ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΣΤΟ ΠΑΝΟΡΑΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΣΤΟ ΠΑΝΟΡΑΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Άννα Κοκκινάκη ανιήλ, Αικατερίνη Ευµορφοπούλου Εργαστήριο Οικοδοµικής και οµικής Φυσικής, Τµήµα Πολιτικών Μηχ/κών Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη - Τ.Κ , Μαρία ανιήλ ιπλ. Αρχιτ. Μηχ. MArch ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ενεργειακή αναβάθµιση των υφιστάµενων κτιρίων είναι ένα σηµαντικό βήµα για τον περιορισµό της κατανάλωσης ενέργειας στον κτιριακό τοµέα της χώρας µας. Η παρούσα εργασία αφορά στις ενέργειες που έγιναν για τον περιορισµό των ενεργειακών αναγκών και τη βελτίωση των συνθηκών του εσωκλίµατος αλλά και του µικροκλίµατος µιας υφιστάµενης µονοκατοικίας στο Πανόραµα Θεσσαλονίκης. Κατόπιν ενεργειακού ελέγχου της υφιστάµενης κατάστασης της κατοικίας και µετά από την εκτίµηση των περιβαλλοντικών συνθηκών προτείνονται µέτρα βελτίωσης της θερµοπροστασίας του κελύφους και διαµόρφωσης του περιβάλλοντος χώρου. Περαιτέρω ελέγχονται τα ενεργειακά οφέλη που προέκυψαν στην κατανάλωση καυσίµων της κατοικίας και στη βελτίωση των συνθηκών άνεσης του χώρου, µε την µέχρι σήµερα πραγµατοποίηση του πρώτου σταδίου των επεµβάσεων και αξιολογούνται συγκριτικά τα αναµενόµενα αποτελέσµατα από τα επόµενα στάδια επεµβάσεων. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η προσπάθεια για την επίτευξη συνθηκών θερµικής άνεσης στα κτίρια µε το µικρότερο δυνατόν ενεργειακό κόστος, οδήγησαν τη χώρα µας όπως και τις υπόλοιπες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στην πολιτική περιορισµού της κατανάλωσης ενέργειας µέσω των Κανονισµών θερµικής µόνωσης των κτιρίων. Περαιτέρω, η συνεχώς αυξανόµενη ανάγκη για την εξοικονόµηση φυσικών πόρων παράλληλα µε την απαίτηση µείωσης των εκποµπών του διοξειδίου του άνθρακα στις πόλεις, έχουν οδηγήσει στην αναµόρφωση της ενεργειακής πολιτικής και στην προσπάθεια ενεργειακής πιστοποίησης των νεοαναγειρόµενων αλλά και των υφιστάµενων κτιρίων. Ο λόγος αυτός οδήγησε επίσης στον έλεγχο και την ενεργειακή αναβάθµιση διώροφης µονοκατοικίας σε συγκρότηµα εν σειρά µονοκατοικιών στο Πανόραµα Θεσσαλονίκης. Οι ενεργειακοί υπολογισµοί που διεξήχθησαν στις συγκεκριµένες κατοικίες στηρίχθηκαν στον ισχύοντα σήµερα Ελληνικό Κανονισµό Θερµοµόνωσης, και στη µεθοδολογία υπολογισµού του ενεργειακού ισοζυγίου, όπως δίδεται από τις διατάξεις του γερµανικού Κανονισµού Θερµοµόνωσης. Ελήφθησαν επίσης υπ όψη τα κλιµατικά δεδοµένα της περιοχής της Θεσσαλονίκης και οι συνιστώσες του τοπικού µικροκλίµατος. Οι προτεινόµενες λύσεις υπακούουν στους Κανονισµούς αλλά και στις περιβαλλοντικές απαιτήσεις και παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα από τις επεµβάσεις που έχουν ήδη πραγµατοποιηθεί. 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΠΙ ΟΣΗ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ 2.1 Ισχύοντες κανονισµοί Σχετικά µε την ενεργειακή συµπεριφορά και την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, αυτό που ισχύει σήµερα στην Ελλάδα είναι ο Κανονισµός Θερµοµόνωσης του 1979 /1/. Ο Κανονισµός αυτός είναι ήδη ξεπερασµένος και δεν καλύπτει, βέβαια, όλο το κτιριακό απόθεµα των πόλεων. Υπάρχουν πάρα πολλά κτίρια που δεν ανταποκρίνονται καν στις διατάξεις αυτού του Κανονισµού, είτε γιατί η άδεια τους είχε εκδοθεί πριν από την ισχύ του (Ιούλιος 1979), είτε γιατί ο έλεγχος των κατασκευών είναι ελλιπής, είτε ακόµα για λόγους κακώς εννοούµενης από τους κατασκευαστές οικονοµίας, που παραλείπουν τα απαιτούµενα από τις τεχνικές

