Γηδαθηνξηθή Γηαηξηβή ππνβιεζείζα ζην Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Τπό ΒΑΡΓΟΤΛΑΚΗ ΔΤΣΤΥΙΟ

Transcript

1 ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΧΝ ΣΜΗΜΑ ΓΙΑΥΔΙΡΙΗ ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝΣΟ ΚΑΙ ΦΤΙΚΧΝ ΠΟΡΧΝ ΜΔΛΔΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΧΝ ΤΛΙΚΧΝ ΚΑΙ ΗΠΙΧΝ ΜΔΘΟΓΧΝ ΓΡΟΙΜΟΤ ΚΣΙΡΙΧΝ ΓΙΑ ΣΗΝ ΑΝΣΙΜΔΣΧΠΙΗ ΣΟΤ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟΤ ΣΧΝ ΑΣΙΚΧΝ ΘΔΡΜΙΚΧΝ ΝΗΙΓΧΝ ΚΑΙ ΣΗΝ ΔΞΟΙΚΟΝΟΜΗΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ Γηδαθηνξηθή Γηαηξηβή ππνβιεζείζα ζην Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Τπό ΒΑΡΓΟΤΛΑΚΗ ΔΤΣΤΥΙΟ Γηα ηελ Απόθηεζε ηνπ Σίηινπ ηνπ Γηδάθηνξα ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Αγξίλην, Οθηώβξηνο 2013

2 ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΧΝ ΣΜΗΜΑ ΓΙΑΥΔΙΡΙΗ ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝΣΟ ΚΑΙ ΦΤΙΚΧΝ ΠΟΡΧΝ ΜΔΛΔΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΧΝ ΤΛΙΚΧΝ ΚΑΙ ΗΠΙΧΝ ΜΔΘΟΓΧΝ ΓΡΟΙΜΟΤ ΚΣΙΡΙΧΝ ΓΙΑ ΣΗΝ ΑΝΣΙΜΔΣΧΠΙΗ ΣΟΤ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟΤ ΣΧΝ ΑΣΙΚΧΝ ΘΔΡΜΙΚΧΝ ΝΗΙΓΧΝ ΚΑΙ ΣΗΝ ΔΞΟΙΚΟΝΟΜΗΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ Γηδαθηνξηθή Γηαηξηβή ππνβιεζείζα ζην Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Τπό ΒΑΡΓΟΤΛΑΚΗ ΔΤΣΤΥΙΟ Γηα ηελ Απόθηεζε ηνπ Σίηινπ ηνπ Γηδάθηνξα ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Αγξίλην, Οθηώβξηνο 2013

3 ΜΔΛΔΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΧΝ ΤΛΙΚΧΝ ΚΑΙ ΗΠΙΧΝ ΜΔΘΟΓΧΝ ΓΡΟΙΜΟΤ ΚΣΙΡΙΧΝ ΓΙΑ ΣΗΝ ΑΝΣΙΜΔΣΧΠΙΗ ΣΟΤ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟΤ ΣΧΝ ΑΣΙΚΧΝ ΘΔΡΜΙΚΧΝ ΝΗΙΓΧΝ ΚΑΙ ΣΗΝ ΔΞΟΙΚΟΝΟΜΗΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ Τπό ΒΑΡΓΟΤΛΑΚΗ ΔΤΣΤΥΙΟ Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Σξηκειήο ζπκβνπιεπηηθή επηηξνπή: Καξακάλεο Γεκήηξηνο, Δπηβιέπσλ Καζεγεηήο, Δπίθνπξνο Καζεγεηήο Δλαιιαθηηθώλ Πεγώλ Δλέξγεηαο ηνπ Σκήκαηνο Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Μηραιαθάθνπ Παλαγηώηα, Καζεγήηξηα Φπζηθήο Πεξηβάιινληνο ηνπ Σκήκαηνο Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Αζεκαθνπνύινπ Μαξγαξίηα, Δπίθνπξε Καζεγήηξηα Φπζηθήο Πεξηβάιινληνο θαη Μεηεσξνινγίαο ηνπ Σκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Καπνδηζηξηαθνύ Παλεπηζηεκίνπ Αζελώλ I

4 Δπηακειήο Δμεηαζηηθή Δπηηξνπή 1. Αζεκαθνπνύινπ Μαξγαξίηα-Νίθε, Δπίθνπξε Καζεγήηξηα, Σκήκα Φπζηθήο, Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ 2. Βατκάθεο Σηβέξηνο, Καζεγεηήο, Σκήκα Υεκείαο, Παλεπηζηήκην Ησαλλίλσλ 3. Καξακάλεο Γεκήηξηνο, Δπηβιέπσλ Καζεγεηήο, Δπίθνπξνο Καζεγεηήο, Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ, Παλεπηζηήκην Παηξώλ 4. Λεπζεξηώηεο Γεώξγηνο, Δπίθνπξνο Καζεγεηήο, Σκήκα Φπζηθήο, Παλεπηζηήκην Παηξώλ 5. Μηραιαθάθνπ Παλαγηώηα, Καζεγήηξηα, Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ, Παλεπηζηήκην Παηξώλ 6. αληακνύξεο Μαηζαίνο, Καζεγεηήο, Σκήκα Φπζηθήο, Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ 7. Φσηηάδε Αγγειηθή, Λέθηνξαο, Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο & Φπζηθώλ Πόξσλ, Παλεπηζηήκην Παηξώλ II

5 H παξνύζα έξεπλα έρεη ζπγρξεκαηνδνηεζεί από ηελ Δπξσπατθή Έλσζε (Δπξσπατθό Κνηλσληθό Σακείν - ΔΚΣ) θαη από εζληθνύο πόξνπο κέζσ ηνπ Δπηρεηξεζηαθνύ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» ηνπ Δζληθνύ ηξαηεγηθνύ Πιαηζίνπ Αλαθνξάο (ΔΠΑ) Δξεπλεηηθό Υξεκαηνδνηνύκελν Έξγν: Ζξάθιεηηνο ΗΗ. Δπέλδπζε ζηελ θνηλσλία ηεο γλώζεο κέζσ ηνπ Δπξσπατθνύ Κνηλσληθνύ Σακείνπ. Απνηειεί έλα από ηα 61 εξεπλεηηθά έξγα ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Ησαλλίλσλ πνπ έρνπλ ρξεκαηνδνηεζεί ζην πιαίζην ηνπ πξνγξάκκαηνο Ζξάθιεηηνο ΗΗ κεηά από αμηνιόγεζε. Ζ ελ ιόγσ εξεπλεηηθή πξόηαζε ππνβιήζεθε γηα αμηνιόγεζε θαηά ηελ πεξίνδν όπνπ ην ηκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ απνηεινύζε ηκήκα ηνπ Παλεπηζηήκην Ησαλλίλσλ κε έδξα ην Αγξίλην κε ην Π.Γ. 96/98. Δλ ζπλερεία ην ηκήκα εληάρζεθε ζην Παλεπηζηήκην Γπηηθήο Διιάδαο πνπ ηδξύζεθε ηνλ επηέκβξην ηνπ 2009 κε ην άξζξν 40 ηνπ Ν (ΦΔΚ Α 156/ ). Σνλ Ηνύλην ηνπ 2013 ηo Παλεπηζηήκην Γπηηθήο Διιάδαο θαηαξγήζεθε κε ην Π.Γ. 89/ (ΦΔΚ Α' 130/5-6-13) θαη ην Σκήκα Γηαρείξηζεο Πεξηβάιινληνο θαη Φπζηθώλ Πόξσλ θαη νη ππεξεζίεο ηνπ εληάρζεθαλ ζην Παλεπηζηήκην Παηξώλ. III

6 ηελ νηθνγέλεηα κνπ θαη ζηνπο δηθνύο κνπ αλζξώπνπο IV

7 Δπραξηζηίεο Γελ ππάξρνπλ ηδέεο, ππάξρνπλ κνλάρα άλζξσπνη πνπ θνπβαινύλ ηηο ηδέεο, θη απηέο παίξλνπλ ην κπόη ηνπ αλζξώπνπ πνπ ηηο θνπβαιάεη. Νίθνο Καδαληδάθεο, , Έιιελαο ζπγγξαθέαο Ζ νινθιήξσζε κηαο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο από κόλε ηεο απνηειεί ζίγνπξα έλα απαηηεηηθό θαη ζεκαληηθό εγρείξεκα. Γηα λα ην επηηύρεη θάπνηνο εθηόο από ην λα μεπεξάζεη ηνλ εαπηό ηνπ, ρξεηάδεηαη θαη ηελ ζπκπαξάζηαζε όισλ εθείλσλ ζην ζηελό θαη επξύηεξν πεξηβάιινλ ηνπ, πνπ ζα ηνλ ζηεξίμνπλ θαη ζα ηνλ βνεζήζνπλ λα νινθιεξώζεη ηελ πξνζπάζεηά ηνπ. Υσξίο ηελ παξνπζία, ηελ ππνζηήξημε θαη ηελ αλνρή απηώλ ησλ αλζξώπσλ δελ ζα ήηαλ δπλαηή ε πινπνίεζε ηεο δηδαθηνξηθήο κνπ δηαηξηβήο θαη ζα ήηαλ ακέιεηα κνπ λα κελ ηνπο επραξηζηήζσ. Πξώηα από όινπο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ επηβιέπνληα Καζεγεηή κνπ, Γξ. Καξακάλε Γεκήηξην, Δπίθνπξν Καζεγεηή ηνπ Σκήκαηνο Γ.Π.Φ.Π. γηα ηελ επηζηεκνληθή, πλεπκαηηθή θαη εζηθή ππνζηήξημε πνπ κνπ παξείρε θαζ όιε ηε δηάξθεηα ηεο εθπόλεζεο ηεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο. Υσξίο ηε ζπκβνιή ηνπ δελ ζα είρα ηελ επθαηξία λα αξρίζσ αιιά θαη λα θέξσ εηο πέξαο ην έξγν κνπ. Δίλαη πξαγκαηηθά ηηκή κνπ πνπ ππήξμα δηδαθηνξηθόο ηνπ θνηηεηήο. Δπίζεο επραξηζηώ ηε ζύληξνθν ηεο δσήο κνπ Πηηέλε Οπξαλία, ε νπνία κνπ παξείρε ηελ αληδηνηειή θαη αλππνιόγηζηε ππνζηήξημε ηεο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ δύζθνισλ ζηηγκώλ, ελώ παξάιιεια κνπ έδσζε έλαλ αθόκε ιόγν λα πξνζπαζήζσ πεξηζζόηεξν, ην κηθξό καο γην, ην Γηάλλε. Θα ήζεια αθόκε λα επραξηζηήζσ ηελ ππόινηπε νηθνγέλεηα κνπ γηα ηελ απεξηόξηζηε θαη ακέξηζηε ζπκπαξάζηαζε ηνπο όια ηα ρξόληα ησλ ζπνπδώλ κνπ. Από ην εξγαζηαθό κνπ πεξηβάιινλ ζην εξγαζηήξην Φπζηθήο ηνπ Γ.Π.Φ.Π., ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηελ Καζεγήηξηα Φπζηθήο Πεξηβάιινληνο Μηραιαθάθνπ Παλαγηώηα, γηα ηηο πνιύηηκεο ζπκβνπιέο ηεο θαη ηελ αλεμάληιεηε εκπεηξία ηεο γύξσ από ηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο ζηα θηίξηα, ηελ Λέθηνξα Αηκνζθαηξηθήο Ρύπαλζεο V

8 Φσηηάδε Αγγειηθή γηα ηε βνήζεηα ηεο ζηελ ηειεπηαία εξγαζία καο, αιιά θαη ηελ ζπκπαηξηώηηζζα θαη ζπλάδειθν Αξγπξώ Παηεληαιάθε γηα ηνλ πνιύηηκν ρξόλν πνπ κνπ δηέζεζε, εηδηθά ζην μεθίλεκα ηεο δηδαθηνξηθήο κνπ δηαηξηβήο. Από ην ρώξν απηό ζα ζεια λα επραξηζηήζσ θαη ηνπο ππνςήθηνπο δηδάθηνξεο Γθνξγθόιε Γεώξγην θαη Καςάιε Βαζίιεην, θαζώο θαη ην Γξ. Κξίκπαιε πύξν γηα ηελ άξηζηε ζπλεξγαζία καο αιιά θαη ην επράξηζην θιίκα πνπ δεκηνπξγήζαλε. Θα ήζεια επίζεο λα επραξηζηήζσ ηα άηνκα πνπ βξεζήθακε ζε θνηλό εξγαζηαθό ρώξν θαη απνθηήζακε θνηλά βηώκαηα απηά ηα ρξόληα. Σηο ππνςήθηεο δηδάθηνξεο Νηνηή Φνύια θαη Μαγδαιελή Πιέληνπ από ην Δξγαζηήξην Σειεπηζθόπεζεο ηνπ ΓΠΦΠ, θαζώο θαη ηνπο ππνςήθηνπο δηδάθηνξεο Μηραήι Μηραειίδε θαη Μίιην Εακπάξα. Αθόκε άηνκα εθηόο ηνπ ηκήκαηνο Γ.Π.Φ.Π. πνπ όκσο απνηέιεζαλ ζεκαληηθνύο θξίθνπο ζε απηή ηε δηαηξηβή. Δπραξηζηώ ην Γξ. Φώηε Γήκν γηα ηα πεηξάκαηα πνξνζπκκεηξίαο N 2 θαη Hg θαη ηνλ πνιύηηκν ρξόλν πνπ κνπ αθηέξσζε, ηνλ Καζεγεηή Βατκάθε Σηβέξην γηα ηα θάζκαηα ζεξκηθήο αλάιπζεο θαη ηνλ Καζεγεηή Μπάθα Θσκά γηα ηα θάζκαηα ζθέδαζεο αθηίλσλ-υ πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην νξηδόληην δίθηπν εξγαζηεξίσλ ηνπ παλεπηζηήκηνπ Ησαλλίλσλ. Να επραξηζηήζσ επίζεο ηελ Γξ. Αζεκαθνπνύινπ Μαξγαξίηα, Δπίθνπξε Καζεγήηξηα θαη θπζηθά ηνλ Καζεγεηή Μάλζν αληακνύξε θαη ηελ νκάδα ηνπ γηα ηα πεηξάκαηα αλαθιαζηηθόηεηαο ησλ δεηγκάησλ αξγίινπ πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην Φπζηθό Αζελώλ.. Σέινο λα επραξηζηήζσ όια ηα κέιε ηεο εμεηαζηηθήο κνπ επηηξνπήο γηα ηελ ζπκκεηνρή ηνπο ζε απηή. Βαξδνπιάθεο Δπηύρηνο Αγξίλην, Οθηώβξηνο 2013 VI

9 Πεξηερόκελα ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΔΙΚΟΝΧΝ-ΓΡΑΦΗΜΑΣΧΝ... 5 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΠΙΝΑΚΧΝ ΠΔΡΙΛΗΦΗ ABSTRACT ΓΗΜΟΙΔΤΔΙ ΤΝΣΟΜΟΓΡΑΦΙΔ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 1. ΔΙΑΓΧΓΗ Κηίξην θαη πεξηβάιινλ θνπόο θαη πξσηνηππία ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο Γνκή ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2. ΑΣΙΚΗ ΘΔΡΜΙΚΗ ΝΗΙΓΑ Αζηηθνπνίεζε θαη έλλνηα ηεο Αζηηθήο Θεξκηθήο Νεζίδαο Μνξθέο Α.Θ.Ν Μηθξνθιίκα θαη αηηίεο εκθάληζεο ηεο ΑΘΝ πλέπεηεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ Αλαζθόπεζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 3. ΑΝΣΙΜΔΣΧΠΙΗ ΣΟΤ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟΤ ΣΗ ΑΘΝ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 1

10 3.1 Δθηεηακέλε ρξήζε αζηηθήο βιάζηεζεο Υξήζε ςπρξώλ πιηθώλ ζε θηίξηα Αλάπηπμε Πξάζηλσλ νξνθώλ Άιιεο ηερληθέο πεξηνξηζκνύ ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 4. ΔΞΑΣΜΙΣΙΚΟ ΓΡΟΙΜΟ Δμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο κε ρξήζε πνξσδώλ πιηθώλ Σα πνξώδε πιηθά θαη νη επηζπκεηέο ηνπο ηδηόηεηεο Ση νλνκάδνπκε πνξώδε πιηθά Ηδηόηεηεο πνξσδώλ πιηθώλ Φπιιόκνξθνη άξγηινη θαη ππνζηπισκέλνη θπιιόκνξθνη άξγηινη (ΤΦΑ) Τδξνθηιία θαη πδξόθηια πιηθά Πξνζξόθεζε Τδξαηκώλ θαη Τδξόθηια Τιηθά Σερληθέο Υαξαθηεξηζκνύ πιηθώλ θαη πξνζδηνξηζκόο πδξνθηιηθήο ζπκπεξηθνξάο Θεσξία Ηζόζεξκσλ Πξνζξόθεζεο Ηζόζεξκε Πξνζξόθεζεο Νεξνύ Μνληέιν ηζόζεξκεο πξνζξόθεζεο Langmuir Μνληέιν ηζόζεξκεο πξνζξόθεζεο Freundlich Μνληέιν ηζόζεξκεο πξνζξόθεζεο Dubinin Astakhov (D A) ΚΔΦΑΛΑΙΟ 5. ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ Δ ΟΡΟΦΔ Έκκεζα θέξδε Βηβιηνγξαθηθή αλαζθόπεζε Θεξκηθή ξνή ζε 4 ηύπνπο θηηξηαθά ελζσκαησκέλσλ θσηνβνιηατθώλ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 2

11 5.2.2 Υξήζε πξνζνκνίσζεο γηα ππνινγηζκό ηεο ζεξκηθήο ξνήο θαη ηελ επηξξνή ζηε δηακόξθσζε ηεο ΑΘΝ Θεξκηθή ξνή ζε θσηνβνιηατθά ζθηάζηξσλ παξθηλγθ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 6. ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΔΡΟ Α: ΦΑΙΝΟΜΔΝΟ ΑΘΝ Δ 2 ΜΙΚΡΔ ΔΛΛΗΝΙΚΔ ΠΟΛΔΙ, ΣΟ ΑΓΡΙΝΙΟ ΚΑΙ ΣΑ ΙΧΑΝΝΙΝΑ Υαξαθηεξηζηηθά ηεο πόιεο ηνπ Αγξηλίνπ Πεξηγξαθή ηαζκώλ Θεξκνθξαζίαο Απνηειέζκαηα γηα ηελ πόιε ηνπ Αγξηλίνπ Μεληαίεο Μέζεο Σηκέο ζηνλ Αζηηθό Ηζηό Υαξαθηεξηζηηθά έληαζεο ΑΘΝ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ Υαξαθηεξηζηηθά ΑΘΝ ην ρεηκώλα θαη ην θαινθαίξη Χξηαία έληαζε ΑΘΝ θαη ζπζρέηηζε ηεο κε ηε ζεξκνθξαζία θάζε ζηαζκνύ Ζ επίδξαζε πεξηβαιινληηθώλ παξακέηξσλ ζηελ έληαζε ΑΘΝ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ Δλεξγεηαθέο αλάγθεο γηα ζέξκαλζε θαη δξνζηζκό θαη κειινληηθέο ηάζεηο Υαξαθηεξηζηηθά ηεο πόιεο ησλ Ισαλλίλσλ Πεξηγξαθή ησλ ζηαζκώλ ζεξκνθξαζίαο Απνηειέζκαηα γηα ηελ πόιε ησλ Ισαλλίλσλ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 7. ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΔΡΟ Β: ΔΞΑΣΜΙΣΙΚΟ ΓΡΟΙΜΟ ΜΔ ΤΠΟΣΤΛΧΜΔΝΟΤ ΦΤΛΛΟΜΟΡΦΟΤ ΑΡΓΙΛΟΤ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ (AL-ΤΦΑ) Γεληθά γηα ηνλ εμαηκηζηηθό δξνζηζκό Τιηθά: ζύλζεζε θαη ραξαθηεξηζκόο Πεηξάκαηα Ρόθεζεο λεξνύ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 3

12 7.4 Πεηξακαηηθή δηάηαμε, πεηξάκαηα ξόθεζεο λεξνύ θαη ξπζκόο εμάηκηζεο Πεηξάκαηα κε πξνζνκνησκέλε ειηαθή αθηηλνβνιία ΚΔΦΑΛΑΙΟ 8. ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΔΡΟ Γ: ΚΙΑΗ ΑΠΟ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ Δ ΟΡΟΦΔ Πεηξακαηηθή δηάηαμε Μεηεσξνινγηθέο ζπλζήθεο Θεξκνθξαζία νξνθήο θαη θσηνβνιηατθνύ Γηεξεύλεζε ηεο κεηαθνξάο ζεξκόηεηαο Δπίδξαζε ζηε ζεξκηθή ζπκπεξηθνξά ηνπ θηηξίνπ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 9. ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 4

13 Καηάινγνο Δηθόλσλ-Γξαθεκάησλ Δηθόλα 1: Παγθόζκην πνζνζηό αζηηθνπνίεζεο κεηά ην 2 ν παγθόζκην πόιεκν θαη κειινληηθέο πξνβιέςεηο γηα αλεπηπγκέλα θαη ιηγόηεξν αλεπηπγκέλα θξάηε (United Nations, 2011) Δηθόλα 2: ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο αηκόζθαηξαο ησλ πόιεσλ πνπ παξνπζηάδεη ηε δηάθξηζε κεηαμύ δηαθόξσλ ηύπσλ Α.Θ.Ν. Ζ κέζν-θιίκαθα αλαθέξεηαη ζην επίπεδν ηεο πόιεο, ε ηνπηθή θιίκαθα ζην επίπεδν γεηηνληάο θαη ε κηθξνθιίκαθα ζην επίπεδν κεηαμύ θηηξίσλ (Oke, 1988) Δηθόλα 3: Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο (Assimakopoulos, et al., 2001) Δηθόλα 4: Σππηθή ξνή ελέξγεηαο ζε κηα αζηηθή θαη αγξνηηθή πεξηνρή (kwh/m 2 /εκέξα) Δηθόλα 5: Αηηίεο δεκηνπξγίαο ΑΘΝ (ηξνπνπνηεκέλν από Memon, et al., 2008) Δηθόλα 6: ρεκαηηθή απεηθόληζε ηεο πξόζπησζεο αθηηλνβνιίαο ζε κηα επηθάλεηα Δηθόλα 7: Θεξκνθπζηθέο ηδηόηεηεο πιηθώλ θπξηνηέξσλ δνκηθώλ πιηθώλ Δηθόλα 8: Υαξαθηεξηζκόο ηεο ξνήο αλέκνπ ζε έλα ζε έλα δξόκν ζαλ ζπλάξηεζε ησλ γεσκεηξηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπ θηηξίνπ θαη ηνπ δξόκνπ, όηαλ ε δηεύζπλζε ηνπ αλέκνπ είλαη ζρεδόλ θάζεηε πξνο ηνλ άμνλα ηνπ δξόκνπ (Oke, 1988) Δηθόλα 9: Ζ εκεξήζην πξόηππν κέζεο κέγηζηεο ζεξκνθξαζίαο ζε δηάθνξεο επαξρίεο ηνπ Σόθπν (20 Ηνπιίνπ - 31 Απγνύζηνπ 2002) Δηθόλα 10: ρεκαηηθόο ράξηεο ηνπ Λνλδίλνπ, όπνπ παξνπζηάδεηαη ε αθηηληθή δηάηαμε ησλ 68 ζηαζκώλ θαηαγξαθήο γηα ηε κειέηε ηνπ θαηλνκέλνπ Α.Θ.Ν.. 44 Δηθόλα 11:ύλνιν δξάζεσλ ζηνλ αζηηθό ηζηό γηα πεξηνξηζκό ηεο ΑΘΝ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 5

14 Δηθόλα 12: Ζ νηθνινγηθή ζπλεηζθνξά ησλ δέληξσλ ζηηο πόιεηο Δηθόλα 13: Χξηαία δήηεζε γηα ειεθηξηζκό ζε έλα κέζσ ζπίηη ζηελ Καιηθόξληα ηνλ Ηνύιην ηνπ Δηθόλα 14: Πξάζηλε νξνθή ζην δεκαξρηαθό κέγαξν ηνπ ηθάγν Δηθόλα 15: Γξαθηθή αλαπαξάζηαζε ηεο αξρήο ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ κε ρξήζε πνξώδνπο ππνζηξώκαηνο (Vardoulakis, et al., 2011) Δηθόλα 16: Σαμηλόκεζε πνξσδώλ πιηθώλ (Γειεγηαλλαθεο, 2006) Δηθόλα 17: Κξπζηαιιηθή δνκή κνληκνξηιινλίηε (Καξακάλεο, 1997) Δηθόλα 18: Ζ ηδαληθή ππνζηύισζε ηεο αξγίινπ (Καξακάλεο, 1997) Δηθόλα 19: Ηζόζεξκεο πξνζξόθεζεο ζύκθσλα κε ηελ IUPAC Δηθόλα 20: Ηζόζεξκε πξνζξόθεζεο θαη ηξηρνεηδήο ζπκπύθλσζε ζε πόξνπο κεζνπνξώδνπο πιηθνύ (Ng, et al., 2008) Δηθόλα 21: Βαζηθή Ηζόζεξκε πξνζξόθεζε Δηθόλα 22: Σα 4 δηαθνξεηηθά κνληέια θσηνβνιηατθώλ νξνθήο πνπ αλέπηπμαλ νη Wang, et al. (2006) Δηθόλα 23: Ρνή ελέξγεηαο ζε a) αζθίαζηε νξνθή β) ζθηαζκέλε από Φ/Β Δηθόλα 24: ύγθξηζε ζεξκνθξαζηώλ επηθαλεηώλ ζθηαζκέλα από θσηνβνιηατθά θαη από αζηηθό πξάζηλν ζε ρώξν ζηάζκεπζεο απη/ησλ (Golden, et al., 2007) Δηθόλα 25: Ο αγξνηηθόο ζηαζκόο Νν.2(πάλσ αξηζηεξά) θαη νη αζηηθνί ζηαζκνί Νν. 9, 7, Δηθόλα 26: Γίθηπν αζηηθώλ, εκηαζηηθώλ θαη αγξνηηθώλ ζηαζκώλ ζηελ πόιε ηνπ Αγξηλίνπ Δηθόλα 27: Μέζεο κεληαίεο ηηκέο ζεξκνθξαζίαο γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 6

