ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ ΣΑΚΚΑ Π. ΑΓΓΕΛΙΚΗ Α.Μ. 192 Επιβλέπων καθηγητής Ι. ΤΡΥΠΑΝΑΓΝΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ Καθηγητής Τμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΤΡΑ 2014

2 Στο γιο μου, Γιώργο

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών στις «Περιβαλλοντικές Επιστήμες» της Σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Πατρών. Η εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας του Τμήματος Φυσικής, με επιβλέποντα καθηγητή τον κ. Ι. Τρυπαναγνωστόπουλο, και αντικείμενό της είναι η ολιστική ενεργειακή θεώρηση των κτιρίων. Ευχαριστώ θερμά τον κ. Ιωάννη Τρυπαναγνωστόπουλο, Καθηγητή του Τμήματος Φυσικής, για την εμπιστοσύνη του, την πολύτιμη και ουσιαστική καθοδήγησή του, και την εποικοδομητική συνεργασία που μου παρείχε. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη της τριμελούς επιτροπής τον Καθηγητή κ. Παναγιώτη Γιαννούλη και τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Γεώργιο Λευθεριώτη, για τις χρήσιμες συμβουλές τους κατά τη διάρκεια της παρουσίας µου στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας. Ευχαριστώ επίσης, τις μεταπτυχιακές φοιτήτριες Συγκρίδου Δήμητρα και Αποστολοπούλου Αντιγόνη, με τις οποίες εργαστήκαμε παράλληλα στα πλαίσια των διπλωματικών μας εργασιών, για τη βοήθεια και την άψογη συνεργασία που μου πρόσφεραν, αλλά και για την ηθική υποστήριξη κατά τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλα τα μέλη της οικογένειάς μου, καθώς με τη συμπαράσταση και την πολύτιμη βοήθειά τους κατάφερα να περατώσω την παρούσα διπλωματική εργασία. Σακκά Π.Αγγελική

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO 2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ ενεργειακή κατανάλωση κτιρίων, κτίρια σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης από συμβατικές πηγές, εξοικονόμηση ενέργειας, συστήματα ΑΠΕ για και παραγωγή ενέργειας στα κτίρια, Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΚΕνΑΚ), φωτοβολταϊκά, δυσμενής κλίση και προσανολισμός, συμβολή διάχυτων ανακλαστήρων

5 ABSTRACT In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pv s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings. KEY-WORDS Energy consumption of buildings, nearly zero energy buildings, energy savings, RES for energy production on buildings, energy performance of buildings, photovoltaics, disadvantageous inclination and azimuth angle, contribution of diffuse reflector

6

7 i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ενεργειακή πολιτική Ενεργειακή κατάσταση στην Ευρώπη Ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα Κτιριακός τομέας στην Ευρώπη Κτιριακός τομέας στην Ελλάδα Νομοθεσία σε ευρωπαϊκό επίπεδο Νομοθεσία σε εθνικό επίπεδο Στόχοι και προοπτικές για το Βασικά στοιχεία του πλαισίου Εθνικά σχέδια για την ενέργεια 27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή στα κτίρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης Ορισμοί Διαχωρισμός ανάλογα την σύνδεση του κτιρίου στο δίκτυο Υλοποίηση nzeb Προβληματισμοί σχετικά με τα nzeb Παραδείγματα υλοποίησης ZEB Κατοικία στην πόλη Riehen, Ελβετία ACCIONA Solar, Ισπανία HOCKERTON HOUSING PROJECT, Ηνωμένο Βασίλειο Beddington Zero Energy Development, Ηνωμένο Βασίλειο Hammarby Sjöstad, Σουηδία Freiburg, Γερμανία 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Βιοκλιματικός σχεδιασμός Παθητικά συστήματα Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης 56

8 ii Συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού Επιλογή συστημάτων και τεχνικών Ο ρόλος της σωστής χρήσης και κατασκευής Φυτεμένα δώματα ή πράσινες στέγες Ενεργητικά συστήματα Ενεργητικά συστήματα ηλιακής ενέργειας Θερμικά ηλιακά συστήματα Φωτοβολταϊκά πλαίσια Υβριδικά Φωτοβολταϊκά / Θερμικά συστήματα Συστήματα αιολικής ενέργειας Συστήματα γεωθερμίας Συστήματα βιομάζας ΚΕνΑΚ Μεθοδολογία υπολογισμού Κλιματικές ζώνες Προδιαγραφές σχεδιασμού κτιρίου Προδιαγραφές κτιριακού κελύφους Προδιαγραφές Ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων (Η/Μ) Αποτελέσματα υπολογισμών Κατηγορίες κτιρίων Πιστοποιητικό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίου 85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Συστήματα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας, που αναπτύχθηκαν στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας Ολοκληρωµένες συσκευές συλλέκτη-δοχείου αποθήκευσης θερμού νερού (ICS) Γραμμικός φακός Fresnel Ηλιακοί συλλέκτες με χρωματιστό απορροφητή Χρήση ενισχυτικών κατόπτρων Υβριδικά Φωτοβολταϊκά / Θερμικά συστήματα 99

9 iii Συλλέκτες τύπου CPC Συμμετρικοί και ασύμμετροι παραβολικοί ανακλαστήρες (CPC) Ηλιακοί συλλέκτες με ακίνητους σύνθετους παραβολικούς ανακλαστήρες συγκέντρωσης (συλλέκτες CPC) Συνδυασμός διαθλαστήρα Fresnel με ηλιακό συλλέκτη τύπου CPC και ICS Συνδυασμός ηλιακού / αιολικού συστήματος Ενσωμάτωση ηλιακών συστημάτων στο κτιριακό κέλυφος Θέρμανση και ψύξη χώρων με χρήση φωτοβολταϊκού στη στέγη Πειραματική μελέτη προτεινόμενων διατάξεων ηλιακής ενέργειας Πειραματικές διατάξεις Αποτελέσματα Επίδραση αζιμούθιας γωνίας (προσανατολισμού) στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Επίδραση της κλίσης στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Επίδραση μόνωσης και ανάκλασης στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Επίδραση περιορισμού θερμικών απωλειών στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Δυνατότητες εφαρμογής των αποτελεσμάτων Εφαρμογή σε στέγες Εφαρμογή στο περίβλημα Προοπτικές για ευρεία εφαρμογή ηλιακών συσκευών και άλλων ΑΠΕ στα κτίρια στην Ελλάδα Εξοικονόμηση ενέργειας Εφαρμογή ηλιακών θερμικών συστημάτων Εφαρμογή φωτοβολταϊκών Εφαρμογή βιομάζας και γεωθερμίας Κόστος και χρόνος απόσβεσης 123 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 125 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 127

10 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ενεργειακό και περιβαλλοντικό πρόβλημα Από την πρώτη χρήση της φωτιάς για θερμότητα και τη χρήση του ανέμου για τη ναυσιπλοια μέχρι τη χρήση του πετρελαίου και της πυρηνικής σχάσης η παραγωγή ενέργειας αποτελεί τον κινητήριο μοχλό της ανθρώπινης δραστηριότητας. Η ευημερία μιας κοινωνίας σχετίζεται άμεσα με την κατανάλωση ενέργειας, καθώς είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την πρόοδο της οικονομίας και την άνοδο του βιοτικού επιπέδου. Με την είσοδο στην νέα χιλιετία όμως, η ανθρωπότητα βρίσκεται αντιμέτωπη με ένα κυριολεκτικά πρωτοφανές ενεργειακό αδιέξοδο, το οποίο αποτελείται από τις παρακάτω αλληλοσυσχετιζόμενες συνιστώσες: Ο πληθυσμός της Γης σήμερα έχει ξεπεράσει τα 7 δισεκατομμύρια και προβλέπεται ότι μπορεί να ξεπεράσει τα 10 δισεκατομμύρια σε 30 χρόνια. Η συντριπτική πλειονότητα των ανθρώπων ζουν σε συνθήκες διαβίωσης που μπορούν να χαρακτηριστούν από μη ικανοποιητικές έως άθλιες. Η μέχρι σήμερα λογική για την ανάπτυξη του βιοτικού επιπέδου βασίσθηκε στην αλόγιστη χρήση μεγάλων ποσοτήτων, σχετικά φθηνών, ενεργειακών πόρων, που σε συνδυασμό με τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση της ενέργειας τις τελευταίες δεκαετίες δημιουργεί προβλήματα ως προς τη διαθεσιμότητα των φυσικών πόρων αλλά και την ισορροπία του περιβάλλοντος. Σχεδόν το 87% των αναγκών της ανθρωπότητας σε ενέργεια προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων, δηλαδή γαιανθράκων, αργού πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η καύση των ορυκτών καυσίμων απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα, όπως διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου, μεθάνιο και άλλους. Το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί τον κύριο υπεύθυνο της έντασης του φαινομένου του θερμοκηπίου, που οδηγεί στην υπερθέρμανση του πλανήτη και στην κλιματική αλλαγή. Από την άλλη, τα ορυκτά καύσιμα είναι μη ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι που χρειάστηκαν εκατομμύρια χρόνια για να δημιουργηθούν στο εσωτερικό της γης και οι ραγδαίοι ρυθμοί με τους οποίους καταναλώνονται στο όνομα της ανάπτυξης, θα οδηγήσουν σε δραματική μείωση των διαθέσιμων αποθεμάτων τα προσεχή χρόνια. Με τους σημερινούς ρυθμούς κατανάλωσης, αναμένεται πρόβλημα διαθεσιμότητας του πετρελαίου στα επόμενα 40 χρόνια και του φυσικού αερίου στα επόμενα 65 χρόνια (στοιχεία BP, 2006). Μια άλλη διάσταση του προβλήματος αποτελεί και η ανισόμετρη κατανομή των ορυκτών καυσίμων, καθώς δε διαθέτουν όλες οι χώρες αποθέματα οπότε εξαρτώνται από εισαγόμενη ενέργεια, και οι διαρκώς αυξανόμενες τιμές του πετρελαίου και του φυσικού αερίου εγείρουν οικονομικά ζητήματα σχετικά με την επάρκεια της ενέργειας και το υψηλό της κόστος. Ως συνέπεια των παραπάνω προβλημάτων τίθεται επιτακτικά το ερώτημα, ποιες μπορεί να είναι οι πιθανές και βιώσιμες λύσεις στο τεράστιο αυτό πρόβλημα, του οποίου οι επιπτώσεις άρχισαν ήδη να γίνονται απειλητικές για τον πλανήτη μας. Σχετικά με το πρόβλημα της διαθεσιμότητας του πετρελαίου και φυσικού αερίου, έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη της τεχνολογίας ώστε να γίνει δυνατή η ανακάλυψη 1

11 νέων και η αξιοποίηση «δύσκολων» κοιτασμάτων (πλήρης απόληψη του πετρελαίου από τα κοιτάσματα, σχιστολιθικό πετρέλαιο, κοιτάσματα σε μεγάλα βάθη ή κάτω από θάλασσα κτλ.). Παράλληλα, η χρήση της πυρηνικής ενέργειας, αν και αποτελεί εναλλακτική λύση στη μείωση των εκπομπών CO 2,, είναι υπό αμφισβήτηση ως προς την ασφάλεια και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τα πυρηνικά απόβλητα και τα ραδιενεργά υλικά που διαφεύγουν από μικρής η μεγάλης έκτασης πυρηνικά ατυχήματα. Ας δούμε πιο αναλυτικά το ενεργειακό πρόβλημα από περιβαλλοντικής σκοπιάς. H παραγωγή ενέργειας από τα συμβατικά καύσιμα συνδέεται άμεσα με τη ρύπανση του περιβάλλοντος και ιδιαίτερα με τη ρύπανση της ατμόσφαιρας. Η ρύπανση του περιβάλλοντος φαίνεται αναπόφευκτη ως ένα βαθμό, αλλά μπορεί να ελαχιστοποιηθεί και να περιοριστούν σημαντικά οι επιπτώσεις της. Ορισμένα από τα είδη της ρύπανσης που εμφανίζονται είναι [Ανδρίτσος, 2008]: Ένταση του «φαινομένου του θερμοκηπίου». Εμφανίζεται σε παγκόσμιο επίπεδο και οι αυξημένες εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου θεωρούνται υπεύθυνες για την ένταση του φαινομένου του θερμοκηπίου, την προοδευτική δηλαδή αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης σε επίπεδα άνω του κανονικού η οποία ονομάζεται επίσης «κλιματική αλλαγή» και «παγκόσμια θέρμανση». Τα κυριότερα αέρια του θερμοκηπίου είναι το CO 2, το μεθάνιο, τα οξείδια του αζώτου, οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) και το όζον στην τροπόσφαιρα. Η καύση των ορυκτών καυσίμων είναι υπεύθυνη για το μεγαλύτερο μέρος του CO 2. Η ενέργεια είναι επίσης υπεύθυνη και για μέρος των εκπομπών μεθανίου, συνεισφέρει στην παραγωγή ΝΟx και σε μικρό τμήμα των CFC. Εκτιμάται ότι η αυξανόμενη χρήση ορυκτών καυσίμων είναι πιθανό να επιφέρει αύξηση της μέσης θερμοκρασίας μεγαλύτερη από 2 C μέχρι το Η συγκεκριμένη θερμοκρασία θεωρείται από τους επιστήμονες ως όριο ασφαλείας, πέραν της οποίας η κλιματική αλλαγή θα καταστεί επικίνδυνη και μη αναστρέψιμη. Εικόνα 1: Εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανά κάτοικο την περίοδο στην Ελλάδα (μπλε γραμμή) και παγκοσμίως (κόκκινη γραμμή) [Πηγή: 2

12 «Όξινη βροχή». Εμφανίζεται σε υπερτοπικό επίπεδο και οφείλεται στις εκπομπές οξειδίων θείου και αζώτου από την καύση του γαιάνθρακα και του πετρελαίου. Σε παγκόσμιο επίπεδο, με διαφορετική ένταση από περιοχή σε περιοχή, παρατηρείται και η μείωση της στιβάδας του όζοντος. Φωτοχημικό νέφος. Δημιουργείται μόνο σε τοπικό επίπεδο και οφείλεται βασικά στις εκπομπές των αυτοκινήτων και της βιομηχανίας με τη συνεργία ευνοϊκών κλιματολογικών συνθηκών. Ρύπανση των υδάτινων πόρων (π.χ. πυρηνικά ή άλλα υγρά απόβλητα στα υπόγεια νερά, σε τοπικό επίπεδο) και υποβάθμιση ποταμών λιμνών και ωκεανών. Πετρελαιοκηλίδες στη θάλασσα ή ποταμούς και διαρροές σε επιφανειακά νερά. Θερμική ρύπανση. Παγκόσμια και τοπικά: θερμικά απόβλητα σε θάλασσα, άλλους υδάτινους αποδέκτες, ξηρά και ατμόσφαιρα. Χρήση γης. Είναι κυρίως τοπικής σημασίας. Η χρήση γης και οι συνακόλουθες περιβαλλοντικές και κοινωνικές επιπτώσεις είναι αναπόφευκτες κατά την αξιοποίηση οποιασδήποτε μορφής ενέργειας. Τις περισσότερες φορές οι κάτοικοι διάκεινται εχθρικά σε κάθε χρήση γης για ενεργειακές ή άλλες δραστηριότητες (π.χ. υγειονομική ταφή απορριμμάτων, βιομηχανίες κτλ.). Η συμπεριφορά αυτή είναι γνωστή ως σύνδρομο «όχι στην αυλή μου» ή στα αγγλικά «not-in-my-backyard syndrome», NIMBS. Τέλος, λόγω της όξινης βροχής ή άλλων φαινομένων μπορεί να υπάρξει υποβάθμιση βιοτόπων, δασών κτλ. Ορισμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση συμβατικών μορφών ενέργειας συνοψίζονται στον Πίνακα 1: Πίνακας 1: Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση συμβατικών μορφών ενέργειας [Πηγή: Ανδρίτσος, 2008] ΚΑΥΣΙΜΑ ΡΥΠΑΝΤΗΣ ΕΠΙΠΤΩΣΗ Άνθρακας SO 2, SO 3, αιθάλη, CO 2 Όξινη βροχή, Νέφος, Αέριο θερμοκηπίου Πετρέλαιο/φυσικό αέριο Πυρηνικά NO, NO 2, CO, υδρογονάνθρακες, CO 2 Ραδιενεργά απόβλητα Φωτοχημικό νέφος, Αέριο θερμοκηπίου Υγεία, Περιβάλλον Η λύση του παραπάνω ενεργειακού προβλήματος τόσο από οικονομομική όσο και από περιβαλλοντική σκοπιά βρίσκεται σε δύο άξονες. Ο πρώτος αφορά τη στροφή στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και στη βελτίωση της τεχνολογίας στον τομέα αυτό. Εκτιμάται ότι για να επιτευχθεί σταθερότητα του παγκόσμιου κλίματος απαιτείται η υποκατάσταση τουλάχιστον του 50% της τωρινής 3

