συστημάτων. Στις επόμενες σελίδες βλέπουμε τέσσερα σπίτια που κτίστηκαν και λειτουργούν με βάση τη χρήση παθητικών ηλιακών συστημάτων.

35 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Φωτογραφία 1 :Βέλγιο, ιδιωτική κατοικία του Η άριστη προσαρμογή στην τοπογραφία της περιοχής, του προσανατολισμού και η χρήση, μόνο ενός ενσωματωμένου θερμοκηπίου, πέτυχαν μείωση των αναγκών θέρμανσης κατά 33%. Φωτογραφία 2 : Βαρκελώνη, Ισπανία. Συγκρότημα έξι, κατά σειρά, κατοικιών που οργανώθηκαν σε τέσσερα επίπεδα. Μόνο τα παθητικά

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ηλιακά συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν αποδίδουν το 67% των ετήσιων αναγκών θέρμανσης. Φωτογραφία 3 :Bourneville, Αγγλία. Ηλιακό κτίριο για τη στέγαση ατόμων τρίτης ηλικίας. Σχεδιάστηκε με τρόπο ώστε να αξιοποιήσει, στο μέγιστο τις θερμικές απολαβές από τον ήλιο και χρησιμοποιήθηκαν παθητικά ηλιακά συστήματα, όπως θερμοκήπια και τοίχοι αποθήκευσης που συνεισφέρουν το 51% της θέρμανσης. Φωτογραφία 4 : Αγγλία. Το υψηλό επίπεδο θερμομόνωσης και η χρήση παθητικών ηλιακών συστημάτων πέτυχαν μείωση των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων κατά 61%. 29

37 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΎΣΤΗΜΑ Παθητική ή φυσική ψύξη. [22] Στις θερμές περιοχές για να εξασφαλισθούν ανεκτές συνθήκες άνεσης κατά το θέρος πρέπει να καταβάλλεται προσπάθεια ελαχιστοποίησης της εσωτερικής θερμοκρασίας και εξασφάλιση δραστικού αερισμού με κατάλληλες μεθόδους σχεδιασμού. Στις διαδικασίες αυτές θα πρέπει να συνδυαστούν μέθοδοι παθητικού σχεδιασμού που να ταιριάζουν με τις κλιματικές συνθήκες της τοποθεσίας, στην οποία βρίσκεται το κτίριο, ώστε αυτό να εξασφαλίζει όχι μόνο επαρκή δροσιά το καλοκαίρι αλλά και θερμική άνεση το χειμώνα. Για την παροχή παθητικής φυσικής ψύξης μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι συνδυασμοί παθητικής ανάκτησης θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο και κατά συνέπεια εξασφάλισης δροσιάς, όπως; Με τον περιβάλλοντα αέρα ( φυσική ψύξη με εξάτμιση ή μετα(ρορά θερμότητας). Με την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα (φυσική ψύξη με ακτινοβολία και ειδικά νυχτερινή ). Με το υπέδαφος (άμεση ή έμμεση φυσική ψύξη ). Ακόμη είναι δυνατό να εφαρμοστούν συνδυασμοί των γενικών μεθόδων φυσικής ψύξης όπως για παράδειγμα να γίνεται εκμετάλλευση της νυχτερινής δροσιάς με εξάτμιση και μεταφορά θερμότητας ή να συνδυάζεται η δροσιά του νυχτερινού αέρα με ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος με συνεπακόλουθη πρόσθετη ψύξη με εξάτμιση Γενικές κατηγορίες φυσικής ψύξης. Σε κάθε έναν από τους κλιματικούς τύπους μπορούν να εφαρμοστούν κατά περίπτωση οι ακόλουθες κοινές χαρακτηριστικές διαδικασίες: 1. Ελαχιστοποίηση της ηλιακής θερμότητας στο κτίριο κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. Αυτό σημαίνει αποτελεσματική σκίαση των παραθύρων, ανοιχτά χρώματα στη στέγη και τους τοίχους και γενικά προστασία του κτιρίου από τον ήλιο. 2. Πρόβλεψη για αποτελεσματικό διασταυρούμενο αερισμό και αξιοποίηση του φαινομένου της καπνοδόχου. Ο φυσικός αερισμός 30

38 ΞΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ μπορεί να παρέχει άνεση κατά τις εσπερινές ώρες και να εξασφαλίζει ταχεία ψύξη του κτιρίου κατά τις νυχτερινές ώρες. Βέβαια επιπρόσθετα θα μπορούσε να χρησιμοποιείται ένας ανεμιστήρας ( ενεργητική συμμετοχή ), έτσι ώστε να βελτιώνεται το (ραινόμενο του φυσικού αερισμού ιδιαίτερα όταν στην περιοχή δε φυσά άνεμος. 3. Ένας νότιος προσανατολισμός της μεγαλύτερης όψης μπορεί να ελαχιστοποιεί την έκθεση σε ηλιακή ακτινοβολία κατά το θέρος, ενώ μεγιστοποιεί την ισχύ της ηλιακής ακτινοβολίας κατά το χειμώνα. Επιπρόσθετα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η κατεύθυνση των ανέμων που επικρατούν στην περιοχή, ώστε να καθορίζονται κατάλληλα τα ανοίγματα των παραθύρων. 4. Φυσική ψύξη του εσωτερικού του κτιρίου μπορεί να πραγματοποιείται με εξάτμιση νερού όπως για παράδειγμα στην πλευρά εισόδου του αέρα στο κτίριο. Μπορεί ακόμη εξωτερικά να ψύχεται το περίβλημα του κτιρίου με εξάτμιση σταγονιδίων νερού που να διαβρέχουν ιδιαίτερα τη στέγη ή το δώμα. Οι απλές αυτές τεχνικές εφαρμόζονται σε ξηρά και θερμά κλίματα που διαθέτουν επαρκές νερό γι αυτή τη χρήση. Η φυσική ψύξη με εξάτμιση μπορεί επίσης να γίνεται μηχανικά, δηλαδή με μια εναλλακτική ή συμπληρωματική εφαρμογή κλιματισμένου αέρα με κλασικά συστήματα, ιδιαίτερα σε θερμές και ξηρού κλίματος περιοχές. 5. Διευκόλυνση της φυσικής ψύξης με νυχτερινή ακτινοβολία κατά το θέρος. Κάθε κτίριο μπορεί να δροσίζεται κατά τη νύχτα οπότε πέφτει η θερμοκρασία του περιβλήματος, που είναι υψηλότερη από αυτή του περιβάλλοντος και ιδιαίτερα αυτής του ουρανού. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβάλλοντος εξαρτάται από το συντελεστή απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας και τη θερμοχωρητικότητα των υλικών που τη συνθέτουν. Η επιφάνεια του περιβλήματος πρέπει να έχει κατά το δυνατό μεγάλο συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας, δηλαδή σημαντική ικανότητα ακτινοβολίας της θερμότητας που συσσωρεύεται. 6. Αξιοποίηση της θερμικής κατάστασης του υπεδάφους. Οι αρχές που σχετίζονται με τη φυσική ψύξη κατά το θέρος δεν είναι δυνατό να εφαρμόζονται συστηματικά σε ψυχρές περιοχές διότι οι περίοδοι 31