15 Δηθόλα 28: Καηαλνκή ηεο ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ηεο έληαζεο ΑΘΝ γηα ηέζζεξηο αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο γηα ην θαινθαίξη ηνπ 2010 (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 29: Καηαλνκή ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ζεξκνθξαζηώλ ηε λύρηα θαη Γθανπζηαλή θαηαλνκή γηα ηνλ αζηηθό ζηαζκό 7 θαη ηνλ αγξνηηθό ζηαζκό (ζηαζκόο 2) Δηθόλα 30: Καηαλνκή ηεο ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ηεο έληαζεο ΑΘΝ γηα ηέζζεξηο αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο γηα ην θαινθαίξη ηνπ 2010 (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 31: 24-σξε ρξνληθή εμέιημε έληαζεο ΑΘΝ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ (κέζεο ηηκέο) Δηθόλα 32: Καηαλνκή ηεο ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ηεο έληαζεο ΑΘΝ γηα ηέζζεξηο αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο γηα ην ρεηκώλα (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 33: Καηαλνκή ηεο ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ηεο έληαζεο ΑΘΝ γηα ηέζζεξηο αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο γηα ην ρεηκώλα (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 34: 24-σξε ρξνληθή εμέιημε έληαζεο ΑΘΝ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα (κέζε ηηκή) Δηθόλα 35: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο εκέξεο ηνπ θαινθαηξηνύ ηνπ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 7

16 Δηθόλα 36: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο λύρηεο ηνπ θαινθαηξηνύ ηνπ Δηθόλα 37: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο εκέξεο ηνπ ρεηκώλα Δηθόλα 38: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο λύρηεο ηνπ ρεηκώλα Δηθόλα 39: Ηζηόγξακκα έληαζεο ΑΘΝ ζην ζηαζκό 7 θαη ηαρύηεηαο αλέκνπ ηνπο θαινθαηξηλνύο κήλεο Δηθόλα 40: Γηάγξακκα ζθέδαζεο όπνπ παξνπζηάδεηαη ε ζπζρέηηζε έληαζεο ΑΘΝ θαη ηαρύηεηαο αλέκνπ θαηά ηνπο θαινθαηξηλνύο κήλεο ζην ζηαζκό Δηθόλα 41: Ο αηζζεηήξαο θαη θισβόο πξνζηαζίαο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζηελ πόιε ησλ Ησαλλίλσλ Δηθόλα 42: Μέζεο κεληαίεο ηηκέο ζεξκνθξαζίαο γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο Δηθόλα 43: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο εκέξεο ηνπ θαινθαηξηνύ Δηθόλα 44: Γηάγξακκα δηαζπνξάο ηεο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ θάζε αζηηθνύ ζηαζκνύ θαη ηνπ ζηαζκνύ αλαθνξάο, ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αζηηθνύ ζηαζκνύ θαηά ηηο λύρηεο ηνπ θαινθαηξηνύ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 8

17 Δηθόλα 45: Καηαλνκή ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ΑΘΝ γηα ηνπο 4 αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο γηα ην θαινθαίξη ηνπ 2010 (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 46: Καηαλνκή ζπρλόηεηαο εκθάληζεο ΑΘΝ γηα ηνπο 4 αζηηθνύο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο γηα ην θαινθαίξη ηνπ 2010 (κέζεο σξηαίεο ηηκέο) Δηθόλα 47: Ηζόζεξεο πξνζξόθεζεο αηκνύ ησλ παξαζθεπαζκέλσλ πιηθώλ ζηνπο 25 C Δηθόλα 48: Ξεξαληήξαο (desiccator)κε δηάιπκα θνξεζκέλνπ άιαηνο, δείγκαηα θαη κεηξεηήο ζεξκνθξαζίαο/πγξαζίαο Δηθόλα 49: Κηλεηηθέο πξνζξόθεζεο πγξαζίαο ηνπ NaM θαη ησλ ππνζηπισκέλσλ δεηγκάησλ Δηθόλα 50: ύγθξηζε θηλεηηθώλ πξνζξόθεζεο κεηαμύ ησλ δεηγκάησλ NaM, Na- FPM, silica θαη ηππηθνύ ρώκαηνο πξάζηλσλ νξνθώλ Δηθόλα 51:ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο αεξνζήξαγγαο ειεγρόκελσλ αηκνζθαηξηθώλ ζπλζεθώλ γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε πεηξακάησλ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ Δηθόλα 52: Φσηνγξαθία ηεο αεξνζήξαγγαο ειεγρόκελσλ αηκνζθαηξηθώλ ζπλζεθώλ (εξγαζηήξην Φπζηθήο ηκήκαηνο ΓΠΦΠ) Δηθόλα 53: Καηάιιεια δηακνξθσκέλε ζήθε γηα δείγκαηα πιηθώλ κε κόλσζε θαη εηζόδνπο ζεξκνδεπγώλ γηα θαηακέηξεζε ζεξκνθξαζίαο ηνπ πιηθνύ ζε ηξία δηαθνξεηηθά ύςε Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 9

18 Δηθόλα 54: Απώιεηα κάδαο λεξνύ γηα ηα δείγκαηα ηνπ ΝαΜ θαη ησλ ηξνπνπνηεκέλσλ αξγίισλ Al θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ εμάηκηζεο ιόγσ ζπλαγσγήο Δηθόλα 55: Θεξκνθξαζηαθή κεηαβνιή ζε ηξεηο δηαθνξεηηθέο ζέζεηο κέηξεζεο: ζηελ επηθάλεηα, ζηε κέζε θαη ζην θάησ κέξνο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ εμάηκηζεο κέζσ ζπλαγσγήο ζε 3 δηαθνξεηηθά πιηθά NaM (a), Na-APZ-500(b) θαη Na-FPM (c) Δηθόλα 56: Κακπύιεο κείσζεο κάδαο ηνπ ηξνπνπνηεκέλνπ αξγίινπ Na-FPM θαη ηνπ δείγκαηνο ρώκαηνο Δηθόλα 57:Θεξκνθξαζίεο ζηα 3 δηαθνξεηηθά ζεκεία ηνπ πιηθνύ γηα ηα θπθιηθά πεηξάκαηα κε πξνζνκνησκέλε ειηαθή αθηηλνβνιία Δηθόλα 58:Αλαθιαζηηθόηεηα ππνζηπισκέλσλ αξγίισλ ζε ζύγθξηζε κε ηππηθό κνληκνξηιινλίηε θαη ρώκα Δηθόλα 59:Γηαθύκαλζε ζεξκνθξαζίαο ζηελ επηθάλεηα θαη ζην κέζν ησλ δεηγκάησλ Na-FPM θαη ρώκαηνο ζε ζπλζήθεο ειαρίζηεο πγξαζίαο θαη ρσξίο ξνή αέξα ζηελ αεξνζήξαγγα Δηθόλα 60:ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο κε όια ηα ζεξκνδεύγε θαη ηνπο αηζζεηήξεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ Δηθόλα 61: Φσηνγξαθία ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο ζηελ ηαξάηζα ηνπ θηηξίνπ ηνπ ΓΠΦΠ Δηθόλα 62: (a) Χξηαίεο κέζεο ηηκέο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ζρεηηθήο πγξαζίαο θαηά ηελ πεξίνδν ηνπ πεηξάκαηνο. (b) Χξηαίεο κέζεο ηηκέο ζεξκνθξαζίαο θαη ηαρύηεηαο αλέκνπ κεηαμύ 8 θαη 19 Απγνύζηνπ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 10

19 Δηθόλα 63:(a)Θεξκνθξαζία νξνθήο θάησ από ηελ εθηεζεηκέλε ζηνλ ήιην νξνθή (TC4), αθξηβώο ζηελ επηθάλεηα ηεο εθηεζεηκέλεο νξνθήο (H1),ζηε ζθηαζκέλε επηθάλεηα νξνθήο θάησ από ην PV (Ζ12). (b)θεξκνθξαζία αθξηβώο πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ PV (TC5) θαη θάησ από ηελ επηθάλεηα ηνπ (TC7) θαζώο θαη ζεξκνθξαζία αέξα θάησ από ην PV Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 11

20 Καηάινγνο Πηλάθσλ Πίλαθαο 1: πλνιηθή ξνή ελέξγεηαο ζε κηα ηππηθή αγξνηηθή θαη κηα ηππηθή αζηηθή πεξηνρή Πίλαθαο 2: Ρνή αλζξσπνγελνύο ζεξκόηεηαο ζε δηάθνξεο ηνπνζεζίεο ηνπ θόζκνπ Πίλαθαο 3: Πξνηεηλόκελα κέηξα γηα ηελ «άκπλα» ησλ πόιεσλ απέλαληη ζηελ ΑΘΝ (Yamamota, 2006) Πίλαθαο 4: Υαξαθηεξηζηηθέο ηηκέο αλαθιαζηηθόηεηαο, εθπνκπήο ππεξύζξνπ θαη δείθηε ειηαθήο αλάθιαζεο γηα ςπρξά πιηθά (Santamouris, et al., 2011) Πίλαθαο 5: Ηδηόηεηεο πνξσδώλ πιηθώλ ζρεηηθέο κε ηελ πξνζξόθεζε λεξνύ (Ng, et al., 2008) Πίλαθαο 6: ύγθξηζε κεηαμύ θπζηθήο θαη ρεκηθήο πξνζξόθεζεο Πίλαθαο 7: ύγθξηζε απνηειεζκάησλ πξνζνκνίσζήο γηα ηνπο 4 ηύπνπο νξνθήο Πίλαθαο 8: Υαξαθηεξηζηηθά Διιεληθώλ πόιεσλ θαη κέζε έληαζε Α.Θ.Ν Πίλαθαο 9: Υαξαθηεξηζηηθά πεηξακαηηθώλ ζηαζκώλ Πίλαθαο 10: Μέζε κεληαία ζεξκνθξαζία ( C) θαη ηππηθή απόθιηζε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο Πίλαθαο 11: Μέζε κεληαία ζεξκνθξαζία ( C) θαη ηππηθή απόθιηζε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο Πίλαθαο 12: Μέζε κεληαία έληαζε ΑΘΝ γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξνύ (ην αξλεηηθό πξόζεκν δείρλεη ηελ ύπαξμε ΑΦΝ) Πίλαθαο 13: Μέζε κεληαία έληαζε ΑΘΝ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα Πίλαθαο 14: Βαζκνώξεο ζέξκαλζεο θαη ςύμεο γηα αζηηθό θαη αγξνηηθό πεξηβάιινλ κε βάζε ηηο παξνύζεο ζπλζήθεο αιιά θαη έλα κειινληηθό ζελάξην Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 12

21 Πίλαθαο 15: Υαξαθηεξηζηηθά ζηαζκώλ ζηελ πόιε ησλ Ησαλλίλσλ Πίλαθαο 16: Μέζε κεληαία έληαζε ΑΘΝ γηα όινπο ηνπο ζηαζκνύο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα αιιά θαη ηνπ θαινθαηξηνύ (ην αξλεηηθό πξόζεκν δείρλεη ηελ ύπαξμε ΑΦΝ) Πίλαθαο 17: πλζήθεο παξαζθεπήο θαη νλνκαζίεο ησλ ηξνπνπνηεκέλσλ αξγίισλ θαη πιηθώλ πνπ κειεηήζεθαλ Πίλαθαο 18: Υαξαθηεξηζηηθά ηεο αξρηθήο αξγίινπ, αιιά θαη ησλ ππνζηπισκέλσλ δεηγκάησλ Πίλαθαο 19: Γηαιύκαηα θνξεζκέλσλ αιάησλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ Πίλαθαο 20: Παξάκεηξνη θηλεηηθώλ πξνζξόθεζεο ησλ ππνζηπισκέλσλ ηξνπνπνηεκέλσλ αξγίισλ αινπκηλίνπ ζηε ζεξκνθξαζίαο ησλ 25±1 C θαη ζρεηηθή πγξαζία 44 ± 2% Πίλαθαο 21: Μεηώζεηο κάδαο θαη ζεξκνθξαζίαο γηα ηα δείγκαηα NaM, Na-APZ500 θαη Na-FPM από ηα πεηξάκαηα εμάηκηζεο λεξνύ (Όγθνο λεξνύ / Όγθνο πιηθνύ=0.214). πλζήθεο: ξνή αέξα:377±30m 3 /h,ζεξκνθξαζία 25±0.8 C θαη ζρεηηθή πγξαζία 35±2% Πίλαθαο 22: Σηκέο αλαθιαζηηθόηεηαο ζε όιν ην ειηαθό θάζκα (SR, nm) θαη ηηκέο ειηαθήο αλαθιαζηηθόηεηαο ζην UV ( nm), VIS ( nm) θαη ζην NIR ( nm) γηα ηα δείγκαηα Na-FPM θαη ρώκα κε ρξήζε κέζεο ζηαζκηζκέλεο ζπλάξηεζεο κε θάζκα αλαθνξάο ην ASTM G ή ην θάζκα ηεο ιάκπαο κεηάιινπ-αινγόλνπ Πίλαθαο 23: Θέζε, νλνκαζία θαη ραξαθηεξηζηηθά θάζε αηζζεηήξα Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 13

22 Πίλαθαο 24: Πνζνζηηαίεο κεηαβνιέο θνξηίνπ ςύμεο θαη ζέξκαλζεο γηα όιν ην θηίξην θαη γηα ην δεύηεξν όξνθν ηνπ θηηξίνπ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 14

23 Πεξίιεςε ηα πιαίζηα ηεο έιιεηςεο ηεο κειέηεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζε πεξηθεξεηαθέο Διιεληθέο πόιεηο, ε παξνύζα δηδαθηνξηθή δηαηξηβή παξνπζηάδεη θαη αλαιύεη ηα απνηειέζκαηα ηεο κειέηεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζε δύν κηθξέο πόιεηο ηεο πεξηθέξεηαο, ην Αγξίλην θαη ηα Ησάλληλα. ηόρνο ηεο εξγαζίαο είλαη λα κειεηήζεη ηελ ύπαξμε ηεο ΑΘΝ, θαζώο θαη λα πξνζδηνξίζεη ηελ έληαζε θαη ηε κνξθή ηεο. Γηα ην ζθνπό απηό έλα δίθηπν αηζζεηήξσλ ζεξκνθξαζίαο ζε ζπλδπαζκό κε κεηεσξνινγηθνύο ζηαζκνύο αλαπηύρζεθε ζηηο δύν πόιεηο θαη ζεξκνθξαζηαθά δεδνκέλα ζπιιέρζεθαλ γηα ην ζρεκαηηζκό ηνπ ζεξκηθνύ ηνπο πξνθίι. Σα απνηειέζκαηα δείρλνπλ έληνλε παξνπζία ηνπ θαηλνκέλνπ θπξίσο θαηά ηηο βξαδηλέο ώξεο θαη έληαζε ζεξκηθήο λεζίδαο πνπ θηάλεη θαη ηε κέζε ηηκή ησλ 3.8 ν C ην κήλα Αύγνπζην ζην Αγξίλην ελώ ζηα Ησάλληλα γηα ηελ ίδηα πεξίνδν ην θαηλόκελν έρεη πην ήπηα κνξθή (1.5 ν C). Γηα ηελ αληηκεηώπηζε ηνπ θαηλνκέλνπ, ηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο θαζώο θαη ηε βειηίσζε ηεο ζεξκηθήο άλεζεο ησλ θηηξίσλ πόιεσλ πνπ αληηκεησπίδνπλ πξόβιεκα κε ηελ ΑΘΝ, κειεηήζεθε ε πεξίπησζε ρξήζεο πδξόθηισλ ελεξγεηαθώλ πιηθώλ σο επηθάιπςε νξνθώλ, γηα κείσζε ηεο ξνήο ζεξκόηεηαο από ηελ νξνθή κε εμαηκηζηηθό δξνζηζκό θαζώο θαη ηα δεπηεξεύνληα ελεξγεηαθά θέξδε από κηα πηζαλή εγθαηάζηαζε θσηνβνιηατθώλ νξνθήο. Ζ κειέηε πεξηιάκβαλε ηελ αλάπηπμε πεηξακαηηθήο δηάηαμεο αεξνζήξαγγαο γηα ηε δνθηκή ησλ πιηθώλ, κε πξνζνκνίσζε ησλ θαηξηθώλ ζπλζεθώλ ηεο πόιεο θαηά ηνπ θαινθαηξηλνύο κήλεο, όπνπ θαη ην θαηλόκελν ηεο αζηηθήο ζεξκηθήο λεζίδαο είλαη πνιύ έληνλν, θαζώο θαη αλάπηπμε θσηνβνιηατθώλ ζε ηαξάηζα παλεπηζηεκηαθνύ θηηξίνπ. Σα απνηειέζκαηα δείρλνπλ όηη ν εμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο κπνξεί λα απνηειέζεη κηα πνιιά ππνζρόκελε κέζνδν γηα ηελ αληηκεηώπηζε ηεο ΑΘΝ, ελώ ε εγθαηάζηαζε θσηνβνιηατθώλ κπνξεί λα ζπλεηζθέξεη επίζεο ζηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο γηα δξνζηζκό ηνπο θαινθαηξηλνύο κήλεο, επηπιένλ ηεο παξαγσγήο ελέξγεηαο. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 15

24 Abstract Due to the lack of research on the field of the UHI effect in minor Greek cities, this thesis presents and analyzes the results of studying the UHI phenomenon in two small cities of the Greek province, Agrinio and Ioannina. Our aim was to study the existence of the UHI phenomenon as well as to determine its intensity and its type. In order to achieve that, a network of thermal sensors and meteorological stations was set on the two cities and temperature data were collected in order to define their thermal profile. The results point severe presence of the phenomenon especially during the nocturnal hours while the intensity of the phenomenon reaches up to 3.8 ν C during August in Agrinio while in Ioannina at the same period the phenomenon is softer (1.5 ν C). To mitigate the problem, save energy and improve the thermal capacity of the urban buildings in cities where the UHI occurs, the use of hydrophilic materials as a layer sheathing the roof was developed, in order to control the thermal flow from the roof by evaporative cooling. Furthermore, secondary energy benefits from a possible photovoltaics roof installation were investigated. Our research included the developing of an experimental set-up of a wind tunnel where sample materials were tested, by simulating the weather conditions of the city during the summer months, exactly the period of the high UHI intensity, as well as the installation of photovoltaics on a terrace of the university. The results indicate that evaporative cooling might be a very promising method in the field of the UHI phenomenon confrontation while the installation of photovoltaics can contribute in power saving for cooling during the summer months, in addition to electricity production. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 16

25 Γεκνζηεύζεηο 1. Vardoulakis E., Karamanis D., M.N. Assimakopoulos, Mihalakakou G., Solar cooling with aluminium pillared clays. Solar Energy Materials and Solar Cells 95 (8), pp Karamanis D., Ökte A.N., Vardoulakis E., Vaimakis T., Water vapor adsorption and photocatalytic pollutant degradation with TiO 2 sepiolite nanocomposites. Applied Clay Science 53 (2), pp Vardoulakis E., Karamanis D., Assimakopoulos M.N., Boemi S.N., Mihalakakou G., Moisture sorption properties of modified porous clays for roof evaporative cooling applications, International Journal of Ventilation 10 (2), pp Karamanis D., Vardoulakis E., Application of zeolitic materials prepared from fly ash to water vapor adsorption for solar cooling. Applied Energy 97, pp Karamanis D., Vardoulakis E., Kyritsi E., Ökte A.N., Surface solar cooling through water vapor desorption from photo-responsive sepiolite nanocomposites. Energy Conversion and Management 63, pp Vardoulakis E., Karamanis D., Fotiadi A., Mihalakakou G., The urban heat island effect in a small Mediterranean city of high summer temperatures and cooling energy demands. Solar Energy 94, pp Vardoulakis E., Karamanis D., Mihalakakou G., Heat island effect in Western Greece: results, statistical analysis and discussion. Fresenius Environmental Bulletin.22(7a) Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 17

26 πληνκνγξαθίεο Διιεληθέο: ΑΘΝ.: Αζηηθή ζεξκηθή λεζίδα ΑΘΚ: Αζηηθή ςπρξή θαηαβόζξα ΑΦΝ: Αζηηθή ςπρξή λεζίδα ΤΦΑ: ππνζηπισκέλνη θπιιόκνξθνη άξγηινη ΔΜΤ: Δζληθή Μεηεσξνινγηθή Τπεξεζία θ: Γηαρπηόηεηα ι: πληειεζηήο ζεξκηθήο αγσγηκόηεηαο κ: Δπίρπζε ΟΖΔ: Οξγαληζκόο Ζλσκέλσλ Δζλώλ ξ: Ππθλόηεηα Αγγιηθέο: BET: Braunauer-Emmett-Teller BIPV: Building integrated photovoltaics BLHI: Boundary layer heat island c: εηδηθή ζεξκόηεηα C: Θεξκνρσξεηηθόηεηα CLHI: Canopy layer heat island DSC: Differential scanning calorimetry DTG: Differential thermogravimetry e: emittance H/W: Height to width ratio HI: Hydrophobicity index Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 18

27 PIGE: Proton induced Gamma-ray emission PVC: Polyvinyl Chloride Q I : Incident solar radiation Q R : Reflected solar radiation Q L : Incoming/outgoing infrared Q E : Latent heat Q H : Sensible heat Q S : Storage heat Q F : Anthropogenic heat SHI: Surface heat island SR: Solar Reflectance SRI: Solar Reflectivity Index T r : Temperature rural T u : Temperature urban TG: Thermogravimetry TGA: Thermo-gravimetric analysis UCL: Urban canopy layer UBL: Urban boundary layer W.S.: wind speed XRD: X-ray diffraction XRF: X-ray fluorescence Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 19

28 Κεθάιαην 1. ΔΙΑΓΧΓΗ 1.1 Κηίξην θαη πεξηβάιινλ Ο θηηξηαθόο θαηαζθεπαζηηθόο θιάδνο απνηειεί θαηά ηελ ηειεπηαία δεθαεηία ίζσο ηνλ πην ζεκαληηθό νηθνλνκηθό θιάδν ηεο Δπξώπεο ησλ 27, κε θύθιν εξγαζηώλ πνπ μεπεξλά ηα 1665 δηζεθαηνκκύξηα επξώ αλά έηνο (Eurostat, 2010). Παξάιιεια, εθηόο από ην νηθνλνκηθό αληίθηππν, ην θηηξηαθό πεξηβάιινλ ζπλδέεηαη ζηελά κε θνηλσληθέο θαη πεξηβαιινληηθέο δηεξγαζίεο ηζρπξά δεκέλεο κε ηηο πξαγκαηηθέο αλάγθεο κηαο θνηλσλίαο. Ζ ζσζηή ρξήζε γεο, ελέξγεηαο θαη πιηθώλ ζηα θηίξηα έρεη γίλεη πιένλ πξσηαξρηθήο ζεκαζίαο γηα ηε δηακόξθσζε ελόο βηώζηκνπ πεξηβάιινληνο ζηηο πόιεηο. Σα αέξηα ηνπ ζεξκνθεπίνπ, ππεύζπλα γηα ηε ξύπαλζε θαη ππεξζέξκαλζε ηνπ πιαλήηε, ε αιινίσζε ηε ζύζηαζεο ηεο αηκόζθαηξαο θαη ησλ πδάησλ, ε εμάληιεζε ησλ θπζηθώλ πόξσλ γηα παξαγσγή ελέξγεηαο, ε δηαηάξαμε ησλ νηθνζπζηεκάησλ θαη ηειηθά ε θιηκαηηθή αιιαγή ηνπ πιαλήηε είλαη ηα ζέκαηα πνπ καο απαζρνινύλ θαη θαινύκαζηε λα ηα αληηκεησπίζνπκε άκεζα. Σα ηειεπηαία ρξόληα νη ιέμεηο θηίξην θαη ελέξγεηα αλαθέξνληαη όιν θαη πην ζπρλά καδί. Ο ιόγνο είλαη όηη ν θηηξηαθόο ηνκέαο ζεσξείηαη από ηνπο πιένλ ζεκαληηθνύο ζηελ Δπξώπε, ελώ παξάιιεια ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο ζηα θηίξηα αληηπξνζσπεύεη πεξίπνπ ην 40% ηεο απαηηνύκελεο ελέξγεηαο ζε Δπξσπατθό επίπεδν. Ζ ξαγδαία θαη απξνγξακκάηηζηε αλάπηπμε ηνπ αζηηθνύ ηζηνύ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηειεπηαίνπ αηώλα είρε ζαλ απνηέιεζκα ηελ αιιαγή ηνπ κηθξνθιίκαηνο ζηηο πόιεηο θαη νδήγεζε ζε ζνβαξά πεξηβαιινληηθά πξνβιήκαηα θαη ζην θαηλόκελν ηεο αζηηθή ζεξκηθήο λεζίδαο (ΑΘΝ). ύκθσλα κε απηό κεγάια πνζά ζεξκόηεηα εγθισβίδνληαη εληόο ηνπ αζηηθνύ ηζηνύ κε απνηέιεζκα ηελ αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ζηηο αζηηθέο πεξηνρέο ζηηο νπνίεο εκθαλίδεηαη, ζε ζρέζε κε ην θνληηλό αγξνηηθό πεξηβάιινλ. Σν θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ είλαη έλα από ηα ζνβαξόηεξα πξνβιήκαηα ηνπ 21 νπ αηώλα θαη απνηειεί νπζηαζηηθά ζπλέπεηα ηεο αζηηθνπνίεζεο θαη βηνκεραλνπνίεζεο ηνπ αλζξώπηλνπ πνιηηηζκνύ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 20