13 χρήσης των ορυκτών καυσίμων. Ο δεύτερος είναι η ορθολογική χρήση της ενέργειας μέσω των μεθόδων εξοικονόμησης ενέργειας και της αύξησης ενεργειακής αποδοτικότητας των συσκευών, εργαλείων, μηχανημάτων και εγκαταστάσεων που χρησιμοποιούμε στην παραγωγική διαδικασία και στην καθημερινότητά μας. Προοπτικές στον 21 ο αιώνα Η συμβολή των ΑΠΕ αναμένεται να είναι καταλυτική στην αντιμετώπιση του ενεργειακού-περιβαλλοντικού ζητήματος τον 21 ο αιώνα, αφού είναι πρακτικά ανεξάντλητες, προσβάσιμες σε όλους, και φιλικές προς το περιβάλλον, αφού δεν αποδεσμεύουν αέρια που επιδεινώνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα. Στις ΑΠΕ συγκαταλέγονται οι μορφές ενέργειας που θεωρούνται, στα πλαίσια του ανθρώπινου χρονικού ορίζοντα, ανεξάντλητες: η ηλιακή ενέργεια, η αιολική ενέργεια, η ενέργεια του νερού (από τις υδατοπτώσεις, τα κύματα και τις παλίρροιες), η βιομάζα και η γεωθερμία. Με εξαίρεση την παλιρροϊκή ενέργεια των θαλασσών, που οφείλεται στην περιστροφή της γης και την έλξη της από τη σελήνη, όλες οι άλλες μορφές αποτελούν, άμεσα ή έμμεσα, παράγωγα της ηλιακής ενέργειας. Μετά το 1973 οι προσπάθειες για την αποδοτική εκμετάλλευση των ΑΠΕ εντάθηκαν με πρώτη φάση τη χρήση των θερμικών ηλιακών συλλεκτών για παραγωγή ζεστού νερού χρήσης και στη συνέχεια από τη δεκαετία του 1990 οι ανεμογεννήτριες και τα φωτοβολταϊκά για παραγωγή ηλεκτρισμού, οι σταθμοί αξιοποίησης βιομάζας για παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού και η αξιοποίηση της γεωθερμίας. Σήμερα οι τεχνολογίες ΑΠΕ έχουν πια ωριμάσει και τα κόστη έχουν μειωθεί σημαντικά, η ραγδαία ανάπτυξη τους θέτει νέες προκλήσεις για το ρόλο που μπορούν να διαδραματίσουν στο σύστημα της ενέργειας και στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Από τις μακροπρόθεσμες προοπτικές που έχει θέσει ήδη η Ευρωπαϊκή Επιτροπή στο Χάρτη Πορείας για τη μετάβαση σε μια οικονομία χαμηλών επιπέδων άνθρακα για το 2050 (2050 Roadmap), τον Ενεργειακό Χάρτη Πορείας για το 2050 και τη Λευκή Βίβλο, ο ουσιαστικός μακροπρόθεσμος στόχος είναι η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 80-95% κάτω από τα επίπεδα του 1990 έως το Ίσως η μεγαλύτερη και πιο ρεαλιστική προσδοκία για το μέλλον είναι η αξιοποίηση των ΑΠΕ σε συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, από τα οποία μπορούν να καλυφθούν οι σημερινές ανάγκες σε ηλεκτρισμό, και επιπλέον να παραχθεί υδρογόνο, το οποίο ως καύσιμο μπορεί να υποκαταταστήσει τα παράγωγα του πετρελαίου εκεί που θεωρούνται αναντικατάστατα, δηλαδή στον τομέα των μεταφορών. Μια τέτοια εξέλιξη θα συμβάλλει ουσιαστικά στην επίτευξη των περιβαλλοντικών στόχων που έχουν τεθεί στα πλαίσια διεθνών και εθνικών πρωτοβουλιών που έχουν τεθεί για τον περιορισμό των εκπομπών ρύπων. Η ενέργεια στον κτιριακό τομέα Ο κτιριακός τομέας στην Ευρώπη είναι ο μεγαλύτερος χρήστης ενέργειας και η μεγαλύτερη πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα καθώς ευθύνεται για το 40% περίπου της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης και 40% των συνολικών 4

14 εκπομπών CO 2. Δεδομένου και των πολύ αργών ρυθμών αντικατάστασης των παλαιών κτιρίων με νέα, η κατανάλωση ενέργειας είναι ακόμα μεγαλύτερη. Από την άλλη, τα κτίρια διαθέτουν υψηλό δυναμικό εξοικονόμησης ενέργειας και βασική προϋπόθεση για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών, και κατ επέκταση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, είναι η κατασκευή ή η ανακατασκευή τους με βάση τη βιοκλιματική αρχιτεκτονική. Πολλά είναι τα προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας που μπορούν να εφαρμοστούν, τόσο στα νέα κτίρια όσο και στα ήδη υπάρχοντα. Κάτω από αυτές τις συνθήκες (βιοκλιματικά νέα κτίρια και ενεργειακές βελτιώσεις στα υφιστάμενα κτίρια) η εφαρμογή συστημάτων ΑΠΕ αποκτά ουσιαστικό νόημα για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας ορυκτών καυσίμων και περιορισμό των εκπομπών CO 2. Εξάλλου η ΕΕ έχει θέσει ως στόχο από το 2020 και μετά τα καινούρια κτίρια να είναι σχεδόν μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (nzeb), και για την υλοποίηση του στόχου αυτού είναι απολύτως αναγκαίος ο βιοκλιματικός σχεδιασμός των κτιρίων και η εφαρμογή συστημάτων ΑΠΕ σε αυτά. Στόχος και περιεχόμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη στρατηγικών σχεδίασης και εφαρμογής ενεργειακών παθητικών και ενεργητικών συστημάτων ηλιακής ενέργειας και άλλων ΑΠΕ στα κτίρια, σε αρμονία και με την αρχιτεκτονική τους, η εκτίμηση της συμβολής των κτιρίων nzeb (nearly Zero Energy Buildings) στο ενεργειακό και περιβαλλοντικό πρόβλημα, και η διατύπωση των βασικών παραμέτρων για την ολιστική ενεργειακή κάλυψη των κτιρίων, στα πλαίσια του επόμενου βήματος για την ενέργεια στα κτίρια μετά το Στην εργασία θα παρουσιαστούν τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, θα εξεταστούν βιβλιογραφικά υπάρχουσες περιπτώσεις κτιρίων τύπου nzeb, θα εξεταστεί η παρούσα ενεργειακή κατάσταση των κτιρίων στη χώρα μας και θα προσδιοριστεί η βελτίωση από την εφαρμογή της νομοθεσίας εξοικονόμησης ενέργειας και προώθησης ΑΠΕ. Θα μελετηθούν ακόμη συστήματα και μέθοδοι που αναπτύχθηκαν στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών, για τη βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας στη θέρμανση νερού, θέρμανση και δροσισμό χώρων, φυσικό φωτισμό και παραγωγή ηλεκτρισμού. Επιπλέον, θα διερευνηθεί η συμβολή στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων και άλλων μορφών ΑΠΕ, όπως της βιομάζας, της γεωθερμίας και των μικρών ανεμογεννητριών. Δομή της παρούσας διπλωματικής εργασίας Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται συνοπτικά η ευρωπαϊκή πολιτική για την ενέργεια και την προστασία του περιβάλλοντος, η γενικότερη κατάσταση στον τομέα της παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ και η κατάσταση στον κτιριακό τομέα σε Ελλάδα και Ευρώπη, Γίνεται μια αναδρομή στις ευρωπαϊκές οδηγίες που αφορούν στην ενέργεια και στα κτίρια καθώς και στην εθνική νομοθεσία σχετικά με την εξοικονόμηση ενέργειας σε αυτά, και τέλος γίνεται μια αναφορά στους στόχους που έχει θέσει η ΕΕ για το μέλλον. 5

15 Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια εισαγωγή στα κτίρια μηδενικής ή σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης (ΖΕΒ ή nζεβ), που αποτελούν και το στόχο της ΕΕ για το 2020 όσον αφορά στα νέα κτίρια, αναφέρονται αναλυτικά οι ορισμοί που έχουν προταθεί για τα ΖΕΒ και οι δυνατότητες σχετικά με την παροχή ενέργειας σε αυτά, και αναλύονται ορισμένοι προβληματισμοί γύρω από το θέμα της υλοποίησής τους. Τέλος, παρατίθενται παραδείγματα κτιρίων ΖΕΒ, είτε μεμονωμένων, είτε στα πλαίσια οικισμού ή πόλεων με φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτιρίων και τα είδη παθητικών συστημάτων και οι τεχνικές τους, με στόχο τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας, και παρατίθενται τα είδη ενεργητικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ που μπορούν να εφαρμοστούν στα κτίρια καθώς και πιθανοί συνδυασμοί τους, με στόχο την πλήρη κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων. Στο Κεφάλαιο 4, στο πρώτο μέρος, γίνεται μια αναφορά στις συσκευές που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο, καθώς και στις μελέτες που έχουν γίνει και στις σχεδιάσεις που έχουν προταθεί, προκειμένου να υπάρχει θετική συμβολή προς την επίτευξη κτιρίων μηδενικών εκπομπών άνθρακα. Στο δεύτερο μέρος, μελετάται πειραματικά η επίδραση διαφόρων παραγόντων στην ενεργειακή συμπεριφορά των φωτοβολταϊκών (η δυσμενής κλίση και προσανατολισμός, το υλικού θερμομόνωσης, ο περιορισμός των θερμικών απωλειών, η προσθήκη ανακλαστήρων), με στόχο να εξεταστεί η εφαρμογή των φβ στα κτίρια υπό την επίδραση αυτών των παραγόντων, καθώς και η συνεισφορά τους στην ολιστική ενεργειακή κάλυψη, ενώ παράλληλα προτείνονται και οι αντίστοιχες σχεδιάσεις.τέλος, γίνεται μια σύντομη μελέτη για την ενεργειακή εξοικονόμηση που μπορεί να επιτευχθεί με την ευρεία εφαρμογή ενεργειακής αναβάθμισης των ελληνικών κτιρίων σε συνδυασμό με εγκατάσταση ηλιακών συσκευών και άλλων συστημάτων ΑΠΕ για παραγωγή ΖΝΧ, ηλεκτρισμού και για θέμανση/ψύξη χώρων, στα ελληνικά κτίρια. Κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας Διπλωματικής Ερευνητικής Εργασίας παρουσιάστηκαν δύο επιστημονικές εργασίες, η πρώτη σε ένα διεθνές συνέδριο και η δεύτερη σε ένα εθνικό συνέδριο. Η πρώτη εγασία είχε τίτλο Holistic energy saving aspects of buildings, με συγγραφείς τους Ιωάννη Τρυπαναγνωστόπουλο και Αγγελική Σακκά, και παρουσιάστηκε στο 3 ο Διεθνές Συνέδριο PALENC, που διεξήχθη στη Ρόδο στις 29/9-1/10/2010. Η δεύτερη εργασία είχε τίτλο Βέλτιστη χρήση ηλιακής ενέργειας στα κτίρια για την ελαχιστοποίηση της ενεργειακής τους κατανάλωσης, με συγγραφείς τους Ιωάννη Τρυπαναγνωστόπουλο, Αγγελική Σακκά και Δήμητρα Συγκρίδου, και παρουσιάστηκε στο 14 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Φυσικής Ε.Ε.Φ., που διεξήχθη στα Καμένα Βούρλα, στις 29/3-1/4/2012. Στις εργασίες αυτές έγινε αναφορά σε θέματα που σχετίζονται άμεσα με το αντικείμενο της παρούσας εργασίας και παρουσιάστηκαν και ορισμένα αποτελέσματα των διεαχθέντων πειραμάτων. 6

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ενεργειακή πολιτική Σήμερα ένας οικονομικά αποδοτικός και αξιόπιστος τομέας παραγωγής ενέργειας είναι απολύτως απαραίτητος για την ανάπτυξη της οικονομίας κάθε χώρας. Η διαρκής αναταραχή που επικρατεί στον ενεργειακό τομέα σε παγκόσμιο επίπεδο, οι υψηλές τιμές της ενέργειας, αλλά και η αυξανόμενη εξάρτηση από εισαγόμενη ενέργεια και οι πιθανές γεωπολτικές επιπτώσεις από την εξάρτηση αυτή, οδήγησαν τα κράτη-μέλη της ΕΕ να θέσουν την παραγωγή ενέργειας ως πρώτο θέμα στην πολιτική ατζέντα. Παράλληλα με την πιεστική κατάσταση που επικρατεί στην παγκόσμια οικονομία, η Ευρώπη δεν θα μπορούσε να παραβλέψει την άλλη μεγάλη κρίση της εποχής μας, την περιβαλλοντική. Τα προβλήματα που έχει προκαλέσει η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας στην ισορροπία του περιβάλλοντος και τα διογκούμενα επιστημονικά στοιχεία για την κλιματική αλλαγή οδήγησαν την ΕΕ να υιοθετήσει δραστικά μέτρα. Στα μέτρα αυτά είναι η μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας, η αύξηση της παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ, καθώς και η μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου. Το Ευρωπαϊκό σχέδιο δράσης για την ενέργεια ως το 2020 αποτελείται από τρεις επιμέρους στόχους: εξοικονόμηση ενέργειας κατά 20% σε σχέση με τα επίπεδα του 1990, μείωση των εκπομπών αερίων του διοξειδίου του άνθρακα κατά 20% σε σχέση με τα επίπεδα του 1990, και το 20% της συνολικής ενέργειας να παράγεται από ΑΠΕ. Επίσης, στην πορεία προς το 2020 η ΕΕ έθεσε τον επόμενο στόχο για το 2030, που είναι η μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά 40%, συγκριτικά με το Ο ουσιαστικός μακροπρόθεσμος σκοπός της ΕΕ είναι η σταδιακή μετάβαση προς μια οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα μέχρι το 2050, με εκπομπές που θα φτάνουν 80-95% κάτω από τα επίπεδα του Στα πλαίσια αυτά η ΕΕ επιδιώκει να αποκτήσει τα πλεονεκτήματα που απορρέουν από τη μετάβαση στην οικονομία των χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Άλλωστε, η παγκόσμια αγορά για τεχνολογίες χαμηλών εκπομπών άνθρακα προβλέπεται να είναι εξαιρετικά μεγάλη και η καινοτομία στις τεχνολογίες αυτές αναμένεται να προσφέρει πρόσθετα οικονομικά οφέλη. Κλειδί στην προσπάθεια της ΕΕ για τη στροφή στη φιλική προς το περιβάλλον ενεργειακή πολιτική αποτελεί η εξοικονόμηση ενέργειας και η επίτευξη ενεργειακής επάρκειας. Η απεξάρτηση από τη χρήση του άνθρακα ως κύριας ενεργειακής πηγής θα μειώσει την εξάρτηση της ΕΕ από τις εισαγωγές πετρελαίου και φυσικού αερίου, προστατεύοντας την ευρωπαϊκή υποδομή από το ευμετάβλητο παγκόσμιο επίπεδο των τιμών της ενέργειας και τις αβεβαιότητες στις αλυσίδες εφοδιασμού. 1.2 Ενεργειακή κατάσταση στην Ευρώπη Στην ΕΕ, οι χώρες με το μεγαλύτερο πληθυσμό καταναλώνουν και τα μεγαλύτερα ποσά ενέργειας. Μάλιστα η Γερμανία, η Γαλλία, η Ιταλία, η Ισπανία, η Μεγάλη Βρετανία και η Πολωνία είναι υπέυθυνες για το 80% της συνολικής 7