2 προδιαγραφές θερµοπροστατευτικά µέτρα. Επίσης, συµβαίνει συχνά, δοµικά υλικά µε θεωρητικά πιστοποιηµένη ποιότητα, να µην ανταποκρίνονται σωστά όταν τοποθετούνται στο κτίριο λόγω πληµµελούς εφαρµογής. Όσον αφορά στην Ευρωπαϊκή Ένωση, σε όλες τις χώρες της Κοινότητας η αναθεώρηση των Κανονισµών Θερµοµόνωσης συντελείται βαθµηδόν. Στη Γερµανία, µετά την αναθεώρηση του DIN 4108 (1992) /2/, ισχύει νέος Κανονισµός Θερµοµόνωσης /3/. Αλλά και στις άλλες χώρες, όπως π.χ. στο Ηνωµ. Βασίλειο ισχύουν ήδη Κανονισµοί για µία ενεργειακή πλέον εκτίµηση των κτιρίων και των επιµέρους δοµικών στοιχείων τους, ως ένα περαιτέρω βήµα από τους µέχρι πρότινος ισχύοντες Κανονισµούς θερµοπροστασίας των κτιρίων. Στην Ελλάδα έχει εξαγγελθεί ήδη από το 1998 ότι θα καθιερωθεί η ενεργειακή βαθµονόµηση και ο έλεγχος της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων µε την έκδοση του Κανονισµού για την Ορθολογική Χρήση της Ενέργειας στα κτίρια ΚΟΧΕΕ /4/. Όµως, παρά την εξαγγελία, οι διατάξεις του παραπάνω Κανονισµού δεν έχουν περάσει ακόµα σε επίπεδο θεσµοθετηµένηςεφαρµογής στα κτίρια και στα οικιστικά σύνολα. Με την επικείµενη όµως εφαρµογή του αλλά και για λόγους οικονοµικούς και περιβαλλοντικούς, έχουν γίνει πλέον κοινή συνείδηση και πρακτική η προσπάθεια αναµόρφωσης της λειτουργίας των υφισταµένων κτιρίων σύµφωνα µε τα νέα ενεργειακά δεδοµένα, καθώς και η συµµετοχή στο σχεδιασµό των νέων κτιρίων των συνιστωσών του τοπικού κλίµατος, δηλαδή των παραγόντων της βιοκλιµατικής Αρχιτεκτονικής /5/. 2.2 Υφιστάµενα κτίρια Ο ισχύων στη χώρα µας Κανονισµός Θερµοµόνωσης δεν απαιτεί θερµοµόνωση για τα προϋφιστάµενα του 1979 κτίρια, ακόµα και µετά την όποια ανακαίνιση. Ο ΚΟΧΕΕ έρχεται να συµπληρώσει αυτό το κενό. Αντίθετα ο Κανονισµός Θερµοµόνωσης της Γερµανίας δεν επιτρέπει ανακαίνιση των κτιρίων και αλλαγή χρήσης χωρίς να ικανοποιούνται οι νέες διατάξεις κατανάλωσης ενέργειας. Ευτυχώς και στη χώρα µας το ελεύθερο εµπόριο, ανταποκρινόµενο στις απαιτήσεις της αγοράς, διαθέτει αυτή τη στιγµή µία πληθώρα δοµικών προϊόντων και δοµικών υλικών σύγχρονης τεχνολογίας που εφαρµοζόµενα σωστά στο κτίριο, µπορούν να συµβάλλουν στον περιορισµό της κατανάλωσης ενέργειας, αλλά και στη βελτίωση των συνθηκών άνεσης µε το χαµηλότερο ενεργειακό κόστος. Επιπρόσθετα οι ιδιοκτήτες αλλά και οι ένοικοι έχουν πλέον καταλάβει ότι η ενεργειακή αναβάθµιση ενός κτιρίου µπορεί να εξοικονοµήσει χρήµα και να προσφέρει ποιότητα ζωής. 2.3 Η συµβολή της βλάστησης Θάµνοι, δέντρα και φύτευση επηρεάζουν το µικροκλίµα µέσα και έξω από το κτίριο, και συνεισφέρουν στη θερµική του άνεση και στην υγιεινή. Συνήθως χρησιµοποιούνται για την αισθητική τους συµβολή στο χώρο, για την ευεξία που προσφέρουν µαζί µε το πολύτιµο οξυγόνο και για τη συµµετοχή τους στην βελτίωση της ποιότητας του αέρα, και παραβλέπεται ο ρόλος τους ως βασικού συντελεστή του ενεργειακού σχεδιασµού. Ο τύπος, και τα χαρακτηριστικά της φύτευσης γύρω από ένα κτίριο, επηρεάζουν την έκθεσή του στον ήλιο και τον άνεµο, και εποµένως τις συνθήκες άνεσης και την κατανάλωση ενέργειας για τη θέρµανση το χειµώνα, για την ψύξη το καλοκαίρι και συχνά και την κατανάλωση ενέργειας από τη χρήση του τεχνητού φωτισµού. Τα φυτά µπορούν να λειτουργήσουν ως ανεµοφράκτες για το χειµώνα, ελέγχοντας την κίνηση του αέρα, ως στοιχεία σκιασµού και δροσισµού ρυθµίζοντας την έκθεση του κτιρίου στην ηλιακή ακτινοβολία και παρέχοντας ψύξη µε την εξάτµιση από το φύλλωµά τους το καλοκαίρι, και ως φίλτρα του φυσικού φωτός όλο το χρόνο. Λειτουργούν επίσης ως φίλτρα σκόνης, προστατεύουν από τη διάβρωση, µειώνουν το θόρυβο, τη µόλυνση της ατµόσφαιρας, την οπτική όχληση και δηµιουργούν ιδιωτικότητα.