29 Χο παξάδεηγκα ε κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ Σόθην έρεη απμεζεί 3 έσο 4 C ηα ηειεπηαία 100 ρξόληα ελώ ν αξηζκόο ησλ ηξνπηθώλ λπρηώλ θαηά ηηο νπνίεο ε ζεξκνθξαζία δελ κεηώλεηαη θάησ από ηνπο 25 C έρεη απμεζεί από κεξηθέο ζε 40 λύρηεο ζήκεξα (Okada et al., 2008). Ζ πνζνηηθνπνίεζε ηεο έθηαζεο ηνπ θαηλνκέλνπ πξαγκαηνπνηείηαη ππνινγίδνληαο ηε κέγηζηε δηαθνξά κεηαμύ ηεο ζεξκνθξαζίαο αζηηθώλ πεξηνρώλ θαη ηνπ ππνβάζξνπ ησλ αγξνηηθώλ πεξηνρώλ θαη νλνκάδεηαη έληαζε αζηηθήο ζεξκηθήο λεζίδαο (Landsberg, 1981). Λόγσ ηεο ζεκαληηθόηεηαο ηνπ πξνβιήκαηνο ησλ ΑΘΝ θαη ησλ θαηαζηξνθηθώλ ηνπ ζπλεπεηώλ όπσο ε ππνβάζκηζε ηνπ πεξηβάιινληνο, ε αύμεζε ηεο ελεξγεηαθήο θαηαλάισζεο, ε αύμεζε ησλ επίγεησλ επηπέδσλ όδνληνο θαη αθόκα ε άλνδνο ηεο ζλεζηκόηεηαο, ππάξρεη εθηεηακέλε εξεπλεηηθή δξαζηεξηόηεηα κε κεγάιν αξηζκό επηζηεκνληθώλ αλαθνξώλ (Santamouris, et al., 2007; Santamouris, et al., 1999; Montavez, et al., 2000; Mihalakakou, et al., 2002; Mihalakakou, et al., 2004; Assimakopoulos, et al., 2007; Synnefa, et al., 2007; Ihara, et al., 2008; Memon, et al., 2008). ύκθσλα κε ηηο κειέηεο απηέο ε έληαζε ηεο αζηηθήο ζεξκηθήο λεζίδαο εμαξηάηαη από ην κέγεζνο, ηνλ πιεζπζκό, ηηο αλζξσπνγελείο δξαζηεξηόηεηεο (απηνθίλεηα, θιηκαηηζηηθά θιπ.) θαη ηε βηνκεραληθή αλάπηπμε ηεο πόιεο, ηελ ηνπνγξαθία θαη ηα πιηθά ησλ επηθαλεηώλ, ηελ επηθαλεηαθή θάιπςε πεξηνρώλ κε ηερλεηά πιηθά, ην γεληθό θιίκα ηεο πεξηνρήο θαη ηηο ηνπηθέο κεηεσξνινγηθέο ζπλζήθεο. Σν θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ παξαηεξείηαη ηόζν θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο εκέξαο όζν θαη θαηά ηελ λύθηα, ελώ ε ρσξηθή θαη ρξνληθή θαηαλνκή ηνπ επεξεάδεηαη ζεκαληηθά από ηα ηνπηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο θάζε αζηηθήο πεξηνρήο. Γηα ηελ επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο ησλ ΑΘΝ θαη ηελ εμνηθνλόκεζε ηεο ελέξγεηαο έρνπλ πξνηαζεί ε κείσζε ησλ ζεξκηθώλ εθπνκπώλ αλζξσπνγελνύο πξνέιεπζεο θαη ν θαηάιιεινο αζηηθόο ζρεδηαζκόο κε ηε ρξήζε παζεηηθώλ ζπζηεκάησλ δξνζηζκνύ ησλ θηηξίσλ όπσο πιηθώλ πςειήο αλαθιαζηηθόηεηαο, δξνζεξόηεξσλ νξνθώλ θιπ. ύκθσλα κε πξόζθαηεο κειέηεο, έλα θαη κόλν αληίκεηξν δελ είλαη αξθεηό γηα ηελ απνθαηάζηαζε ηεο επίδξαζεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ζεξκηθήο λεζίδαο (Ihara, et al., 2008). Κάζε δξάζε απνθαηάζηαζεο κπνξεί λα κεηώζεη ηελ εμσηεξηθή ζεξκνθξαζία Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 21

30 αέξα κέρξη ελόο νξίνπ. Δπηπιένλ, θάζε ηερληθή απνθαηάζηαζεο ηεο εμσηεξηθήο ζεξκνθξαζίαο θαη ειαρηζηνπνίεζεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ζεξκηθήο λεζίδαο παξνπζηάδεη πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα. Υαξαθηεξηζηηθό κεηνλέθηεκα ηεο ρξήζεο ηερληθώλ ύγξαλζεο ηνπ πεξηβάιινληνο είλαη ε αύμεζε ηεο πγξαζίαο ηνπ εμσηεξηθνύ ρώξνπ θαη θαηά ζπλέπεηα ε αύμεζε ηνπ δείθηε δπζθνξίαο. Ζ αύμεζε ηεο αλαθιαζηηθόηεηαο ησλ επηθαλεηώλ κέζσ εθαξκνγήο επηζηξσκάησλ πεξηνξίδεη ζεκαληηθά ην θαηλόκελν (Synnefa, et al., 2007) αιιά κεηώλεη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα αθόκα θαη ηνλ ρεηκώλα ελώ ε αλαθιαζηηθόηεηα κεηώλεηαη έσο θαη 15 % ηνλ πξώην ρξόλν ηεο ρξήζεο ηνπο (Bretz, et al., 1997). Σα ηειεπηαία ρξόληα αλαπηύζζεηαη εληόλσο ε έξεπλα θπξίσο ζηελ Ηαπσλία θαη ζηελ Ακεξηθή γηα ηελ αμηνπνίεζε ηεο αξρήο ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ θηηξίσλ κε ηε ρξήζε πνξσδώλ ελεξγεηαθώλ πιηθώλ (Takeda, et al., 2006; He, et al., 2008; Okada, et al., 2008; Cindrella, et al., 2009; Wanphen, et al., 2009). ύκθσλα κε ηελ αξρή ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ, ε πξνζξνθεκέλε πγξαζία ή ην απνζεθεπκέλν λεξό ζε πνξώδε πιηθά εμαηκίδνληαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ειηνθάλεηαο κε απνηέιεζκα ηελ έθιπζε ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο θαη ηε κείσζε ηεο επηθαλεηαθήο ζεξκνθξαζίαο ηνπ πνξώδνπο επηπέδνπ. Υακειόηεξεο επηθαλεηαθέο ζεξκνθξαζίεο ζπλεηζθέξνπλ ζηε κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ εμσηεξηθνύ αέξα θαζώο ε έληαζε ηεο κεηαθνξάο ζεξκόηεηαο κέζσ θξύαο επηθάλεηαο είλαη ρακειόηεξε θαη ε ξνή ζεξκόηεηαο πνπ εηζέξρεηαη ζε έλα θηίξην κεηώλεηαη. Ο εμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο νξνθώλ έρεη πξνηαζεί σο ε πην απνηειεζκαηηθή κέζνδνο κείσζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο ηεο νξνθήο θαη ηεο εζσηεξηθήο ζεξκνθξαζίαο (Alvarado, et al., 2009). Σέηνηεο κεηώζεηο ηεο ζεξκνθξαζίαο κπνξνύλ λα έρνπλ ζεκαληηθή επίδξαζε ζηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο γηα δξνζηζκό ζην αζηηθό πεξηβάιινλ, γεγνλόο ηδηαίηεξα ζεκαληηθό γηα πόιεηο κε δεζηό θιίκα. Δπίζεο κπνξνύλ λα ζπλεηζθέξνπλ ζηελ κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ αέξα ησλ πόιεσλ κεηώλνληαο ηελ έληαζε ηεο ΑΘΝ. Καηά ζπλέπεηα, ε αλάπηπμε θαηλνηόκσλ ελεξγεηαθώλ πιηθώλ γηα ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο αξρήο ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ είλαη έλα λέν θαη πνιιά ππνζρόκελν επηζηεκνληθό πεδίν. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 22

31 Σέινο, ζηε δηεζλή βηβιηνγξαθία αλαθέξνληαη απνηειέζκαηα όπνπ ε ζπλεηζθνξά ησλ πξάζηλσλ νξνθώλ ζην δξνζηζκό ησλ θηηξίσλ κπνξεί λα νθείιεηαη ζηε ζθίαζε ηεο νξνθήο από ηα θπηά θαη όρη απαξαίηεηα ζηελ εμάηκηζε (Ferrante, et al., 2001). Δπηπιένλ, ζύκθσλα κε πξόζθαηεο κειέηεο, ε ρξήζε ΦΒ πιαηζίσλ σο ζθεπέο ζε ρώξνπο ζηάζκεπζεο απηνθηλήησλ κεηώλεη ηε ζεξκνθξαζία ησλ επηθαλεηώλ θαηά 2 θνξέο πεξηζζόηεξν από ηε ρξήζε δέλδξσλ (Golden, et al., 2007). 1.2 θνπόο θαη πξσηνηππία ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο θνπόο ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο ήηαλ ε θαηαγξαθή θαη αλάιπζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζε κηθξέο πόιεηο. Ζ κειέηε ηνπ θαηλνκέλνπ παγθνζκίσο έρεη επηθεληξσζεί ζε πόιεηο κε κεγάιε πιεζπζκηαθή ππθλόηεηα θαη έθηαζε. Έηζη ππάξρεη παγθόζκηα έιιεηςε έξεπλαο θαη δεδνκέλσλ γηα ην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ ζε κηθξέο πόιεηο. Μειεηήζεθε έηζη ην θαηλόκελν ζε δπν αζηηθέο πεξηνρέο ηεο Γπηηθήο Διιάδαο κε δηαθνξεηηθέο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο, ην Αγξίλην θαη ηα Ησάλληλα,. Δπηπιένλ, ε πόιε ηνπ Αγξηλίνπ ζπγθαηαιέγεηαη ζηηο πόιεηο ηεο Νόηηαο Δπξώπεο κε ηηο κεγαιύηεξεο ζεξκνθξαζίεο θαηά ην κήλα Αύγνπζην θαη ηε κεγαιύηεξε ζηελ Διιάδα. Παξάιιεια κειεηήζεθαλ γηα πξώηε θνξά δύν λέεο ιύζεηο γηα ηε κείσζε ηνπ ςπθηηθνύ θνξηίνπ ζηα θηίξηα θαη ηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο: Α) ρξήζε θαηλνηόκσλ πιηθώλ ζε νξνθέο. Δξεπλήζεθαλ νη ελεξγεηαθέο ηδηόηεηεο θπζηθώλ θαη ζύλζεησλ πιηθώλ κε πιήζνο αλαιπηηθώλ ηερληθώλ θαζώο θαη ηα ηζνδύγηα ζεξκόηεηαο ζε απηά γηα παζεηηθό δξνζηζκό. Β) εθαξκνγή θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ. Δμεηάζηεθε εάλ ε ζθίαζε από ηε ρξήζε θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ απνηειεί απνηειεζκαηηθή ιύζε θάιπςεο ηεο επηθάλεηαο ησλ νξνθώλ, κεηώλνληαο ηελ ειηαθή ζεξκηθή ξνή θαη θαηά ζπλέπεηα ηελ επηθαλεηαθή ζεξκνθξαζία ησλ ηαξαηζώλ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο θαη ηεο λύρηαο ζπκβάιινληαο έηζη ζηε κείσζε ρξήζεο θιηκαηηζκνύ ζην θηηξηαθό πεξηβάιινλ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 23

32 πγθεθξηκέλα ηα ζηνηρεία πξσηνηππίαο ηεο παξνύζεο δηαηξηβήο ζρεηίδνληαη κε ηα παξαθάησ: Μειέηε θαηλνκέλνπ ΑΘΝ ζε κηθξέο πόιεηο ύλζεζε, ραξαθηεξηζκόο θαη δνθηκή πιηθώλ πξννξηζκέλσλ εηδηθά γηα ελεξγεηαθέο εθαξκνγέο θαη ειηαθό δξνζηζκό. Μειέηε ειηαθήο ζεξκηθήο ξνήο ζε νξνθέο κε ζθίαζε θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ 1.3 Γνκή ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο Ζ παξνύζα δηδαθηνξηθή δηαηξηβή ρσξίδεηαη ζε 3 θύξηα κέξε (Δηζαγσγήζεσξεηηθό θαη πεηξακαηηθό κέξνο) θαη αλαπηύρζεθε ζηα 9 θεθάιαηα πνπ αθνινπζνύλ. Σν πξώην κέξνο (θεθάιαην 1) πεξηιακβάλεη ηνλ πξόινγν, ηα πεξηερόκελα θαη ηηο δεκνζηεύζεηο πνπ πξνέθπςαλ από ηελ παξνύζα εξγαζία θαζώο θαη ηελ πεξίιεςε. Σν δεύηεξν κέξνο (θεθάιαηα 2 έσο 5), πνπ απνηειεί ην ζεσξεηηθό κέξνο ηεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο, όπνπ πεξηγξάθεηαη γεληθά ην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ θαη νη δπν ηξόπνη αληηκεηώπηζήο ηνπ πνπ δνθηκάζηεθαλ. ην ηξίην θαη ηειεπηαίν θνκκάηη (θεθάιαηα 6 έσο 8) αλαπηύζζεηαη όιε ε πεηξακαηηθή δηαδηθαζία πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε καδί κε ηα θπξηόηεξα απνηειέζκαηα, ελώ αθνινπζνύλ ηα βαζηθά ζπκπεξάζκαηα (θεθάιαην 9). Αλαιπηηθόηεξα γηα ην δεύηεξν κέξνο ηεο δηαηξηβήο ρξεζηκνπνηήζεθε ε παξαθάησ δηάξζξσζε θεθαιαίσλ: Κεθάιαην 1: Δηζαγσγή Κεθάιαην 2: ΑΘΝ Κεθάιαην 3: Αληηκεηώπηζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ Κεθάιαην 4: Δμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο Κεθάιαην 5: Φσηνβνιηατθά ζε νξνθέο Κεθάιαην 6: Πεηξακαηηθό Μέξνο Α-Φαηλόκελν ΑΘΝ ζε 2 κηθξέο Διιεληθέο πόιεηο Κεθάιαην 7: Πεηξακαηηθό Μέξνο Β-Πεηξάκαηα εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 24

33 Κεθάιαην 8: Πεηξακαηηθό Μέξνο Γ- θίαζε από θσηνβνιηατθά ζε νξνθέο Κεθάιαην 9: πκπεξάζκαηα Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 25

34 Κεθάιαην 2. ΑΣΙΚΗ ΘΔΡΜΙΚΗ ΝΗΙΓΑ 2.1Αζηηθνπνίεζε θαη έλλνηα ηεο Αζηηθήο Θεξκηθήο Νεζίδαο Οη νηθνλνκηθέο θαη θνηλσληθέο παξάκεηξνη πνπ δηακνξθώζεθαλ κεηά ην ηέινο ηνπ 2 νπ παγθόζκηνπ πόιεκνπ, νδήγεζαλ θαη νδεγνύλ ηνλ παγθόζκην πιεζπζκό ζε καδηθέο κεηαθηλήζεηο ζε κεγάια αζηηθά θέληξα. ύκθσλα κε ηνλ Ο.Ζ.Δ (United Nations, 2011) πεξίπνπ ην 52% ηνπ παγθόζκηνπ πιεζπζκνύ δεη ζήκεξα ζε πόιεηο, ελώ ην πνζνζηό απηό μεπεξλά ην 77% ζηα πην αλεπηπγκέλα θξάηε (εηθόλα 1). Δηθόλα 1: Παγθόζκην πνζνζηό αζηηθνπνίεζεο κεηά ην 2 ν παγθόζκην πόιεκν θαη κειινληηθέο πξνβιέςεηο γηα αλεπηπγκέλα θαη ιηγόηεξν αλεπηπγκέλα θξάηε (United Nations, 2011). Ζ απόηνκε πιεζπζκηαθή θαη νηθηζηηθή εμέιημε ηνπ αζηηθνύ πεξηβάιινληνο είρε ζνβαξέο επηπηώζεηο ζηελ παγθόζκηα πνηόηεηα πεξηβάιινληνο θαη ζηηο πεξηζζόηεξεο πεξηπηώζεηο ρεηξνηέξεπζε ηα επίπεδα δηαβίσζεο ησλ θαηνίθσλ. Κύξηα πξνβιήκαηα πνπ πξνέθπςαλ είλαη ν θπθινθνξηαθόο θόξηνο, ε ππνβαζκηζκέλε πνηόηεηα ηνπ αηκνζθαηξηθνύ αέξα θαη ηνπ ήρνπ, θαζώο θαη ε αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 26

35 πόιεσλ. Ζ ζπλερώο απμαλόκελε αζηηθνπνίεζε ζε ζπλδπαζκό κε ηελ έιιεηςε ζρεδηαζκνύ θαη ειέγρνπ ζηελ δνκηθή εμέιημε ησλ πόιεσλ νδήγεζε ζηελ αύμεζε ηεο πιεζπζκηαθήο ππθλόηεηαο ηνπ αζηηθνύ ηζηνύ, κε όιν θαη ιηγόηεξε εθκεηαιιεύζηκε επηθάλεηα γηα αλζξώπηλεο δξαζηεξηόηεηεο θαη κε νινέλα απμαλόκελεο ώξεο θπθινθνξηαθήο ζπκθόξεζεο. Σα θηίξηα ζπλδένληαη άκεζα κε όια ηα παξαπάλσ πξνβιήκαηα θαζώο απνηεινύλ βαζηθό ελεξγεηαθό θαηαλαισηή θαη ζπκβάιινπλ ζηελ απμεκέλε ρξήζε πξώησλ πιώλ θαη ζηελ παξαγσγή απνξξηκκάησλ ζην αζηηθό πεξηβάιινλ. Ο ζπλερώο απμαλόκελνο ξπζκόο δόκεζεο νδήγεζε επίζεο ζε εθκεδεληζκό ηνπ πξαζίλνπ θαη ησλ δέληξσλ. Υαξαθηεξηζηηθό παξάδεηγκα ε Νέα Τόξθε, πόιε ε νπνία έραζε ζπλνιηθά δέληξα (πεξίπνπ ην 20% ηνπ αζηηθνύ ηεο πξαζίλνπ) κόιηο ζε κία δεθαεηία (Environmental Protection Agency, 1992). Άκεζε απόξξνηα όισλ ησλ παξαπάλσ ηαρύηαησλ αιιαγώλ πνπ ζπλέβεζαλ, ππήξμε θαη ε αιιαγή ηνπ ζεξκηθνύ ηζνδπγίνπ θαη ζπλεπώο θαη ησλ ζεξκνθξαζηώλ ηνπ αέξα θαη ησλ πιηθώλ ζην αζηηθό πεξηβάιινλ, πνπ νδήγεζαλ ζην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ. ύκθσλα κε απηό, νη ζεξκνθξαζίεο αέξα πνπ παξαηεξνύληαη εληόο ηνπ αζηηθνύ ηζηνύ είλαη αξθεηά πςειόηεξεο ζε ζρέζε κε ηηο γύξσ αγξνηηθέο πεξηνρέο, δεκηνπξγώληαο κία αληίζηξνθε όαζε, ηελ νπνία θαη νλνκάδνπκε Αζηηθή Θεξκηθή Νεζίδα. Δπίζεο ην θαηλόκελν κπνξεί λα πάξεη θαη ηε κνξθή ηεο Αζηηθήο Θεξκηθήο Καηαβόζξαο (ΑΘΚ) ή Αζηηθήο Φπρξήο Νεζίδαο (Urban Heat Sink), όηαλ ην πεξηβάιινλ ησλ πόιεσλ είλαη πην ςπρξό από ηηο γύξσ αγξνηηθέο πεξηνρέο. Ζ ΑΘΚ έρεη παξαηεξεζεί έληνλα ζε πόιεηο κε ηξνπηθό μεξό θιίκα θαη θπξίσο θαηά ηηο πξσηλέο ώξεο (Pena, 2008). Ζ ηζρύο ή αιιηώο ην κέγεζνο ηεο ΑΘΝ ην κεηξάκε κε ηελ έληαζε ηεο ΑΘΝ ε νπνία δίλεηαη από ηνλ παξαθάησ ηύπν : = - (1) όπνπ T urban ε ζεξκνθξαζία κεηξεκέλε ζηνλ αζηηθό ηζηό θαη T rural ε ζεξκνθξαζία κεηξεκέλε ζηνλ αγξνηηθό ηζηό. 2.2 Μνξθέο Α.Θ.Ν. Ζ ΑΘΝ παξνπζηάδεη ηνπο παξαθάησ 3 ηύπνπο (εηθόλα 2): Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 27

36 i. Θεξκηθή Νεζίδα ηξώκαηνο Κηηξίσλ (CLHI-Canopy Layer Heat Island) ii. Θεξκηθή Νεζίδα Οξηαθνύ ηξώκαηνο (BLHI- Boundary Layer Heat Island) iii. Θεξκηθή Νεζίδα Δπηθαλείαο (SHI- Surface Heat Island) Δηθόλα 2: ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο αηκόζθαηξαο ησλ πόιεσλ πνπ παξνπζηάδεη ηε δηάθξηζε κεηαμύ δηαθόξσλ ηύπσλ Α.Θ.Ν. Η κέζν-θιίκαθα αλαθέξεηαη ζην επίπεδν ηεο πόιεο, ε ηνπηθή θιίκαθα ζην επίπεδν γεηηνληάο θαη ε κηθξν-θιίκαθα ζην επίπεδν κεηαμύ θηηξίσλ (Oke, 1988) Αλαιπηηθόηεξα, ε ΑΘΝ ζηξώκαηνο θηηξίσλ (CLHI) θαη ε ζεξκηθή λεζίδα νξηαθνύ ζηξώκαηνο (BLHI) αλαθέξνληαη ζηε ζέξκαλζε ηεο αζηηθήο αηκόζθαηξαο, ελώ ε ζεξκηθή λεζίδα επηθαλείαο (SHI) αλαθέξεηαη ζηε ζρεηηθή ζέξκαλζε ησλ δηαθόξσλ κνξθώλ επηθαλεηώλ εληόο ησλ πόιεσλ (Oke, 1976). Σν Αζηηθό ηξώκα Κηηξίσλ ( Urban Canopy Layer - UCL), είλαη εθείλν ην ζηξώκα αέξα πνπ είλαη πην θνληά ζηελ επηθάλεηα ησλ πόιεσλ θαη εθηείλεηαη πεξίπνπ κέρξη ην κέζν ύςνο ησλ θηηξίσλ. Σν αζηηθό ζηξώκα θηηξίσλ απνηειεί ην θαηώηεξν ζηξώκα (surface layer), πάλσ από ην νπνίν εθηείλεηαη ην Αζηηθό Οξηαθό ηξώκα (Urban Boundary Layer - UBL) ην νπνίν κπνξεί λα θηάλεη θαη ην 1 km πάρνο ηελ εκέξα θαη λα ζπξξηθλώλεηαη ζε εθαηνληάδεο κέηξα ή θαη ιηγόηεξν θαηά ηε λύρηα. Ζ ζεξκηθή λεζίδα νξηαθνύ ζηξώκαηνο (BLHI) κπνξεί λα παξνκνηαζηεί κε έλα ζόιν ζεξκνύ αέξα πάλσ από ηελ πόιε. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 28