17 κατανάλωσης στην Ευρωπαϊκή Ένωση, όπως φαίνεται και στην εικόνα 2 [Eurostat, 2013]. Εικόνα 2: Τελική ενεργειακή κατανάλωση σε Mtoe στις χώρες της Ευρώπης για το 2011 [Πηγή: Eurostat, 2013] Αυξημένη εμφανίζεται η διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο σύνολο των χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης, με την Ελλάδα να καταγράφει σημαντικές επιδόσεις τα τελευταία χρόνια. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τα στοιχεία της Eurostat, από το 2004 έως το 2011, το ποσοστό κατανάλωσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στην Ε.Ε., αυξήθηκε από 7,9% το 2004, σε 13% το Ενώ, το ίδιο διάστημα, η κατανάλωση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στην Ελλάδα αυξήθηκε από 7,1% σε 11,6%. Το 2011, τα υψηλότερα ποσοστά κατανάλωσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας καταγράφηκαν στη Σουηδία (46,8%), στη Λετονία (33,1%), στη Φινλανδία (31,8%) και στην Αυστρία (30,9%), ενώ τα χαμηλότερα ποσοστά σημειώθηκαν στη Μάλτα (0,4%) στο Λουξεμβούργο (2,9%), τη Μ. Βρετανία (3,8%), το Βέλγιο (4,1%) και την Ολλανδία (4,3%). Κατά την περίοδο , οι μεγαλύτερες αυξήσεις κατανάλωσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές παρατηρήθηκαν στη Σουηδία, Δανία, Αυστρία, Γερμανία και Εσθονία. Σημειώνεται, εξάλλου, ότι, σύμφωνα με τους στόχους που θέτει η «Στρατηγική για την Ευρώπη 2020», το ποσοστό κατανάλωσης ενέργειας από ΑΠΕ στην Ε.Ε. πρέπει να φτάσει κατά μέσο όρο το 20%, μέχρι το Οι εθνικοί στόχοι λαμβάνουν υπόψη τα σημεία εκκίνησης των κρατών-μελών, τις δυνατότητες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας της εκάστοτε χώρας και τις οικονομικές της επιδόσεις. 1.3 Ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα Σύμφωνα με την έκθεση για τις «Πολιτικές και Μέτρα για την Ενεργειακή Αποδοτικότητα στην Ελλάδα το 2012», από το 1990 η τελική κατανάλωση ενέργειας στην Ελλάδα αυξήθηκε κατά 30%, από τους 14,7 Mtoe το 1990 σε 19,4 Mtoe 2010, 8

18 σύμφωνα τόσο με τα στοιχεία περί οικονομικής ανάπτυξης όσο και περί των νέων καταναλωτικών συνηθειών που έχουν υιοθετηθεί από τους τελικούς καταναλωτές. Αυτή η αυξανόμενη τάση προέρχεται κυρίως από την αύξηση στην κατανάλωση πετρελαίου κατά 22,1% καθώς και μία σημαντική αύξηση στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κατά 86,3%. Από το 1998, με την εισαγωγή του φυσικού αερίου στο ενεργειακό μείγμα της χώρας, η τελική κατανάλωση έχει εξαπλασιαστεί, και αυτή η αυξανόμενη τάση αναμένεται να διατηρηθεί στο εγγύς μέλλον. Η τελική κατανάλωση ενέργειας από ΑΠΕ έχει αυξηθεί επίσης κατά 29% κατά τη διάρκεια της τελευταίας εικοσαετίας, κυρίως λόγω των μέτρων για τη προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε όλους τους τομείς. Εντούτοις, τόσο η ύφεση όσο και η εφαρμογή των μέτρων για την βελτίωση της αποδοτικότητας της τελικής χρήσης της ενέργειας οδήγησαν σε μία αξιοσημείωτη μείωση της τελικής κατανάλωσης ενέργειας για την περίοδο Η συνολική τελική κατανάλωση ενέργειας κατά την χρονική περίοδο σημειώνει μία αυξητική τάση της τάξης του 2,41% ανά έτος, κυρίως λόγω της αυξημένης κατά 2,16% κατανάλωσης πετρελαιοειδών προϊόντων σε ετήσια βάση, αλλά και της μέσης αύξηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας κατά 4% σε ετήσια βάση. Ο τομέας των μεταφορών ευθύνεται για την κατανάλωση του μεγαλύτερου ποσοστού της τελικής κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων στην Ελλάδα με 8,2 Mtoe το 2010 (η ποσότητα της ενέργειας που καταναλώνεται από τις δραστηριότητες μεταφορών έχει αυξηθεί κατά 39,8% από το 1990). Τα νοικοκυριά το 2010 κατανάλωσαν 4,6 Mtoe έναντι 3,1 Mtoe το 1990, που αντιστοιχεί σε μία αύξηση κατά 48,6% στην κατανάλωση ενέργειας. Πάντως, ο πιο γρήγορα αναπτυσσόμενος τομέας όσον αφορά στην κατανάλωση ενέργειας είναι ο τριτογενής, καθώς η κατανάλωση ενέργειάς του έχει σχεδόν τριπλασιαστεί από το 1990, ακολουθώντας μία μέση αυξητική τάση της τάξης του 6,7% ανά έτος. Η κατανάλωση ενέργειας στη βιομηχανία και στον γεωργικό τομέα παραμένει σχεδόν σταθερή και κοντά στα επίπεδα του Η Ελλάδα είναι η χώρα που μέχρι πριν λίγα χρόνια είχε τα πρωτεία στην Ευρώπη στον τομέα των θερμικών ηλιακών συλλεκτών επειδή είχε εφαρμόσει πρόγραμμα φορολογικών κινήτρων που οδήγησε σε μεγάλο αριθμό εγκατεστημένων ηλιακών θερμοσιφώνων. Όμως το πρόγραμμα αυτό δεν συνεχίστηκε, με αποτέλεσμα να σταθεροποιηθεί η εγκατάσταση θερμικών ηλιακών συλλεκτών. Με τη θέσπιση όμως του «Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων», βάσει του οποίου είναι υποχρεωτικό για όλα τα νέα αλλά και τα ανακαινισμένα κτίρια σε όλες τις γεωγραφικές περιοχές να καλύπτουν τουλάχιστον το 60% των αναγκών τους σε ζεστό νερό μέσω θερμικών ηλιακών συστημάτων, αναμένεται να βελτιωθεί η χρήση των θερμικών ηλιακών συστημάτων παρά τις δύσκολες οικονομικές συνθήκες. Οι kw ως συνολική εγκατεστημένη (ισοδύναμη) ισχύς των καινούργιων θερμικών ηλιακών συστημάτων το 2011 αντιστοιχεί σε μία ανάπτυξη της τάξης του 7,5% σε σύγκριση με το Κατά τη διάρκεια των πρόσφατων ετών σημειώθηκε μία εντυπωσιακή αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος σε φωτοβολταϊκά πάρκα και σε τοποθετημένα στις στέγες φβ συστήματα. Αυτό οφείλεται στο θεσμικό πλαίσιο, σύμφωνα με το οποίο εφαρμόζεται μέθοδος οικονομικής ενίσχυσης feed-in-tariff, με αρκετά ικανοποιητική τιμή πώλησης της κιλοβατώρας. Πιο συγκεκριμένα, το 2012 τα φβ συστήματα σε 9

19 στέγες ισχύος μικρότερης των 10 kw άγγιξαν τα 300 MW, ενώ το 2013 το σύνολο της εγκατάστασης φβ σε πάρκα και στέγες ξεπέρασε τα 2500 MW. Στον τομέα των ΑΠΕ γενικότερα, όπως αναφέρεται στην Ετήσια Έκθεση Αναφοράς Υπηρεσίας ΑΠΕ για το έτος 2010, αποτυπώνεται μία δυναμική πορεία εφαρμογής καθώς το 2010 η συνολική εγκατεστημένη ισχύς σταθμών Α.Π.Ε. αυξήθηκε κατά 20% σε σχέση με το 2009, ενώ αξίζει να σημειωθεί ότι το αντίστοιχο ποσοστό για τα φωτοβολταϊκά προσεγγίζει το 274%, λόγω της επιδότησης που αναφέρθηκε πιο πάνω. Η νέα εγκατεστημένη ισχύς από Α.Π.Ε. μέχρι το τέλος του έτους 2010, ύψους 290 MW μεταξύ των τεχνολογιών Α.Π.Ε. φαίνεται στην Εικόνα 3. Εικόνα 3: Επιμερισμός της νέας εγκατεστημένης ισχύος Α.Π.Ε. 290 MW [Πηγή: ΥΠΕΚΑ, 2011] Για την επίτευξη των φιλόδοξων εθνικών και ευρωπαϊκών στόχων απαιτείται να ενταθούν οι ρυθμοί ανάπτυξης. 1.4 Κτιριακός τομέας στην Ευρώπη Η ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων στην Ευρώπη αποτελεί το 40% περίπου της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, καθιστώντας τον κτιριακό τομέα ως τον σημαντικότερο χρήστη ενέργειας. Εικόνα 4: Κατανάλωση ενέργειας στην ΕΕ ανά τομέα για το 2011 [Πηγή: Eurostat, 2013] 10

20 Όπως παρατηρούμε και στην Εικόνα 4, τα κτίρια που αποτελούν τον οικιακό και τον τριτογενή τομέα (νοικοκυριά και υπηρεσίες) ευθύνονται για το 38% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης στην Ευρώπη των 28. Συγχρόνως είναι και η μεγαλύτερη πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, αφού τα κτίρια ευθύνονται για το 36% των συνολικών εκπομπών CO 2 στην ΕΕ. Το υψηλό αυτό ποσοστό εκπομπών θα μπορούσε να μειωθεί ακόμη και ως 80% μέσω ολοκληρωμένων σχεδιαστικών λύσεων, όπως για παράδειγμα καλύτερη μόνωση των διαφόρων μερών των υπαρχόντων κτιρίων, κτιρίων που υφίστανται ανακαίνιση αλλά και των νέων κτιρίων. Η βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων είναι το κλειδί για να οι επιτευχθούν οι στόχοι που έχει θέσει η ΕΕ για την ενέργεια και το κλίμα. [Magyar, 2011]. 1.5 Κτιριακός τομέας στην Ελλάδα Το ελληνικό κτιριακό απόθεμα αποτελείται κατά το μεγαλύτερο μέρος του από κατοικίες, περίπου 77%, ενώ τα μη οικιστικά κτίρια αντιπροσωπεύουν το 23%. Αυτά στεγάζουν γραφεία και εμπορικά καταστήματα (2,7%), σχολεία (0,46%), νοσοκομεία (0,06%), ξενοδοχεία (0,82%), ενώ οι άλλες χρήσεις των κτιρίων (18,99%) περιλαμβάνουν εκκλησίες, αθλητικές εγκαταστάσεις κλπ, τα οποία έχουν περιοδική χρήση και περιορισμένη συμβολή στη συνολική κατανάλωση ενέργειας. Στην Εικόνα 5 φαίνεται αναλυτικά η κατανομή των ελληνικών κτιρίων ανά χρήση, με βάση τα στοιχεία της απογραφής του 2001, σύμφωνα με την οποία το σύνολο των κτιρίων ανέρχεται σε 4 εκατομμύρια περίπου. Εικόνα 5: Κατανομή ελληνικών κτιρίων ανά χρήση [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2006] Στην Εικόνα 6 φαίνεται η κατανομή του ελληνικού κτιριακού αποθέματος με κριτήριο την χρονολογία κατασκευής, σύμφωνα και πάλι με στοιχεία της απογραφής των κτιρίων του

21 Εικόνα 6: Κατανομή ελληνικών κτιρίων ανά περίοδο κατασκευής [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2006] Όπως παρατηρούμε, τα κτίρια που κατασκευάστηκαν πριν το 1980, οπότε τέθηκε σε ισχύ ο κανονισμός θερμομόνωσης, αντιστοιχούν περίπου στο 70% του συνολικού αποθέματος. Τα κτίρια αυτά δεν είναι θερμικά μονωμένα και παρουσιάζουν κακή ενεργειακή απόδοση, ενώ στη συντριπτική πλειοψηφία τους είναι εξοπλισμένα με παλιές ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις. Αλλά και από τα κτίρια που χτίστηκαν μετά την ισχύ του κανονισμού θερμομόνωσης, εκτιμάται ότι μόνο το 10% είναι πλήρως θερμικά μονωμένα, ενώ τα υπόλοιπα μόνο μερικώς (Εικόνα 7). Εικόνα 7: Κατανομή κτιρίων με βάση την ύπαρξη θερμικής μόνωσης [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2006] Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στην πρόσφατη απογραφή του 2011 δεν έχουν ακόμη επεξεγαστεί και ανακοινωθεί από την Εθνική Στατιστική Υπηρεσία. Ωστόσο, σε έρευνα που διενήργησε η Ελληνική Στατιστική Αρχή κατά το (Έρευνα κατανάλωσης ενέργειας στα νοικοκυριά), με τη συνδρομή του ΚΑΠΕ, συλλέχθησαν πληροφορίες αναφορικά με την κατανάλωση ενέργειας και άλλα επιμέρους χαρακτηριστικά των νοικοκυριών. Σύμφωνα λοιπόν με την έρευνα αυτή, η 12

22 ποσοστιαία κατανομή των κτιρίων του οικιακού τομέα με βάση τη χρονολογία κατασκευής τους φαίνεται στην Εικόνα 8. Εικόνα 8: Κατανομή ελληνικών κατοικών ανά περίοδο κατασκευής [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2013] Οι δυνατότητες εξοικονόμησης είναι πολλές αν λάβει κανείς υπόψη του ότι, σύμφωνα με στοιχεία μέχρι το 2001, από το σύνολο των κτιρίων: 2,1% έχουν διπλά τζάμια 30,4% έχουν μόνωση δώματος 12,7% έχουν μόνωση πυλωτής 1,5% έχουν μόνωση δαπέδου 4,2% έχουν μόνωση σωληνώσεων στην εγκατάσταση θέρμανσης 20% έχουν μόνωση εξωτερικών τοίχων Σύμφωνα με την ίδια έρευνα, κάθε νοικοκυριό της χώρας καταναλώνει κατά μέσο όρο kwh ετησίως για τη κάλυψη των αναγκών του. Το 73% περίπου της συνολικής ενέργειας αφορά θερμική ενέργεια και μόλις το 27% ηλεκτρική. Εικόνα 9: Μέση ετήσια κατανάλωση ενέργειας ανά νοικοκυριό [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2013] 13

23 Η θερμική ενέργεια που καταναλώνεται καλύπτει κατά 85,9% τις ανάγκες θέρμανσης των κατοικιών, κατά 4,4% την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης και 9,7% το μαγείρεμα. Όσον αφορά στα μη οικιακά κτίρια, ο κάθε τύπος κτιρίου εμφανίζει διαφορετικές ενεργειακές απαιτήσεις ανάλογα με τη χρήση του (Πίνακας 2). Η κατανάλωση ωστόσο ενέργειας για θέρμανση παραμένει υψηλότερη των υπολοίπων. Πίνακας 2: Μέση ενεργειακή κατανάλωση διαφόρων τύπων κτιρίων ανά είδος χρήσης σε kwh ανά τετραγωνικό μέτρο το χρόνο. [Πηγή: Σανταμούρης, Τύπος Κτιρίου Δροσισμός Θέρμανση Φωτισμός Συσκευές Σύνολο Γραφεία Εμπορικά Σχολεία Νοσοκομεία Ξενοδοχεία Γενικά η ενέργεια καταναλώνεται στα κτίρια για την επίτευξη ποιότητας εσωτερικού περιβάλλοντος, δηλαδή θερμικής, οπτικής, ακουστικής άνεσης και ποιότητας εσωτερικού αέρα, αλλά και για τη λειτουργία των διάφορων συσκευών. Φαίνεται από τα παραπάνω ότι η θέρμανση των χώρων αποτελεί την σημαντικότερη ειδική ενεργειακή κατανάλωση για όλα τα κτίρια στην χώρα. Όσον αφορά τις κατοικίες, στην Εικόνα 10 παρουσιάζεται πώς κατανέμεται η κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας στις διάφορες χρήσεις και στη λειτουργία συσκευών. Εικόνα 10: Ποσοστιαία κατανομή κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας κατά τελική χρήση [Πηγή: ΕΛ.ΣΤΑΤ., 2013] 14