3 3. ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΣΤΟ ΠΑΝΟΡΑΜΑ 3.1 Τοπογραφία Η υπό εξέταση κατοικία αποτελεί µέρος ενός συγκροτήµατος έξι διώροφων σε σειρά µονοκατοικιών, στο τελευταίο οικόπεδο ενός οικοδοµικού τετραγώνου στο όριο του σχεδίου πόλεως, στην Β περιοχή του Πανοράµατος σε υψόµετρο ~ 300 m από τη θάλασσα. Το συγκρότηµα αναπτύσσεται κατά µήκος του άξονα Ανατολή- ύση. Λόγω της διάταξης του οικοδοµικού τετραγώνου αλλά και της ανεµπόδιστης θέας προς το δάσος και τη Θεσ/νίκη, η κύρια όψη του συγκροτήµατος διατάχθηκε υποχρεωτικά µε Βόρειο προσανατολισµό. Η περιοχή ήταν και είναι πευκόφυτη. Μετά τον περιµετρικό δρόµο του οικοπέδου το έδαφος αποκτά απότοµη κλίση και διαµορφώνεται περιµετρικά σε µία βαθιά χαράδρα που αγκαλιάζει την ανατολική και τη βόρεια πλευρά γύρω από το Ο.Τ. µε Β κατεύθυνση της χαράδρας προς τα κατάντι. Η θερµοκρασιακή διαφορά µε την πόλη της Θεσσαλονίκης είναι 2 µε 3 Κ προς τα κάτω. Η χαράδρα µε την Β κατεύθυνση αποτελεί την κοίτη του ισχυρού Β ανέµου που πνέει στην περιοχή, του Βαρδάρη. Και από την ανατολική πλευρά όµως το συγκρότηµα προσβάλλεται επίσης από ένα ψυχρό άνεµο, γνωστό ως Χορτιάτης. 3.2 Το κτίριο Υφιστάµενη κατάσταση Τα κτίσµατα του συγκροτήµατος είναι έξι διώροφες µονοκατοικίες. Η κατασκευή τους είχε αρχίσει στο τέλος του 1978 δηλαδή πριν από την εφαρµογή του Ελληνικού Κανονισµού Θερµοµόνωσης. Είναι κτισµένα σε σειρά, σε επαφή µεταξύ τους, µε κάτοψη τεθλασµένη που δηµιουργεί εισέχουσες και εξέχουσες γωνίες (σχ. 1). Η κάτοψη κάθε κατοικίας είναι ~ 80 m² και αναπτύσσεται σε δύο ορόφους και υπόγειο, που λόγω της εδαφικής κλίσης είναι ισόγειο από τη βορινή πλευρά. Η αναλογία της περιβάλλουσας επιφάνειας κάθε µονοκατοικίας προς τον περιεχόµενο όγκο κυµαίνεται από Α/V = 0.58 για τη γωνιακή κατοικία έως Α/V = 0.44 για τη µεσαία. (Πιν. 1) Τα θερµοπροστατευτικά µέτρα που είχαν ληφθεί κατά το στάδιο της κατασκευής, ήταν: - ιπλά συρόµενα κουφώµατα αλουµινίου σε όλες τις όψεις µε εξωτερικά ρολά - ιαµόρφωση µονωτικών στρώσεων στο δώµα µε αφρό πολυουρεθάνης, στρώση ελαφροσκυροδέµατος για τις κλίσεις και τελική επίστρωση µωσαϊκού. - Μονωτική στρώση από διογκωµένη πολυστερίνη στο δάπεδο του υπογείου. - Θερµοχωρητικές µάζες στο εσωτερικό: πλάκες οπλισµένου σκυροδέµατος, τοίχοι από οπτόπλινθους µαρµάρινα και ξύλινα δάπεδα. - Υγροµόνωση και περιµετρική προστασία στα τοιχεία µέσα στο έδαφος. - Υλικά στις όψεις ανθεκτικά στις ακραίες καιρικές συνθήκες της περιοχής. - Οριζόντια προστεγάσµατα στα ανοίγµατα και περσίδες ή κουρτίνες εσωτερικά. - Χρήση της κεντρικής θέρµανσης για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης εν εξασφαλίστηκαν κατά την κατασκευή η καλή σφράγιση των περιµετρικών αρµών των κουφωµάτων, τα αεροστεγή κιβώτια των ρολών των παντζουριών και η µόνωση της τοιχοποιίας πίσω από την ορθοµαρµάρωση. Η ρύθµιση του συστήµατος θέρµανσης που είναι ατοµικό για κάθε κατοικία προβλέφθηκε µέσω ευαίσθητου συστήµατος θερµοστατών Οι συνθήκες του εσωτερικού χώρου Η υπό εξέταση κατοικία στο ΒΑ άκρο του συγκροτήµατος, είναι ενεργειακά η πλέον δυσµενής λόγω της γωνιακής θέσης της και έχει τις δύο κύριες όψεις προσανατολισµένες στο Βορρά και την Ανατολή µε ποσοστό ανοιγµάτων αντίστοιχα f Β = 45% και f Α = 36%. Η δυτική πλευρά εφάπτεται κατά το µεγαλύτερο τµήµα της µε την όµορη µεσαία κατοικία και µόνο η πλευρά γειτνίασης µε το διπλανό οικόπεδο δηλαδή η πλευρά του ακάλυπτου έχει νότιο