37 Αληηθείκελν έξεπλαο ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο απνηέιεζε ε ΑΘΝ ζηξώκαηνο θηεξίσλ, νη νπνίεο ππάξρνπλ ζην αέξην ζηξώκα ζην νπνίν δνπλ νη άλζξσπνη, από ην έδαθνο κέρξη ηηο θνξπθέο ησλ θηηξίσλ. Δίλαη ε πην θνηλά παξαηεξνύκελε από ηνπο δύν ηύπνπο θαη απηή πνπ αλαθέξεηαη πην ζπρλά ζε έξεπλεο ΑΘΝ. Απηνύ ηνπ είδνπο νη ΑΘΝ ζπρλά γίλνληαη έληνλεο θαηά ηελ απγή ή κεηά ηελ δύζε ηνπ ειίνπ ιόγσ ηεο αξγήο απνδέζκεπζεο ζεξκόηεηαο από ην αζηηθό πεξηβάιινλ. Ζ ρξνληθή θαηαλνκή απηήο ηεο θνξύθσζεο όκσο εμαξηάηαη ηζρπξά από ηηο ζεξκηθέο ηδηόηεηεο αζηηθώλ θαη αγξνηηθώλ πεξηνρώλ αιιά θαη από ην ηνπηθό θιίκα. 2.3 Μηθξνθιίκα θαη αηηίεο εκθάληζεο ηεο ΑΘΝ Γηα ηελ θαηαλόεζε ησλ αηηηώλ ηνπ θαηλόκελνπ ηεο ΑΘΝ θαη γηα ηελ θαηαπνιέκεζε ηνπ, πξέπεη πξώηα λα αλαδεηεζνύλ νη παξάγνληεο πνπ θαζνξίδνπλ ην κηθξνθιίκα κηαο πεξηνρήο. Αξρηθά ν Howard (1833) ππέζεζε όηη ε πιενλάδνπζα ζεξκόηεηα ζηηο πόιεηο νθείιεηαη ζηνλ άλζξσπν, ηα δώα θαη ηηο ππξθαγηέο ην ρεηκώλα. Παξαηεξώληαο όκσο ζηε ζπλέρεηα όηη νη αζηηθέο πεξηνρέο είλαη πην δεζηέο θαη ην θαινθαίξη, ην απέδσζε ζηελ πςειόηεξε απνξξόθεζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο από κηα ζεηξά νξηδόληησλ επηθαλεηώλ πνπ ππάξρνπλ ζηηο πόιεηο, θαζώο θαη έιιεηςε δηαζέζηκεο πγξαζίαο γηα εμάηκηζε (Howard, 1833). Ζ πεξαηηέξσ έξεπλα πνπ αθνινύζεζε ηνλ πεξαζκέλν αηώλα, δηθαίσζε ηηο απόςεηο ηνπ Howard θαη έδεημε όηη νη επηθάλεηεο ζηηο αζηηθέο πεξηνρέο είλαη πην ζεξκέο θπξίσο γηαηί ηα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ απνξξνθνύλ θαη απνζεθεύνπλ ελέξγεηα, αιιά είλαη θαη πδαηνζηεγή αδπλαηώληαο έηζη λα απνκαθξύλνπλ ζεξκόηεηα κέζσ ηεο εμάηκηζεο. Πξηλ ηελ ζε βάζνο αλάιπζε ησλ αίηησλ ηεο ΑΘΝ, είλαη απαξαίηεηε ε θαηαλόεζε ηεο έλλνηαο ηνπ ελεξγεηαθνύ ηζνδπγίνπ ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο. Γεληθά ε ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ θηάλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο είλαη πνιύ κηθξόηεξε από απηή πνπ θηάλεη ζηα αλώηεξα ζηξώκαηα ηεο αηκόζθαηξαο. Σν πνζνζηό ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ θηάλεη απεπζείαο ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο κε ηηο ειηαθέο αθηίλεο νλνκάδεηαη άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία, ελώ έλα κέξνο δηαρέεηαη από ηελ αηκόζθαηξα Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 29

38 θαη θηάλεη ζην έδαθνο σο δηάρπηε ειηαθή αθηηλνβνιία, από όια ηα ζεκεία ηνπ νπξαλνύ (εηθόλα 3). Από ηελ άκεζε αθηηλνβνιία έλα κέξνο αλαθιάηαη από ην έδαθνο θαη επηζηξέθεη ζηελ αηκόζθαηξα (αλαθιώκελε αθηηλνβνιία) θαη έλα κέξνο απνξξνθάηαη από ηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο, ζεξκαίλεη ηελ επηθάλεηα ηεο γεο θαη επαλεθπέκπεηαη πξνο ην γύξσ πεξηβάιινλ σο ππέξπζξε αθηηλνβνιία. Απηό ην είδνο αθηηλνβνιίαο νλνκάδεηαη γήηλε αθηηλνβνιία (terrestrial radiation) θαη είλαη απηή πνπ καο ελδηαθέξεη ζηε κειέηε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ. Πεγή: Assimakopoulos, et al., 2001 Δηθόλα 3: Ηιηαθή αθηηλνβνιία ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο (Assimakopoulos, et al., 2001) Όηαλ ε εμεξρόκελε ζεξκόηεηα από ηε γε εμηζνξξνπείηαη πιήξσο από ηελ εηζεξρόκελε αθηηλνβνιία ηνπ ειίνπ (ζε ζπλδπαζκό κε ην θαηλόκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ) ηόηε ε επηθαλεηαθή ζεξκνθξαζία ηεο γεο είλαη ζηαζεξή θαη θηάλεη πεξίπνπ ηε κέζε ηηκή ησλ 15 ⁰C. Παξόια απηά κηιώληαο γηα κηθξνθιίκα θαη ηνπηθά θιηκαηηθά ραξαθηεξηζηηθά, απηή ε ηζνξξνπία ελέξγεηαο δηαηαξάζζεηαη αθνύ παίδνπλ ζεκαληηθό ξόιν παξάγνληεο όπσο ε ηαρύηεηα ηνπ αλέκνπ, ε βξνρή θαη ε εμάηκηζε (Kolokotroni, et al., 2008). Κάπνηα πνζά ζεξκόηεηαο ράλνληαη θαη θάπνηα πνζά ζεξκόηεηαο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 30

39 θεξδίδνληαη. Σν ελεξγεηαθό ηζνδύγην κεηαμύ ηεο εηζεξρόκελεο θαη ηεο εμεξρόκελεο ζεξκόηεηαο, δηακνξθώλεη ηελ ζεξκνθξαζία πνπ εκείο βηώλνπκε. ε όια ηα ζπζηήκαηα ε ελέξγεηα πνπ εηζέξρεηαη ζα πξέπεη λα ηζνύηαη κε ηελ ελέξγεηα πνπ εμέξρεηαη ζπλ ηελ ελέξγεηα πνπ απνζεθεύεηαη ζην ζύζηεκα. Γηα παξάδεηγκα, ε ελέξγεηα πνπ εηζέξρεηαη ζηελ πόιε ηνπ Αγξηλίνπ κε ηε κνξθή ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαηά ηε δηάξθεηα κηαο εκέξαο, ζα πξέπεη λα ηζνύηαη κε ηελ ελέξγεηα πνπ απνκαθξύλεηαη ζπλ ηελ ελέξγεηα πνπ απνζεθεύεηαη ζηνλ θηηξηαθό ηζηό ηεο πόιεο. Άξα ν πξνζδηνξηζκόο ηνπ ελεξγεηαθνύ ηζνδπγίνπ ζε κηα αζηηθή πεξηνρή είλαη βαζηθόο παξάγνληαο γηα ηελ θαηαλόεζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ. Μηα ηππηθή ξνή ελέξγεηαο (kwh/m 2 /εκέξα) ζε αζηηθέο θαη αγξνηηθέο πεξηνρέο παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθόλα 4. Σα κεγέζε πνπ πεξηγξάθνληαη αληηζηνηρνύλ ζηα παξαθάησ: Σππηθό Ζκεξήζην Ηζνδύγην Δλέξγεηαο ζε αγξνηηθή πεξηνρή Σππηθό Ζκεξήζην Ηζνδύγην Δλέξγεηαο ζε αζηηθή πεξηνρή Σξνπνπνηεκέλν από: Δηθόλα 4: Σππηθή ξνή ελέξγεηαο ζε κηα αζηηθή θαη αγξνηηθή πεξηνρή (kwh/m 2 /εκέξα) Q I = άκεζε θαη δηάρπηε ειηαθή αθηηλνβνιία. Αληηπξνζσπεύεη ην πνζό ηεο εηζεξρόκελεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ην νπνίν θπζηθά πνηθίιεη κε βάζε ηελ επνρή, ηελ ώξα ηεο εκέξαο, ηε λεθνθάιπςε θαη ηα επίπεδα αηκνζθαηξηθήο ξύπαλζεο. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 31

40 Q R = αλαθιώκελε ειηαθή αθηηλνβνιία. Δίλαη ε πνζόηεηα ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ επηζηξέθεη έλα πιηθό κε βάζε ηελ αλαθιαζηηθόηεηα ηνπ πιηθνύ. Δπηθάλεηεο κε αλνηρηά θαη ιεπθά ρξώκαηα έρνπλ ζπλήζσο πςειή αλαθιαζηηθόηεηα, ελώ ζθνύξεο επηθάλεηεο (π.ρ. άζθαιηνο) απνξξνθνύλ κεγάιεο πνζόηεηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Q F = αλζξσπνγελήο ζεξκόηεηα από βηνκεραλία, κεηαθνξέο, ζέξκαλζε, θιηκαηηζκό, θηι. ε ππθλνδνκεκέλεο αζηηθέο πεξηνρέο κπνξεί λα απνηειέζεη ζεκαληηθή επηξξνή ζηε δηακόξθσζε ηεο ΑΘΝ. Q E = ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα από εμάηκηζε λεξνύ ζε δέληξα, έδαθνο θηι. Δίλαη ε ελέξγεηα πνπ απνκαθξύλεηαη κε ηε κνξθή πδξαηκώλ από ηελ επηθάλεηα ηεο γεο ζπλήζσο ιόγσ ζέξκαλζεο από ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Q H = αηζζεηή ζεξκόηεηα από νξηδόληηεο θαη θάζεηεο θηλήζεηο αεξίσλ καδώλ. Οθείιεηαη ζηηο δηαθνξεηηθέο ζεξκνθξαζίεο ησλ αεξίσλ καδώλ, θαζώο θαη ζηηο δηαθνξεηηθέο ζεξκνθξαζίεο κεηαμύ επηθαλεηώλ θαη αεξίσλ καδώλ. Q S = απνζεθεπκέλε ελέξγεηα κέζα ζε έλα ζύζηεκα (έδαθνο, πιηθά θηεξίσλ). Δμαξηάηαη από ηε ζεξκηθή αγσγηκόηεηα θαη ηε ζεξκνρσξεηηθόηεηα ησλ πιηθώλ. Τιηθά κε πςειή ζεξκηθή αγσγηκόηεηα απνξξνθνύλ ζεξκόηεηα ζε βάζνο, ελώ πιηθά κε πςειή ζεξκνρσξεηηθόηεηα κπνξνύλ λα απνζεθεύνπλ κεγάιεο πνζόηεηεο ελέξγεηαο. Q L = ππέξπζξε αθηηλνβνιία είηε πξνο ηελ επηθάλεηα ηεο γεο είηε από ηελ επηθάλεηα ηεο γεο. Αλαιύνληαο ελδεηθηηθά ηε ξνή ελέξγεηαο ζηηο αζηηθέο θαη αγξνηηθέο πεξηνρέο (πίλαθαο 1) κπνξνύκε λα πξνβνύκε ζε ζπκπεξάζκαηα γηα ηα αίηηα ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ, αξθεί λα ιάβνπκε ππ όςηλ όηη κηα αύμεζε ηεο ηάμεο ηεο εηζεξρόκελεο ξνήο ελέξγεηαο θαηά 1.4 kwh/m 2 /εκέξα, κπνξεί λα επηθέξεη κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο έσο θαη 2 ⁰C (Assimakopoulos, et al., 2001). Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 32

41 Πίλαθαο 1: πλνιηθή ξνή ελέξγεηαο ζε κηα ηππηθή αγξνηηθή θαη κηα ηππηθή αζηηθή πεξηνρή Ρνή ελέξγεηαο (kwh/m 2 /εκέξα) Αγξνηηθέο πεξηνρέο Αζηηθέο πεξηνρέο Δηζεξρόκελε Δμεξρόκελε πλνιηθή Γηαθνξά Αλαιπηηθόηεξα, ε δεκηνπξγία ηεο ΑΘΝ κπνξεί λα απνδνζεί ζε έλα εύξνο κεηαβιεηώλ νη νπνίεο κπνξνύλ λα θαηεγνξηνπνηεζνύλ ζαλ ειεγρόκελεο θαη κε, ζύκθσλα κε ηελ εηθόλα 5. Δηθόλα 5: Αηηίεο δεκηνπξγίαο ΑΘΝ (ηξνπνπνηεκέλν από Memon, et al., 2008) Οη ειεγρόκελεο θαη κε ειεγρόκελεο κεηαβιεηέο κπνξνύλ λα θαηεγνξηνπνηεζνύλ εθ λένπ σο πξνζσξηλήο επηξξνήο, όπσο ε λεθνθάιπςε θαη ε έληαζε ηνπ αλέκνπ θαη ζαλ κόληκεο επηξξνήο, όπσο νη πεξηνρέο πξαζίλνπ εληόο ησλ πόιεσλ θαη ηα δνκηθά Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 33

42 πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζηα θηήξηα, θαζώο θαη ζαλ κεηαβιεηέο θπθιηθήο επηξξνήο όπσο ε ειηαθή αθηηλνβνιία θαη ε αλζξσπνγελήο ζεξκόηεηα (Memon, et al., 2008). ε γεληθέο γξακκέο ε ζεξκόηεηα πνπ παξάγεηαη θαη εγθισβίδεηαη ζε κηα πεξηνρή έξρεηαη είηε από ηνλ ήιην κε ηε κνξθή ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, είηε από απηνθίλεηα, θιηκαηηζηηθά θαη κνλάδεο παξαγσγήο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή αλζξσπνγελνύο ζεξκόηεηαο. Οη θπξηόηεξεο αηηίεο ηνπ θαηλνκέλνπ ζπλνςίδνληαη ζηηο εμήο: Α) Οη ζεξκηθέο, θπζηθέο θαη νπηηθέο ηδηόηεηεο ησλ πιηθώλ: Ζ θηηξηαθή κάδα ιεηηνπξγεί σο απνζήθε ζεξκόηεηαο. Ζ αθηηλνβνιία πνπ πξνζπίπηεη ζηελ επηθάλεηα ελόο θηεξίνπ (ηνίρνη θαη νξνθή) κπνξεί είηε λα απνξξνθεζεί, είηε λα αλαθιαζηεί, είηε λα δηέιζεη από ηελ επηθάλεηα απηή ζύκθσλα κε ηελ εμίζσζε: α + r + τ = 1 (2) Πξνζπίπηνπζα Αθηηλνβνιία Αλαθιώκελε Αθηηλνβνιία (r) Απνξξνθεκέλε Αθηηλνβνιία (α) Πεγή: Σξνπνπνηεκέλν από Kreith, et al., 1986 Γηεξρόκελε Αθηηλνβνιία (η) Δηθόλα 6: ρεκαηηθή απεηθόληζε ηεο πξόζπησζεο αθηηλνβνιίαο ζε κηα επηθάλεηα Οη πνζόηεηεο α,r θαη η εμαξηώληαη από ηε θύζε ησλ πιηθώλ πνπ δέρνληαη ηελ αθηηλνβνιία. Γηα ηα πεξηζζόηεξα δνκηθά πιηθά θηηξίσλ κπνξνύκε λα ζεσξήζνπκε όηη Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 34

43 η = 0 (αδηαθαλή πιηθά), νπόηε ε πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία, είηε αλαθιάηαη, είηε απνξξνθάηαη από ηα πιηθά θαηαζθεπήο. Γεληθά νη αθηηλνβνιίεο κηθξνύ κήθνπο θύκαηνο απνξξνθώληαη από ηα πιηθά θαηά ηε δηάξθεηα ηεο κέξαο θαη εθπέκπνληαη σο αθηηλνβνιία κεγάινπ κήθνπο θύκαηνο ηε λύρηα. εκεηώλεηαη όηη νη ηηκέο αλαθιαζηηθόηεηαο παξνπζηάδνπλ κεγάιε πνηθηιία θαη εμαξηώληαη θπξίσο από ην ρξώκα ησλ πιηθώλ. Δηθόλα 7: Θεξκνθπζηθέο ηδηόηεηεο πιηθώλ θπξηνηέξσλ δνκηθώλ πιηθώλ Με βάζε ηα παξαπάλσ, εθόζνλ ε αθηηλνβνιία απνξξνθεζεί από ην πιηθό θαη δελ αλαθιαζηεί, παίδνπλ κείδνλα ξόιν νη ζεξκνθπζηθέο ηδηόηεηεο ησλ πιηθώλ (εηθόλα 7), δειαδή: ε ππθλόηεηα (ξ), ε εηδηθή ζεξκόηεηα (c), ν ζπληειεζηήο ζεξκηθήο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 35

44 αγσγηκόηεηαο (ι), ε ζεξκνρσξεηηθόηεηα (C=ξ c), ε ζεξκηθή δηαρπηόηεηα (θ=ι/ξ c) θαη ε επίρπζε ( ). Ο ζπληειεζηήο ζεξκηθήο αγσγηκόηεηαο θαη ε ζεξκνρσξεηηθόηεηα ησλ πιηθώλ, ζπλδένληαη κε ην πόζν γξήγνξα εηζέξρεηαη ε ζεξκόηεηα ζην πιηθό θαη πόζε πνζόηεηα από απηή κπνξνύλ λα απνζεθεύζνπλ αληίζηνηρα (Μπνπγηαηηώηε, ). Έηζη ηα θηίξηα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο απνξξνθνύλ ζεκαληηθέο πνζόηεηεο αθηηλνβνιίαο από ηνλ Ήιην (αλάινγα κε ηα πιηθά θαηαζθεπήο πνπ έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ζην θηίξην), απνζεθεύνληαο ελέξγεηα ζηηο εμσηεξηθέο ηνπο επηθάλεηεο θαη ηνπο ηνίρνπο απμάλνληαο ηε ζεξκνθξαζία ηνπο. Ο αέξαο πνπ έξρεηαη ζε επαθή κε ηηο επηθάλεηεο ησλ θηηξίσλ απνθηά πςειόηεξε ζεξκνθξαζία κεηαθέξνληαο ζηε ζπλέρεηα ηελ ζεξκόηεηα απηή θαη ζηηο γεηηνληθέο κάδεο αέξα. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο, νη εμσηεξηθέο επηθάλεηεο ησλ θηηξίσλ εθπέκπνπλ ηε ζεξκόηεηα ηνπο κε ηε κνξθή ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο εκπνδίδνληαο ησλ αέξα λα ςπρζεί απνηειεζκαηηθά. Β) Η γεσκεηξία ησλ θηηξίσλ θαη ησλ αζηηθώλ δξόκσλ: Σα γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ δξόκσλ επεξεάδνπλ ζπλνιηθά κε αξλεηηθό ηξόπν ηελ ςύμε ησλ θηηξίσλ, δεκηνπξγώληαο αζηηθέο ραξάδξεο (urban canyons) θαη πεξηνξίδνληαο ην ζπληειεζηή ζέαζεο νπξαλνύ (sky view factor) (Giridharan, et al., 2004). Μεγάιν πνζό ηεο ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο πνπ εθπέκπεηαη από ηα θηίξηα, ηα πεδνδξόκηα θαη ηελ άζθαιην, πξνζπίπηεη ζε γεηηνληθέο επηθάλεηεο, νπζηαζηηθά παγηδεύεηαη θαη δελ δηαθεύγεη πξνο ηελ ειεύζεξε αηκόζθαηξα. Παξάιιεια ιόγσ ησλ πνιιαπιώλ αλαθιάζεσλ κεηαμύ ησλ θηηξίσλ απμάλεηαη ε ζπλνιηθά απνξξνθεκέλε από ην δξόκν ειηαθή αθηηλνβνιία, απμάλνληαο έηζη ην ζεξκηθό ηζνδύγην όισλ ησλ εμσηεξηθώλ επηθαλεηώλ ζε έλα δξόκν θαη ζπλεπώο θαη ηε ζεξκνθξαζία ηνπο (Santamouris, et al., 1997, αληακνύξεο, 2008). Σαπηόρξνλα κε ηε ζπζζώξεπζε ζεξκόηεηαο εληόο ησλ αζηηθώλ δξόκσλ, νη αζηηθέο ραξάδξεο κεηώλνπλ θαη ηελ θπθινθνξία αέξα ζηνλ αζηηθό ρώξν. Ζ θαηαθόξπθε θαηαλνκή ηεο ηαρύηεηαο ηνπ αέξα έσο ην ύςνο ησλ θηεξίσλ αθνινπζεί εθζεηηθή θαηαλνκή, γεγνλόο πνπ νδεγεί ζηνλ εθκεδεληζκό ζρεδόλ ηεο ηαρύηεηαο ηνπ, ζην ύςνο ηνπ δξόκνπ. ε κεηξήζεηο πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζηελ Αζήλα θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ, απνδείρζεθε πσο ζπάληα ε ηαρύηεηα ηνπ αλέκνπ μεπεξλά Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 36

45 ην 1 m/s, κε κέζε ηηκή ηεο ηάμεο ησλ m/s, ελώ παξάιιεια ε ηαρύηεηα πάλσ από ην ύςνο ησλ θηεξίσλ έθζαλε ζε ηηκέο έσο θαη 6 m/s (Santamouris, et al., 1999). Πεγή: Oke, 1988 Δηθόλα 8: Υαξαθηεξηζκόο ηεο ξνήο αλέκνπ ζε έλα ζε έλα δξόκν ζαλ ζπλάξηεζε ησλ γεσκεηξηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπ θηηξίνπ θαη ηνπ δξόκνπ, όηαλ ε δηεύζπλζε ηνπ αλέκνπ είλαη ζρεδόλ θάζεηε πξνο ηνλ άμνλα ηνπ δξόκνπ (Oke, 1988). Ζ γεσκεηξία ησλ θηηξίσλ θαη ησλ δξόκσλ εθηόο ηνπ όηη επεξεάδεη ηελ ηαρύηεηα ηνπ αλέκνπ, δηακνξθώλεη θαη δηάθνξα ραξαθηεξηζηηθά είδε ξνώλ κε βάζε ηε γσλία πξόζπησζεο ηνπ αλέκνπ ζην δξόκν, αιιά θαη ηα ηξία γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ δξόκνπ: ην κέζν ύςνο ησλ θηηξίσλ Ζ, ην πιάηνο W θαη ην κήθνο ηνπ δξόκνπ L (εηθόλα 8). ηελ πην θνηλή πεξίπησζε όπνπ ν άλεκνο πνπ ξέεη πάλσ από ηα θηίξηα πξνζπίπηεη ππό γσλία σο πξνο ηνλ άμνλα ηνπ δξόκνπ, ε ξνή αλάκεζα ζηα θηίξηα είλαη ειηθνεηδήο θαη όηαλ ε ζρέζε ύςνπο θηηξίσλ πξνο ην πιάηνο ηνπ δξόκνπ είλαη κεγάιε (H/W>0.7) ηόηε ν θπζηθόο αεξηζκόο πνπ επηηπγράλεηαη είλαη ζρεηηθά κηθξόο (Oke, 1988; αληακνύξεο, 2008). πληειεί έηζη ζε ζεκαληηθό βαζκό ζηε κείσζε ηεο απαγσγήο ζεξκόηεηαο ηνπ θηεξηαθνύ θειύθνπο κέζσ κεηαγσγήο. Γ) Μεησκέλε εμάηκηζε ζηνλ αζηηθό ηζηό Έιιεηςε πεξηνρώλ πξαζίλνπ: Ζ θάιπςε κεγάισλ εθηάζεσλ ζηηο πόιεηο κε πιηθά κε δηαπεξαηά (π.ρ. άζθαιηνο) ηα νπνία δελ ζπγθξαηνύλ πνζόηεηεο λεξνύ από ηηο εδαθηθέο επηθάλεηεο, ζε ζπλδπαζκό κε ηελ απνςίισζε δέληξσλ, βιάζηεζεο θαη πξαζίλνπ νδήγεζαλ ζηελ ειάρηζηε έθιπζε ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο ιόγσ έιιεηςεο εμάηκηζεο πνζνηήησλ λεξνύ. πγθεθξηκέλα όζνλ αθνξά ηε βιάζηεζε, ζην Σόθην απνδείρζεθε κείσζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο εμαηκηζνδηαπλνήο θαηά 38% από ην 1972 έσο ην 1995 (Kondoh, et Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 37