24 Για την κάλυψη των αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης το 74,5% των νοικοκυριών χρησιμοποιεί ηλεκτρικό θερμοσίφωνα, μόλις το 37,6% ηλιακό θερμοσίφωνα και το 25,2% σύστημα συνδεδεμένο με την κεντρική θέρμανση. Η διαχρονική μεταβολή της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων στην Ελλάδα είναι αυξητική και ο ετήσιος ρυθμός αύξησης της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων είναι περίπου 1,8% [Σανταμούρης, Από την ανάλυση που προηγήθηκε είναι ευνόητη η ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας στον κτιριακό τομέα. Αρκεί να αναφέρουμε ότι το μέγεθος του οικονομικού και περιβαλλοντικού οφέλους που θα προκύψει με τις κατάλληλες βελτιώσεις και παρεμβάσεις στα υπάχοντα κτίρια θα είναι μέχρι και 30% εξοικονόμηση ενέργειας. Βέβαια η βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς των κτιρίων είτε αυτή αφορά στην κατασκευή τους είτε στη χρήση πιο αποδοτικών συσκευών απορρέει μεν από τα μέτρα εξοικονόμησης που ισχύουν σήμερα, αλλά τα αποτελέσματα αυτής της βελτίωσης θα φανούν μακροπρόθεσμα, διότι απαιτείται αρκετός χρόνος για να μεταβληθεί το υπάρχον κτιριακό απόθεμα. 1.6 Νομοθεσία σε ευρωπαϊκό επίπεδο Η διαχείρηση της ενέργειας στις τελικές της χρήσεις αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες της βιώσιμης ανάπτυξης από περιβαλλοντική, οικονομική και αναπτυξιακή άποψη, όπως αυτή έχει εκφρασθεί με την Πράσινη Βίβλο για την Ασφάλεια του Ενεργειακού Εφοδιασμού (2000) αλλά και ειδικότερα με την Πράσινη Βίβλο για την Ενεργειακή Απόδοση (2005). Επίσης, λαμβάνει ενεργά μέρος στο σχεδιασμό δράσεων, προωθώντας παράλληλα πολιτικές σε συνεργασία και με άλλα κράτη εκτός ΕΕ σε μια προσπάθεια κοινή για τη διατήρηση του περιβάλλοντος και την προστασία του. Τον Ιούνιο του 1992 στο Ρίο της Βραζιλίας στη Διάσκεψη για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (UNCED), υπογράφεται από 178 κράτη μέλη του ΟΗΕ η Agenda 21, σε μια προσπάθεια να βρεθούν λύσεις σε αναπτυξιακά και περιβαλλοντικά προβλήματα του 21 ου αιώνα. Μέσα στο κείμενο της η Agenda 21 γίνεται λόγος για την αειφόρο δόμηση και την παροχή κατοικίας μέσω υιοθέτησης προτύπων και άλλων ρυθμιστικών μέτρων, που θα προωθήσουν την αύξηση της χρήσης των ενεργειακά αποδοτικών σχεδίων και τεχνολογιών. Ο κτιριακός τομέας στην Ευρώπη αποτελεί τα τελευταία χρόνια το σημαντικότερο καταναλωτή ενέργειας και τη σημαντικότερη πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, καθώς ευθύνεται περίπου για το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης και 40% των συνολικών εκπομπών CO 2. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχοντας αναγνωρίσει την αναγκαιότητα λήψης μέτρων στον κτιριακό τομέα, ήδη από το 1993 με την οδηγία SAVE 93/76/EOK, έχει δώσει προτεραιότητα στην αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων στα κράτη-μέλη. Παράλληλα με το πρωτόκολλο του Κυότο (1997) για την Κλιματική Αλλαγή, την Ενέργεια και το Περιβάλλον, η Ευρωπαϊκή Ένωση δεσμεύτηκε να παρουσιάσει για την περίοδο μείωση κατά 8% των εκπομπών των αερίων που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου σε σχέση με αυτές του 1990 [Αλεξόπουλος, 2009]. Το θέμα αυτό είναι σημαντικό καθώς η αυξομείωση των τιμών του πετρελαίου και η διεθνής οικονομική κρίση επαναφέρουν ως προτεραιότητα την απεξάρτηση από 15

25 τα συμβατικά καύσιμα, είτε μειώνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις είτε αυξάνοντας τη συνεισφορά της χρήσης ΑΠΕ. Στα πλαίσια αυτά, η εξοικονόμηση ενέργειας αποτελεί πρώτη προτεραιότητα και ρητή απαίτηση της πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Ακολουθούν συνοπτικά οι ευρωπαϊκές οδηγίες που έχουν εκδοθεί τα τελευταία χρόνια προς την κατεύθυνση της εξοικονόμησης ενέργειας, της προώθησης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, της μείωσης των εκπομπών αερίων ρύπων και γενικότερα της προστασίας του περιβάλλοντος. Οδηγία 93/76/ΕΟΚ για τον περιορισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα με τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης (SAVE). Οδηγία 2001/77/ΕΚ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στην εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Οδηγία 2002/91/ΕΚ για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων. Οδηγία 2003/30/ΕΚ σχετικά με την προώθηση της χρήσης βιοκαυσίμων ή άλλων ανανεώσιμων καυσίμων για τις μεταφορές. Οδηγία 2003/87/ΕΚ σχετικά με τη θέσπιση συστήματος για την εμπορία των δικαιωμάτων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην Ευρωπαϊκή Κοινότητα και την (τροποποίηση της οδηγίας 96/61/ΕΚ). Οδηγία 2004/8/ΕΚ για την προώθηση της χρήσης συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Οδηγία 2006/32/ΕΕ για την ενεργειακή απόδοση κατά την τελική χρήση και τις ενεργειακές υπηρεσίες (κατάργηση της οδηγίας 93/76/ΕΟΚ). Οδηγία 2009/28/ΕΚ σχετικά με την προώθηση της χρήσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές (τροποποίηση και συνακόλουθη κατάργηση των οδηγιών 2001/77/ΕΚ και 2003/30/ΕΚ). Οδηγία 2009/29/ΕΚ για τη βελτίωση και την επέκταση του συστήματος εμπορίας διακιωμάτων εκπομπής αερίων θερμοκηπίου της κοινότητας (τροποποίηση της οδηγίας 2003/87/ΕΚ). Οδηγία 2009/33/ΕΚ σχετικά με την προώθηση καθαρών και ενεργειακώς αποδοτικών οχημάτων οδικών μεταφορών. Οδηγία 2009/125/ΕΚ για τον οικολογικό σχεδιασμό (eco-design), όσον αφορά στα συνδεόμενα με την ενέργεια προϊόντα. Οδηγία 2010/30/ΕΕ για την ένδειξη της κατανάλωσης ενέργειας και λοιπών πόρων από τα συνδεόμενα με την ενέργεια προϊόντα (energy labeling, αναδιατύπωση 92/75/ΕΚ). Οδηγία 2010/31/ΕΕ για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων - αναδιατύπωση της 2002/91/ΕΚ (EPBD). Οδηγία 2012/27/ΕΕ για την ενεργειακή απόδοση (τροποποίηση των οδηγιών 2009/125/ΕΚ και 2010/30/ΕΕ και την κατάργηση των οδηγιών 2004/8/ΕΚ και 2006/32/ΕΚ) Εκτενέστερα αναλύονται παρακάτω οι οδηγίες της ΕΕ που αφορούν στον κτιριακό τομέα: 16

26 Οδηγία 93/76/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 13ης Σεπτεμβρίου 1993 για περιορισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα με τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης (SAVE) Στόχος της παρούσας οδηγίας είναι να διατηρήσει την ποιότητα του περιβάλλοντος και να εξασφαλίσει συνετή και ορθολογική χρήση των φυσικών πόρων με λήψη μέτρων σε κοινοτικό επίπεδο, προκειμένου να μειωθούν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και να προωθηθεί η ορθολογική χρήση της ενέργειας. Για να επιτευχθεί ο στόχος θεσπίζονται οι ακόλουθες απαιτήσεις από τα κράτη μέλη: 1) ενεργειακή πιστοποίηση των κτιρίων 2) τιμολόγηση των δαπανών θέρμανσης, κλιματισμού και θερμού ύδατος με βάση την πραγματική κατανάλωση 3) χρηματοδότηση εκ μέρους τρίτων των επενδύσεων για βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης στο δημόσιο τομέα 4) θερμομόνωση των νέων κτιρίων 5) περιοδική επιθεώρηση των λεβήτων 6) ενεργειακές επιθεωρήσεις των πολύ ενεργειοβόρων επιχειρήσεων. Οδηγία 2002/91/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 16ης Δεκεμβρίου 2002, για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων. Η οδηγία αυτή αποτελεί το νομικό εργαλείο της Ευρωπαϊκής Κοινότητας για την ορθολογική χρήση της ενέργειας στον κτιριακό τομέα. Οι διατάξεις καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες για θέρμανση χώρων, παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, ψύξης, αερισμού και φωτισμού, για νέα αλλά και υφιστάμενα κτίρια. Η οδηγία δεν καθορίζει τα επίπεδα και τη νομοθεσία για το κάθε μέλος της, αλλά τα κράτη μέλη οφείλουν να θεσπίσουν τους αντίστοιχους μηχανισμούς και τις απαιτήσεις λαμβάνοντας υπόψη τις τοπικές κλιματολογικές, οικονομικές και κοινωνικές συνθήκες. Η οδηγία βασίζεται στα ακόλουθα βασικά στοιχεία: 1) Κοινή μεθοδολογία για τον υπολογισμό της ολοκληρωμένης ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Στη μεθοδολογία αυτή, εκτός από τη θερμομόνωση, θα πρέπει να συνυπολογίζονται παράγοντες όπως οι εγκαταστάσεις θέρμανσης/κλιματισμού, η εφαρμογή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ο προσανατολισμός του κτιρίου κ.ά. 2) Καθορισμός ελάχιστων ορίων ενεργειακής απόδοσης για νέα κτίρια και υφιστάμενα κτίρια, σε περίπτωση που υποβάλλονται σε μεγάλης κλίμακας ανακαίνιση. 3) Θέσπιση συστημάτων πιστοποίησης ενεργειακής απόδοσης για νέα και υφιστάμενα κτίρια και, σε δημόσια κτίρια, τοιχοκόλληση των πιστοποιητικών και άλλων σχετικών πληροφοριών. 4) Τακτική επιθεώρηση των λεβήτων και των κεντρικών εγκαταστάσεων κλιματισμού στα κτίρια και, επιπλέον, αξιολόγηση της εγκατάστασης θέρμανσης όταν οι λέβητες είναι παλαιότεροι των 15 ετών. 17

27 Η οδηγία αφορά τον τομέα της κατοικίας και τον τριτογενή τομέα (γραφεία, δημόσια κτίρια κ.λπ.). Ωστόσο, από το πεδίο εφαρμογής των διατάξεων σχετικά με την πιστοποίηση εξαιρούνται τα ιστορικά κτίρια, τα βιομηχανικά κτίρια, κτίρια μικρότερα από 50 m 2 και κτίρια που δεν αποτελούν μόνιμες κατοικίες. Σύμφωνα με την οδηγία, τα πιστοποιητικά πρέπει να είναι διαθέσιμα κατά την κατασκευή, την πώληση ή την ενοικίαση των κτιρίων. Επίσης, προβλέπεται ότι οι χρήστες των κτιρίων πρέπει να ρυθμίζουν την κατανάλωσή ενέργειας σε θέρμανση και ζεστό νερό με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι οικονομικά συμφέρουσα. Τα κράτη μέλη υποχρεούνται να εξασφαλίζουν ότι η πιστοποίηση και η επιθεώρηση των κτιρίων θα διεξάγονται από εξειδικευμένο και ανεξάρτητο προσωπικό. Η οδηγία αυτή εντάσσεται στο πλαίσιο των πρωτοβουλιών της Κοινότητας σχετικά με την αλλαγή του κλίματος (υποχρεώσεις βάσει του Πρωτοκόλλου του Κυότο) και την ασφάλεια του εφοδιασμού (Πράσινη Βίβλος για την ασφάλεια του εφοδιασμού). Αφενός, η Κοινότητα εξαρτάται με αυξανόμενο ρυθμό από εξωτερικές πηγές ενέργειας και, αφετέρου, αυξάνονται οι εκπομπές αερίων που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η Κοινότητα έχει πολύ περιορισμένη δυνατότητα να μεταστρέψει τον ενεργειακό εφοδιασμό, αλλά μπορεί να επηρεάσει τη ζήτηση. Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, μέσω της βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης, αποτελεί επομένως μία από τις πιθανές λύσεις γι' αυτά τα δύο προβλήματα. Η παρούσα πρόταση αποτελεί συνέχεια των μέτρων σχετικά με τους λέβητες (92/42/ΕΟΚ), τα προϊόντα του τομέα των δομικών κατασκευών (89/106/ΕΟΚ) και των διατάξεων του προγράμματος SAVE σχετικά με τα κτίρια. Οδηγία 2006/32/ΕΕ της 5ης Απριλίου 2006 για την ενεργειακή απόδοση κατά την τελική χρήση και τις ενεργειακές υπηρεσίες (κατάργηση της οδηγίας 93/76/ΕΟΚ) Η οδηγία αυτή ακυρώνει την προηγούμενη της (93/76/ΕΟΚ). Ο σκοπός της οδηγίας αυτής είναι να ενισχυθεί η οικονομικά αποτελεσματική βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά την τελική χρήση στα κράτη μέλη με τους εξής τρόπους: 1) Θέτει ενδεικτικά μέτρα, κίνητρα καθώς και οικονομικά και νομικά πλαίσια έτσι ώστε να καταργηθούν τα εμπόδια και οι ατέλειες που εμποδίζουν την αποτελεσματική χρήση της ενέργειας. 2) Δημιουργεί συνθήκες για την ανάπτυξη και την προώθηση των υπηρεσιών ενέργειας, ώστε να εφαρμοστούν προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας και άλλα μέτρα που συντελούν στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης. Η οδηγία θεσπίζει για τα κράτη μέλη, μεταξύ άλλων, τις εξής απαιτήσεις: Λήψη μέτρων με στόχο την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας 9% για το ένατο έτος εφαρμογής της εφαρμογής της οδηγίας Σύσταση ανεξάρτητων δημόσιων οργανισμών, οι οποίοι θα είναι υπεύθυνοι για την παρακολούθηση της προόδου. Βελτίωση ενεργειακής απόδοσης στο δημόσιο τομέα με τα αποδοτικότερα μέσα στο συντομότερο δυνατό χρόνο, ώστε να ρόλος του να είναι υποδειγματικός. 18

28 Εξασφάλιση ότι η χρέωση στο λογαριασμό των καταναλωτών θα γίνεται με βάση την πραγματική κατανάλωση ενέργειας, ενώ θα περιλαμβάνονται σε αυτόν όλες οι απαραίτητες πληροφορίες ώστε να έχουν πλήρη εικόνα του ενεργειακού τους κόστους. Οδηγία 2010/31/ΕΕ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 19ης Μαΐου 2010, για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων (αναδιατύπωση της 2002/91/ΕΚ) Με την οδηγία αυτή, η οποία αποτελεί αναθεώρηση της προηγούμενης, θεσπίζονται οι ακόλουθες απαιτήσεις από τα κράτη μέλη: 1) Υιοθέτηση, σε εθνικό ή περιφερειακό επίπεδο, μιας κοινής μεθοδολογίας υπολογισμού της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, η οποία να λαμβάνει υπόψη τα θερμικά χαρακτηριστικά του κτιρίου, τις εγκαταστάσεις θέρμανσης/κλιματισμού και παροχής ζεστού νερού, τις εγκαταστάσεις φωτισμού, τις εσωτερικές κλιματικές συνθήκες, τη θετική επίδραση της ηλιοφάνειας, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΣΗΘ κ.ά. 2) Καθορισμός των ελάχιστων απαιτήσεων ενεργειακής απόδοσης που πρέπει να εμφανίζει ένα κτίριο ώστε να επιτευχθούν τα βέλτιστα από πλευράς κόστους επίπεδα. Το επίπεδο αυτών των απαιτήσεων αναθεωρείται κάθε πέντε χρόνια, ενώ δίνεται στα κράτη μέλη το δικαίωμα να διαφοροποιούν τα ελάχιστα όρια ανάλογα με το αν τα κτίρια είναι υφιστάμενα ή καινούρια, καθώς και ανάλογα με τη λειτουργία του κτιρίου. Από την εφαρμογή των ελάχιστων απαιτήσεων μπορούν να εξαιρεθούν τα προστατευόμενα κτίρια (όπως κτίρια ιστορικής αξίας), κτίρια χρησιμοποιούμενα ως χώροι λατρείας, προσωρινά κτίρια, κτίρια κατοικίας που χρησιμοποιούνται για περιορισμένο χρονικό διάστημα κάθε χρόνο και μεμονωμένα κτίρια με συνολική ωφέλιμη επιφάνεια μικρότερη από 50 m 2. 3) Κατάρτιση εθνικών σχεδίων που θα περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων, την πρακτική εφαρμογή του ορισμού του όρου Zero Energy Building με βάση τις εθνικές, περιφερειακές ή τοπικές συνθήκες, τους ενδιάμεσους στόχους για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των νέων κτιρίων έως το 2015 και πληροφορίες σχετικά με τις πολιτικές και τα οικονομικά μέτρα που λαμβάνονται υπέρ της προώθησης των κτιρίων με σχεδόν μηδενική ενεργειακή κατανάλωση συμβατικών ενεργειακών πηγών. 4) Θέσπιση συστήματος πιστοποίησης της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Το πιστοποιητικό ενεργειακής απόδοσης περιλαμβάνει την ενεργειακή απόδοση του κτιρίου, τιμές αναφοράς ώστε να διευκολύνεται η σύγκριση και αξιολόγησή της, πρόσθετες πληροφορίες όπως επί παραδείγματι το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτεται από ΑΠΕ, αλλά και συστάσεις για συμφέρουσες οικονομικά βελτιώσεις. Ο δείκτης ενεργειακής απόδοσης οφείλει να περιλαμβάνεται σε όλες τις διαφημίσεις πώλησης ή εκμίσθωσης του κτιρίου, ενώ το πιστοποιητικό θα πρέπει να 19