4 προσανατολισµό, όµως για λόγους εσωτερικής διάταξης είναι κλειστή στο Νότο εκτός από το άνοιγµα της εισόδου. Με τα ανοίγµατα της βόρειας και της ανατολικής πλευράς υπάρχει άπλετος φωτισµός στους χώρους σε όλη τη διάρκεια του έτους αλλά και σηµαντικές θερµικές απώλειες στην ψυχρή εποχή. Οι περισσότερες απώλειες προέρχονταν από τα κουφώµατα και κατά κύριο λόγο από τους περιµετρικούς αρµούς και τα κουτιά των ρολών, κυρίως όταν φυσούσαν οι επικρατούντες άνεµοι στην περιοχή, ο Βαρδάρης αλλά και ο ανατολικός άνεµος. Η φυσιολογική φθορά από τη χρήση και το χρόνο ήταν ιδιαίτερα εµφανής στη λειτουργία και την απόδοση των κουφωµάτων. Ιδιαίτερα εκτεθειµένη στις καιρικές συνθήκες είναι η βόρεια όψη µε µήκος 7.20 m, µε ένα µεγάλο 4/φυλλο κούφωµα διαστάσεων 2.20 x 5.00 στους δύο κατώτερους ορόφους. Ο χαµηλός φράκτης από φυτά στο βορινό όριο του οικοπέδου δεν βοηθά ικανοποιητικά. Από την ανατολική όψη η κατάσταση ήταν καλύτερη. Τα κουφώµατα στην πλευρά αυτήν είναι µικρότερα, 3 µεµονωµένα, και τα ψηλά δένδρα που υπάρχουν µειώνουν αρκετά την ταχύτητα του ανατολικού ανέµου (σχ. 1). Στους χώρους του ορόφου η κατάσταση προέκυπτε ιδιαίτερα δυσµενής το καλοκαίρι εξ αιτίας του δώµατος που αν και µονωµένο ανέπτυσσε υψηλές θερµοκρασίες, ιδίως κατά τους µήνες Ιούλιο και Αύγουστο, της τάξεως των C. Ευεργετικός σ' αυτή την περίπτωση ήταν ο νυχτερινός διαµπερής- αερισµός µέσω των ανοιγµάτων του ορόφου. Ένα άλλο φαινόµενο δυσµενές στην περίοδο θέρµανσης ήταν η λειτουργία του κλιµακοστασίου ως καµινάδας ελκυσµού και δηµιουργίας ρεύµατος αέρα στο χώρο από το υπόγειο προς το δώµα που χαµήλωνε τη θερµοκρασία του χώρου και δηµιουργούσε αίσθηµα µη άνεσης στην περιοχή. Με δεδοµένο και το υψηλό κόστος θέρµανσης, (5.500 λίτρα πετρελαίου το χρόνο), προέβαλε πλέον επιτακτική η ανάγκη ανακαίνισης και ενεργειακής αναβάθµισης της εν θέµατι γωνιακής διώροφης κατοικίας. Ο σκοπός ήταν η βελτίωση των συνθηκών άνεσης και ο περιορισµός των ενεργειακών αναγκών του κτιρίου. Ως απώτερος στόχος τέθηκε η επέµβαση αυτή να αποτελέσει µία πιλοτική λύση που στη συνέχεια θα ακολουθήσουν όλες οι υπόλοιπες κατοικίες του συγκροτήµατος. Σχ. 1 Το συγκρότηµα των κατοικιών. Γωνιακή κατοικία: Υπάρχουσα και προτεινόµενη διαµόρφωση

5 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ Α W+F Α W Α F Α D Α G Α V A/V A N Km Km επιτρ. f N f E f S N/Ε/S 0.32xV % % % Γωνιακή 263,5 203,3 60,23 79,2 79,2 421,9 724,7 0, ,9 1,936 0, Μεσαία 158,5 114,3 44,17 79,2 79,2 316,9 724,7 0, ,9 1,585 0, ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Ήδη από το 1999 µε την προοπτική της ενεργειακής αναβάθµισης των κατοικιών ξεκίνησε ο έλεγχος των θερµικών απωλειών της κατοικίας. Ελήφθησαν θερµογραφήµατα του περιβλήµατος (Φεβρ. 1999). Τα θερµογραφήµατα αυτά έδειξαν αρκετά χαµηλές θερµοκρασίες και σηµαντικές απώλειες από τα κουφώµατα της βόρειας όψης και την περιοχή των κουτιών των ρολών. (Σχ. 2) Με εξωτερική θερµοκρασία 2,1 o C η µέση επιφανειακή θερµοκρασία ήταν ~ 11,6 C για το εσωτερικό κούφωµα και ~ 7 C για το εξωτερικό. Η θερµοκρασία µέσα στο χώρο ήταν 16 C. Ο έλεγχος βάσει του ισχύοντος Κανονισµού θερµοµόνωσης έδωσε επίσης συντελεστές θερµοπερατότητας των δοµικών στοιχείων πολύ πιο πάνω από τους επιτρεπόµενους. Μόνο το δώµα και το δάπεδο του υπογείου ήταν στα επιτρεπόµενα όρια (Πιν 2). 4.1 Ενεργειακό ισοζύγιο της κατοικίας και ανάγκες σε θέρµανση Για την εκτίµηση υπολογιστικά των αναγκών σε θέρµανση της κατοικίας και τη σύγκριση της υφιστάµενης κατάστασης µε τις προτάσεις που θα ακολουθούσαν υπολογίσθηκε το ενεργειακό ισοζύγιο της κατοικίας, σύµφωνα µε τη Μέθοδο του Ενεργειακού Ισοζυγίου του Γερµανικού Κανονισµού Θερµοµόνωσης /3/. Χρησιµοποιήθηκαν τα µετεωρολογικά δεδοµένα της περιοχής της Θεσσαλονίκης, όσον αφορά τις βαθµοηµέρες και τις τιµές έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας /6/, /7/. Χρησιµοποιήθηκε ο τύπος: Q H = 0.90 x (Q T + Q L ) (Q I + Q S ) kwh/έτος /3/ Όπου: Q H οι ετήσιες ανάγκες σε θέρµανση της κατοικίας kwh/έτος Q T οι απώλειες θερµότητας λόγω αγωγιµότητας από το κέλυφος kwh/έτος Q L οι απώλειες θερµότητας λόγω αερισµού σε kwh/έτος Q I τα εσωτερικά θερµικά κέρδη kwh/έτος τα ηλιακά κέρδη από τα παράθυρα σε kwh/έτος Q S Σχ. 2 Θερµογράφηµα εξωτ.υαλοστασίου πριν από την ανακαίνιση