46 al., 1999). Δπίζεο, ζπγθξίλνληαο ηε ξνή ελέξγεηαο γηα αζηηθέο, εκηαζηηθέο θαη αγξνηηθέο πεξηνρέο ζηηο πόιεηο ηνπ Βαλθνύβεξ, ηνπ ηθάγν θαη ηνπ Μεμηθό, (Cleugh, et al., 1986; Grimmond, et al., 1995; Oke, et al., 1999) δηαπηζηώζεθε κείσζε ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο από ηηο αγξνηηθέο ζηηο αζηηθέο πεξηνρέο, ε νπνία ζπκπίπηεη κε κείσζε ζηελ εδαθνθάιπςε από βιάζηεζε (από 100% ζηηο αγξνηηθέο, ζε 44% ζηηο εκηαζηηθέο θαη ζε 2% ζηηο αζηηθέο πεξηνρέο). Οη παξαπάλσ κεηαβνιέο ζηελ ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα ζπλνδεύνληαη αληίζηνηρα από αύμεζε ζηελ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο, αιιά θαη αύμεζε ηεο εθπεκπόκελεο αθηηλνβνιίαο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο ζηνλ αζηηθό ηζηό. Γ) Αλζξσπνγελήο ζεξκόηεηα θαη αέξηνη ξππαληέο: Οη αλζξσπνγελείο δξαζηεξηόηεηεο παξάγνπλ επίζεο ζεξκόηεηα ε νπνία εθιύεηαη από απηνθίλεηα, θαηνηθίεο, βηνκεραλίεο είηε από ζπζθεπέο θιηκαηηζκνύ είηε από ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο (πίλαθαο 2). ην θεληξηθό Σόθην, απνηειέζκαηα πξνζνκνηώζεσλ δείρλνπλ όηη ε ξνή αλζξσπνγελνύο ζεξκόηεηαο μεπεξλά ηα 400 W/m 2 ηελ εκέξα, ελώ έθηαζε ηε κέγηζηε ηηκή ησλ 1590 W/m 2 θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα (Ichinose, et al., 1999). Αληίζηνηρε κειέηε παξνπζηάδεη όηη αύμεζε ηεο ζεξκηθήο ξνήο αλζξσπνγελνύο πξνέιεπζεο θαηά 100 W/m 2, κπνξεί λα νδεγήζεη ζε αύμεζε ηεο έληαζεο ηεο ΑΘΝ θαηά 1.68 K (Hu, et al., 2012). Πίλαθαο 2: Ρνή αλζξσπνγελνύο ζεξκόηεηαο ζε δηάθνξεο ηνπνζεζίεο ηνπ θόζκνπ Σνπνζεζία Αλαθεξόκελε ξνή αλζξσπνγελνύο Θεξκόηεηαο ζε W/m 2 (Βηβιηνγξαθία) Βαζηιεία, Διβεηία 5-20 (Christen, et al., 2004) Λνληδ, Πνισλία 32 (Offerle, et al., 2005) Ρέπθηαβηθ, Ηζιαλδία 35 (Steinecke, 1999) ΖΠΑ (Sailor, et al., 2004) Σόθπν, Ηαπσλία (Ichinose, et al., 1999) Δπίζεο νη αέξηνη ξππαληέο - αεξνιύκαηα (αηζαινκίριε, αηζάιε, ζθόλε θαη γεληθά αησξνύκελα ζσκαηίδηα) πνπ παξάγνληαη από δηάθνξεο αλζξσπνγελείο δξαζηεξηόηεηεο ή θαη θπζηθέο πεγέο, ππάξρνπλ ζε κεγάιε αθζνλία ζηηο πόιεηο θαη Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 38

47 κπνξνύλ λα απνξξνθήζνπλ θαη λα επαλεθπέκςνπλ αθηηλνβνιία κεγάινπ κήθνπο θύκαηνο παξάγνληαο έηζη, έλα ηνπηθνύ κεγέζνπο θαηλόκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ πάλσ από ηνλ αζηηθό ηζηό (Memon, et al., 2008). 2.4 πλέπεηεο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ Οη κεηαβνιέο ζην αζηηθό πεξηβάιινλ πνπ εκθαλίδεηαη ε ΑΘΝ επηθέξνπλ θαη ηηο αλάινγεο αξλεηηθέο ζπλέπεηεο, νη νπνίεο επεξεάδνπλ κε πνηθίινπο ηξόπνπο ηνπο αλζξώπνπο θάζε αζηηθνύ θέληξνπ θαη θπξίσο ηε ζεξκηθή άλεζε. Οη θπξηόηεξεο από απηέο ζπλνςίδνληαη ζηε ζπλέρεηα: Α) Αύμεζε ελεξγεηαθήο θαηαλάισζεο θαη νηθνλνκηθνύ θόζηνπο ζηνλ νηθηαθό θαη εκπνξηθό ηνκέα: Οη πςειόηεξεο ζεξκνθξαζίεο ζην θέληξν επεξεάδνπλ όπσο είλαη θπζηθό ην ειεθηξηθό θνξηίν γηα θιηκαηηζκό. ηελ Αζήλα κειέηεο έδεημαλ όηη γηα ηνλ Αύγνπζην ηνπ 1996 νη βαζκνώξεο θιηκαηηζκνύ ζην θέληξν ηεο πόιεο ήηαλ 385 ελώ ζηνλ αγξνηηθό ζηαζκό αλαθνξάο 132, κηα αύμεζε πεξίπνπ 192% θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο. Ζ αληίζηνηρε αύμεζε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο αγγίδεη ην 300%. Αληίζηνηρα ππήξμε θαη κείσζε ζηηο βαζκνώξεο ζέξκαλζεο ζην θέληξν ηεο Αζήλαο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα, αθνύ ην θέληξν ηεο πόιεο είλαη πην δεζηό ζε ζρέζε κε ην ζηαζκό αλαθνξάο, ε νπνία άγγημε ην 40% (Santamouris, et al., 2001). Με βάζε ηελ παξαπάλσ έξεπλα ππνινγίζηεθε ε επηπιένλ ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη γηα θιηκαηηζκό γηα ηελ αληηζηάζκηζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζηελ πεξηνρή Αηγάιεσ ζε ζύγθξηζε κε ηελ πεξηνρή αλαθνξάο (Ζιηνύπνιε). πλνιηθά 41.3 GWh θαηαλαιώζεθαλ επηπιένλ γηα θιηκαηηζκό ζην Αηγάιεσ, κε ζπλνιηθό θόζηνο 4.13 εθαηνκκύξηα, δειαδή πεξίπνπ 164 αλά λνηθνθπξηό (Hassid, et al., 2000). Παξόκνηα απνηειέζκαηα παξνπζηάδνληαη θαη γηα άιιεο κεγαινππόιεηο όπσο ην Σόθπν (Hirano, et al., 2012) θαη ην Λνλδίλν (Kolokotroni, et al., 2012), ελώ ην ελεξγεηαθό θόζηνο ηνπ θιηκαηηζκνύ αλακέλεηαη λα γηγαλησζεί (αύμεζε θαηά 33 GWh) ηα επόκελα 50 ρξόληα ζηε ηγθαπνύξε (Tso, 1994). ηηο ΖΠΑ έρεη ππνινγηζηεί όηη ζε πόιεηο κε πιεζπζκό άλσ ησλ θαηνίθσλ, ην ειεθηξηθό θνξηίν αηρκήο ιόγσ θιηκαηηζκνύ απμάλεηαη θαηά 1.5-2% γηα θάζε αύμεζε 0.55 C Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 39

48 ζηελ ζεξκνθξαζία. Λακβάλνληαο ππόςε όηη θαηά κέζσ όξν ε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο έρεη απμεζεί από 1.1 C έσο 2.2 C θαηά ηα ηειεπηαία 40 ρξόληα, κπνξνύκε λα ππνζέζνπκε όηη ην 3 έσο 8% ηεο ειεθηξηθήο θαηαλάισζεο ησλ αζηηθώλ θέληξσλ δαπαλάηαη γηα λα αληηζηαζκηζηεί ην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ (Akbari, et al., 1992). Β) Τπνβαζκηζκέλε πνηόηεηα αηκνζθαηξηθνύ αέξα ζηηο πόιεηο θαη αύμεζε αέξησλ ξππαληώλ Οη εθπνκπέο ησλ επηβιαβώλ αεξίσλ απμάλνληαη, θαζώο απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα ζην αζηηθό πεξηβάιινλ. Απηό νθείιεηαη ζε 2 θπξίσο παξάγνληεο. Πξώηνλ ηελ απμεκέλε εθπνκπή ησλ θπηώλ θαηά ηηο ζεξκέο εκέξεο (αύμεζε πδξνγνλαλζξάθσλ θαηά 10% αληηζηνηρεί ζε αύμεζε ζεξκνθξαζίαο θαηά 1 C). Καη δεύηεξνλ ηνπο απμεκέλνπο ξύπνπο από κνλάδεο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο (αύμεζε ξύπσλ θαηά 5% αλά 1 C) θαη ηα κεραλνθίλεηα νρήκαηα (αύμεζε ξύπσλ θαηά 7-14% αλά 1 C). Οη ξύπνη πνπ εθιύνληαη ζηελ αηκόζθαηξα, δεκηνπξγνύλ απνπληθηηθέο ζπλζήθεο θαζώο πνιιά ξππνγόλα ζηνηρεία ζπκκεηέρνπλ ζε θσηνρεκηθέο αληηδξάζεηο θαη παξάγνπλ αηζαινκίριε ε νπνία παξαηεξείηαη πάλσ από ηελ πόιε, εηδηθά ηηο κέξεο πνπ επηθξαηεί άπλνηα θαη έληνλε ειηνθάλεηα (Βαιεληάθε, 2009). ε κεξηθέο πεξηπηώζεηο θαη θάησ από ζπγθεθξηκέλεο θαηξηθέο ζπλζήθεο νη ζπγθεληξώζεηο αέξησλ ξππαληώλ όπσο NO 2, CO 2 θαη CO απμάλνπλ ζεκαληηθά (Lai, et al., 2008) κε ηελ αύμεζε ηεο έληαζεο ηεο ΑΘΝ, όπσο επίζεο θαη ην O 3 (Sarrat, et al., 2006). Γ) Αύμεζε ηεο ζλεζηκόηεηαο θαη ησλ αζζελεηώλ ε πνιιέο πεξηπηώζεηο ζην παξειζόλ έρνπλ αλαθεξζεί πςειόηεξνη ξπζκνί ζλεζηκόηεηαο θαηά ηε δηάξθεηα πςειώλ ζεξκνθξαζηώλ ζηηο πόιεηο (Buechley, et al., 1972; Hattis, et al., 2012; Johnson, et al., 2008; Smoyer, 1998). πγθεθξηκέλα ν ξπζκόο ζλεζηκόηεηαο ζε πεξηόδνπο πςειώλ ζεξκνθξαζηώλ, θαίλεηαη λα ζπλδέεηαη άκεζα κε ην πόζν ππθλνθαηνηθεκέλε είλαη κηα ζπλνηθία αζηηθνύ θέληξνπ (Gabriel, et al., 2011), αιιά θαη κε ηελ νηθνλνκηθή θαηάζηαζε ηνπ θαζελόο, πιήηηνληαο θπξίσο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 40

49 ρακεινύ εηζνδήκαηνο κέξε ηνπ αζηηθνύ πιεζπζκνύ (Kim, et al., 2006; Sung, et al., 2013). 2.5 Αλαζθόπεζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ Σν θαηλόκελν έρεη παξαηεξεζεί ζε πνιιέο πόιεηο ηνπ θόζκνπ. Ζ πξώηε όκσο ηεθκεξησκέλε έξεπλα γηα ην θαηλόκελν πξαγκαηνπνηήζεθε από ηνλ Luke Howard, εξαζηηέρλε κεηεσξνιόγν, ν νπνίνο κειέηεζε ηα ηνπηθά θιηκαηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ Λνλδίλνπ (Howard, 1833). ηε ζπλέρεηα παξόκνηεο παξαδνρέο γηα ην κηθξνθιίκα ηνπ Παξηζηνύ έθαλε θαη ν Emilien Renou θαηά ην δεύηεξν κηζό ηνπ 19 νπ αηώλα, όπσο θαη ν Schmidt γηα ηε Βηέλλε ζηηο αξρέο ηνπ 20 νπ αηώλα (Gartland, 2008) Από ηα κηζά ηνπ 20 νπ αηώλα έσο θαη ζήκεξα έρνπλ αθνινπζήζεη αξθεηέο έξεπλεο αλά ηνλ θόζκν νη νπνίεο θαλεξώλνπλ ηελ πνιππινθόηεηα κειέηεο ηνπ θαηλνκέλνπ. Σα θπξηόηεξα απνηειέζκαηα θαζώο θαη νη κεζνδνινγίεο πνπ αθνινπζήζεθαλ ζπλνςίδνληαη ζηηο επόκελεο γξακκέο: ηε Βαξθειώλε θαηαγξάθεθαλ ζεξκνθξαζίεο ζε δηαδξνκέο απηνθηλήηνπ δηαθόξσλ ηνκέσλ ηεο πόιεο (Carmen Moreno-Garcia, 1993). Δμεηάδνληαο εηήζηεο κέζεο ηηκέο ζεξκνθξαζίαο, δηαπηζηώζεθε όηη ην θέληξν ηεο πόιεο ήηαλ ειαθξώο ςπρξόηεξν θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο ζε ζύγθξηζε κε ηελ πεξηθέξεηα. Αληίζεηα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο ην θέληξν ηεο πόιεο δηαηεξνύζε ζεξκνθξαζία 2.9 C πςειόηεξε ζε ζρέζε κε ην αεξνδξόκην ηεο πόιεο. Ζ κέγηζηε έληαζε ΑΘΝ πνπ θαηαγξάθεθε ππεξέβαηλε ηνπο 8 C. ε κηα κεζαίνπ κεγέζνπο πόιε, ην εγθέλη ηεο Οπγγαξίαο, απνδείρηεθε ε ύπαξμε ΑΘΝ κε έληαζε έσο 2.9 C ζε εκέξεο όπνπ επηθξαηνύζαλ ζπλζήθεο αλέθεινπ νπξαλνύ θαη κε ειάρηζην έσο θαζόινπ άλεκν (Unger, 1996). Ζ ζπγθεθξηκέλε αλάιπζε δείρλεη όηη ζε κηθξνύ κεγέζνπο πόιεηο ε έληαζε ηεο Α.Θ.Ν. εμαξηάηαη ηζρπξά από ηηο επηθξαηνύζεο κεηεσξνινγηθέο ζπλζήθεο. ηελ πόιε ηνπ Παξηζηνύ πξαγκαηνπνηήζεθε ζύγθξηζε ησλ ζεξκνθξαζηώλ κεηαμύ δύν δηαθνξεηηθώλ πεξηνρώλ, αζηηθνύ θαη αγξνηηθνύ πεξηβάιινληνο αληίζηνηρα, θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ πεηξάκαηνο ECLAP, ην ρεηκώλα ηνπ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 41

50 Γηαπηζηώζεθε έληαζε ΑΘΝ ε νπνία θπκαίλεηαη από 0 C έσο 6 C, ε νπνία παίξλεη ηε κέγηζηε ηηκή ηεο ζηηο 8:00 ην πξσί (Dupont, et al., 1999). ηελ Πνξηνγαιία, ζε κηα κηθξή παξαιηαθή επαξρηαθή πόιε, ην Αβέηξν, κεηξήζεθε ε ζεξκνθξαζία γηα 48 λύρηεο, κεηαμύ 23:00 θαη 1:00, θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ, ηνπ θζηλνπώξνπ θαη ηνπ ρεηκώλα κε θηλεηνύο ζηαζκνύο ηνπνζεηεκέλνπο ζηελ νξνθή απηνθηλήηνπ. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ ζεξκνθξαζηαθέο δηαθνξέο κεηαμύ αζηηθνύ θαη αγξνηηθνύ ηζηνύ ηεο ηάμεο ησλ 7.5 C (Pinto, et al., 2000). Δπίζεο ζπκπέξαλαλ όηη νη αληηθπθισληθέο ζπλζήθεο (ήπηνη άλεκνη κε αλέθειν νπξαλό) θάλνπλ ην θαηλόκελν πην έληνλν. ηε Βαζηιεία ηεο Διβεηίαο εγθαηαζηάζεθε έλα δίθηπν από επηά πεηξακαηηθνύο ζηαζκνύο θαη θαηαγξάθεθαλ ζεξκνθξαζηαθά δεδνκέλα γηα ηελ πεξίνδν Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ έληαζε ΑΘΝ 3 C, ε νπνία παξαηεξήζεθε αθξηβώο κεηά ηε δύζε ηνπ ειίνπ, ελώ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο νη ηηκέο ηεο έληαζεο κεηώλνληαλ (Christen, et al., 2004). ην Γθέηεκπνξγθ ηεο νπεδίαο, πξαγκαηνπνηήζεθε αληίζηνηρε έξεπλα κε ρξήζε 16 κόληκα εγθαηεζηεκέλνπο ζηαζκνύο. Παξάιιεια κε ρξήζε θσηνγξαθηώλ από ππεξεπξπγώληνπο θαθνύο (fish-eye photos) αλαιύζεθε ν ζπληειεζηήο ζέαζεο νπξαλνύ (sky-view factor) θαζώο θαη ε αλαινγία ύςνπο/πιάηνπο (height/width ratio) ησλ αζηηθώλ ραξαδξώλ. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ ηζρπξή ζρέζε κεηαμύ ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ αέξα ζηηο πόιεηο θαη ηεο ειεπζεξίαο νξίδνληα θαηά ηε δηάξθεηα αλέθεισλ λπρηώλ κε θαζαξό νπξαλό (Svensson, 2004). ηελ Ηαπσλία, ην Σόθπν εκθαλίδεη έληνλε αύμεζε ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ 100 ρξόλσλ (Okada, et al., 2008) όηαλ ε κέζε αύμεζε ζεξκνθξαζίαο γηα νιόθιεξν ηνλ πιαλήηε δελ μεπεξλά ηνπο 0.76±0.2 C. Σν θαινθαίξη ηνπ 2002 θαηαγξάθεθαλ νη ζεξκνθξαζίεο πνπ παξαηεξήζεθαλ ζηελ επξύηεξε πεξηνρή ηνπ Σόθπν. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ ζεξκνθξαζίεο πςειόηεξεο από ηνπο 30 C πεξίπνπ γηα ην 34% ησλ σξώλ θαηαγξαθήο, ελώ πεξηνρέο θνληά ζηνλ θόιπν ηνπ Σόθην ήηαλ αξθεηά δξνζεξόηεξεο (Yamato, et al., 2009). Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 42

51 Πεγή:Yamato et al., 2009 Δηθόλα 9: Η εκεξήζην πξόηππν κέζεο κέγηζηεο ζεξκνθξαζίαο ζε δηάθνξεο επαξρίεο ηνπ Σόθπν (20 Ινπιίνπ - 31 Απγνύζηνπ 2002) ηε Ρώκε ηεο Ηηαιίαο, αλαπηύρζεθε έλα αζηηθό θιηκαηηθό κνληέιν γηα λα πεξηγξάςεη ηελ απνζήθεπζε ζεξκόηεηαο θάησ από δηάθνξεο αζηηθέο θαη θιηκαηηθέο παξακέηξνπο. Οη πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο ζεξκνθξαζηώλ αέξα ζε ζπλδπαζκό κε ην παξαπάλσ θιηκαηηθό κνληέιν ζπκθσλνύλ ζην όηη ην θαηλόκελν ζηε Ρώκε εκθαλίδεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο θαη είλαη έληνλν θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα (2 C) αιιά θαη ηνπ θαινθαηξηνύ (5 C) (Bonacquisti, et al., 2005). ην Ζλσκέλν Βαζίιεην, ζηε κεγαινύπνιε ηνπ Λνλδίλνπ αλαπηύρζεθε έλα δίθηπν από 68 αηζζεηήξεο ζεξκνθξαζίαο- πγξαζίαο ζε αθηηληθή θαηαλνκή από ην θέληξν ηεο πόιεο, απνδεηθλύνληαο όηη ε έληαζε ηνπ θαηλνκέλνπ θηάλεη θαηά πεξίζηαζε ηνπο 8.9 C ζε ζπλζήθεο αλέθεινπ νπξαλνύ θαη ηαρύηεηα αλέκνπ ιηγόηεξν από 5 m/s (Kolokotroni, et al., 2008), ελώ παξαηεξήζεθαλ θαη πεξίνδνη ΑΦΚ. Ζ πξνζνκνίσζε ησλ παξαπάλσ ζεξκνθξαζηαθώλ δεδνκέλσλ γηα έλα ηππηθό θηίξην γξαθείσλ ζε 24 δηαθνξεηηθέο πεξηνρέο ηνπ Λνλδίλνπ, έδεημε όηη ζε Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 43

52 εηήζηα βάζε ην ςπθηηθό θνξηίν ηνπ θηηξίνπ απμάλεηαη θαηά 25%, ζε αληίζεζε κε ην ζεξκηθό θνξηίν, ην νπνίν κεηώλεηαη θαηά 22% (Kolokotroni, et al., 2006; Watkins, et al., 2002; Kolokotroni, et al., 2006). Πεγή: Kolokotroni, et al., 2008 Δηθόλα 10: ρεκαηηθόο ράξηεο ηνπ Λνλδίλνπ, όπνπ παξνπζηάδεηαη ε αθηηληθή δηάηαμε ησλ 68 ζηαζκώλ θαηαγξαθήο γηα ηε κειέηε ηνπ θαηλνκέλνπ Α.Θ.Ν. ηελ Διιάδα, έσο ην 2009, δηεμήρζεζαλ κειέηεο γηα ην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ ζε εθηεηακέλε κνξθή, πνπ αθνξνύζαλ θπξίσο ηελ πξσηεύνπζα ηεο ρώξαο, ηελ Αζήλα, θαη δεκνζηεύηεθαλ ηα ηειεπηαία 20 ρξόληα (Giannopoulou, et al., 2010a; Giannopoulou, et al., 2010b; Santamouris, et al., 1999; Santamouris, et al., 2007; Santamouris, et al., 2001; Tselepidaki, et al., 1994; Hassid, et al., 2000; Stathopoulou, et al., 2007; Giannaros, et al., 2013; Livada, et al., 2002). ύκθσλα κε ηνπο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 44

53 Santamouris et al. (2001), από δίθηπν 30 ζηαζκώλ επηθαλείαο, ε κέζε ηηκή έληαζεο ΑΘΝ γηα ηελ επξύηεξε πεξηνρή ηνπ θέληξνπ ησλ Αζελώλ, ππνινγίζηεθε πεξίπνπ ζηνπο 12 C. Ζ απόιπηα κέγηζηε έληαζε ΑΘΝ έθηαζε ηνπο 16 C ελώ ε απόιπηα ειάρηζηε ηνπο 3 C. Όζνλ αθνξά ηνλ ππόινηπν Διιαδηθό ρώξν, κειέηεο γηα ύπαξμε θαη πξνζδηνξηζκό ηεο έληαζεο ηεο Α.Θ.Ν. μεθίλεζαλ από ην 2007 θαη εμειίζζνληαη έσο θαη ζήκεξα. Απηέο κπνξνύλ λα ζπλνςηζηνύλ σο: Σν 2007, ζύκθσλα κε έξεπλα ηνπ Δξγαζηεξίνπ Σειεπηζθόπηζεο θαη Δπεμεξγαζίαο Δηθόλαο ηνπ Σκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ ΔΚΠΑ, ρξεζηκνπνηήζεθαλ δνξπθνξηθέο εηθόλεο ζην ζεξκηθό ππέξπζξν γηα ζπγθεθξηκέλεο ώξεο ηεο εκέξαο, ώζηε λα πξνζδηνξηζηεί ε έληαζε ηεο ΑΘΝ ζε 5 δηαθνξεηηθέο πόιεηο (Αζήλα, Θεζζαινλίθε, Πάηξα, Βόινο, Ζξάθιεην) πνπ θηινμέλεζαλ αγώλεο θαηά ηελ Οιπκπηάδα ηνπ Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ όηη ε έληαζε ηνπ θαηλνκέλνπ ζηε Θεζζαινλίθε θαη ην Ζξάθιεην θηάλεη σο θαη ηνπο 8 C, ελώ ζηελ Πάηξα θαη ην Βόιν, έσο ηνπο 7 C. Αληίζηνηρα γηα ηελ πόιε ηεο Αζήλαο παξαηεξήζεθε έληαζε ηνπ θαηλνκέλνπ έσο θαη 10 C θαηά ηηο λπρηεξηλέο ώξεο (Stathopoulou, et al., 2007). Ζ πξώηε έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε κε ρξήζε ζηαζκώλ επηθαλείαο ζε επαξρηαθή πόιε ηεο Διιάδαο, πξαγκαηνπνηήζεθε ζηα Υαληά (Kolokotsa, et al., 2009) θαη είρε σο ζηόρν λα κειεηήζεη ηε κνξθή θαη ηελ έθηαζε ηνπ θαηλνκέλνπ θαζώο θαη ηελ θαηαλόεζε ηεο ζπζρέηηζεο ηνπ κε ηα ηνπηθά θιηκαηνινγηθά ραξαθηεξηζηηθά. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ κέγηζηε έληαζε ΑΘΝ πεξίπνπ 8 C θαηά ηε δηάξθεηα ησλ θαινθαηξηλώλ κελώλ, ελώ ππήξμε θαη άκεζε ζπζρέηηζε ηεο κείσζε ηεο έληαζεο κε ηελ παξάιιειε επηθξάηεζε δπηηθώλ αλέκσλ. Σν 2012, έξεπλα ηνπ ηερλνινγηθνύ πάξθνπ Θεζζαιίαο γηα ηελ επξύηεξε πεξηνρή ηνπ Βόινπ έδεημε κέγηζηεο δηαθνξέο ζεξκνθξαζίαο κεηαμύ ηνπ θέληξνπ ηεο πόιεο θαη ησλ πξναζηίσλ 3.4 C θαη 3.1 C θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα θαη ηνπ θαινθαηξηνύ αληίζηνηρα. Ζ ζεξκηθή λεζίδα δηακνξθώλεηαη ζπλήζσο κεηά ηε δύζε ηνπ ειίνπ θαη απνδίδεηαη ζην δηαθνξεηηθό ξπζκό λπρηεξηλήο εθπνκπήο ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο πνπ παξαηεξείηαη ζην θέληξν θαη ζηα πεξίρσξα ηεο πόιεο. Δπίζεο ε έληαζε ηνπ θαηλνκέλνπ θαίλεηαη λα είλαη ζεηηθά ζπλδεδεκέλε Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 45