29 επιδεικνύεται στον υποψήφιο και να παραδίδεται στον τελικό ενοικιαστή ή αγοραστή. Επιπλέον, όταν πρόκειται για κτίρια εκτασης μεγαλύτερης των 500m 2, που χρησιμοποιούνται από δημόσια αρχή ή έχουν μεγάλη επισκεψιμότητα, το πιστοποιητικό θα πρέπει να αναρτάται σε περίοπτη για το κοινό θέση. 5) Τακτική επιθεώρηση των συστημάτων θέρμανσης και κλιματισμού των κτιρίων. 6) Θέσπιση ανεξάρτητων συστημάτων ελέγχου για τα πιστοποιητικά ενεργειακής απόδοσης και τις εκθέσεις επιθεώρησης. Ένας πολύ σημαντικός στόχος της οδηγίας αυτής είναι τα κτίρια χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης. Από τις 31 Δεκεμβρίου 2020 και μετά, όλα τα νέα κτίρια πρέπει να έχουν σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας συμβατικών ενεργειακών πηγών, ενώ τα νέα κτίρια που στεγάζουν δημόσιες αρχές ή είναι ιδιοκτησίας τους πρέπει να πληρούν τα ίδια κριτήρια από τις 31 Δεκεμβρίου Οδηγία 2012/27/ΕΕ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 22 Νοεμβρίου 2012, για την ενεργειακή απόδοση. Η πιο πρόσφατη αυτή οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την ενεργειακή απόδοση θέτει ένα κοινό πλαίσιο μέτρων για την προώθηση της ενεργειακής απόδοσης εντός της Κοινότητας, ώστε να επιτευχθεί ο στόχος της εξοικονόμησης κατά 20% μέχρι το 2020 και η κατανάλωση της ενέργειας να μην υπερβαίνει τους εκατομμύρια Ισοδύναμους Τόνους Πετρελαίου πρωτογενούς ενέργειας ή τους εκατομμύρια Ισοδύναμους Τόνους Πετρελαίου τελικής ενέργειας. Μεταξύ άλλων τα κράτη-μέλη αναλαμβάνουν τις παρακάτω δεσμεύσεις: Δημοσίευση μακροπρόθεσμης στρατηγικής για την ανακαίνιση του εθνικού κτιριακού αποθέματος, η οποία να περιλαμβάνει ανασκόπηση του εθνικού κτιριακού αποθέματος (βάσει στατιστικής δειγματοληψίας), εξεύρεση οικονομικώς αποδοτικών προσεγγίσεων για τις ανακαινίσεις ανάλογα με το είδος κτιρίου και την κλιματική ζώνη, πολιτικές και μέτρα για την τόνωση οικονομικώς αποδοτικών ριζικών ανακαινίσεων κτιρίων και τέλος την εκτίμηση της αναμενόμενης εξοικονόμησης ενέργειας. Ανακαίνιση των δημοσίων κτιρίων που έχουν επιφάνεια άνω των 500 m² σε ποσοστό τουλάχιστον 3% της συνολικής τους επιφάνειας. Προώθηση ενεργειακών ελέγχων, οι οποίοι θα διενεργούνται από ειδικευμένους εμπειρογνώμονες Εγκατάσταση μετρητών ενέργειας (ηλεκτρισμού, φυσικού αερίου, τηλεθέρμανσης και ζεστού νερού) που θα αντικατοπτρίζουν την πραγματική ενεργειακή κατανάλωση. Διασφάλιση ακριβούς πληροφόρησης τιμολόγησης σε όλα τα στάδια (διανομείς, διαχειριστές διανομής και εταιρείες λιανικής πώλησης ενέργειας). Προώθηση μέτρων για την αποδοτική χρήση ενέργειας από τους καταναλωτές, όπως φορολογικά κίνητρα, χρηματοδότηση, δανεισμός, επιδοτήσεις κ.ά. 20

30 1.7 Νομοθεσία σε εθνικό επίπεδο Η εισαγωγή στην έννοια της ενεργειακής οικονομίας έγινε πρώτη φορά με το νόμο-πλαίσιο Ν.40/75 περί «Λήψεως μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας». Ανάλογο θέμα δεν υπήρξε ποτέ ξανά στην ελληνική νομοθεσία και ως εκ τούτου καμια νομοθετική ρύθμιση δε μπορούσε να την «επικαλεστεί». Στη διάρκεια των ετών που ακολούθησαν θεσπίστηκε μια σειρά νόμων και κανονισμών με κατεύθυνση την εξοικονόμηση ενέργειας και την προστασία του περιβάλλοντος. Συνοπτικά: 1975 Ν.40/75 (Νόμος-Πλαίσιο) περί «Λήψεως μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας» 1979 «Κανονισμός για τη Θερμομόνωση των Κτιρίων» (ΚΘΚ) 1985 Άρθρο 26 του Ν.1577/85 «Γενικός Οικοδομικός Κανονισμός» (ΓΟΚ-2000) Άρθρο 26 του Ν.1577/85 «Κίνητρα Εξοικονόμησης Ενέργειας» Νόμος 1650/86 για την προστασία του περιβάλλοντος 1989 Υ.Α. 3046/304 «Κτηριοδομικός Κανομισμός» 1992 Ν.2052/92 περί «Μέτρων για την καταπολέμηση του αστικού νέφους» 1993 Οδηγία 93/76/ΕΟΚ (SAVE) για τον «Περιορισμό των εκπομπών CO 2 μέσω της βελτίωσης Ενεργειακής Απόδοσης» 1995 Σχέδιο Δράσης «Ενέργεια 2001» του Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε «Κανονισμός Κατανομής Δαπανών Θέρμανσης» 1998 Εναρμόνιση Κοινοτικής Οδηγίας SAVE (21475/4707 ΚΥΑ- ΦΕΚ880Β/ ) για τον «Περιορισμό των εκπομπών CO 2 με το καθορισμό μέτρων και όρων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων» - Άρθρο 4: Κ.Ο.Χ.Ε.Ε Υ.Α «ΔΑΚ Κανονισμός Ενεργειακών Επιθεωρήσεων» 2001 Στρατηγική Εξοικονόμησης στα κτίρια: Σχέδιο Δράσης «Ενέργεια 2001» 2001 Ν.2831/00 Τροποποίηση του ΓΟΚ (Ν.1577/85)- ΕΞΕ/ΑΠΕ 2002 Οδηγία 2002/91/ΕΚ για την «Ενεργειακή Απόδοση των Κτιρίων» Επιτροπή εμπειρογνωμόνων ΥΠΑΝ (Απόρριψη σχεδίου ΚΟΧΕΕ και αντικατάσταση με ΚΕΝΑΚ, Σχέδιο Μητρώου Ενεργειακών Επιθεωρητών) Κανονισμός Θερμομόνωσης Κτιρίων Η πρώτη ουσιαστική προσπάθεια της Ελλάδας για εξοικονόμηση ενέργειας στον κτιριακό τομέα εμφανίστηκε το 1979 με τον Κανονισμό Θερμομόνωσης Κτιρίων (ΦΕΚ 362Δ/1979). Πρόκειται για έναν κανονισμό που εφαρμοζόταν υποχρεωτικά από το 1979 μέχρι το 2010, χωρίς καμία απολύτως τροποποίηση, οπότε και αντικαταστάθηκε από τον ΚΕνΑΚ. Από τότε και μετά η θερμική προστασία των κατασκευών έγινε απαραίτητη για μελετητές και κατασκευαστές και η μελέτη θερμομόνωσης αποτελούσε αναπόσπαστο κομμάτι κάθε οικοδομικής άδειας. Ο κανονισμός καθόριζε τις απαιτήσεις για τη μόνωση του κτιρίων και περιελάμβανε: τον ορισμό των τιμών της θερμοκρασίας του εσωτερικού χώρου και προτεινόμενες τιμές ανά είδος κτιρίου, 21

31 τα ανώτερα όρια του συντελεστή θερμικής διαπερατότητας για τα διάφορα δομικά στοιχεία του κτιρίου, τα ανώτερα όρια θερμικών απωλειών λόγω αερισμού, υποδείξεις για τη βέλτιστη εφαρμογή της θερμομόνωσης εξωτερικά των δομικών στοιχείων για εκμετάλλευση της θερμικής τους μάζας σε κτίρια που χρησιμοποιούνταν συνεχώς, εσωτερικά των δομικών στοιχείων σε κτίρια που χρησιμοποιούνταν προσωρινά και στα οποία η χρήση τους απαιτούσε γρήγορη θέρμανση ή ψύξη του χώρου, υποδείξεις για την αποφυγή σχηματισμού υδρατμών και υγρασίας στα δομικά στοιχεία (αποφυγή θερμογεφυρών). Ο κανονισμός εφαρμοζόταν για κάθε οικοδομή προοριζόμενη για κατοικία ή παραμονή ατόμων προς άσκηση οποιασδήποτε δραστηριότητας (δεν απαιτείται για κτίρια αποθηκών κ.ά.), ενώ δεν διατύπωνε απαιτήσεις για τα υφιστάμενα κτίρια. Κύριος στόχος του κανονισμού ήταν η μείωση των απωλειών θερμότητας από το κτιριακό κέλυφος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απαιτήσεις θέρμανσης του κτιρίου και να εξασφαλίζεται [Καράμπαμπα, 2007]: Υγιεινή και ευχάριστη διαμονή των ενοίκων Ορθολογική κατανάλωση ενέργειας για τη θέρμανση και τον κλιματισμό των χώρων Οικονομία στις δαπάνες κατασκευής της εγκατάστασης θέρμανσης Μικρότερη ρύπανση του περιβάλλοντος από τα καυσαέρια ΚΟΧΕΕ Το επόμενο ουσιαστικό βήμα, στα πλαίσια της εθνικής νομοθεσίας για την εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια και σε συμμόρφωση με την Οδηγία SAVE 93/76/ΕΟΚ, έγινε με την έκδοση της Κοινής Υπουργικής Απόφασης 21475/4707/98 (ΦΕΚ 880Β) σχετικά με «τον περιορισμό των εκπομπών CO 2 με τον καθορισμό μέτρων και όρων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων», και ειδικότερα, με το Άρθρο 4 της ΚΥΑ αυτής, όπου θεσπίστηκε νέος Κανονισμός Ορθολογικής Χρήσης και Εξοικονόμησης Ενέργειας (ΚΟΧΕΕ). Ο ΚΟΧΕΕ, ο οποίος δεν εφαρμόστηκε ποτέ, είχε ως πεδίο εφαρμογής όλα τα νεοανεγερμένα κτίρια για την μελέτη και κατασκευή τους, καθώς και τα υφιστάμενα κτίρια για τη μελέτη των αναγκαίων επεμβάσεων βελτίωσης της ενεργειακής τους απόδοσης.τα βασικά του στοιχεία ήταν τα εξής [Λύτρας et al, 2000]: Επέβαλε την ενεργειακή μελέτη του κτιρίου, η οποία θα εξέταζε με πρότυπη μέθοδο τις ενεργειακές ανάγκες ενός κτιρίου για θέρμανση, ψύξη, φωτισμό και ζεστό νερό χρήσης. Η ετήσια κατανάλωση ενέργειας δεν έπρεπε να υπερβαίνει ανώτατα επιτρεπόμενα όρια ανά περιοχή και κτηριακή χρήση, με κριτήριο την θερμική και οπτική άνεση των κατοίκων. Επίσης, η ενεργειακή μελέτη θα μπορούσε να υποδεικνύει τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας και αξιοποίησης ΑΠΕ για το υπό μελέτη κτίριο. 22

32 Περιέγραφε τον τρόπο διενέργειας της Ενεργειακής Επιθεώρησης, μιας πρότυπης διαδικασίας καταγραφής της ενεργειακής συμπεριφοράς ενός υφιστάμενου κτιρίου για την πιστοποίηση της ενεργειακής του απόδοσης, ενώ παράλληλα αναλύονταν οι παράγοντες που την επηρεάζουν και προτείνονταν μέτρα για τη βελτίωση της. Τα αποτελέσματα της ενεργειακής μελέτης, οι δείκτες ενεργειακής απόδοσης και τα λοιπά ενεργειακά χαρακτηριστικά του κτιρίου θα αναγράφονταν σε ειδικό έντυπο, το Δελτίο Ενεργειακής Ταυτότητας. Το ΔΕΤΑ θα αποτελούσε αναπόσπαστο στοιχείο της οικοδομικής άδειας του κτιρίου και θα ήταν απαραίτητο σε όλες τις δικαιοπραξίες που καταρτίζονται για το ακίνητο. Με βάση το έντυπο ΔΕΤΑ και την ενεργειακή πιστοποίηση θα γινόταν η ενεργειακή βαθμονόμηση του κτιρίου, δηλαδή η κατάταξη του σε μια ενεργειακή κατηγορία ανάλογα με την ενεργειακή του απόδοση. Οι στόχοι του ΚΟΧΕΕ ήταν: α) Η εξοικονόμηση συμβατικής ενέργειας για τη θέρμανση, τη ψύξη, τον αερισμό, τον φωτισμό και το ζεστό νερό χρήσης, με συγκεκριμένους κανόνες και διατάξεις που περιορίζουν τις ενεργειακές ανάγκες. β) Η υποκατάσταση της συμβατικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για την κάλυψη μέρους ή του συνόλου των αναγκών σε ενέργεια στα κτίρια σε συνδυασμό με εφαρμογή των αρχών του βιοκλιματικού σχεδιασμού. γ) Η εξασφάλιση υγιεινής και άνετης διαβίωσης των ενοίκων του κτιρίου με τη διατήρηση των επιπέδων θερμικής και οπτικής άνεσης, καθώς και της καλής ποιότητας του εσωτερικού αέρα. δ) Η οικονομία στο κόστος κατασκευής και λειτουργίας των εγκαταστάσεων θέρμανσης - κλιματισμού. Το Υπουργείο Ανάπτυξης μαζί με το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας είχαν ολοκληρώσει από το 2002 τον ΚΟΧΕΕ, με σκοπό τη χρήση του για αντικατάσταση το 2006 του Κανονισμού Θερμομόνωσης Κτιρίων του 1979, που ίσχυε μέχρι τότε. Με αρωγό τα παραπάνω μέτρα κατατέθηκε στις 19 Μαίου 2008 στην Ελληνική Βουλή το σχέδιο νόμου (Ν.3661/2008) «Μέτρα για τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων». Νόμος 3661/2008 (ΦΕΚ 89/A/2010) "Μέτρα για τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων και άλλες διατάξεις" Η Ελλάδα ως μέλος της Ευρωπαϊκής Ένωσης συμμετέχει στην αναβάθμιση του κτιριακού τομέα με σκοπό τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης. Ο Νόμος 3661/2008 (ΦΕΚ 89/A/2010) για τα "Μέτρα για τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων και άλλες διατάξεις" αποτελεί το βασικό θεσμικό πλαίσιο για τη μεταφορά της Οδηγίας 2002/91/ΕΚ για την Ενεργειακή Απόδοση των Κτιρίων σε εθνικό επίπεδο. Ενσωματώνει όλες τις διατάξεις της Οδηγίας και προβλέπει την έκδοση Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης των Κτιρίων. 23