6 Οι απώλειες θερµότητας λόγω αγωγιµότητας του κελύφους προέκυψαν για αριθµό βαθµοηµερών (t i - t α ) d = Q T = 24/ k m F ολ. = 45,6 k m F ολ. όπου k m F ολ = Η Τ kw/k η ειδική απώλεια θερµότητας, λόγω αγωγιµότητας, του κελύφους Οι απώλειες θερµότητας λόγω αερισµού ελήφθησαν ως: Q L = 0.34 β 45,6 V L kwh/έτος όπου 0.34 η ειδική θερµοχωρητικότητα του αέρα σε Wh/m³ και β ο αριθµός των εναλλαγών του αέρα του χώρου h -1 µέσω των κουφωµάτων. Ελήφθη συνολικός βαθµός διαπερατότητας σε ενέργεια των ανοιγµάτων g Fi = z Fi g /3/. Ελήφθη συντελεστής χρήσης ηλιακών κερδών 0.46 και προέκυψε: Q S = (0.46 J j g F i A F I j ) kwh/έτος Τα εσωτερικά κέρδη ελήφθησαν: Q i = 8 V (kw/h/έτος) 4.2 Υφιστάµενη κατάσταση Για τον υπολογισµό των αναγκών σε θέρµανση της αρχικής κατάστασης ο συντελεστής θερµοπερατότητας των δύο επάλληλων κουφωµάτων ελήφθη K F = 3.5 W/m² k /1/. Η τιµή αυτή επιβεβαιώθηκε και από τις µετρήσεις της θερµοκρασίας του χώρου και των επιφανειακών θερµοκρασιών των υαλοστασίων που έδωσαν τα θερµογραφήµατα. Η τιµή του συντελεστή σε αλλαγές αέρα ελήφθη 1,7 h -1 περίπου διπλάσια από ότι σε ένα πλήρως σφραγισµένο και στεγανό κούφωµα. Τα αποτελέσµατα των υπολογισµών έδωσαν τις τιµές του Πίνακα 2 ως ετήσιες ανάγκες σε θέρµανση (αρχική κατάσταση). Η κατανάλωση, λίτρα πετρελαίου, όπως υπολογίσθηκε, βρέθηκε πολύ κοντά στην πραγµατική κατανάλωση της κατοικίας που ήταν λίτρα ετησίως. 5. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ 5.1 Προτεινόµενες λύσεις Λαµβάνοντας υπ' όψη την υψηλή κατανάλωση ενέργειας, αλλά και την αστοχία στη λειτουργία των κουφωµάτων, όπως προηγουµένως αναλύθηκε, καθώς και τις υψηλές τιµές των συντελεστών θερµοπερατότητας των δοµικών στοιχείων, και του k m, (Πιν.1), αποφασίσθηκαν επεµβάσεις στο κέλυφος για την ανακαίνιση των όψεων και τον περιορισµό των ενεργειακών αναγκών. Η όλη προσπάθεια επικεντρώθηκε στη βελτίωση της θερµοπροστασίας του κελύφους µε την αλλαγή των κουφωµάτων και την προσθήκη µόνωσης στο δώµα µε τη µορφή ανεστραµµένου ή φυτεµένου δώµατος, καθώς και στη βελτίωση του µικροκλίµατος του συγκροτήµατος µε τη συµβολή της βλάστησης στη διαµόρφωση του περιβάλλοντος χώρου. Λόγω της ύπαρξης ορθοµαρµάρωσης στο σύνολο σχεδόν των όψεων κρίθηκε ιδιαίτερα δύσκολη και µάλλον ανέφικτη η προσθήκη µόνωσης στην περιµετρική τοιχοποιία.. Εξαιτίας του οικονοµικού κόστους αποφασίσθηκε οι προτεινόµενες επεµβάσεις να γίνουν σταδιακά. Σε πρώτη φάση αλλάζουν τα κουφώµατα της βόρειας όψης. Ακολουθεί η αλλαγή των υπόλοιπων κουφωµάτων και η προσθήκη µόνωσης στο δώµα. Ως ανεξάρτητη χρονικά προτάθηκε η διαµόρφωση του περιβάλλοντος χώρου που εξάλλου έχει πολύ µικρή οικονοµική επιβάρυνση. Στα επόµενα παρουσιάζονται αναλυτικά οι προτεινόµενες επεµβάσεις και αναφέρονται τα προσδοκώµενα αποτελέσµατα Αντικατάσταση κουφωµάτων ανακαίνιση όψεων. Προσδοκώµενα οφέλη Η συνεισφορά της αντικατάστασης των παλαιών κουφωµάτων µε κουφώµατα σύγχρονου σχεδιασµού, θερµοµονωτικά και αεροστεγή, εµφανίζεται στις τιµές του πίνακα 2. Ως δεδοµένο ελήφθησαν συρόµενα κουφώµατα αλουµινίου µε διπλό µονωτικό υαλοπίνακα

7 και θερµική διακοπή. Ελήφθη συντελεστής θερµοπερατότητας Κ F = 2.9 W/m² k και β=0.8 h 1 για την αλλαγή όλων των κουφωµάτων και β = 1 h 1 για την αλλαγή των κουφωµάτων µόνο της βόρειας όψης. H επίλυση της εξίσωσης του ενεργειακού ισοζυγίου για τη γωνιακή κατοικία έγινε για όλες τις θεωρούµενες περιπτώσεις επεµβάσεων. Η κατανάλωση ενέργειας για την αρχική κατάσταση κρίνεται αρκετά υψηλή /3/. Η πρόταση Α που αφορά την αντικατάσταση των κουφωµάτων όλων των όψεων ελάττωσε την κατανάλωση κατά 40 kwh/m² δηλαδή κατά ποσοστό 29 %. Η πρόταση Α1 που αφορά την ανακαίνιση µόνο της βόρειας όψης έδωσε κατανάλωση 149 kwh/m² δηλαδή 19,4 % λιγότερο από την αρχική κατάσταση. Την µεγαλύτερη µείωση των αναγκών σε θέρµανση, όπως ήταν αναµενόµενο, έδωσε η περίπτωση χρήσης κουφωµάτων µε µονωτικά υαλοστάσια χαµηλής θερµοπερατότητας, µε χαµηλό δείκτη εκπεµψιµότητας και πλήρωση του κενού των τζαµιών µε βαρύ αέριο, στα οποία ο συντελεστής