54 κε ηελ αύμεζε ηεο ζρεηηθήο πγξαζίαο ζην πεξηβάιινλ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ, ελώ ην αληίζεην θαηλόκελν ιακβάλεη ρώξα θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκώλα (Papanastasiou, et al., 2012). Σν ίδην έηνο δεκνζηεύηεθε θαη έξεπλα ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο, όπνπ κεηξήζεθαλ ζε 7 δηαθνξεηηθέο πεξηνρέο ηεο πόιεο νη ζεξκνθξαζίεο από ην Μάξηην ηνπ 2008 έσο ην Φιεβάξε ηνπ Οη κέγηζηεο δηαθνξέο ζεξκνθξαζίαο δηακνξθώζεθαλ κεηαμύ 2 C θαη 4 C, παξνπζηάδνληαο κηθξόηεξεο δηαθπκάλζεηο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνύ. Οη κεγαιύηεξεο ηηκέο έληαζεο παξαηεξήζεθαλ κεηά ηε δύζε ηνπ ειίνπ, ελώ αληίζεηα θαηαγξάθεθε νκνγελνπνίεζε ησλ ζεξκνθξαζηώλ ηηο ώξεο όπνπ ε ειηαθή αθηηλνβνιία απνθηά ηηο κέγηζηεο ηηκέο ηεο (Giannaros, et al., 2012). Με βάζε όιεο ηηο παξαπάλσ εξεπλεηηθέο παξαηεξήζεηο είλαη πξνθαλέο όηη ε ΑΘΝ είλαη έλα θαηλόκελν ην νπνίν δελ αλαθέξεηαη απνθιεηζηηθά ζε κεγάιεο έθηαζεο αζηηθνύο ηζηνύο, αιιά εληνπίδεηαη ζε έληνλε κνξθή θαη ζε επαξρηαθέο πόιεηο κηθξόηεξεο θιίκαθαο, θαλεξώλνληαο ηνλ θαθό πνιενδνκηθό θαη ρσξνηαμηθό ζρεδηαζκό ησλ ειιεληθώλ αζηηθώλ θέληξσλ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 46

55 Κεθάιαην 3. Αληηκεηώπηζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ Πνιιέο εξγαζίεο, εηδηθά θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ 20 ρξόλσλ, έρνπλ αζρνιεζεί έληνλα κε ηα κέηξα θαηαπνιέκεζεο ηεο ΑΘΝ ηα νπνία έρνπλ απνδεηρζεί όηη έρνπλ πνιιά νηθνλνκηθά θαη πεξηβαιινληηθά νθέιε. Σα πηζαλά κέηξα κπνξνύλ λα θαηεγνξηνπνηεζνύλ κε 2 ηξόπνπο κε βάζε ηα παξαθάησ θξηηήξηα: Α ηξόπνο-κηίξηα: i. Μέηξα ηα νπνία ζρεηίδνληαη κε ηε κείσζε ηεο ζεξκόηεηαο αλζξσπνγελνύο πξνέιεπζεο (π.ρ. κεησκέλε ρξήζε θιηκαηηζκνύ) ii. Μέηξα ζρεηηδόκελα κε βειηίσζε ηνπ ελεξγεηαθνύ ζρεδηαζκνύ ησλ νξνθώλ θηηξίσλ, από όπνπ εηζέξρεηαη ζε κέξεο κε ειηνθάλεηα πεξίπνπ ην 50% ηεο θηηξηαθήο ζεξκόηεηαο (Nahar, et al., 1999) (πξάζηλεο νξνθέο, αλαθιαζηηθά επηρξίζκαηα νξνθώλ, ςεθαζκόο λεξνύ ζε νξνθέο). iii. Άιινη ζρεδηαζηηθνί παξάγνληεο (π.ρ. αύμεζε ησλ επηπέδσλ πγξαζίαο, αύμεζε ηεο ιεπθαύγεηαο (albedo), λένπο ηξόπνπο επίηεπμεο ζθίαζεο) Β ηξόπνο-αζηηθόο Ιζηόο: i. Μέηξα πνπ κπνξνύλ λα εθαξκνζηνύλ κεηά ην ζρεδηαζκό θαη ηελ θαηαζθεπή κηαο αζηηθήο πεξηνρήο (π.ρ. δξνζηζκόο κε ςεθαζκό ή πξάζηλεο νξνθέο) ii. Μέηξα πνπ πξέπεη λα ιάβνπκε ππ όςηλ θαηά ην ζρεδηαζκό θαη ηελ θαηαζθεπή κηα αζηηθήο πεξηνρήο (π.ρ. ζπληειεζηήο νξαηόηεηαο νπξαλνύ, πιηθά θαηαζθεπήο θηεξίσλ). Ο πίλαθαο 3 πνπ αθνινπζεί ζπγθεληξώλεη ηα θπξηόηεξα κέηξα πνπ έρνπλ πξνηαζεί ή θαη εθαξκνζηεί από κία πνηθηιία εξεπλεηώλ, ελώ παξάιιεια παξνπζηάδεηαη ε κέγηζηε κείσζε ζεξκνθξαζίαο θαη ε πηζαλή εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο πνπ κπνξεί λα επηηεπρζεί από ηελ εθαξκνγή ηνπ θάζε κέηξνπ. Δίλαη θαλεξό όηη ε θύηεπζε θαη ε αλάπηπμε βιάζηεζεο είλαη ην πην δηαδεδνκέλν κέηξν, ην νπνίν κπνξεί λα εμνηθνλνκήζεη πνιύ ηθαλνπνηεηηθά πνζά ελέξγεηαο (Ashie, et al., 1999; Kikegawa, et al., 2006). ηε ζπλέρεηα αλαιύεηαη ν ηξόπνο κε ηνλ νπνίν ηα παξαπάλσ κέηξα ζπκβάιινπλ ζηε κείσζε ησλ ζεξκνθξαζηώλ ηνπ αζηηθνύ πεξηβάιινληνο. Σα κέηξα Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 47

56 πνπ εμεηάζηεθαλ ζηα πιαίζηα ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο, εμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο κε ρξήζε πνξσδώλ πιηθώλ θαη θάιπςε νξνθώλ κε θσηνβνιηατθά πιαίζηα, εμεηάδνληαη αλαιπηηθά ζηα επόκελα θεθάιαηα. ύκθσλα κε πξόζθαηεο κειέηεο έλα κόλν αληίκεηξν δελ είλαη αξθεηό γηα ηνλ απνηειεζκαηηθό πεξηνξηζκό ηεο ΑΘΝ. Κάζε δξάζε κπνξεί λα επηθέξεη κείσζε ηεο εμσηεξηθήο ζεξκνθξαζίαο ζηηο πόιεηο κέρξη ελόο νξίνπ (Ihara, et al., 2008) θαη έηζη απαηηείηαη έλα ζύλνιν ζπλδπαζηηθώλ δξάζεσλ ζηνλ αζηηθό ηζηό γηα λα έρνπκε ηα απνηειέζκαηα πνπ ζέινπκε (εηθόλα 11). Πεγή: Yamamoto, 2006 Δηθόλα 11:ύλνιν δξάζεσλ ζηνλ αζηηθό ηζηό γηα πεξηνξηζκό ηεο ΑΘΝ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 48

57 Πίλαθαο 3: Πξνηεηλόκελα κέηξα γηα ηελ «άκπλα» ησλ πόιεσλ απέλαληη ζηελ ΑΘΝ (Yamamota, 2006). Μέηξν Καηαπνιέκεζεο Μέγηζηε ζεξκνθξαζηαθή δηαθνξά( C) Δμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο Βηβιηνγξαθία Φύηεπζε, ρξήζε πην αλνηρηώλ ρξσκάησλ (Rosenfeld, et al., 1998) Φύηεπζε, βιάζηεζε (Tong, et al., 2005) Φύηεπζε, βιάζηεζε (Ca, et al., 1998) Μείσζε αλζξσπνγελνύο ζεξκόηεηαο θαη θύηεπζε % (Kikegawa, et al., 2006) Φύηεπζε, βιάζηεζε % (Ashie, et al., 1999) Φύηεπζε, βιάζηεζε - 10% (Yu, et al., 2006) Καηάιιεινο αεξηζκόο - 10% (Kolokotroni, et al., 2006) Φεθαζκόο νξνθήο κε λεξό (επηθάλεηα νξνθήο) 40% (Jain, et al., 1974) Ρνή λεξνύ ζηελ νξνθή - - (Sodha, et al., 1980) θίαζε, πιηθά πςειήο αλαθιαζηηθόηεηαο Ύγξαλζε θαη αύμεζε ιεπθαύγεηαο - - (Yamamota, 2006) - - (Ihara, et al., 2008) Κάιπςε κε θσηνβνιηατθά - - (Golden, et al., 2007) Αληηθαηάζηαζε αζθάιηνπ κε έγρξσκν πιηθό ιεπηνύ ζηξώκαηνο 12 (γηα δείγκα ιεπθνύ ρξώκαηνο) (Synnefa, et al., 2011) Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 49

58 3.1 Δθηεηακέλε ρξήζε αζηηθήο βιάζηεζεο Γέληξα, θπηά θαη γεληθά ην πξάζηλν ζπλεηζθέξνπλ ζε ζεκαληηθό βαζκό ζηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο κέζσ ηεο κείσζεο ζεξκνθξαζίαο ζηηο πόιεηο. Παξαηεξώληαο ηελ εηθόλα 12, κπνξεί εύθνια λα δηαπηζησζεί ε ζεκαληηθή νηθνινγηθή ζπλεηζθνξά ησλ δέληξσλ θαη ε νπζηαζηηθή παξνπζία ηνπο ζηηο πόιεηο, όρη κόλν από ελεξγεηαθή ζθνπηά. ηελ Πνξηνγαιία αλαθέξεηαη όηη γηα θάζε 1.9 εθαηνκκύξηα δνιάξηα πνπ επελδύνληαη ζε ππεξεζίεο πνπ ζρεηίδνληαη κε δέληξα, ηα αληαπνδνηηθά νθέιε ππνινγίζηεθαλ πεξίπνπ ζε 8.4 εθαηνκκύξηα δνιάξηα. Σα ζεκαληηθόηεξα από απηά αθνξνύλ ηε ζπγθξάηεζε λεξνύ από θαηαηγίδεο θαζώο θαη ηελ πξνζηηζέκελε θηεκαηνκεζηηηθή ηνπο αμία ζε κηα πεξηνρή (Soares, et al., 2011). ηελ Ακεξηθή, ε αληηζηαζκηζηηθή αμία ηεο αζηηθήο βιάζηεζεο γηα ηηο 48 πνιηηείεο ππνινγίδεηαη ζε πεξίπνπ 2.4 ηξηζεθαηνκκύξηα δνιάξηα (Nowak, et al., 2002). Φύιια: Δμαηκηζνδηαπλνή - ςύρεη ηνλ αέξα ηνπ πεξηβάιινληνο Φύιια θαη θιαδηά: απνξξνθνύλ ηνλ ήρν, παξέρνπλ ζθηά θαη πεξηνξίδνπλ ηνπο έληνλνπο αλέκνπο Κνξκόο-θιαδηά: απνηεινύλ θαηαθύγην γηα πνπιηά, δώα θαη έληνκα Ρίδεο: ζηαζεξνπνηνύλ ην ρώκα θαη πξνζηαηεύνπλ από ηε δηάβξσζε Φύιια: θηιηξάξνπλ επηθίλδπλνπο ξππαληέο από ηνλ αέξα Δηθόλα 12:Η νηθνινγηθή ζπλεηζθνξά ησλ δέληξσλ ζηηο πόιεηο Όζνλ αθνξά ηελ εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο ζηνλ αζηηθό ηζηό, ηα θπηά ζπλεηζθέξνπλ ζηε κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ πεξηβάιινληνο κέζσ ηνπ Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 50

59 κεραληζκνύ ηεο εμαηκηζνδηαπλνήο, δειαδή ηεο ζπλδπαζκέλεο απώιεηαο λεξνύ πξνο ην πεξηβάιινλ κε εμάηκηζε θαη δηαπλνή. Καηά ηελ εμάηκηζε ην λεξό ηεο αηκόζθαηξαο κεηαηξέπεηαη ζε πδξαηκνύο, ελώ θαηά ηε δηαπλνή ην λεξό από ηα θπηά κεηαηξέπεηαη ζε πδξαηκνύο ζηελ αηκόζθαηξα. Πεξίπνπ 2320 KJ/kg λεξνύ πνπ εμαηκίδεηαη είλαη ην ελεξγεηαθό θέξδνο από ηε ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα ιόγσ απηνύ ηνπ κεραληζκνύ, ελώ ππνινγίδεηαη όηη έλα δέληξν κεζαίνπ κεγέζνπο εμαηκίδεη πεξίπνπ 1460 θηιά λεξνύ ζε κία θαινθαηξηλή κέξα (Montgomery, 1987). Ζ κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πνπ επηηπγράλεηαη ιόγσ ζθίαζεο θαη ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο εμαξηάηαη από ηα γεληθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο αζηηθήο πεξηνρήο όπνπ ππάξρνπλ δέληξα, αιιά θαη από ηηο κεηεσξνινγηθέο ζπλζήθεο. ε ζρεηηθή έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζηα Υαληά (Georgi, et al., 2010), ζεξκνθξαζηαθέο κεηώζεηο είραλ κηα κέζε ηηκή 3.1 C κε ζεκαληηθέο επηδξάζεηο ζην δείθηε δπζθνξίαο, ελώ ππάξρνπλ έξεπλεο πνπ αλαθέξνπλ ζεξκνθξαζηαθέο δηαθνξέο έσο θαη 8 C ζε ζύγθξηζε κε θνληηλνύο αζηηθνύο ρώξνπο (Moffat, et al., 1981). Ζ ζεξκνθξαζηαθή απηή κείσζε ιόγσ ζθίαζεο έρεη άκεζε επίπησζε ζην ειεθηξηθό θνξηίν αηρκήο ηηο κεζεκεξηαλέο ώξεο γηα έλα κέζν ζπίηη, όπσο θαίλεηαη ζηελ εηθόλα 13 (Donovan, et al., 2009). Πεγή: Donovan, et al., 2009 Δηθόλα 13: Χξηαία δήηεζε γηα ειεθηξηζκό ζε έλα κέζσ ζπίηη ζηελ Καιηθόξληα ηνλ Ινύιην ηνπ 2007 Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 51

60 Σέινο εθηόο από ηα ελεξγεηαθά νθέιε ζα πξέπεη λα ηνλίζνπκε θαη ην ζεκαληηθό ξόιν δέληξσλ θαη θπηώλ ζηε κείσζε ηεο αηκνζθαηξηθήο ξύπαλζεο (θαηαθξάηεζε ζθόλεο θαη ξύπσλ ζην θύιισκα), ζηελ ειαρηζηνπνίεζε ηνπ ζνξύβνπ (θπξίσο γηα ζπζηάδεο δέληξσλ) θαζώο θαη ηελ θνηλσληθή θαη ςπρνινγηθή ζεκαζία ησλ ρώξσλ πξαζίλνπ γηα ηνλ άλζξσπν ησλ ζεκεξηλώλ κεγαινππόιεσλ. 3.2 Υξήζε ςπρξώλ πιηθώλ ζε θηίξηα Όπσο αλαθέξζεθε ηα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζε έλα θηίξην θαζνξίδνπλ ζε έλα κεγάιν πνζνζηό ηηο ζπλζήθεο νπηηθήο θαη ζεξκηθήο άλεζεο επεξεάδνληαο έηζη δξαζηηθά ηελ ελεξγεηαθή θαηαλάισζε ελόο θηηξίνπ. Πεξίπνπ ην 20 κε 25% ησλ αζηηθώλ επηθαλεηώλ ην απνηεινύλ νη νξνθέο ησλ θηηξίσλ (Akbari, et al., 2008) από όπνπ εηζέξρεηαη ζρεδόλ ην 50% ηεο ζεξκόηεηαο (Nahar, et al., 1999). Απηό ζεκαίλεη όηη ε ηξνπνπνίεζε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ησλ νξνθώλ κπνξεί επηηπρώο λα κεηώζεη ηηο ζεξκνθξαζίεο ηόζν ησλ επηθαλεηώλ, όζν θαη ηνπ αέξα ζηνλ αζηηθό ηζηό, πεξηνξίδνληαο έηζη ζε ηθαλνπνηεηηθό βαζκό ηελ έληαζε ηεο ΑΘΝ. Ζ ηξνπνπνίεζε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ θαη ησλ ζεξκηθώλ ηδηνηήησλ ησλ νξνθώλ είλαη έλα πνιύ θξηηηθό ζεκείν γηα ηελ νξζή αληηκεηώπηζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζηηο πόιεηο, γηα ηνπο παξαθάησ ιόγνπο: i. Γέρνληαη θαζόιε ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο ειηαθή αθηηλνβνιία ii. Οη ζεξκνθξαζίεο ηνπο θπκαίλνληαη από 65 έσο 90 C, πνπ ζεκαίλεη όηη ππάξρεη κεγάιε ξνή πνζνηήησλ ζεξκόηεηαο iii. Οπζηαζηηθά είλαη έλα «αλελεξγό» θνκκάηη θάζε θηηξίνπ, νπόηε νη όπνηεο ηξνπνπνηήζεηο γίλνπλ, δελ επεξεάδνπλ ιεηηνπξγηθά ην θηίξην ή ηνπο ελνίθνπο ηνπ κε θάπνην ηξόπν iv. Σν ζρεηηθό θόζηνο είλαη ρακειό αλ ζθεθηνύκε ηα αληίζηνηρα ελεξγεηαθά θέξδε Από ηελ άιιε, ην δηαζέζηκν ειεύζεξν έδαθνο ζηηο αζηηθέο πεξηνρέο όπνπ κπνξνύλ λα γίλνπλ ελεξγεηαθέο παξεκβάζεηο είλαη πεξηνξηζκέλν, κεγάιεο αμίαο θαη κε πςειή ρξεζηηθόηεηα. Σα ςπρξά πιηθά νξνθώλ πξέπεη λα έρνπλ ηα παξαθάησ ραξαθηεξηζηηθά, ηα νπνία θαη επεξεάδνπλ έληνλα ηε ζεξκνθξαζία κηαο επηθάλεηαο (Bretz, et al., 1997): Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 52

61 Τςειή ειηαθή αλαθιαζηηθόηεηα - ιεπθαύγεηα (solar reflectance-sr): Δίλαη ε ηθαλόηεηα κηαο επηθάλεηαο λα αλαθιά ειηαθή αθηηλνβνιία ιακβάλνληαο ππόςε θαη ηελ άκεζε θαη ηελ δηάρπηε αθηηλνβνιία. Μεηξηέηαη ζε θιίκαθα από ην 0 έσο ην 1 (ή 0-100%) Τςειή εθπνκπή ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο (emittance-e) : Γείρλεη ηελ ηθαλόηεηα κηα επηθάλεηαο λα απειεπζεξώλεη ηελ ελέξγεηα πνπ είρε απνξξνθήζεη. Μεηξηέηαη επίζεο ζε θιίκαθα από ην 0 έσο ην 1. Σα δύν παξαπάλσ ραξαθηεξηζηηθά ησλ ςπρξώλ πιηθώλ έρνπλ πιένλ ελνπνηεζεί κε ηε ρξήζε ηνπ δείθηε ειηαθήο αλάθιαζεο (Solar Reflectance Index SRI) κε θιίκαθα από ην 1 έσο ην 100, ν νπνίνο καο πξνζδηνξίδεη πόζν πνιύ ζα ζεξκαλζεί έλα επίπεδν πιηθό ζε ζρέζε κε ην ζηάληαξ καύξν (αλαθιαζηηθόηεηα 5% θαη εθπνκπή ππεξύζξνπ 90%) θαη ην ζηάληαξ ιεπθό (αλαθιαζηηθόηεηα 80% θαη εθπνκπή ππεξύζξνπ 90%) (Santamouris, et al., 2011). Σα εκπνξηθά δηαζέζηκα ςπρξά πιηθά γηα νξνθέο (πίλαθαο 4) πεξηιακβάλνπλ ςπρξά επηρξίζκαηα νξνθώλ (ειαζηνκεξή, αθξπιηθά, ιεπθέο κπνγηέο), ςπρξά κνλά ζηξώκαηα κεκβξαλώλ, αλαθιαζηηθά θεξακίδηα θαη κεηαιιηθέο νξνθέο (Synnefa, et al., 2006). Σα ζεξκηθά θέξδε από ηα ςπρξά πιηθά ζε νξνθέο είλαη αλακθηζβήηεηα. Υαξαθηεξηζηηθά αλαθέξεηαη όηη ιεπθό ειαζηνκεξέο επίρξηζκα (κε ιεπθαύγεηα 0.72) κεηξήζεθε 45 C πην ςπρξό ζε ζύγθξηζε κε ζθνύξν επίρξηζκα (κε ιεπθαύγεηα 0.08) (Taha, et al., 1992). Δπίζεο ζε νξνθή εκπνξηθνύ θηηξίνπ ζηελ Καιηθόξληα, ε αύμεζε ηεο αλαθιαζηηθόηεηαο από 20% ζε 60%, νδήγεζε ζε πηώζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηεο νξνθήο θαηά 7.2 C θαηά ηε δηάξθεηα ελόο δεζηνύ θαινθαηξηλνύ απνγεύκαηνο (Akbari, et al., 1998). Σα ηειεπηαία 10 ρξόληα ε έξεπλα πνπ αθνξά ρξήζε ςπρξώλ νξνθώλ έρεη επεθηαζεί ώζηε λα αλαπηπρζνύλ πιηθά θαηάιιεια γηα εθαξκνγέο ζε πεδνδξόκηα, ρώξνπο ζηάζκεπζεο θαη άιιεο αζηηθέο ηνπνζεζίεο (Doulos, et al., 2004; Synnefa, et al., 2006; Santamouris, et al., 2011). Μεηνλεθηήκαηα ηεο ρξήζεο αλαθιαζηηθώλ πιηθώλ ζεσξνύληαη ε κεηαβνιή ηεο ζεξκηθήο ηνπο απόδνζεο κε ηε δηάβξσζε ηεο επηθαλείαο ηνπο ιόγσ θαηξηθώλ ζπλζεθώλ, πγξαζίαο ή θαη βξσκηάο (Synnefa, et al., 2006; Bretz, et al., 1997). Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 53

62 Πίλαθαο 4: Υαξαθηεξηζηηθέο ηηκέο αλαθιαζηηθόηεηαο, εθπνκπήο ππεξύζξνπ θαη δείθηε ειηαθήο αλάθιαζεο γηα ςπρξά πιηθά (Santamouris, et al., 2011) 3.3 Αλάπηπμε Πξάζηλσλ νξνθώλ Μηα άιιε εμίζνπ απνηειεζκαηηθή κέζνδνο αλαθνύθηζεο από ην θαηλόκελν ηεο ΑΘΝ, ε νπνία όκσο εμαξηάηαη από πνιιέο κεηαβιεηέο είλαη νη πξάζηλεο νξνθέο. Τπάξρνπλ δύν είδε πξάζηλσλ νξνθώλ: α) ειαθξηέο νξνθέο πνπ θαιύπηνληαη από έλα ιεπηό ζηξώκα βιάζηεζεο θαη β) εθηεηακέλεο νξνθέο, κε κεγαιύηεξε κάδα, πνπ κπνξνύλ λα ππνζηεξίμνπλ κηθξά δέληξα θαη ζάκλνπο (Santamouris, 2012). Οη πξάζηλεο νξνθέο παξνπζηάδνπλ όια εθείλα ηα πιενλεθηήκαηα πνπ δηαζέηεη ην αζηηθό πξάζηλν (όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ), δειαδή ζπγθξάηεζε λεξώλ βξνρήο, κεησκέλε θαηαλάισζε ελέξγεηαο ζην θηίξην πνπ εγθαζίζηαληαη, βειηησκέλε πνηόηεηα αέξα θαη κείσζε ησλ ζνξύβσλ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 54