33 Κ.Εν.Α.Κ. Η ανάγκη για ολοκληρωμένο ενεργειακό σχεδιασμό των κτιρίων με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής τους απόδοσης, την εξοικονόμηση ενέργειας αλλά και την προστασία του περιβάλλοντος, οδήγησε στην θεσμοθέτηση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.Εν.Α.Κ.), όπως προβλέπεται στο Άρθρο 3 του νόμου 3661/2008 που εκδόθηκε με σκοπό την εναρμόνιση της ελληνικής νομοθεσίας με την οδηγία 2002/91/ΕΚ. Ο Κ.Εν.Α.Κ. είναι η πρώτη ολοκληρωμένη προσπάθεια από ελληνικής πλευράς όσον αφορά τον καθορισμό όλων των παραμέτρων που επιδρούν στην ενεργειακή απόδοση ενός κτιρίου. Σκοπός της εγκυκλίου αποτελεί η μείωση της κατανάλωσης συμβατικής ενέργειας για θέρμανση, κλιματισμό, φωτισμό και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης με την ταυτόχρονη διασφάλιση συνθηκών άνεσης στους εσωτερικού χώρους των κτιρίων. Ο σκοπός αυτός επιτυγχάνεται μέσω του ενεργειακού σχεδιασμού του κελύφους, της χρήσης ενεργειακά αποδοτικών δομικών υλικών και ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων, ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τα βασικά στοιχεία του Κ.Εν.Α.Κ. είναι τα παρακάτω: Ορίζεται μεθοδολογία υπολογισμού της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Καθορίζονται ελάχιστες απαιτήσεις για την ενεργειακή απόδοση και κατηγορίες για την ενεργειακή κατάταξη των κτιρίων. Καθορίζονται οι ελάχιστες προδιαγραφές για τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό των κτιρίων, τα θερμικά χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων του κελύφους και οι προδιαγραφές των Η/Μ εγκαταστάσεων. Ορίζεται το περιεχόμενο της μελέτης της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Καθορίζεται η μορφή του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης κτιρίου, καθώς και τα στοιχεία που περιλαμβάνει. Καθορίζεται η διαδικασία ενεργειακών επιθεωρήσεων των κτιρίων, καθώς και η διαδικασία επιθεωρήσεων λεβήτων και εγκαταστάσεων θέρμανσης και κλιματισμού. Νόμος 3851/2010 για την «Επιτάχυνση της ανάπτυξης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και άλλες διατάξεις» Με το Άρθρο 10 του νόμου αυτού τροποποιήθηκαν τα άρθρα του νόμου 3661/2008 σχετικά με την εφαρμογή ΑΠΕ στα κτίρια και θεσπίζονται οι απαιτήσεις για την κάλυψη των αναγκών με χρήση συστημάτων ΑΠΕ σε νέα και υφιστάμενα κτίρια. Τα βασικά σημεία είναι τα εξής: Για τα νέα κτίρια, πρέπει να εκπονείται μελέτη η οποία περιλαμβάνει την τεχνική, περιβαλλοντική και οικονομική σκοπιμότητα εγκατάστασης τουλάχιστον ενός από τα εναλλακτικά συστήματα παροχής ενέργειας, όπως αποκεντρωμένα συστήματα παροχής ενέργειας που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συμπαραγωγή 24

34 ηλεκτρισμού και θερμότητας, συστήματα θέρμανσης ή ψύξης σε κλίμακα περιοχής ή οικοδομικού τετραγώνου, καθώς και αντλίες θερμότητας. το αργότερο έως τις , θα πρέπει να καλύπτουν το σύνολο της πρωτογενούς ενεργειακής κατανάλωσής τους με τα παραπάνω συστήματα. καθίσταται υποχρεωτική η κάλυψη μέρους των αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης από ηλιοθερμικά συστήματα. Το ελάχιστο ποσοστό του ηλιακού μεριδίου σε ετήσια βάση καθορίζεται σε 60%. Για τα υφιστάμενα κτίρια, όταν υφίστανται ριζική ανακαίνιση, η ενεργειακή απόδοσή τους αναβαθμίζεται, στο βαθμό που αυτό είναι τεχνικά, λειτουργικά και οικονομικά εφικτό, ώστε να πληροί τις ελάχιστες απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης, όπως αυτές καθορίζονται στον ΚΕνΑΚ. καθορίζονται τακτικές επιθεωρήσεις στους λέβητες και στις εγκαταστάσεις θέρμανσης/κλιματισμού προκηρύσσονται προγράμματα για παρεμβάσεις με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των οικιών με χρηματοδότηση από το Πρόγραμμα Δημοσίων Επενδύσεων, ενώ καθορίζονται και οι λεπτομέρειες των προγραμμάτων αυτών. Νόμος 3855/2010 «Μέτρα για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά την τελική χρήση, ενεργειακές υπηρεσίες και άλλες διατάξεις» Αποτελεί ενσωμάτωση της οδηγίας 2006/32/ΕΚ στο εθνικό δίκαιο και σκοπός της είναι η εξοικονόμηση ενέργειας μέσω της ανταγωνιστικότητας της οικονομίας, της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού και της προστασίας του περιβάλλοντος. Ρυθμίζει την αγορά των επιχειρήσεων ενεργειακών υπηρεσιών ενώ επιπλέον διαμορφώνει το πλαίσιο για την εξοικονόμηση ενέργειας στο δημόσιο τομέα, προβλέποντας: τον καθορισμό των ελάχιστων απαιτήσεων ενεργειακής απόδοσης για τις προμήθειες του δημοσίου και των φορέων του ευρύτερου δημόσιου τομέα, τη χρήση μεθοδολογιών ελαχιστοποίησης του κόστους κύκλου ζωής των προμηθευόμενων ειδών ή συναφών μεθόδων, ώστε να διασφαλίζεται η οικονομική αποτελεσματικότητά τους. 1.8 Στόχοι και προοπτικές για το 2030 Πολλά έχουν επιτευχθεί από το 2008 που η Ευρωπαϊκή Ένωση υιοθέτησε το πρώτο πακέτο μέτρων για το κλίμα και την ενέργεια. Σημαντικές είναι οι βελτιώσεις που έχουν γίνει στη διαχείρηση της ενέργειας, χάρη σε πιο αποδοτικά κτίρια, προϊόντα, παραγωγικές διαδικασίες και οχήματα, και η Ένωση είναι πια σε καλό δρόμο για την επίτευξη των στόχων που έχει θέσει για το 2020: 20% μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, 20% της παραγόμενης ενέργειας να είναι από ΑΠΕ, 20% εξοικονόμηση ενέργειας, σε σχέση με τα επίπεδα του Οι στόχοι αυτοί έχουν παίξει ρόλο κλειδί στην ανάπτυξη αλλά και στη διατήρηση 4,2 εκατομμυρίων θέσεων εργασίας στις 25

35 βιομηχανίες γύρω από την ενέργεια, βάσει στοιχείων της Eurostat [European Comission, 2014]. Η υιοθέτηση της πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την ενέργεια και το κλίμα, και οι στόχοι που έχει θέσει για το 2020, έχουν επιφέρει σταδιακή πρόοδο με τα βήματα που έχουν επιτευχθεί να είναι τα παρακάτω [European Comission, 2014]: 1. Μειώθηκαν οι εκπομπές CO 2 κατά 18% το 2012 σε σχέση με το 1990, ενώ αναμένεται περαιτέρω μείωση κατά 24% και κατά 32% ως το 2020 και το 2030 αντίστοιχα, βάσει της τρέχουσας πολιτικής. 2. Ως το 2012 το ποσοστό της ενέργειας που παράγεται από ΑΠΕ έφτασε το 13% της συνολικής ενέργειας και αναμένεται να αυξηθεί σε 21% το 2020 και σε 24% το Στις χώρες Ευρωπαϊκής Ένωσης είχε εγκατασταθεί ως το τέλος του 2012 περίπου το 44% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ. 4. Η κατανάλωση ενέργειας στην ευρωπαϊκή οικονομία έχει μειωθεί κατά 24 % από το 1995 ως το 2011, ενώ το 30% της μείωσης αυτής οφείλεται στη βιομηχανία. 5. Η χρήση του άνθρακα στην ευρωπαϊκή οικονομία έχει μειωθεί κατά 28% από το 1995 ως το Η Ευρωπαική Ένωση έχει λοιπόν σημειώσει ικανοποιητική πρόοδο προς την επίτευξη των κλιματικών και ενεργειακών στόχων για το Λαμβάνοντας όμως υπόψη τις μακροπρόθεσμες προοπτικές που έχουν τεθεί από την Ευρωπ. Επιτροπή [στο Χάρτη Πορείας για τη μετάβαση σε μια οικονομία χαμηλών επιπέδων άνθρακα για το 2050 (2050 Roadmap), τον Ενεργειακό Χάρτη Πορείας για το 2050 και τη Λευκή Βίβλο], ο ουσιαστικός μακροπρόθεσμος στόχος είναι η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 80-95% κάτω από τα επίπεδα του 1990 έως το Από το 2008 έχουν αλλάξει πολλά, με κυριότερο την οικονομική κρίση που έχει επηρεάσει δυσμενώς την οικονομική κατάσταση των κρατών-μελών. Δυστυχώς η εξάρτηση της Ευρώπης από ξένα ορυκτά καύσιμα συνεχίζεται παρά το ότι οι τιμές των ορυκτών καυσίμων παραμένουν υψηλές, με αποτέλεσμα να απαιτούνται μεγάλα ποσά για την εισαγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου (το 2012 το κόστος ήταν 400 δισεκατομμύρια ευρώ ή αλλιώς το 3.1% του ΑΕΠ της ΕΕ), ενώ προβληματισμός υπάρχει στα νοικοκυριά και στις βιομηχανίες για το υψηλό κόστος της ενέργειας. Το Σύστημα Εμπορίας Δικαιωμάτων Εκπομπής (ΣΕΔΕ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης δεν έχει λειτουργήσει ικανοποιητικά, ώστε να οδηγήσει στην εφαρμογή τεχνολογιών με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Οι τεχνολογίες ΑΠΕ έχουν πια ωριμάσει και τα κόστη έχουν μειωθεί σημαντικά, η ραγδαία ανάπτυξη τους θέτει νέες προκλήσεις για το ρόλο που μπορούν να διαδραματίσουν στο σύστημα της ενέργειας. Επίσης, καθ οδόν προς την επίτευξη μιας παγκόσμιας συμφωνίας για την συνέχιση του Πρωτοκόλλου του Κυότο, η ΕΕ οφείλει να καθορίσει το επίπεδο της φιλοδοξίας για τους κλιματικούς στόχους για το 2030, ώστε να συμμετάσχει ενεργά στις διεθνείς διαπραγματεύσεις προς μια νέα παγκόσμια συμφωνία για το κλίμα που θα πρέπει να τεθεί σε ισχύ το 2020 και να καλύπτει τουλάχιστον την δεκαετία μέχρι το Κατόπιν όλων των παραπάνω, κρίθηκε αναγκαία η κατάρτιση ενός στρατηγικού πλαισίου με ορίζοντα το 2030 σχετικά με τους στόχους και τις πολιτικές της ΕΕ για την αλλαγή του κλίματος και την ενέργεια. Οι στόχοι παρουσιάστηκαν τον Ιανουάριο του 2014 και, σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση της Ευρωπαϊκής Ένωσης, σκοπό έχουν τη συνεχή πρόοδο προς μια οικονομία χαμηλής σε εκπομπές 26

36 διοξειδίου του άνθρακα, την ανταγωνιστικότητα του κλάδου και την αύξηση της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού της Ευρώπης, ώστε η ενέργεια να είναι οικονομικά προσιτή σε όλους τους καταναλωτές. Επίσης, βασικό μέλημα είναι η μείωση της εξάρτησης από τις εισαγωγές ενέργειας, καθώς και η δημιουργία νέων θέσεων εργασίας Βασικά στοιχεία του πλαισίου Η επιτροπή προτείνει ως επίκεντρο της πολιτικής για την ενέργεια και το κλίμα να είναι ένας δεσμευτικός ευρωπαϊκός στόχος για τη μείωση των εγχώριων εκπομπών CO 2 κατά 40% σε σχέση με το Για την επίτευξη του στόχου αυτού, προτείνεται ένας πανευρωπαϊκός στόχος για την αύξηση της συμμετοχής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο ενεργειακό μείγμα κατά 27% σε σχέση με το 1990, ενώ δεν επιβάλλονται δεσμευτικοί στόχοι για τα κράτη-μέλη μεμονωμένα και τους παρέχεται η ευελιξία να θέσουν τους εθνικούς τους στόχους. Ο στόχος αυτός, ωστόσο, δεν προτείνεται να επιμεριστεί σε νομικά δεσμευτικούς στόχους για κάθε κράτος μέλος. Η Επιτροπή έχει αναβάλει την απόφαση για έναν στόχο εξοικονόμησης ενέργειας μέχρι την αναθεώρηση της υφιστάμενης νομοθεσίας, αργότερα μέσα στο Εκτιμάται, όμως, ότι ο στόχος για μείωση των εκπομπών κατά 40% απαιτεί αύξηση στα επίπεδα εξοικονόμησης ενέργειας κατά 25% το Δεν κρίνεται απαραίτητο να θεσπιστούν νέοι στόχοι σε επιμέρους τομείς, όπως οι μεταφορές ή τα κτίρια μετά το 2020, καθώς ακολουθείται μια πιο ολιστική προσέγγιση στην εξοικόνομηση ενέργειας στην ΕΕ Εθνικά σχέδια για την ενέργεια Τα κράτη-μέλη χρειάζονται ευελιξία για να επιλέξουν τα μέτρα που ταιριάζουν καλύτερα στο εχγώριο ενεργειακό τους μείγμα, η ευελιξία όμως αυτή θα πρέπει να είναι συμβατή με τους ευρωπαϊκούς στόχους για το κλίμα και την ενέργεια. Η πολιτική της Ε.Ε. και οι εθνικές πολιτικές θα πρέπει να ασκούνται συμπληρωματικά αλλά και, συγχρόνως, ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Για αυτό η επιτροπή προτείνει την κατάρτιση εθνικών σχεδίων για την ανταγωνιστικότητα, την ασφάλεια και τη βιωσιμότητα της ενέργειας, με κατεύθυνση την ικανοποίηση των απαιτήσεων της ΕΕ. Συγκεκριμένα, τα εθνικά σχέδια θα πρέπει: να περιγράφουν τα μέτρα που θα λάβει το κάθε κράτος-μέλος ώστε να πετύχει την απαραίτητη μείωση στις εκπομπές CO 2, αλλά και να δηλώνονται τα ποσά ενέργειας που θα επιτευχθούν από τη χρήση ΑΠΕ και από τεχνικές εξοικονόμησης, να καταρτιστούν μέσα από μια διαλογική διαδικασία μεταξύ των γειτονικών κρατών-μελών, ώστε το κάθε μέλος να επωφελείται από ευρύτερες λύσεις στον τομέα της ενέργειας (επάρκεια παραγωγής ενέργειας κ.ά.), να αξιολογηθούν από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, ώστε να εξεταστεί η επάρκεια των μέτρων και των δεσμεύσεων προς την επίτευξη των ευρωπαϊκών στόχων, και στην περίπτωση που κριθούν ανεπαρκή, να ενισχυθεί το περιεχόμενό τους, να έχουν καταρτιστεί πριν το 2020 ώστε τα μέτρα να εφαρμοστούν εγκαίρως από το 2020 ως το 2030 και να ενθαρρυνθεί η εφαρμογή τους. 27

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή στα κτίρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης Ο κτιριακός τομέας είναι υπεύθυνος για το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης παγκοσμίως καθώς και για το 33% των άμεσων και έμμεσων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου [IEA, 2008]. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την κλιματική αλλαγή και τη διαρκή μείωση των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων, οδηγεί στη συνεχή έρευνα για μέτρα με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας. Στα πλαίσια της ανάγκης για μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης του κτιριακού τομέα προέκυψε η ιδέα της δημιουργίας κτιρίων υψηλής ενεργειακής αποδοτικότητας με μηδενική κατανάλωση ενέργειας από συμβατικά καύσιμα (Zero Energy Buildings, ZEB). Η έννοια του κτιρίου μηδενικής ενέργειας ή μηδενικών εκπομπών δεν είναι καινούρια. Έχει εμφανιστεί στη βιβλιογραφία ήδη από τις δεκαετίες του 1970, 1980 και 1990 (Esbesen και Korsgaard,1977, Gilijamse, 1995). Ωστόσο μετά το 2000 το παγκόσμιο ενδιαφέρον στράφηκε στα ZEB και αναπτύχθηκαν πολλά εθνικά και διεθνή προγράμματα για τη μελέτη και την εφαρμογή τους (IEA SHC Task 40/ ECBCS Annex 52 Towards Net Zero Energy Solar Buildings, Strategic Research Centre on Zero Emission Building στη Δανία, Research Centre on Zero Emission Building στη Νορβηγία, Zero Carbon Hub στο Ηνωμένο Βασίλειο κ.ά.) [Marszal et al, 2010]. Τον Απρίλιο του 2010 η Ευρωπαϊκή Επιτροπή εξέδωσε την αναθεώρηση της οδηγίας για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων (EPBD), σύμφωνα με την οποία όλα τα νέα κτίρια από τις 31 Δεκεμβρίου 2020 πρέπει να είναι Nearly Zero energy buildings, δηλαδή κτίρια σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, ενώ τα νέα κτίρια που στεγάζουν δημόσιες αρχές ή είναι ιδιοκτησίας τους πρέπει να πληρούν τα ίδια κριτήρια από τις 31 Δεκεμβρίου Παρά τις πολυάριθμες δράσεις προς την κατεύθυνση των nzebs, ο ορισμός του κτιρίου μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης παραμένει στις περισσότερες περιπτώσεις ακόμα γενικός και ασαφής. Σχετικά καλύτερα έχει δομηθεί ο ορισμός των zero carbon homes στο Ηνωμένο Βασίλειο, αν και είναι λίγο περιορισμένος καθώς αφορά στο πεδίο των νέων κατοικιών, με στόχο όλα τα καινούρια σπίτια να είναι μηδενικών εκπομπών ως το Αν και ακόμα δεν υπάρχει σαφής ορισμός, η έννοια του nzeb συνοψίζεται στα εξής σημεία: χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις, υψηλή ενεργειακή αποδοτικότητα, κάλυψη ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ [Arisoy and Corgnati, 2013]. Η κεντρική ιδέα για το ΖΕΒ και το nzeb είναι η παρακάτω [Torcellini et al, 2006]: Zero energy building είναι το κτίριο το οποίο είναι κατασκευασμένο έτσι ώστε να εκμεταλλεύεται πλήρως την βιοκλιματική αρχιτεκτονική, να έχει όσο το δυνατόν λιγότερες ενεργειακές απαιτήσεις, και η εισερχόμενη ενέργεια από το δίκτυο με την εξερχόμενη ενέργεια να είναι ίσες κατά την διάρκεια ενός έτους. Nearly Zero energy building είναι το κτίριο το οποίο έχει πολύ υψηλή ενεργειακή συμπεριφορά. Η πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται το κτίριο πρέπει να καλύπτεται σε μεγάλο βαθμό από ΑΠΕ που παράγονται επί τόπου ή κοντά στο χώρο που βρίσκεται το κτίριο. 28