θερµοπερατότητας ελήφθη Κ F = 1,9 W/M² k (Πρόταση Γ). Αντίστοιχη λύση θεωρήθηκε και η περίπτωση χρήσης εσωτερικών πετασµάτων νυχτερινής µόνωσης στα υαλοστάσια. Ακόµα όµως και µε την χρήση κουφωµάτων µε συντελεστή Κ F < 2,0 η απουσία µόνωσης στο σύνολο των περιµετρικών τοίχων οδηγεί τον µέσο συντελεστή θερµοπερατότητας του κελύφους Κ m πάνω από την επιτρεπόµενη τιµή /1/ και την ετήσια κατανάλωση σε ενέργεια (kwh/m²) σε σχετικά υψηλά όρια. Αντίθετα µία µεσαία κατοικία του συγκροτήµατος µε τις ίδιες συνθήκες µόνωσης, φαίνεται να µπορεί να προσεγγίσει την τιµή κατανάλωσης 79 kwh/m² µε την χρήση ενός αξιόπιστου κουφώµατος αλουµινίου µε θερµική διακοπή και διπλό µονωτικό υαλοπίνακα (Πιν. 2). Προκύπτει σαφώς πλεονεκτική η θέση των µεσαίων κατοικιών έναντι των γωνιακών, από την άποψη των θερµικών απωλειών, λόγω µικρότερης εκτεθειµένης περιµέτρου. Θετικό για τις µεσαίες κατοικίες είναι επίσης η ύπαρξη πλευράς µε ανοίγµατα στο Νότο (πλευρά ακαλύπτου). ΠΙΝ. 2 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. ΑΡΧΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΣΤΑ ΙΑ K F K m K D β ΕΤΗΣ. ΑΝΑΓΚΕΣ ΣΕ ΕΤΗΣ.ΑΝΑΓΚΕΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ W/m 2.Κ W/m 2.K W/m 2.K h -1 ΘΕΡΜΑΝΣΗ (kwh/έτ) kwh / M 2. έτος ΑΡΧΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ,936 0,471 1, ,31 Γωνια- ΠΡΟΤΑΣΗ (Α1) ΕΠΕΜΒ ,895 0,471 1, ,39 κή ΠΡΟΤΑΣΗ Α ,849 0,471 0, ,55 κατοι- ΠΡΟΤΑΣΗ Β ,810 0,262 0, ,47 κία ΠΡΟΤΑΣΗ Γ ,672 0,262 0, ,74 ΥΦΙΣΤ/ΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ,585 0,471 1, ,15 Μεσαία ΠΡΟΤΑΣΗ A ,508 0,471 0, ,91 κατοι- ΠΡΟΤΑΣΗ B ,455 0,262 0, ,83 κία ΠΡΟΤΑΣΗ Γ ,327 0,262 0, ,43 ΠΡΟΤΑΣΗ Α1 Αντικατάσταση κουφωµάτων µόνο της βόρειας όψης ΠΡΟΤΑΣΗ Α Αντικατάσταση όλων των κουφωµάτων ΠΡΟΤΑΣΗ Β Αντικατάσταση κουφωµάτων + Προσθήκη ανεστραµµένου δώµατος ΠΡΟΤΑΣΗ Γ Αντικ. κουφωµάτων + Προσθήκη ανεστρ. δώµατος + Νυχτερινή µόνωση ή Κ F < 2,0 W/m² K Η περίπτωση του απλού ανεστραµµένου δώµατος Η προσθήκη απλού ανεστραµµένου δώµατος ελαχιστοποίησε περαιτέρω τις ανάγκες σε θέρµανση κατά 3 kwh/m². Η διαφορά αυτή είναι σχετικά µικρή. Τα οφέλη όµως από επέµβαση στο δώµα µπορεί να προκύψουν ιδιαίτερα σηµαντικά, για την εναλλακτική λύση προσθήκης φυτεµένου δώµατος, όπως αναλύεται κατωτέρω.

8 5.1.3 Προσθήκη φυτεµένου δώµατος. Μία πρόταση για την ενεργειακή αναβάθµιση του δώµατος είναι η εγκατάσταση κήπου πάνω από το υφιστάµενο, όπως αυτό έχει περιγραφεί στην ενότητα 3.2. Tα διαθέσιµα, όµως, από τη στατική µελέτη φορτία επιτρέπουν την κατασκευή µόνον ενός κήπου µικρών απαιτήσεων /8/. Αυτό σηµαίνει, έναν κήπο για χαµηλή βλάστηση, ύψους φυτών µόλις 30 cm, µε αποστραγγιστική στρώση από διογκωµένη άργιλο πάχους 6 cm, φίλτρο από γεωύφασµα και κηπευτικό-βιοµηχανικό χώµα πάχους 12cm. H ύπαρξη της επικάλυψης µε µωσαϊκό παρέχει πλήρη ασφάλεια από τις ρίζες των φυτών, αν και η τοποθέτηση στεγανωτικής στρώσης ειδικής για κήπους στα δώµατα κρίνεται απαραίτητη (σχ. 3). Σχ. 3 Φυτεµένο δώµα Προτεινόµενη λύση Ενεργειακά χαρακτηριστικά του φυτεµένου δώµατος Κύριο χαρακτηριστικό στοιχείο του φυτεµένου δώµατος είναι η ήπια κατανοµή των θερµοκρασιών στις διαδοχικές του στρώσεις καθ όλη τη διάρκεια του έτους, σε αντίθεση µε ένα συµβατικό δώµα, όπου παρατηρούνται έντονες διακυµάνσεις. Tο κηπευτικό τµήµα του φυτεµένου δώµατος παίζει ανασταλτικό ρόλο στις έντονες επιδράσεις της ηλιακής ακτινοβολίας. Το φυτεµένο δώµα συµβάλλει σηµαντικά και στον περιορισµό του θερµοκρασιακού εύρους µεταξύ χειµώνα και θέρους, περιορίζοντας τις θερµικές καταπονήσεις του δοµικού στοιχείου σε αντίθεση µε ένα συµβατικό δώµα που µε την υψηλή δέσµευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας παρουσιάζει ένα ετήσιο θερµοκρασιακό εύρος σχεδόν τριπλάσιο του φυτεµένου προκαλώντας πολύ µεγάλες θερµικές καταπονήσεις στο δοµικό του τµήµα Αναµενόµενα ενεργειακά οφέλη Οι θερµοκρασίες που αναπτύσσονται στην επιφάνεια του φυτεµένου