63 Παξόια απηά ε ελεξγεηαθή ηνπο απόδνζε εμαξηάηαη από πνιινύο παξάγνληεο π.ρ. γηα ζεξκά θιίκαηα ε απόδνζε κηαο πξάζηλεο νξνθήο είλαη πνιύ πςειή αθνύ είλαη άκεζε ζπλάξηεζε ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο πνπ παξάγεηαη από ην ζύζηεκα. Δπίζεο ην πάρνο ηεο, ηα θπηά πνπ θηινμελεί (ιόγν ηεο ζθίαζεο ηνπο) όπσο θαη ν ηξόπνο θαη ε πνζόηεηα πνηίζκαηνο θαζνξίδνπλ έληνλα ηελ ζεξκόηεηα πνπ εηζέξρεηαη από ηελ ηαξάηζα ηνπ θηεξίνπ (Kumar, et al., 2005; Spala, et al., 2008). Οη ππάξρνπζεο έξεπλεο δείρλνπλ όηη ε αλακελόκελε κείσζε ςπθηηθνύ θνξηίνπ ζε εηήζηα βάζε, από ηελ εθαξκνγή κηαο πξάζηλεο νξνθήο κπνξεί λα πνηθίιεη από 1% έσο 40%. Όκσο ζε θηίξηα κε ζύγρξνλε κόλσζε ε ελεξγεηαθή ζπκβνιή ησλ πξάζηλσλ νξνθώλ είλαη πεληρξή (Santamouris, 2012). Δηθόλα 14: Πξάζηλε νξνθή ζην δεκαξρηαθό κέγαξν ηνπ ηθάγν Ζ δπλακηθή ησλ πξάζηλσλ νξνθώλ θαη ε ζπκβνιή ηνπο ζηε κείσζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ ζε επίπεδν νιόθιεξσλ πόιεσλ έρεη αμηνινγεζεί ζε κηθξό βαζκό θαη θπξίσο κε ηερληθέο πξνζνκνίσζεο. Σν ηθάγν ζεσξείηαη κηα πόιε κε Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 55

64 εμέρσλ ξόιν ζηηο πξάζηλεο νξνθέο κε ηνπιάρηζηνλ 50,000 m 2 θπηεκέλσλ δσκάησλ έσο ην 2008 (εηθόλα 14). Πξνζνκνηώζεηο κε βάζε ηα κεηεσξνινγηθά δεδνκέλα ηεο πεξηνρήο, έδεημαλ αζηηθέο ζεξκνθξαζίεο 2 έσο 3 C ρακειόηεξεο κε ρξήζε πξάζηλσλ νξνθώλ από ηηο 19:00 έσο ηηο 23:00 (Smith, et al., 2011). Αληίζηνηρεο έξεπλεο πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην Σόθην θαη ην Υνλγθ-Κνλγθ, όπνπ όκσο έδεημαλ όηη ε επίδξαζε ησλ πξάζηλσλ νξνθώλ ζηε ζεξκνθξαζία ηεο πόιεο είλαη ακειεηέα ιόγσ ηνπ κεγάινπ ύςνπο ησλ θηηξίσλ (Chen, et al., 2009; Ng, et al., 2012). 3.4 Άιιεο ηερληθέο πεξηνξηζκνύ ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ΑΘΝ. Δθηόο από ηηο παξαπάλσ κεζόδνπο νη νπνίεο έσο ζήκεξα ζεσξνύληαη νη βαζηθέο ηερληθέο γηα ην κεηξηαζκό ηνπ θαηλνκέλνπ, ππάξρνπλ επίζεο κέζνδνη νη νπνίεο αθνξνύλ θπξίσο ηερληθέο ύγξαλζεο ηνπ αζηηθνύ πεξηβάιινληνο. Κάπνηεο από απηέο βαζίδνληαη ζηελ εθκεηάιιεπζε ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο από ηελ εμάηκηζε ηνπ λεξνύ θαη είλαη νη εμήο: ρξήζε επηθαλεηώλ λεξνύ ζε αζηηθνύο ρώξνπο, ν ςεθαζκόο λεξνύ ζε νξνθέο θαζώο θαη θηλνύκελεο επηθάλεηεο λεξνύ ζε νξνθέο (Tiwari, et al., 1982). Μεγάιν κεηνλέθηεκα ησλ παξαπάλσ ηερληθώλ ύγξαλζεο είλαη ε αύμεζε ηνπ δείθηε δπζθνξίαο, ιόγν ηεο πςειήο πγξαζίαο πνπ επηθξαηεί ζε εμσηεξηθνύο ρώξνπο. ηα πιαίζηα ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο αλαιύζεθαλ δπν ηερληθέο πνπ έρνπλ ην δπλακηθό λα κεηώλνπλ ηα ςπθηηθά θνξηία ζηα θηίξηα πξνζθέξνληαο παζεηηθό δξνζηζκό, ζπκβάιινληαο έηζη ζηε κείσζε ηεο έληαζε ηεο ΑΘΝ, ελώ ηαπηόρξνλα ε έξεπλα γη απηέο ζηε δηεζλή βηβιηνγξαθία είλαη πεξηνξηζκέλε: Ο εμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο νξνθώλ κε ρξήζε πνξσδώλ πιηθώλ θαη ε θάιπςε νξνθώλ κε ρξήζε ΦΒ πιαηζίσλ, σο κέζν ζθίαζεο. Καη νη δύν κέζνδνη αλαιύνληαη ζηα θεθάιαηα πνπ αθνινπζνύλ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 56

65 Κεθάιαην 4. Δμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο 4.1 Δμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο κε ρξήζε πνξσδώλ πιηθώλ Ο εμαηκηζηηθόο δξνζηζκόο απνηειεί ηελ παιαηόηεξε ηερληθή ςύμεο θαη πνιιέο κέζνδνη έρνπλ εμεηαζηεί γηα άκεζα ή έκκεζα ζπζηήκαηα εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ (Chan, et al., 2010). Καηά ηε δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ 8 ρξόλσλ, έρεη αξρίζεη λα κειεηάηαη ε ρξήζε ελεξγεηαθώλ πνξσδώλ πιηθώλ, είηε γηα εθαξκνγέο εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ θηηξίσλ ζαλ έλαο ελαιιαθηηθόο βηώζηκνο ηξόπνο ςύμεο ηεο επηθάλεηαο ηεο νξνθήο ή ζαλ πιηθό επηθάιπςεο θαη ςύμεο εμσηεξηθώλ αζηηθώλ ρώξσλ (Okada, et al., 2008; He, et al., 2008; Meng, et al., 2005; Takeda, et al., 2006; Cindrella, et al., 2009; Wanphen, et al., 2009). Οη εθαξκνγέο απηέο εθκεηαιιεύνληαη ηηο ηδηόηεηεο θαηαθξάηεζεο λεξνύ θαη πξνζξόθεζεο πγξαζίαο ησλ πνξσδώλ πιηθώλ. Ζ αξρή ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ, είηε ηα πιηθά ρξεζηκνπνηεζνύλ από κόλα ηνπο ζε ππόζηξσκα νξνθήο, είηε γηα ρξήζε ζαλ πξόζζεην πιηθό ζε εθαξκνγέο πξάζηλσλ νξνθώλ, είλαη ε αληίζηνηρε κε ηελ απνζήθεπζε ειηαθήο ζεξκηθήο ελέξγεηαο (εηθόλα 15). Ζ λύρηα θαη νη εκέξεο βξνρόπησζεο ζεσξνύληαη ε ςπρξή πεξίνδνο, ελώ νη κέξεο κε ειηνθάλεηα ζεσξνύληαη νη ζεξκέο εκέξεο. Έηζη, ην λεξό πνπ απνζεθεύεηαη ζηνπο πόξνπο ηνπ πιηθνύ θαηά ηε δηάξθεηα βξνρνπηώζεσλ ή ε πγξαζία πνπ απνξξνθάηαη από ηνλ αέξα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο, εμαηκίδνληαη θαηά ηηο κέξεο κε πςειή ειηνθάλεηα κεηώλνληαο έηζη ηε ζεξκνθξαζία ηεο πνξώδνπο επηθάλεηαο, ιόγσ ηεο απειεπζέξσζεο ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο. Φπρξόηεξεο επηθάλεηεο ζπκβάιινπλ κέζσ ηεο ζπλαγσγήο ζηε κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ αέξα ζηνλ αζηηθό ηζηό (εμάιεηςε θαηλνκέλνπ ΑΘΝ) θαη ζηνλ παζεηηθό δξνζηζκό ησλ θηηξίσλ ιόγσ ηεο κεησκέλεο ξνήο ζεξκόηεηαο πξνο ην εζσηεξηθό ηνπ θειύθνπο. Ζ κέζνδνο ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ έρεη πξνηαζεί σο ε πην απνηειεζκαηηθή κέζνδν γηα κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ νξνθώλ αιιά θαη ησλ εζσηεξηθώλ ρώξσλ ελόο θηηξίνπ (Alvarado, et al., 2009). Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 57

66 Δηθόλα 15: Γξαθηθή αλαπαξάζηαζε ηεο αξρήο ηνπ εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ κε ρξήζε πνξώδνπο ππνζηξώκαηνο (Vardoulakis, et al., 2011) 4.2 Σα πνξώδε πιηθά θαη νη επηζπκεηέο ηνπο ηδηόηεηεο Ση νλνκάδνπκε πνξώδε πιηθά Σα πνξώδε πιηθά απνηεινύλ κηα ηδηαίηεξε θαηεγνξία πιηθώλ πνπ ηα ηειεπηαία ρξόληα θαηέρεη εμέρνπζα ζέζε, εηδηθά ζηηο ηερλνινγίεο θαηαπνιέκεζεο ξύπαλζεο. Ζ ηθαλόηεηά ηνπο απηή νθείιεηαη ζηε γεσκεηξηθή κηθξνδνκή ηνπ (ην πνξώδεο ηνπ), ην νπνίν γηα κηα πνηθηιία κεζόδσλ παξαζθεπήο θαη ρεκηθώλ ζπζηάζεσλ, θαζνξίδεη ηα θαηλόκελα πξνζξόθεζεο θαη ηε δπλακηθή ηεο επηθαλεηαθήο δέζκεπζεο (Γειεγηαλλαθεο, 2006). Με βάζε ηε δηάκεηξν ησλ πόξσλ ηνπο, (d), ηα πνξώδε πιηθά ηαμηλνκνύληαη ζύκθσλα κε ηελ IUPAC ζε: Μηθξνπνξώδε πιηθά (d<20 Å) Μεζνπνξώδε πιηθά (20 Å <d<500 Å) Μαθξνπνξώδε πιηθά (d>500 Å) Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 58

67 Ζ ηαμηλόκεζε ησλ πνξσδώλ πιηθώλ κε βάζε ην κέγεζνο θαη ην είδνο ησλ πόξσλ δηαθξίλεηαη ζηελ εηθόλα 16. Ζ κεγάιε εηδηθή επηθάλεηα, ε ειεγρόκελε δηάκεηξνο ησλ πόξσλ ηνπο, ε ζεξκηθή ηνπο ζηαζεξόηεηα θαη ε θαηαιπηηθέο ηνπο ηδηόηεηεο ηα θαηαηάζζνπλ ζηα πην ελδηαθέξνληα πιηθά από βηνκεραληθήο άπνςεο ζαλ πιηθά πξνζξόθεζεο. Δηθόλα 16: Σαμηλόκεζε πνξσδώλ πιηθώλ (Γειεγηαλλαθεο, 2006) Ιδηόηεηεο πνξσδώλ πιηθώλ Έσο ην 2010, έξεπλεο νη νπνίεο είραλ αζρνιεζεί κε εμαηκηζηηθό δξνζηζκό νξνθώλ κε ρξήζε πνξσδώλ πιηθώλ, είραλ επηθεληξσζεί θπξίσο ζηε ρξήζε θπζηθώλ πιηθώλ, όπσο εθαηζηεηαθή ζηάρηε, ραιίθηα, ππξηηηθή άκκνο, ππξηηηθόο ζρηζηόιηζνο (Meng, et al., 2005; Alvarado, et al., 2009; Wanphen, et al., 2009). Αληίζεηα ππήξρε Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 59

68 εθηεηακέλν θελό ζηελ έξεπλα κε αλόξγαλα πιηθά όπσο δεόιηζνπο, αξγίινπο θαη πην ζύλζεηεο δνκέο όπσο ηξνπνπνηεκέλνη άξγηινη. Όκσο ηα πιηθά πνπ ζα κπνξέζνπλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ ζε εθαξκνγέο εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ ζα πξέπεη λα ζπγθεληξώλνπλ ηηο παξαθάησ απαξαίηεηεο ηδηόηεηεο: Τςειή πδξνθηιία Τςειή πξνζξόθεζε πγξαζίαο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λύρηαο (ζε ρξόλν πεξίπνπ 12 σξώλ) θαη εθξόθεζε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο Ζ εθξόθεζε ηεο πγξαζίαο θαη ε απειεπζέξσζε ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκόηεηαο λα πξαγκαηνπνηείηαη ζην ζεξκνθξαζηαθό εύξνο ζην νπνίν θπκαίλεηαη κηα νξνθή ζε εκέξεο κε έληνλε ειηνθάλεηα (δειαδή από 30 έσο 90 C) Πιήξε αληηζηξεπηόηεηα ξόθεζεο-εθξόθεζεο Θεξκηθή θαη πδξνζεξκηθή ζηαζεξόηεηα θαη αληνρή ζην ρξόλν Να είλαη κε ηνμηθά, κε δηαβξσηηθά, κε εύθιεθηα θαη εύθνια ζην ρεηξηζκό Να έρνπλ ρακειό θόζηνο Να έρνπλ κεγάιε αθζνλία Ηθαλόηεηα λα ππνζηεί έλα ηθαλνπνηεηηθό αξηζκό θύθισλ ξόθεζεο-εθξόθεζεο πγξαζίαο ρσξίο απώιεηεο ζηελ απόδνζε θαη ηελ ρσξεηηθόηεηα απνζήθεπζεο. Πηζαλώο λα δηαζέηνπλ πξόζζεηεο ηδηόηεηεο, όπσο π.ρ. ε απνζήθεπζε CO 2 ή πξνζξόθεζε ηνμηθώλ ξππαληώλ Με βάζε ηα παξαπάλσ ραξαθηεξηζηηθά ζηελ παξνύζα εξγαζία δνθηκάζηεθαλ δηάθνξεο κνξθέο ηξνπνπνηεκέλνπ κνληκνξηιινλίηε κε αινπκίλην (ππνζηπισκέλα θπιιόκνξθα αξγηινππξηηηθά πιηθά) γηα ειηαθό δξνζηζκό ζε νξνθέο θηηξίσλ. Έιαβε επίζεο ρώξα ζύγθξηζε κε θπζηθά πιηθά όπσο ην ρώκα θαη ν κπεληνλίηεο. Δλδεηθηηθά θάπνηεο ηδηόηεηεο πνξσδώλ πιηθώλ παξνπζηάδνληαη ζηνλ πίλαθα 5. Οη πεηξακαηηθέο δηαδηθαζίεο θαη ηα εξεπλεηηθά ηνπο απνηειέζκαηα παξνπζηάδνληαη ζην Κεθάιαην 7. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 60

69 Πίλαθαο 5: Ιδηόηεηεο πνξσδώλ πιηθώλ ζρεηηθέο κε ηελ πξνζξόθεζε λεξνύ (Ng, et al., 2008) Φπιιόκνξθνη άξγηινη θαη ππνζηπισκέλνη θπιιόκνξθνη άξγηινη (ΤΦΑ) Οη θπιιόκνξθνη άξγηινη (clays) είλαη θξπζηαιιηθά ζώκαηα ηα νπνία πεξηέρνπλ ζαλ θπξίσο ην αξγίιην θαη ην ππξίηην. ε κεξηθνύο από απηνύο ηνπο θξπζηάιινπο ην αξγίιην ππνθαζίζηαηαη νιηθά ή ζε θάπνην βαζκό από καγλήζην ή ζίδεξν, ελώ κεξηθά πεξηέρνπλ θαη αιθάιηα ή αιθαιηθέο γαίεο αλάκεζα ζηα θύιια ηνπο. Έρνπλ ζπγθεθξηκέλε θξπζηαιιηθή δνκή θαη θπζηθνρεκηθέο ηδηόηεηεο. Γεληθά απνηεινύλ ζπζηαηηθά πνιιώλ εδαθώλ πξνέξρνληαη ζπλήζσο από απνζέζεηο εθαηζηεηαθήο ηέθξαο. Έρεη ππνινγηζηεί όηη ππάξρνπλ πεξίπνπ ηόλνη αξγίισλ ζηε Γε. ηε ρώξα καο απνηεινύλ ηε ζεκαληηθόηεξε πξώηε ύιε ηεο, αθνύ είλαη ε δεύηεξε παξαγσγόο ρώξα ζηνλ θόζκν κεηά ηηο Ζ.Π.Α. Ζ πξώηε θύξηα δνκηθή κνλάδα ησλ θπιιόκνξθσλ αξγίισλ είλαη ην ηεηξαεδξηθό θύιιν, ην νπνίν απνηειείηαη από ηεηξάεδξα Si-O 4, όπνπ ην ηόλ ηνπ ππξηηίνπ είλαη εγθισβηζκέλν κεηαμύ ηεζζάξσλ νμπγόλσλ ηνπ ηεηξαέδξνπ (δεκηνπξγείηαη έλα δηζδηάζηαην θύιιν εμαγώλσλ Si-O). Ζ δεύηεξε δνκηθή κνλάδα ησλ θπιιόκνξθσλ αξγίισλ είλαη ην νθηαεδξηθό θύιιν, ην νπνίν απνηειείηαη Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 61

70 ζπλήζσο από νθηάεδξα Al +3, Mg +2 ή Fe +2, +3 θαη Ο -2 ή ΟΖ - ηόλησλ, όπνπ ηα άηνκα ησλ κεηάιισλ ζπλδένληαη κε έμη άηνκα Ο ή OH πνπ βξίζθνληαη ζηηο θνξπθέο ησλ νθηαέδξσλ. Ζ ηειηθή δνκή ησλ αξγίισλ (εηθόλα 17) είλαη απνηέιεζκα ηεο ζπκπύθλσζεο ησλ ηεηξαεδξηθώλ ππξηηηθώλ θύιισλ κε ηα νθηαεδξηθά θύιια (Καξακάλεο, 1997). Si +4 Al +3, Mg +2, Fe +2, +3 Na +1, K +1, Ca +2, Mg +2 H 2 O Δηθόλα 17:Κξπζηαιιηθή δνκή κνληκνξηιινλίηε (Καξακάλεο, 1997) Οη ππνζηπισκέλνη θπιιόκνξθνη άξγηινη (ΤΦΑ ή pillared clays) είλαη κηα λέα θαηεγνξία πιηθώλ πνπ πξνθύπηεη από ηελ παξεκβνιή ηζρπξώλ ππνζηπισηώλ ζηνλ ελδνζηξσκαηηθό ρώξν ησλ θπιιόκνξθσλ αξγίισλ θαη ηε δεκηνπξγία δηθηύνπ πόξσλ, αληίζηνηρνπ ησλ δεόιηζσλ, κε ξπζκηδόκελν πιάηνο θαη ύςνο. Ζ θαηεγνξία απηή δεκηνπξγήζεθε γηα 2 ιόγνπο: A. Γηαηί ελώ νη πεξηζζόηεξεο ρξήζεηο ησλ αξγίισλ ζηεξίδνληαη ζηελ ελπδάησζε θαη δηόγθσζε ηνπο, ε αληηζηξεςηκόηεηα ηνπ θαηλνκέλνπ (κε ζέξκαλζε ζε ζεξκνθξαζίεο >200 C) νδεγεί ζε θαηάξξεπζε ησλ θύιισλ θαη πεξηνξηζκό ηνπ δηαζέζηκνπ ελδνζηξσκαηηθνύ ρώξνπ. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 62

71 B. ε δηαιύκαηα ηόλησλ κε ζπγθέληξσζε 0.1Μ θαη πεξηζζόηεξν, νη ειεθηξνζηαηηθέο δπλάκεηο κεηαμύ ησλ θαηηόλησλ θαη ησλ αξλεηηθά θνξηηζκέλσλ θύιισλ νδεγνύλ ζε πξνζθόιιεζε ησλ θύιισλ θαη έηζη πεξηνξίδεηαη ε πξόζβαζε ησλ θαηηναληαιιαθηηθώλ ζέζεσλ. Δηθόλα 18: Η ηδαληθή ππνζηύισζε ηεο αξγίινπ (Καξακάλεο, 1997) Γηα λα αληηκεησπηζηνύλ ηα παξαπάλσ πξνβιήκαηα πνπ νδεγνύζαλ νπζηαζηηθά ζε απώιεηα ηνπ κηθξνπνξώδνπο, ε παξεκβνιή νγθσδώλ θαηηόλησλ κεηαμύ ησλ αξγηινππξηηηθώλ θύιισλ πνπ δξνπλ ζαλ ππνζηπισηέο ήηαλ απαξαίηεηε, ώζηε ηα αξγηινππξηηηθά θύιια λα θξαηηνύληαη ζε απόζηαζε. Ζ δηαδηθαζία μεθηλά ζπλήζσο κε θαηηνληηθή αληαιιαγή ησλ ελδνζηξσκαηηθώλ θαηηόλησλ θαη ηελ παξεκβνιή ηνπ ππνζηπισηή πνπ είλαη ζπλήζσο πνιύ-ππξεληθά κεηαιιηθά θαηηόληα. ηε ζπλέρεηα ην πιηθό ζεξκαίλεηαη ζε κεγάιε ζεξκνθξαζία γηα ηε δεκηνπξγία νμεηδίσλ ησλ κεηάιισλ θαη ηε ζύλδεζε ηνπο κε ηα αξγηινππξηηηθά θύιια (εηθόλα 18). Έηζη κε απηόλ ηνλ ηξόπν παξαγσγήο νη ΤΦΑ δηαηεξνύλ κόληκα δηαζέζηκε ηελ ελδνζηξσκαηηθή ηνπο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 63

72 πεξηνρή. Οη δηαδηθαζίεο παξαγσγήο ππνζηπισκέλσλ αξγίισλ πεξηγξάθνληαη αλαιπηηθά ζηα Karamanis et al., 1997 θαη Καξακάλεο, Τδξνθηιία θαη πδξόθηια πιηθά Ζ πην βαζηθή ηδηόηεηα ησλ πιηθώλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνύλ ζε εθαξκνγέο εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ είλαη ε πδξνθηιία. ηελ θαηεύζπλζε απηή, ε αλάπηπμε πιηθώλ κε ραξαθηεξηζηηθά όπσο ε κεγάιε εηδηθή επηθάλεηα, ν θαζνξηζκέλνο βαζκόο πδξνθηιίαο, ην ζηαζεξό πνξώδεο θαη ε πδξνζεξκηθή ζηαζεξόηεηα είλαη θεληξηθήο ζεκαζίαο. Ζ πην κειεηεκέλε θαηεγνξία λαλνπνξώδσλ πιηθώλ όζνλ αθνξά ηε ξόθεζε (sorption) λεξνύ, είλαη νη δεόιηζνη (zeolites), ν ελεξγόο άλζξαθαο (activated carbon) θαη ηα αεξνπεθηώκαηα ππξηηίνπ (aerogel). Ζ ζπκπεξηθνξά ζηε ξόθεζε λεξνύ ελόο απνξξνθεηηθνύ πιηθνύ εμαξηάηαη από πνιινύο παξάγνληεο όπσο ε δνκή θαη ε ρεκηθή ζύζηαζε (π.ρ. αλαινγία Si/Al), ε παξνπζία θνξηηζκέλσλ εηδώλ θαη ηα επίπεδα ελπδάησζεο (Ng, et al., 2008). ε γεληθέο γξακκέο, ε απόδνζε ησλ πγξνζθνπηθώλ πιηθώλ πξνζξόθεζεο λεξνύ εμαξηάηαη από δύν παξάγνληεο: ην πνζό θαη ην είδνο ηεο πξνζξόθεζεο θαηά ηελ ρξήζε. Μέρξη ζήκεξα, αξθεηνί πξνζξνθεηέο λεξνύ έρνπλ αλαθαιπθζεί θαη θαηαηάζζνληαη ζε ηξεηο θύξηεο θαηεγνξίεο: i. αλόξγαλα πιηθά (δεόιηζνη, άξγηινi θαη δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ), ii. iii. πξνζξνθεηέο πνπ έρνπλ ζαλ βάζε ηνλ άλζξαθα (ελεξγνί άλζξαθεο, γξαθίηεο θαη πξνζρεκαηηζκέλεο ίλεο άλζξαθα θαη λαλνζσιήλεο), θαη νξγαληθά πνιπκεξή Πξνζξόθεζε Τδξαηκώλ θαη Τδξόθηια Τιηθά ύκθσλα κε ηνλ νξηζκό, πδξόθηιν νλνκάδεηαη ην πιηθό ην νπνίν δείρλεη κεγάιε έιμε ζην λεξό (Housecroft, et al., 2006), αιιά παξόια απηά είλαη έλαο πνιύ ακθηιεγόκελνο νξηζκόο, εηδηθά αλ επηρεηξήζνπκε λα ηνλ εθαξκόζνπκε ζε πνιύπινθα ζπζηήκαηα. Γηα παξάδεηγκα θάπνηα από ηα κεζνπνξώδε ππξηηηθά πιηθά (π.ρ. ην MCM-41), ηα νπνία θαηαηάζζνληαη ζαλ πδξόθνβα, παξνπζηάδνπλ κεγαιύηεξε ρσξεηηθόηεηα ξόθεζεο λεξνύ ζην πνξώδεο ηνπο ζε ζρέζε αθόκα θαη κε δεόιηζνπο. Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 64