38 Η ενέργεια που εισέρχεται στο ΖΕΒ πρέπει να παράγεται και αυτή από ΑΠΕ σε σταθμούς της περιοχής γύρω από το κτίριο. Ακολούθως παρατίθεται ο πίνακας που εξηγεί τις επιλογές που υπάρχουν για παροχή ενέργειας στο ΖΕΒ και δείχνει τη διαφορά της on-site και off-site ενέργειας [Torcellini et al, 2006]: Πίνακας 3: Επιλογές παροχής ενέργειας σε κτίριο ZEB [Πηγή: Torcellini et al, 2006] Επιλογή Επιλογές παροχής ενέργειας στο ZEB Παραδείγματα Α. Φυσικός φωτισμός 0 Μείωση της απαιτούμενης ενέργειας μέσω τεχνολογιών χαμηλής κατανάλωσης Β. Υψηλά αποδοτικός εξοπλισμός θέρμανσης, ψύξης, εξαερισμού Γ. Φυσικός αερισμός Παροχή ενέργειας από πηγές που βρίσκονται στο οικόπεδο του κτιρίου (on-site) Α. Φωτοβολταϊκά πάνελ 1 Χρήση ΑΠΕ εγκατεστημένες πάνω στο κτίριο Β.Ηλιακοί συλλέκτες για ΖΝΧ Γ.Ανεμογεννήτρια στο κτίριο Α. Φωτοβολταϊκά πάνελ 2 Χρήση ΑΠΕ εγκατεστημένες στο οικόπεδο του κτιρίου Β.Ηλιακοί συλλέκτες για ΖΝΧ Γ. Υδροηλεκτρικός σταθμός μικρής ισχύος Δ. Ανεμογεννήτρια εγκατεστημένη στο οικόπεδο αλλά όχι πάνω στο κτίριο Παροχή ενέργειας από πηγές που δεν βρίσκονται στο οικόπεδο του κτιρίου (off-site) 3 Χρήση ΑΠΕ που είναι διαθέσιμες εκτός του χώρου του κτιρίου για παραγωγή ενέργειας στο κτίριο 4 Αγορά ενέργειας από ΑΠΕ που είναι διαθέσιμες εκτός του χώρου του κτιρίου Α. Βιομάζα, pellets, biodiesel που εισάγονται στο κτίριο με σκοπό την παραγωγή ενέργειας στο χώρο που βρίσκεται το κτίριο Α. Ανεμογεννήτριες, Φωτοβολταϊκά πάρκα, Υδροηλεκτρικός σταθμός ιδιοκτησίας εταιρίας παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Β. Αγορά credits εκπομπής ρύπων ή αγορά άλλων «πράσινων» επιλογών Επιλογή 0: Το βασικότερο βήμα για την επίτευξη του ZEB είναι η μείωση της απαιτούμενης ενέργειας για το κτίριο, καθώς είναι προφανώς προτιμότερο να εξοικονομείται ενέργεια παρά να παράγεται επιπλέον. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν τεχνικές που στοχεύουν στην εκμετάλλευση του φυσικού φωτός, του 29

39 φυσικού δροσισμού, τον προσανατολισμό και άλλα, ενώ περιλαμβάνει ακόμη την εγκατάσταση μόνωσης, αντικατάσταση κουφωμάτων και εγκαταστάσεις υψηλής απόδοσης θέρμανσης-ψύξης-φωτισμού. Επιλογή 1: Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν κτίρια που έχουν στην επιφάνεια τους, εγκατεστημένα στην οροφή ή ενσωματωμένα στο κέλυφος, συστήματα παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ (φωτοβολταϊκά πάνελ, ηλιακούς συλλέκτες και ανεμογεννήτρια μικρής ισχύος). Πρόκειται για τη συνηθέστερη λύση κατά την οποία δεν απαιτείται μεταφορά και διανομή της ενέργειας και συνεπώς δεν υπάρχουν απώλειες. Επιλογή 2: Στην κατηγορία αυτή υπάγονται κτίρια που καλύπτουν τις ανάγκες τους από συστήματα ΑΠΕ (φωτοβολταϊκά πάνελ, ηλιακοί συλλέκτες, μικρής ισχύος υδροηλεκτρικοί σταθμοί και ανεμογεννήτριες), με τη διαφορά ότι αυτά δεν είναι εγκατεστημένα πάνω στο κτίριο, αλλά στο οικόπεδό του. Επιλογή 3: Εδώ ανήκουν ΑΠΕ που είναι διαθέσιμες έξω από το κτίριο και εισάγονται σε αυτό για την κάλυψη των ενεργειακών του αναγκών, όπως βιομάζα, pellets, αιθανόλη, biodiesel, βιοκαύσιμα κ.ά. και χρησιμοποιούνται κυρίως για θέρμανση. Χαρακτηρίζονται ως off-site ΑΠΕ γιατί απαιτείται να μεταφερθούν στο κτίριο, που σημαίνει πρόσθετη σπατάλη ενέργειας. Επιλογή 4: Τέλος, όταν δεν καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου από τις παραπάνω μορφές ΑΠΕ, τότε μπορεί να αγοραστεί ενέργεια που παράγεται από ΑΠΕ όπως φωτοβολταϊκά πάρκα, ανεμογεννήτριες κλπ. Εικόνα 11: Επισκόπηση των επιλογών παροχής ενέργειας από ΑΠΕ στα Net ZEBs [Πηγή: Marszal et al, 2009] 30

40 2.2 Ορισμοί Για τον όρο ZEB δεν υπάρχει ένας καθολικός ορισμός, καθώς είναι πολλά τα ενδιαφερόμενα μέρη που σχετίζονται με το κτίριο και το καθένα εστιάζει σε διαφορετικά πράγματα. Για παράδειγμα, ο ιδιοκτήτης του κτιρίου ενδιαφέρεται κυρίως για το κόστος της εγκατάστασης και για το χρόνο απόσβεσης. Οι κρατικοί οργανισμοί εστιάζουν στα εθνικά νούμερα με στόχο να καλύψουν τις απαιτήσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης, ο αρχιτέκτονας και ο μηχανικός στοχεύουν στη μεγαλύτερη δυνατή αυτονομία του κτιρίου τοποθετώντας περισσότερες τεχνολογίες ΑΠΕ πάνω στο κτίριο, ενώ οι οικολογικές οργανώσεις εστιάζουν στην εκπομπή ρύπων. Έτσι έχουν προταθεί οι ακόλουθοι τέσσερις διαφορετικοί ορισμοί για το ZEB [Torcellini et al, 2006]: Net Zero Site Energy: Ένα site ZEB παράγει τουλάχιστον όση ενέργεια χρειάζεται κατά τη διάρκεια ενός έτους από ΑΠΕ εγκατεστημένες στην τοποθεσία του κτιρίου. Net Zero Source Energy: Ένα source ZEB παράγει τουλάχιστον όση πρωτογενή ενέργεια χρειάζεται κατά τη διάρκεια ενός έτους. Για να υπολογίσουμε τη συνολική πρωτογενή ενέργεια που χρησιμοποιεί ένα κτίριο αρκεί να πολλαπλασιάσουμε την εισερχόμενη και εξερχόμενη ενέργεια με τους αντίστοιχους συντελεστές μετατροπής της ενέργειας σε πρωτογενή για κάθε μορφή ενέργειας. Net Zero Energy Costs: Σε ένα cost ZEB, το ποσό των χρημάτων που πληρώνει η εταιρία παραγωγής ενέργειας στον ιδιοκτήτη για την εξερχόμενη από το κτίριο ενέργεια πρέπει να είναι ίσο με το ποσό που πληρώνει ο ιδιοκτήτης στην εταιρία για την εξυπηρέτηση και για την ενέργεια που αγοράζει όλο το έτος. Net Zero Energy Emissions: Σε ένα emissions ZEB, η εκπομπή ρύπων από τη χρήση συμβατικών καυσίμων αντισταθμίζεται από τη χρήση ΑΠΕ. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε ορισμού Net Zero Site Energy: Ένα site ZEB παράγει όση ενέργεια χρειάζεται κατά τη διάρκεια ενός έτους. Στις τεχνολογίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με βάση τον ορισμό περιλαμβάνονται τα φωτοβολταϊκά στις στέγες, οι ηλιακοί συλλέκτες και η μικρή ανεμογεννήτρια, ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ενέργεια που παράγεται κοντά στην τοποθεσία του κτιρίου όπως φωτοβολταϊκά σε πάρκιν, υδροηλεκτρική ενέργεια κλπ. Ένα σημαντικό μειονέκτημα αυτού του ορισμού είναι ότι δε λαμβάνει υπόψη τους συντελεστές μετατροπής της καταναλισκόμενης ενέργειας σε πρωτογενή. Για παράδειγμα, η ηλεκτρική παραγόμενη ενέργεια και η ενέργεια από φυσικό αέριο που χρησιμοποιεί το κτίριο θεωρούνται ισοδύναμες, όμως η ηλεκτρική ενέργεια έχει τριπλάσια αξία. Επομένως, σε κτίρια με εκτεταμένη χρήση φυσικού αερίου θα πρέπει να έχουμε και μεγάλη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για να αντισταθμιστεί αυτό το μειονέκτημα, με συνέπεια το site ZEB να απαιτεί πολύ καλό σχεδιασμό και εξοπλισμό, πράγμα που σημαίνει 31

41 μεγαλύτερο κόστος για την κατασκευή του. Ωστόσο, το site ZEB είναι το είδος που επηρεάζεται λιγότερο από εξωτερικούς παράγοντες και έτσι αποτελεί το πιο πλήρες μοντέλο ZEB. Επιπλέον, οι μετρήσεις επαληθεύονται εύκολα στην τοποθεσία του κτιρίου, σε αντίθεση με άλλα είδη ZEB, γεγονός που δευκολύνει την εφαρμογή του. Net Zero Source Energy: Αυτός ο ορισμός έρχεται να καλύψει την αδυναμία του προηγούμενου μοντέλου. Η εισερχόμενη και η εξερχόμενη ενέργεια στο κτίριο πολλαπλασιάζεται με τους αντίστοιχους συντελεστές μετατροπής σε πρωτογενή ενέργεια και με αυτόν τον τρόπο εκμεταλλεύεται την αξία της ηλεκτρικής ενέργειας, η αξία της οποίας είναι τριπλάσια από το συντελεστή του φυσικού αερίου. Έτσι σε αυτό το μοντέλο ZEB μπορεί να γίνεται εκτεταμένη χρήση φυσικού αερίου, γεγονός που ίσως το απομακρύνει από τον αρχικό στόχο που είναι όλη η ενέργεια που χρησιμοποιεί το κτίριο να παράγεται από ΑΠΕ. Net Zero Energy Costs: Τα έσοδα από την εξερχόμενη ενέργεια που πουλάει ένα cost ZEB πρέπει να καλύπτουν τα έξοδα διανομής της εισερχόμενης ενέργειας, τους φόρους καθώς και τα έξοδα για τις μετρήσεις της ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για ένα μοντέλο ZEB εύκολο στην εφαρμογή και στη μέτρηση, που όμως απαιτεί μετρητικές διατάξεις και διάφορες χρεώσεις. Net Zero Energy Emissions: Σε αυτό το μοντέλο ZEB, η ενέργεια που παράγεται από ΑΠΕ στο κτίριο πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση με την ενέργεια που παράγεται από συμβατικά καύσιμα, έτσι ώστε το τελικό ισοζύγιο ρύπων να είναι μηδέν. Η επιτυχία στην επίτευξη αυτού του τύπου ZEB συνδέεται άμεσα με τη χρησιμοποιούμενη πηγή για παραγωγή ενέργειας (π.χ. κάρβουνο, αιολικό πάρκο, πυρηνική ενέργεια κ.ά.) και τους αντίστοιχους συντελεστές εκπομπής ρύπων. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε τύπου ZEB παρουσιάζονται συνοπτικά στον Πίνακα 4: 32

42 Πίνακας 4: Περίληψη ορισμών ZEB [Πηγή: Torcellini et al, 2006] Ορισμός Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Άλλα θέματα Site ZEB Εύκολο στην εφαρμογή Επαληθεύσιμες μετρήσεις στην τοποθεσία του Συντηρητική προσέγγιση στην επίτευξη ZEB Οι εξωτερικοί παράγοντες δεν το επηρεάζουν πολύ Εύκολο στην κατανόησή του Απαιτεί περισσότερα φωτοβολταϊκά πάνελ Δεν περιέχει όλα τα έξοδα λειτουργίας Δεν εξισώνει τις μορφές ενέργειας Δε λαμβάνει υπόψη τους ρύπους που παράγει κάθε μορφή ενέργειας Ενισχύει τον ενεργειακά αποδοτικό σχεδιασμό Source ZEB Εξισώνει τις διάφορες μορφές ενέργειας με βάση την πρωτογενή Καλύτερο μοντέλο όσον αφορά το εθνικό σύστημα Ευκολότερο ZEB να δημιουργηθεί Δε λαμβάνει υπόψη τους ρύπους που παράγει κάθε μορφή ενέργειας Δε λαμβάνει υπόψη όλα τα έξοδα ενέργειας Οι υπολογισμοί σε πρωτογενή ενέργεια πολύ μεγάλοι Απαιτούνται συντελεστές μετατροπής καταναλισκόμενης ενέργειας σε πρωτογενή, που απαιτούν αρκετές πληροφορίες για να καθοριστούν Δεν εστιάζει πολύ στον ενεργειακό σχεδιασμό Cost ZEB Εύκολο στην εφαρμογή και στη μέτρηση Οι νόμοι της αγοράς έχουν ως αποτέλεσμα μια καλή ισορροπία μετξύ των διαφόρων μορφών καυσίμων Επιτρέπει τον έλεγχο στην πλευρά της ζήτησης της ενέργειας (καταναλωτή) Ελέγξιμο μέσω των λογαριασμών Όχι σημαντική επίδραση σε εθνικό επίπεδο γιατί μπορεί η αποθήκευση ενέργειας από PV να είναι πιο συμφέρουσα από την εξαγωγή στο δίκτυο Απαιτεί μετρητές ώστε η εξαγόμενη ηλεκτρική ενέργεια να αντισταθμίσει τις χρεώσεις της εισαγόμενης ενέργειας και των υπηρεσιών Απαιτεί κάθε μήνα service και άλλες χρεώσεις Αν οι μετρητικές διατάξεις δεν λειτουργούν καλά και ξεπεράσουν τα όρια χωρητικότητας, αλλάζουν και οι τιμές της εισαγόμενης και εξαγόμενης ενέργειας Οι ασταθείς τιμές της ενέργειας κάνουν δύσκολη την επίτευξη του Emissions ZEB Το καλύτερο μοντέλο ZEB για πράσινη ανάπτυξη Λαμβάνει υπόψη τους συντελεστές μολυνσης των μορφών ενέργειας Απαιτεί κατάλληλους συντελεστές εκπομπής ρύπων Ευκολότερο ZEB για να επιτευχθεί 33