δώµατος κατά τη χειµερινή περίοδο λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας -αν και περιορισµένης- διαφέρουν από αυτήν της ατµόσφαιρας περίπου κατά 1 Κ, σε αντίθεση µε το συµβατικό δώµα, όπου, ιδιαίτερα κατά τις µεσηµβρινές ώρες, η επιφανειακή θερµοκρασία υπερτερεί αυτής της ατµόσφαιρας περίπου κατά 5 Κ ως 6 Κ. Kατά τη θερινή όµως περίοδο, µε την έντονη επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας οι διαφορές αυτές καθίστανται πολύ πιο έντονες. Η επιφανειακή θερµοκρασία στο συµβατικό δώµα υπερτερεί σαφώς της ατµοσφαιρικής κατά 15Κ και ακόµη περισσότερο, ενώ, αντίθετα, στο φυτεµένο δώµα η επιφανειακή θερµοκρασία υπολείπεται περίπου κατά 4 Κ. Στο φυτεµένο δώµα οι κηπευτικές στρώσεις αυξάνουν αυτήν την προστασία. Εποµένως η αναµενόµενη εξωτερική επιφανειακή θερµοκρασία στη θερινή περίοδο µετά την εγκατάσταση του φυτεµένου δώµατος θα είναι κατά Κ κατώτερη εκείνης του υπάρχοντος συµβατικού. /9/ Η θερµική αδράνεια των υλικών επηρεάζει επίσης την ενεργειακή κατάσταση του δώµατος. Κατά τη θερινή περίοδο λόγω θερµικής αδράνειας και αδυναµίας άµεσης εκτόνωσης της συσσωρευµένης θερµότητας από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία, το συµβατικό δώµα

9 παρουσιάζει σηµαντική χρονική υστέρηση στην ψύξη του. Αντίθετα στο φυτεµένο δώµα, τόσο η παρουσία των φυτών, όσο και οι κηπευτικές στρώσεις καθώς και η εξάτµιση του νερού είτε απευθείας από το χώµα, είτε µέσω της διαδικασίας της εξατµισοδιαπνοής των φυτών περιορίζουν σηµαντικά τις υψηλές τιµές θερµοκρασίας Ενεργειακή διαµόρφωση του περιβάλλοντος χώρου Ο σχεδιασµός τοπίου, για τις ελληνικές κλιµατικές συνθήκες είναι αρκετά σύνθετος. Όπως σε όλα τα εύκρατα κλίµατα, υπάρχουν δύο ευδιάκριτες κλιµατολογικά εποχές. Μεγάλη ηλιοφάνεια, και υψηλές θερµοκρασίες το καλοκαίρι. και αρκετά ψυχροί χειµώνες µε περιοδικά έντονους ανέµους είναι τα χαρακτηριστικά του ελληνικού κλίµατος. Ο σχεδιασµός εποµένως έχει διπλό στόχο: αντιµετώπιση του κινδύνου της υπερθέρµανσης το καλοκαίρι και µείωση των θερµικών απωλειών το χειµώνα Σχεδιασµός για την αντιµετώπιση της ηλιακής ακτινοβολίας Σχετικά µε την υπό εξέταση κατοικία, τα µεγάλα πεύκα που υπάρχουν κατά µήκος του νότιου ορίου του οικοπέδου σκιάζουν τη νότια όψη και δεν επιτρέπουν την υπερθέρµανσή της το καλοκαίρι. Αντίθετα το χειµώνα, επειδή ο ήλιος κινείται χαµηλά, τα δέντρα δεν εµποδίζουν τον ηλιασµό. Τα µεγάλα πεύκα που βρίσκονται στην ανατολική αυλή φιλτράρουν τον ήλιο το χειµώνα και συγχρόνως προσφέρουν ολοκληρωµένη ηλιοπροστασία το καλοκαίρι (σχ. 1) Έλεγχος των ανέµων Όπως προαναφέρθηκε, οι επικρατούντες χειµερινοί άνεµοι είναι βορειοδυτικοί ή ανατολικοί, µεγάλης κατά κανόνα έντασης. Η βορινή όψη υφίσταται όλη τη σφοδρότητα του κύριου βορειοδυτικού ανέµου. Ψηλά δένδρα µε αραιό φύλλωµα, όπως αγριαµυγδαλές, αγριοκαστανιές, ακακίες, τοποθετηµένα σε απόσταση 2-5 φορές το ύψος τους από το κτίριο, µπροστά από την ανατολική και βορειοδυτική όψη µπορούν να συµβάλουν στην αναχαίτιση των ανέµων. Έτσι το κτίριο θα προστατεύεται από τους ανέµους χωρίς να εµποδίζεται ο πρωινός ήλιος να προσπίπτει στο κτίριο. Επιπρόσθετα µια σειρά από παχιά κωνοφόρα, όπως αριζόνες και άλλα κυπαρισσοειδή, µπορεί να φυτευτεί κοντά στο κτίριο κάθετα περίπου στη διεύθυνση του βαρδάρη, ώστε να εκτρέπουν τον άνεµο και να δηµιουργηθεί µια περιοχή µε ακίνητο αέρα σε επαφή µε την όψη του κτιρίου. (σχ. 1). Έτσι η ταχύτητα του ανέµου που φυσά τον Ιανουάριο 2.1m/sec /10/ µπορεί να µειωθεί στα 1.25m/sec /8/. Η ανατολική όψη µπορεί να προστατευτεί από τους ανέµους µε τη φύτευση αειθαλών δέντρων, όπως αγγελικές, πυράκανθοι, πικροδάφνες µικρού ύψους κατά µήκος του φράκτη. υστυχώς λόγω της τοπογραφίας της κατοικίας δεν µπορεί να γίνει εκµετάλλευση της θαλάσσιας αύρας κατά τη θερινή περίοδο. 