73 Απηόο είλαη θαη ν ιόγνο πνπ πνιιέο θνξέο ε πδξνθηιία ελόο πιηθνύ θαη ε ρσξεηηθόηεηα ξόθεζεο ηνπ εμεηάδνληαη ρσξηζηά ζε πνιιέο εξγαζίεο, ην όηη δειαδή έλα πδξόθηιν πιηθό δελ είλαη αλάγθε λα έρεη θαη κεγάιε ρσξεηηθόηεηα ξόθεζεο. Έλα ζαθήο νξηζκόο ηεο πδξνθηιίαο/πδξνθνβίαο ελόο πιηθνύ δόζεθε από ηνπο Anderson, et al. (1986), νη νπνίνη εηζήγαγαλ ηνλ όξν ηνπ «Γείθηε Τδξνθνβηθόηεηαο» (HI- Hydrophobicity Index). Απηόο δίλεηαη από ηελ απώιεηα λεξνύ θαηά ηε δηάξθεηα ζεξκηθώλ αλαιύζεσλ ζύκθσλα κε ηνλ ηύπν: Όηαλ είλαη HI=1,ηόηε ην δείγκα απνηειείηαη από έλα πνιύ πδξνθνβηθό πιηθό, ελώ αληίζεηα όηαλ HI=0, ην ηε ην δείγκα απνηειείηαη από έλα πδξνθηιηθό πιηθό. ύκθσλα κε ηελ IUPAC, ε πδξνθηιηθόηεηα θάζε ξνθεηηθνύ κέζνπ ηαμηλνκείηαη πνζνηηθά θαη πνηνηηθά ζύκθσλα κε ην είδνο ησλ ηζνζέξκσλ πξνζξόθεζεο. Οη ηύπνη ηζόζεξκεο ξόθεζεο λεξνύ ρσξίδνληαη ζε επηά θαηεγνξίεο (εηθόλα 19). Ζ ηζόζεξκε ηύπνπ Η αλαπαξηζηά έλα πιηθό κε πςειή ξνθεηηθή ηθαλόηεηα θαη ην νπνίν θηάλεη πνιύ γξήγνξα ζε θνξεζκό ησλ πόξσλ ηνπ αθόκα θαη ζε ρακειή κεξηθή πίεζε (P/P 0 ), αθνινπζνύκελε από ηελ ζηαζεξή πξνζξόθεζε πάλσ από έλα επξύ θάζκα P/P 0. Απηά ηα πξνζξνθεηηθά πιηθά ηαμηλνκνύληαη σο εμαηξεηηθά πδξόθηια ιόγσ ηεο κεγάιεο έιμεο ζην λεξό αθόκε θαη ζε ρακειέο ζρεηηθέο πγξαζίεο. Από ηελ άιιε πιεπξά, πδξόθηια πιηθά πνπ παξνπζηάδνπλ ηζόζεξκε ξόθεζε ηύπνπ ΗΗ ή IV, έρνπλ πςειή ηθαλόηεηα πξνζξόθεζεο, ε νπνία κεηαβάιιεηαη αλάινγα κε ηε ζρεηηθή πγξαζία πνπ επηθξαηεί. Δπηπιένλ, ν ζπάληνο ηύπνο ηζόζεξκεο VI, ν νπνίνο είλαη ραξαθηεξηζηηθόο πδξόθηινπ ξνθεηηθνύ κέζνπ ζηαδηαθήο ξόθεζεο. ε αληίζεζε, νη ηύπνη ηζόζεξκεο ξόθεζεο ΗΗΗ θαη V πεξηγξάθνπλ ηα πδξόθνβα ή ρακειά πδξόθηια πιηθά κε ρακειή ξόθεζε ζε ρακειέο P/P 0 (ηύπνο ΗΗΗ) θαη κεξηθέο θνξέο κε κέηξηα ξόθεζε ζε κέζε P/P 0 θαη μαθληθή-απόηνκε ξόθεζε λεξνύ ζε P/P 0 πνιύ θνληά ζην 1 (ηύπνο V). Σέινο ν ηύπνο VII αληηπξνζσπεύεη πιηθά κε ρακειή ξόθεζε ζε όιν ην θάζκα ζρεηηθήο πγξαζίαο (πδξόθνβα), όπνπ ζπλήζσο ε ξόθεζε όγθνπ λεξνύ είλαη πεξηνξηζκέλε θαη ζαθώο κηθξόηεξε από ηνλ όγθν ησλ πόξσλ ηνπ πιηθνύ. Απηό Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 65

74 κπνξεί λα ζπκβεί, όηαλ πιηθά πνπ έρνπλ ηνλ ίδην όγθν πόξσλ πεξηέρνπλ δηαθνξεηηθέο ζπγθεληξώζεηο πδξόθηισλ πεξηνρώλ κε αληίθηππν ζηνπο δηαθνξεηηθνύο βαζκνύο πδξνθηιίαο. Πεγή: Ng et al Δηθόλα 19: Ιζόζεξκεο πξνζξόθεζεο ζύκθσλα κε ηελ IUPAC Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 66

75 4.3.2 Σερληθέο Υαξαθηεξηζκνύ πιηθώλ θαη πξνζδηνξηζκόο πδξνθηιηθήο ζπκπεξηθνξάο Οη πιεξνθνξίεο γηα ηελ πνζόηεηα, ην ηύπν θαη ηα δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ πιηθνύ ηνπ νπνίνπ ζέινπκε λα πξνζδηνξίζνπκε ηε ξνθεηηθή ηθαλόηεηα, είλαη πνιύ βαζηθέο ώζηε λα δηαπηζηώζνπκε ην βαζκό πδξνθηιίαο θαη ηελ δπλαηόηεηα γηα εθαξκνγέο εμαηκηζηηθνύ δξνζηζκνύ. ηα πιαίζηα απηήο ηεο δηαηξηβήο νη παξαθάησ κέζνδνη ραξαθηεξηζκνύ ζεσξήζεθαλ απαξαίηεηνη γηα λα καο νδεγήζνπλ ζηε ζσζηή επηινγή πιηθώλ: Πεξίζιαζε αθηηλώλ-υ από ζθόλε (XRD): Οη αθηίλεο-υ αιιειεπηδξνύλ κε ηελ ύιε όηαλ πξνζπίπηνπλ πάλσ ζε απηή θαη ε ύιε θαηά έλα κεγάιν κέξνο ηηο ζθεδάδεη, ηηο πεξηζιά ή ηηο αλαθιά. Ζ πεξίζιαζε βαζίδεηαη ζην γεγνλόο όηη ην κήθνο θύκαηνο ηεο αθηηλνβνιίαο ζηε ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή ηνπ ειεθηξνκαγλεηηθνύ θάζκαηνο είλαη ηεο ίδηαο ηάμεο κεγέζνπο κε ηελ απόζηαζε ησλ αηόκσλ ζε έλα θξπζηαιιηθό πιηθό. Με ηελ πξόζπησζε ηεο αθηηλνβνιίαο ζην πιηθό παξαηεξείηαη ην θαηλόκελν ηεο πεξίζιαζεο, δίλνληαο έηζη έλα αθηηλνγξάθεκα κε θνξπθέο ζε ζπγθεθξηκέλεο γσλίεο πξόζπησζεο ηεο αθηηλνβνιίαο, κε απηέο ηηο γσλίεο λα εμαξηώληαη πιήξσο από ηελ δηάηαμε ησλ θξπζηαιιηθώλ επηπέδσλ ηνπ πιηθνύ. Όηαλ ην δείγκα ηνπ πιηθνύ είλαη ζε ιεπηόθνθθε ζθόλε, νη κνλνθξπζηαιιίηεο έρνπλ ηπραίν πξνζαλαηνιηζκό σο πξνο ηελ πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία κε απνηέιεζκα ην αθηηλνγξάθεκα πνπ πξνθύπηεη λα κελ κπνξεί λα καο δώζεη θνξπθέο αλάθιαζεο ζε ζπγθεθξηκέλα επίπεδα hkl ηνπ πιηθνύ. Έηζη ε ηαπηνπνίεζε ηεο θξπζηαιιηθήο δνκήο ηνπ πιηθνύ από ηεο θνξπθέο γίλεηαη κε ζύγθξηζε ηνπ αθηηλνγξαθήκαηνο πνπ θαηαγξάςακε κε ήδε ππάξρνπζα βάζε δεδνκέλσλ. Με απηή ινηπόλ ηελ ηερληθή, ηαπηνπνηείηαη νπζηαζηηθά ην πιηθό πνπ κειεηάκε (Καξαθαζίδεο, et al., 2001). Θεξκηθέο αλαιύζεηο (TGA/DSC): Ζ ζεξκηθή αλάιπζε αθνξά θαηαγξαθή θπζηθώλ ή θαη ρεκηθώλ ηδηνηήησλ ησλ πιηθώλ κε κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο. πλήζσο κε απηή ηε κέζνδν κεηξάηαη ε ζεξκνρσξεηηθόηεηα, ε κεηαβνιή κάδαο, ε ελζαιπία θαη ν ζπληειεζηήο ζεξκηθήο δηαζηνιήο. ηε ζεξκνβαξπηηθή αλάιπζε (TGA) θαηαγξάθεηαη ε κεηαβνιή ηεο κάδαο ηνπ δείγκαηνο ζπλαξηήζεη ηεο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 67

76 ζεξκνθξαζίαο. ηε δηαθνξηθή ζεξκηδνκεηξία ζάξσζεο (DSC) κεηξάηαη ε πνζόηεηα ζεξκόηεηαο πνπ απαηηείηαη γηα αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ πιηθνύ ζπλαξηήζεη ηεο ζεξκνθξαζίαο. Γηα απηή ηε κέζνδν ρξεζηκνπνηείηαη παξάιιεια θάπνην δείγκα αλαθνξάο κε θαιά πξνζδηνξηζκέλε ζεξκνρσξεηηθόηεηα γηα έλα κεγάιν εύξνο ζεξκνθξαζηώλ (Speyer, 1994). Πνξνζηκεηξία Ν 2 : Ζ πνξνζηκεηξία βαζίδεηαη ζηε θπζηθή πξνζξόθεζε ελόο ρεκηθά αδξαλνύο αεξίνπ (ζπλήζσο Ν 2 ) ζηελ επηθάλεηα ηνπ πιηθνύ πνπ επηζπκνύκε λα κεηξήζνπκε. ε κηα ζπλεζηζκέλε κέηξεζε πνξνζηκεηξίαο θαηαγξάθεηαη κηα ηζόζεξκε θακπύιε πξνζξόθεζεο, πνπ θαλεξώλεη ηνλ όγθν ηνπ πξνζξνθεκέλνπ αδξαλνύο αεξίνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηελ πίεζε. Οη ηζόζεξκεο πνπ παίξλνπκε, ζε ζπλδπαζκό κε ηε ζεσξία BET (Brunauer-Emmett-Teller) θαη ην θαηλόκελν πζηέξεζεο πνπ παξαηεξείηαη ζηα πνξώδε πιηθά καο νδεγεί ζηνλ πξνζδηνξηζκό ηεο εηδηθήο επηθάλεηαο ηνπ πιηθνύ θαη ηεο θαηαλνκήο ησλ πόξσλ ηνπο (Πνκώλεο, et al., 1998; Rouquerol, et al., 1999). ηνηρεηαθή Αλάιπζε κε ρξήζε ησλ κεζόδσλ PIGE θαη XRF: Ζ ζηνηρεηαθή αλάιπζε ησλ πιηθώλ έγηλε κε ρξήζε ησλ κεζόδσλ Proton Induced Gamma Ray Emission (PIGE) θαη X-Ray Fluνrescence (XRF). Όηαλ έλα θνξηηζκέλν ζσκαηίδην (ζπλήζσο πξσηόλην) πιεζηάζεη ηνλ ππξήλα ελόο αηόκνπ-ζηόρνπ θαη έρεη ηελ ελέξγεηα λα ππεξληθήζεη ηηο δπλάκεηο Coulomb, ηόηε εηζέξρεηαη ζην ρώξν ηνπ ππξήλα κε απνηέιεζκα ηελ αιιειεπίδξαζε κε ππξεληθέο δπλάκεηο. Σόηε κηα ππξεληθή αληίδξαζε ζα ζπκβεί κε εθπνκπή αθηηλώλ-υ (αθηηλνβνιία Γ, γηα ηζηνξηθνύο ιόγνπο) πςειώλ ελεξγεηώλ θαη άιισλ ππξεληθώλ ζσκαηηδίσλ. Ζ ελέξγεηα ηεο εθπεκπόκελεο αθηηλνβνιίαο Γ (ε νπνία αληρλεύεηαη ζπλήζσο κε αληρλεπηέο Ge) είλαη απηό πνπ καο ελδηαθέξεη, αθνύ είλαη ραξαθηεξηζηηθή γηα ην θάζε ζηνηρείν πνπ πεξηέρεη. Έηζη πξνζδηνξίδνληαη ηα ζηνηρεία, αιιά θαη νη ζπγθεληξώζεηο ηνπο (Australian Nuclear Science and Technology Organisation, 2013). Φαζκαηνζθνπία Τπεξηώδνπο-Οξαηνύ- Δγγύο Τπεξύζξνπ(UV-Vis-NIR): Με ηε θαζκαηνζθνπία κπνξνύκε λα κεηξήζνπκε ηηο νπηηθέο ηδηόηεηεο ελόο πιηθνύ κέζσ ηεο αιιειεπίδξαζεο ηνπ κε ηελ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία (απνξξόθεζε, εθπνκπή, ζθέδαζε). Ζ αθηηλνβνιία ηεο ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρήο Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 68

77 κπνξεί λα δηεγείξεη ειεθηξόληα από ηε ζεκειηώδε βαζηθή ηνπο θαηάζηαζε ζε θάπνηα δηεγεξκέλε νδεγώληαο ην ζύζηεκα ζε πςειόηεξε ελεξγεηαθή θαηάζηαζε (Γήκνο, 2009). ύκθσλα κε απηή ηελ ηερληθή κεηξάκε ηελ έληαζε θσηόο πνπ αλαθιάηαη από έλα δείγκα ζαλ ζπλάξηεζε ηνπ κήθνπο θύκαηνο (200 έσο 2500nm). Μέηξεζε ηζνζέξκσλ ξόθεζεο λεξνύ: Γηα ηνλ πξνζδηνξηζκό ηεο πδξνθηιίαο θαη ρσξεηηθόηεηαο ζε λεξό ηνπ θάζε πιηθνύ ρξεζηκνπνηήζεθε ε κέζνδνο ησλ ηζνζέξκσλ ξόθεζεο θαη ζπγθεθξηκέλα ε ηξνπνπνηεκέλε κέζνδνο NISTIR 5681 (Burch, et al., 1995). Σα δείγκαηα ηνπνζεηνύληαη ζε μεξαληήξα ζηαζεξήο ζεξκνθξαζίαο θαη ζρεηηθήο πγξαζίαο αθνύ πξώηα έρνπλ ηνπνζεηεζεί ζε θνύξλν γηα μήξαλζε ζηνπο 110 C γηα κεξηθέο ώξεο ώζηε λα απνκαθξπλζνύλ ηα ελδνζηξσκαηηθά κόξηα ηνπ λεξνύ. Ζ δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη κε δηαθνξεηηθέο ζρεηηθέο πγξαζίεο, νη νπνίεο δηακνξθώλνληαη κε θνξεζκέλα δηαιύκαηα αιάησλ (αλαθέξνληαη αλαιπηηθά ζην πεηξακαηηθό κέξνο). Μεηξώληαο ηελ ξόθεζε πγξαζίαο γηα ηθαλνπνηεηηθό αξηζκό δηαθνξεηηθώλ ζρεηηθώλ πγξαζηώλ κπνξνύκε λα ζρεδηάζνπκε ηελ θακπύιε ηζνζέξκσλ ηνπ πιηθνύ θαη λα δηαπηζηώζνπκε ζε πνηνλ ηύπν ηζόζεξκεο αλήθεη, ζύκθσλα κε ηελ IUPAC. Ζ κέζνδνο πεξηγξάθεηαη αλαιπηηθά καδί κε ηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα ζην θεθάιαην 7. Δηθόλα 20:Ιζόζεξκε πξνζξόθεζεο θαη ηξηρνεηδήο ζπκπύθλσζε ζε πόξνπο κεζνπνξώδνπο πιηθνύ (Ng, et al., 2008) Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 69

78 Ρόθεζε λεξνύ κε θαη ρσξίο πξνζνκνίσζε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε εηδηθά δηακνξθσκέλε αεξνζήξαγγα ειεγρόκελσλ αηκνζθαηξηθώλ ζπλζεθώλ: ηα πιαίζηα ηεο παξνύζεο δηδαθηνξηθήο δηαηξηβήο αλαπηύρζεθε κηα λέα κεζνδνινγία γηα ηελ παξαθνινύζεζε ηεο ξόθεζεο λεξνύ ζε πιηθά νξνθώλ ζε κνξθή ζθόλεο, ππό ζπγθεθξηκέλεο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο, βαζηζκέλε ζηε κεζνδνινγία ησλ Wanphen, et al., Ζ κεζνδνινγία παξνπζηάδεηαη αλαιπηηθά καδί κ ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα ζην θεθάιαην Θεσξία Ιζόζεξκσλ Πξνζξόθεζεο Ζ δηεξγαζία θαηά ηελ νπνία νη ρεκηθέο νπζίεο ζπλδένληαη κε ηηο ζηεξεέο θάζεηο αλαθέξνληαη ζπρλά ζαλ: Ρόθεζε (sorption) Πξνζξόθεζε (adsorption) Απνξξόθεζε (Absorption) Με ηε ρξήζε ηεο ιέμεο ξόθεζε αλαθεξόκαζηε γεληθά όηαλ δελ γλσξίδνπκε ζίγνπξα ηη από ηα δύν εμεηάδνπκε: ηελ πξνζξόθεζε ή ηελ απνξξόθεζε. Ζ πξνζξόθεζε αλαθέξεηαη ζε ξόθεζε ζηε δηζδηάζηαηε επηθάλεηα ελόο ζηεξενύ, ελώ ε απνξξόθεζε αλαθέξεηαη ζε ξόθεζε ζηελ ηξηζδηάζηαηε κήηξα ηνπ ζηεξενύ. Γεληθά ε πξνζξόθεζε πεξηγξάθεηαη ηηο πεξηζζόηεξεο θνξέο από ηελ κνξθή ησλ ηζόζεξκσλ, νη νπνίεο παξνπζηάδνπλ ηε ζρέζε κεηαμύ ηεο ελεξγόηεηαο (ή ζπγθέληξσζεο) ηεο νπζίαο ζηελ δηαιπηή θάζε θαη ηνπ πνζνύ πνπ πξνζξνθάηαη ζηελ επηθάλεηα ζε ζηαζεξή ζεξκνθξαζία. Οη ηζόζεξκεο γεληθά απεηθνλίδνπλ θαηαζηάζεηο ηζνξξνπίαο (Γειεγηαλλαθεο, 2006). Σα κόξηα ησλ αεξίσλ ή πγξώλ ή δηαιπκέλσλ νπζηώλ θαηά ηα δηαιύκαηά ηνπο πξνζθνιιώληαη ζηελ επηθάλεηα ησλ ζηεξεώλ. Καηά ηε δηαδηθαζία πξνζξόθεζεο εκπιέθνληαη δύν νπζίεο. Έλα είλαη ην ζηεξεό ζην νπνίν ε πξνζξόθεζε εκθαλίδεηαη θαη νλνκάδεηαη πξνζξνθεηηθό κέζν ή πξνζξνθεηήο (adsorbent). Σν δεύηεξν είλαη ε πξνζξνθνύκελε νπζία ή πξνζξνθνύκελε θάζε, πνπ είλαη ην θπζηθό αέξην ή πγξό ή ε δηαιπκέλε νπζία από έλα δηάιπκα, ην νπνίν είλαη πξνζξνθάηαη ζηελ επηθάλεηα (ζηελ πεξίπησζε καο ην λεξό). Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 70

79 Πνιινί ζπγγξαθείο έρνπλ εμεγήζεη όηη ε θπζηθή πξνζξόθεζε είλαη έλα επηθαλεηαθό θαηλόκελν πνπ ελεξγνπνηείηαη θπξίσο από ηηο δπλάκεηο Van Der Waals όπσο θαη από ηηο ειεθηξνζηαηηθέο δπλάκεηο κεηαμύ ησλ κνξίσλ ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο θαη ησλ αηόκσλ πνπ απαξηίδνπλ ηελ επηθάλεηα ηνπ πξνζξνθεηή, ηνπο δεζκνύο πδξνγόλνπ ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο θαη άιιεο δπλάκεηο ζπλνρήο. Ζ δηαδηθαζία απηή είλαη πιήξσο αληηζηξεπηή κε ηα θαηάιιεια πνζά ζεξκόηεηαο. Πην αλαιπηηθά ε πξνζξόθεζε είλαη µηα δηεξγαζία θαηά ηελ νπνία µία νπζία απμάλεη ηε ζπγθέληξσζή ηεο ζε µία δηεπηθάλεηα µεηαμύ δύν θάζεσλ. Οη ζπλδπαζκνί απηώλ ησλ θάζεσλ κπνξεί λα είλαη: πγξνύ πγξνύ, πγξνύ ζηεξενύ, αεξίνπ πγξνύ ή αεξίνπ ζηεξενύ (Noll, et al., 1992). Ζ πξνζξόθεζε ζε ζηεξενύο πξνζξνθεηέο έρεη µεγάιε πεξηβαιινληηθή ζεµαζία ιόγσ ηνπ όηη µπνξνύλ λα απνµαθξύλνπλ απνηειεζκαηηθά ξππαληέο ηόζν από ηελ αέξηα, όζν θαη από ηελ πγξή θάζε. Λόγσ ηεο πςειήο απνκάθξπλζεο ησλ ξππαληώλ πνπ επηηπγράλεηαη ε δηεξγαζία απηή ρξεζηκνπνηείηαη ζπρλά ζην ηέινο ηεο επεμεξγαζίαο λεξνύ ή απνβιήησλ (π.ρ. ελεξγόο άλζξαθαο πξνζξνθά αέξηα όπσο ην CO 2, SO 2, Cl 2 ). Αλάινγα κε ηε θύζε ησλ δπλάκεσλ πνπ ππάξρνπλ κεηαμύ ησλ πξνζξνθεκέλσλ κνξίσλ θαη απνξξνθεηηθώλ, ε πξνζξόθεζε κπνξεί λα ηαμηλνκεζεί ζε δύν θαηεγνξίεο: 1. Φυσική προσρόυηση (physisorption):. Αλ ε δύλακε ηεο έιμεο πνπ ππάξρνπλ κεηαμύ πξνζξνθεηηθνύ κέζνπ θαη ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο είλαη δπλάκεηο Van der Waal, ε πξνζξόθεζε νλνκάδεηαη θπζηθή πξνζξόθεζε. Δίλαη επίζεο γλσζηή σο πξνζξόθεζε ηνπ Van der Waal. ηε θπζηθή πξνζξόθεζε ε δύλακε ηεο έιμεο κεηαμύ πξνζξνθεηηθνύ κέζνπ θαη ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο είλαη πνιύ αδύλακε, σο εθ ηνύηνπ απηόο ν ηύπνο ηεο πξνζξόθεζεο κπνξεί εύθνια λα αλαηξαπεί κε ηε ζέξκαλζε ή κε ηε κείσζε ηεο πίεζεο. 2. Χημική προσρόυηση (chemisorption):. Αλ ε δύλακε ηεο έιμεο πνπ ππάξρεη κεηαμύ πξνζξνθεηηθνύ κέζνπ θαη ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο είλαη ζρεδόλ ίδηα δύλακε όπσο νη ρεκηθνί δεζκνί, ε πξνζξόθεζε νλνκάδεηαη ρεκηθή Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 71

80 πξνζξόθεζε. Ζ ρεκεηνξόθεζε είλαη επίζεο γλσζηή σο Langmuir πξνζξόθεζε. ηε ρεκεηνξόθεζε ε δύλακε ηεο έιμεο είλαη πνιύ ηζρπξή, σο εθ ηνύηνπ ε πξνζξόθεζε δελ κπνξεί εύθνια λα αληηζηξαθεί. Ζ έθηαζε ηεο πξνζξόθεζεο εμαξηάηαη από ηνπο εμήο παξάγνληεο: 1. Φύζε ηνπ πξνζξνθεηηθνύ πιηθνύ θαη ηεο πξνζξνθνύκελεο νπζίαο. 2. Ζ επηθάλεηα ηνπ πξνζξνθεηηθνύ 3. Δλεξγνπνίεζε πξνζξνθεηηθνύ 4. Πεηξακαηηθέο ζπλζήθεο, π.ρ. ζεξκνθξαζία, πίεζε, θιπ. Πίλαθαο 6: ύγθξηζε κεηαμύ θπζηθήο θαη ρεκηθήο πξνζξόθεζεο Ιζόζεξκε Πξνζξόθεζεο Νεξνύ Γηα λα πεξηγξαθνύλ νη θαηαζηάζεηο ηζνξξνπίαο ζε έλα ζύζηεκα πνπ πξνζξνθά λεξό, ν ζπλεζέζηεξνο ηξόπνο είλαη ε θαηαζθεπή ηεο ηζνζέξκνπ πξνζξόθεζεο από ηελ νπνία όπσο είδακε λσξίηεξα κπνξνύλ λα πξνθύςνπλ ρξήζηκεο πιεξνθνξίεο γηα Βαρδουλάκης Ευτύχιος Σελίδα 72