5.2 Πραγµατοποιηθείσες επεµβάσεις - Αποτελέσµατα Τον Οκτώβριο 2000 πραγµατοποιήθηκε η ολοκλήρωση του α' σταδίου των επεµβάσεων µε την αντικατάσταση των κουφωµάτων της βόρειας όψης. Επιλέχθηκαν συρόµενα και ανακλινόµενα κουφώµατα αλουµινίου µε διπλό µονωτικό υαλοπίνακα και θερµοδιακοπή. Για µεγαλύτερη στεγανότητα το µεγάλο κούφωµα της βόρειας όψης χωρίσθηκε σε τρία φύλλα εκ των οποίων τα δύο ακραία προβλέφθηκαν σταθερά. Επιλέχθηκαν κουτιά ρολών τύπου κλειστού κιβωτίου µε µόνωση εσωτερικά. Έγινε σφράγισµα των αρµών µε σιλικονούχα υλικά και ελαστικές ταινίες και προστέθηκε µόνωση στην περιοχή της τοιχοποιίας πάνω από τα ανοίγµατα. Επίσης αντικαταστάθηκε η πόρτα εξόδου προς το δώµα µε ολόσωµη µονωτική από πανό αλουµινίου. Περιορίσθηκαν έτσι οι απώλειες και ο ελκυσµός µέσω του κλιµακοστασίου. Οι συνθήκες άνεσης του χώρου µετά την ανακαίνιση παρουσίασαν σηµαντική βελτίωση ιδιαίτερα µε τον περιορισµό της αεροδιείσδυσης µέσω των κουφωµάτων. Η κατανάλωση σε καύσιµα περιορίστηκε στα 4500 λίτρα πετρελαίου δηλαδή ελαττώθηκε κατά 20% από την κατανάλωση των προηγούµενων ετών, όπως είχε ήδη προεκτιµηθεί και από τους υπολο-

10 γισµούς του Πιν.2, (απόκλιση αποτελεσµάτων ~ 6%). Τα θερµογραφήµατα που ελήφθησαν τον Μάρτιο 2002 πιστοποίησαν τον περιορισµό των απωλειών µέσω των κουφωµάτων. Στην καλοκαιρινή κατάσταση η αντικατάσταση των κουφωµάτων συνέβαλε επίσης σηµαντικά λόγω βελτίωσης της θερµοπροστασίας του κελύφους και έδωσε την δυνατότητα ασφαλούς νυχτερινού αερισµού, µέσω των ανακλινόµενων υαλοστασίων. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - Ο ενεργειακός έλεγχος της θεωρούµενης κατοικίας καθώς και οι προτάσεις των επεµβάσεων που ακολούθησαν, έδειξαν ότι είναι δυνατόν να εξοικονοµηθεί ένα σηµαντικό ποσόν ενέργειας από τις θερµικές ανάγκες του κτιρίου µε απλές σχετικά επεµβάσεις βελτίωσης της θερµοπροστασίας στο σύνολο των όψεων και στο δώµα. - Σηµαντική επίσης κρίνεται η συµβολή της περιβαλλοντικής διαµόρφωσης στη βελτίωση του µικροκλίµατος και στην προστασία από τις εξωτερικές συνθήκες. - Τίθεται όµως ως απαραίτητη προϋπόθεση και σηµαντικό εργαλείο δουλειάς για την ενεργειακή αναβάθµιση ενός κτιρίου ένας ενδελεχής και αξιόπιστος ενεργειακός έλεγχος µε εκτίµηση των πραγµατικών συνθηκών λειτουργίας και θεώρησή του κτιρίου ως ενιαίου συνόλου µε το περιβάλλον. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ελληνικός Κανονισµός Θερµοµόνωσης κτιρίων ΦΕΚ 362, Αθήνα - Ιούλιος DIN Wärmeschutz im Hochbau (1992). 3. Ehm Herbert, Wärmeschutz-verordnung ' Bauverlag GmbH, Berlin. 4. KOXE, ΦΕΚ 880/19, Αύγουστος 1998 (Ενηµ. ελτίο ΤΕΕ 2025/98). 5. Γενική ιεύθυνση ΧΙΙ, Ευρωπαϊκή Επιτροπή, ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Το Ευρωπαϊκό Εγχειρίδιο για τα παθητικά Ηλιακά Συστήµατα. Θεσσαλονίκη Πελεκάνος Αθ.Ι., Παπαχριστόπουλος Κ.Ε., Πίνακας Μετεωρολογικών στοιχείων για ηλιακές εφαρµογές των κυριοτέρων πόλεων της Ελλάδας ΤΕΧΝ. ΕΠΙΜ. ΕΛΛΑ ΑΣ 7. Μοσχάτος Α., ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Συνιστώσες της ηλιακής θερµικής διαδικασίας- ΤΕΧΝ. ΕΠΙΜΕΛ. ΕΛΛΑ ΑΣ. 8. Ευµορφοπούλου Αικ., Οι κήποι στα δώµατα των κτιρίων. Η συµβολή τους στο οικοσύστηµα των αστικών κέντρων. Κατασκευαστικές λύσεις και δυνατότητες εφαρµογής στον Ελληνικό χώρο, ιδακτορική ιατριβή, Μελέτη της συµβολής των φυτεµένων δωµάτων στην ενεργειακή συµπεριφορά των κτιρίων και την βελτίωση της ποιότητας ζωής στα µεγάλα αστικά κέντρα, Ερευνητικό πρόγραµµα Α.Π.Θ. ήµος Σταυρούπολης, Θεσσαλονίκη Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία, Κλιµατικά στοιχεία του Ελληνικού ικτύου, Περίοδος Άννα Κοκκινάκη ανιήλ¹, ρ. Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., Λέκτορας Αικατερίνη Ευµορφοπούλου², ρ. Αρχιτέκτων Μηχανικός Α.Π.Θ., Επίκουρη Καθηγήτρια Εργαστήριο Οικοδοµικής και οµικής Φυσικής, Τµήµα Πολ.Μηχ/κών Α.Π.Θ. Θεσ/κη, Τ.Κ ¹ τηλ , Fax , daniil@civil.auth.gr ² τηλ , Fax , dimitrio@civil.auth.gr Μαρία ανιήλ ιπλ. Αρχιτέκτων Μηχανικός Α.Π.Θ. MArch UCL Παπαναστασίου 23, Πανόραµα, Θεσσαλονίκη Tηλ , Fax mdaniil@hotmail.com