43 2.3 Διαχωρισμός ανάλογα την σύνδεση του κτιρίου στο δίκτυο Τα κτίρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης διαχωρίζονται με βάση του αν είναι διασυνδεδεμένα ή μη στο εθνικό δίκτυο διανομής και μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Off-grid ZEB: Off-grid ΖΕΒ είναι το κτίριο το οποίο είναι αποκομμένο από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα τέτοιο κτίριο πρέπει να καλύπτει τις ενεργειακές του ανάγκες αποκλειστικά και μόνο από τις δικές του πηγές. Αναγκαίο στοιχείο είναι η ύπαρξη συσσωρευτών για την τροφοδότηση του κτιρίου σε περιόδους που δεν παράγεται ενέργεια (όπως νύχτα, περίοδος συννεφιασμένου καιρού). Επιπλέον το πλεόνασμα ενέργειας σε περιόδους μεγάλης ηλιοφάνειας πρέπει να αποθηκεύεται, αφού δε μπορεί ν εξαχθεί στο δίκτυο. Το κόστος είναι μεγάλο για την επίτευξη ενός off-grid ΖΕΒ λόγω του αυξημένου κόστους των συσσωρευτών, ενώ παράλληλα οι υπάρχουσες τεχνολογίας αποθήκευσης ενέργειας είναι πολύ περιορισμένες κάνοντας την επίτευξη ενός off-grid ZEB ακόμα δυσκολότερη. On-grid ZEB: Είναι η πιο συνηθισμένη μορφή ΖΕΒ, όπου το κτίριο είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο και συνεπώς μπορεί να εξάγει ενέργεια στο δίκτυο σε περίπτωση που η παραγόμενη ενέργεια υπερκαλύπτει τις ανάγκες του, αλλά και να εισάγει ενέργεια από αυτό σε περιόδους που η ενέργεια που παράγει από ΑΠΕ δεν επαρκεί για την κάλυψη των αναγκών του. 2.4 Υλοποίηση nzeb Για την υλοποίηση ενός near-zero energy building, zero energy building ή ακόμα και positive-energy building, είναι απαραίτητη η σχεδίαση του κτιρίου σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, που αναλύονται σε επόμενο κεφάλαιο, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών και την προσαρμογή τους στις περιβαλλοντικές απαιτήσεις. Αφού επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργεια με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό του κτιρίου, την εφαρμογή παθητικών συστημάτων αλλά και την χρήση ενεργειακά αποδοτικών συσκευών, οι υπόλοιπες ενεργειακές απαιτήσεις καλύπτονται από την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Τότε μόνο αποκτά ουσιαστικό νόημα η εγκατάσταση συστημάτων αξιοποίησης ΑΠΕ και το κτίριο έχει πραγματικά μηδενικό οικολογικό αποτύπωμα. 2.5 Προβληματισμοί σχετικά με τα nzeb Περαιτέρω έρευνα είναι απαραίτητη για την κατανόηση όλων των παραμέτρων που σχετίζονται με τα nζεβ και για την αξιοποίηση κάθε οφέλους, που η υλοποίησή τους μπορεί να προσφέρει. Μέχρι στιγμής υπάρχουν συγκεκριμένα ζητήματα και προβληματισμοί προς επίλυση με πρώτο και κυριότερο το ότι δεν υπάρχει ακόμη ένας ενιαίος, γενικά αποδεκτός ορισμός ούτε μια ενιαία μεθοδολογία για τον έλεγχο και το χαρακτηρισμό κτιρίων ως κτιρίων μηδενικής ενέργειας. Οι επικρατέστερες μέθοδοι και οι επικρατέστεροι ορισμοί είναι αυτοί που αναφέρθηκαν. 34

44 Προσεγγίζοντας το θέμα ρεαλιστικά, είναι πιθανόν ένα κτίριο να εντάσσεται σε μία από τις κατηγορίες nζεβ, αλλά να μην επιτυγχάνει κάθε χρόνο την αντιστάθμιση των ενεργειακών του καταναλώσεων ή μηδενικό ενεργειακό κόστος ή μηδενικές εκπομπές ρύπων, καθώς αυτό εξαρτάται από την κατάσταση του κτιρίου, τους χρήστες, τις λειτουργίες του και τις μεταβαλλόμενες από χρόνο σε χρόνο κλιματικές συνθήκες ή το μεταβαλλόμενο κόστος ενέργειας. Όπως προαναφέρθηκε, ήδη με απόφαση του 2002, προβλέπεται ότι από το 2019 όλα τα νέα κτίρια στην Ευρώπη θα πρέπει να παράγουν όση ενέργεια καταναλώνουν. Μπορεί να δίνεται περισσότερη έμφαση στις νέες κατασκευές, είναι καθοριστικής σημασίας ωστόσο να τονιστεί ότι η κατασκευή των νέων κτιρίων με μηδενική ή σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας δεν θα λύσει το πρόβλημα στον κτιριακό τομέα, καθώς τα νέα κτίρια που κατασκευάζονται είναι πολύ λίγα και οι ρυθμοί κατεδάφισης των παλαιών κτιρίων και κατασκευής νέων αρκετά μικροί. Με αυτά τα δεδομένα θα χρειάζονταν πολλά χρόνια για να ανανεωθεί το υπάρχον κτιριακό δυναμικό. Δεν μπορούν λοιπόν σε καμία περίπτωση να παραβλεφθούν οι ήδη υπάρχουσες κατασκευές, οι οποίες αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό του δομημένου περιβάλλοντος. Το ήδη υπάρχον δομημένο περιβάλλον ευθύνεται για τη δαπάνη μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας, ενώ παράλληλα έχει υψηλό δυναμικό εξοικονόμησης ενέργειας.η μεγάλη αξία των αναπτυσσόμενων τεχνολογιών για τα nzeb θα είναι η εφαρμογή τους στα υφιστάμενα κτίρια προς την κατεύθυνση αποδοτικότερων κτιρίων, με βελτιωμένη ενεργειακή συμπεριφορά. Η βελτίωση και η ένταξη των υφιστάμενων κτιρίων στα nζεβ αποτελεί πολύ μεγαλύτερη πρόκληση από την κατασκευή ενός νέου κτιρίου μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, επομένως, χρειάζονται έναν ιδιαίτερο ορισμό στον οποίο θα μπορούν να εντάσσονται και αυτά [Κοσμόπουλος, Παπακώστας, 2012]. Επιπλέον αποτελεί πρόκληση η δημιουργία πολυώροφων κατασκευών μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα, οι οποίες είναι πρακτικά δύσκολο να παράγουν όλη την ενέργεια που χρειάζονται για τη λειτουργία τους από τα συστήματα εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών. Σε αυτή την περίπτωση αποκτά ιδιαίτερο νόημα η σχεδίαση σε κλίμακα ομάδων κτιρίων, οικοδομικών τετραγώνων, συνοικιών ή ακόμα και πόλεων αντί για μεμονωμένα κτίρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης [Arisoy and Corgnati, 2013]. Θα μπορούσαμε δηλαδή να μιλήσουμε για «zero-energy clusters» ή «zero-energy towns», τα οποία δεν θα αποτελούνται από ένα άθροισμα κτιρίων μηδενικής ενέργειας, αλλά η συνολική παραγωγή ενέργειας θα ισοφαρίζει τη συνολική ζήτηση [Voss et al]. Σε τέτοια συγκροτήματα ή πόλεις, κάποια κτίρια με υψηλό δυναμικό παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ θα μπορούσαν να αποτελούν positive-energy buildings, να παράγουν δηλαδή περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζονται τα ίδια, και με το πλεόνασμα ενέργειας να καλύπτονται ανάγκες άλλων κτιρίων. Επιπλέον, η κάλυψη μέρους των ενεργειακών αναγκών του οικιστικού συνόλου είναι δυνατόν να γίνεται από ενέργεια που παράγεται από ΑΠΕ σε σταθμούς της γύρω περιοχής. Η προοπτική αυτή βέβαια προϋποθέτει κατάλληλο αστικό σχεδιασμό και βιοκλιματικό σχεδιασμό σε πολεοδομική κλίμακα [ΚΑΠΕ, 2005]. 35

45 2.6 Παραδείγματα υλοποίησης ZEB Κατοικία στην πόλη Riehen, Ελβετία Το κτίριο κατοικίας της Εικόνας 12 σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τα αρχιτεκτονικά γραφεία Setz Architektur και Ruperswil, με σκοπό τη μηδενική κατανάλωση ενέργειας στο χώρο εγκατάστασής του. Πρόκειται για ένα κτίριο δύο κατοικών, σχεδιασμένο σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής με στόχο τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Στο κτίριο έχει εγκατασταθεί γεωθερμική αντλία θερμότητας για την κάλυψη των αναγκών σε θέρμανση και κλιματισμό και μέρους των αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης, και στην οροφή του κτιρίου έχουν τοποθετηθεί θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες επιφάνειας 8 m 2 για την κάλυψη των κύριων αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης και φωτοβολταϊκά πάνελ 14 kw p για την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου σε ηλεκτρική ενέργεια. Εικόνα 12: Κατοικία pzeb στην πόλη Riehen της Ελβετίας [Κοσμόπουλος, Παπακώστας, 2012] Το κτίριο, στα δύο χρόνια λειτουργίας του παρήγαγε ετησίως 115 kwh/m 2 και κατανάλωσε 87 kwh/m 2, δηλαδή παρήγαγε περίπου 30% περισσότερη ενέργεια από όση κατανάλωσε. Στην περίπτωση αυτή μιλάμε για ένα positive-energy building που υπερκαλύπτει τις ανάγκες του. Ακολουθεί το ετήσιο ενεργειακό ισοζύγιο του κτιρίου στο οποίο φαίνονται οι τιμές της καταναλισκόμενης ενέργειας για τη λειτουργία των συσκευών, της αντλίας θερμότητας και του συστήματος εξαερισμού και της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά. Κατανάλωση ενέργειας για οικιακές συσκευές Κατανάλωση ενέργειας γιασύστημα εξαερισμού κατανάλωση ενέργειας για αντλία θερμότητας παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά (kwh/m 2 ) Ιαν. Φεβ. Μάρ. Απρ. Μάιος Ιούν. Ι ούλ. Αύγ. Σεπ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Εικόνα 13: Ενεργειακό ισοζύγιο του κτιρίου [Πηγή: Κοσμόπουλος, Παπακώστας, 2012] 36

46 2.6.2 ACCIONA Solar, Ισπανία Η έδρα της ACCIONA Solar (Εικόνα 14), θυγατρικής εταιρίας της ACCIONA Energia που είναι πρωτοπόρα παγκοσμίως στον κλάδο ανανεώσιμων τεχνολογιών ενέργειας, είναι το πρώτο κτίριο επαγγελματικής χρήσης με μηδενικές εκπομπές στην Ισπανία. Εξοικονομεί το 52% της ενέργειας που καταναλώνει ένα αντίστοιχο τυπικό κτίριο μέσω της βιοκλιματικής του σχεδίασης, ενώ καλύπτει το υπόλοιπο με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Εικόνα 14: Έδρα της ACCIONA Solar [Πηγή: Πιο συγκεκριμένα, στη στέγη και στη νότια προσοψη είναι εγκατεστημένα φωτοβολταϊκά πλαίσια συνολικής ισχύος 48,3 kw, και θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες στη στέγη καταλαμβάνουν συνολική επιφάνεια 156 m 2. Βοηθητικός καυστήρας βιοντήζελ (5000 λίτρα/έτος) συμπληρώνει την εισφορά των ηλιακών συστημάτων, ενώ στο έδαφος πέριξ του κτιρίου έχουν τοποθετηθεί γεωθερμικές αντλίες θερμότητας (30m μήκος, 2m βάθος). Εικόνα 15: Εγκατάσταση ηλιακών συστημάτων στην οροφή και γεωθερμικών σωλήνων στο έδαφος [Πηγή: Μερικά από τα στοιχεία βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής που έχουν εφαρμοστεί στο κτίριο της ACCIONA Solar με σκοπό την επίτευξη της μέγιστης δυνατής εξοικονόμησης ενέργειας, είναι τα παρακάτω: 37

47 Το κτίριο έχει μορφή κύβου έτσι ώστε να ελαχιστοποιεί τις απώλειες ενέργειας. Οι εγκαταστάσεις κλιματισμού βρίσκονται στη στέγη για να μειώνονται τα έξοδα μεταφοράς. Στη νότια πρόσοψη είναι κατασκευσμένο ένα ηλιακό θερμοκήπιο, με έναν εξωτερικό τοίχο διαμορφωμένο από μεγάλα παράθυρα και 153 φωτοβολταϊκά στοιχεία (262 m 2 ) με συνολική ισχύ 26,8 kw. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 16, ο αέρας εισέρχεται από το κάτω μέρος, είτε από τον εξωτερικό χώρο (C) είτε από του γεωθερμικούς σωλήνες (D). Αφού ζεσταθεί στο θερμοκήπιο (Ε), μπορεί να αφεθεί να διαφύγει από τις αυτόματες θύρες φραγμού (F) ή να ανακτηθεί για χρήση στο σύστημα κλιματισμού (G). Εικόνα 16: Λειτουργία ηλιακού θερμοκηπίου [Πηγή: Στη βόρεια πρόσοψη υπάρχουν παράθυρα με υαλοπίνακες που προσφέρουν φυσικό φως, μετρίου όμως μεγέθους έτσι ώστε να αποφεύγονται απώλειες ενέργειας. Στη δυτική πρόσοψη δεν υπάρχουν παράθυρα για να αποφεύγονται κέρδη ενέργειας το καλοκαίρι, και επιπλέον έχουν φυτευτεί φυλλοβόλα δέντρα για να προστατεύεται από τον θερινό απογευματινό ήλιο αλλά να μπορεί να τον επωφελείται το χειμώνα. Στην ανατολική πρόσοψη παράθυρα μικρού μεγέθους προσφέρουν φυσικό φως και αποτρέπουν την υπερβολική θέρμανση το καλοκαίρι. Όσον αφορά τον τεχνητό φωτισμό, τα φώτα στα γραφεία ρυθμίζονται αυτόματα να προσφέρουν μόνο την ποσότητα φωτός που είναι απαραίτητη ανάλογα με το διαθέσιμο φυσικό φως και σβήνουν μόνα τους αν δεν υπάρχει κανένας. Στους κοινούς χώρους ο φωτισμός είναι πιο αμυδρός. Ας δούμε πώς επιτυγχάνεται ο κλιματισμός (Εικόνα 17) και η θέρμανση (Εικόνα 18) του κτιρίου. Εικόνα 17: Λειτουργία Α, ζήτηση ψύχους στο κτίριο Εικόνα 18: Λειτουργία Β, ζήτηση θερμότητας στο κτίριο [Πηγή: 38

48 Λειτουργία Α: Όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι υψηλή (1), ο αέρας ανανέωσης εισάγεται στους υπόγειους σωλήνες (2), κρυώνει από την επαφή με το υπέδαφος και, αφού περάσει από δύο μονάδες κλιματισμού, διανέμεται από τις σωληνώσεις κλιματισμού (3). Το θερμοκήπιο είναι ανοιχτό έτσι ώστε να κυκλοφορεί ο αέρας και να αποφεύγεται η θέρμανσή του (4). Η απορροφούμενη ενέργεια από τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες (5) μετατρέπεται σε κρύο από δύο μηχανήματα απορρόφησης και διανέμεται μέσω εκπομπής από δάπεδα και οροφές (6). Λειτουργία Β: Όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι χαμηλή (1), οι υπόγειοι σωλήνες θερμαίνουν τον αέρα ανανέωσης (2). Προκειμένου να ανέβει ακόμη περισσότερο η θερμοκρασία του, ο αέρας υποχρεώνεται να κυκλοφορήσει μέσα από το θερμοκήπιο (3) πριν σταλεί στις μονάδες κλιματισμού και εισαχθεί στο εσωτερικό (4). Η απορροφούμενη ενέργεια από τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες (5) χρησιμοποιείται για να θερμαίνεται το κτίριο μέσω εκπομπής από δάπεδα και οροφές (6). Ας δούμε ποσοτικά τις συνεισφορές ενέργειας για την κατανάλωση θέρμανσης/κλιματισμού και ηλεκτρισμού στο κτίριο της ACCIONA Solar. Ενώ ένα αντίστοιχο τυπικό κτίριο καταναλώνει kwh/έτος για τις ανάγκες σε θέρμανση και κλιματισμό, στο εν λόγω κτίριο επιτυγχάνεται εξοικονόμηση kwh/έτος ( kwh/έτος λόγω της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, kwh/έτος λόγω της γεωθερμίας και kwh/έτος λόγω του θερμοκηπίου) και οι υπόλοιπες ανάγκες καλύπτονται από τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες ( kwh/έτος) και από τον καυστήρα βιοντίζελ ( kwh/έτος). Για την κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών, σε ένα αντίστοιχο τυπικό κτίριο δαπανώνται kwh/έτος, ενώ στο κτίριο της ACCIONA Solar εξοικονομούνται kwh/έτος και kwh/έτος παράγονται από τη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση HOCKERTON HOUSING PROJECT, Ηνωμένο Βασίλειο Η μικρή κοινότητα των πέντε κατοικιών στο Hockerton, κοντά στην πόλη Nottingham, χωροθετείται σε μια έκταση, πρώην αγροτικών χρήσεων. Σχεδιάστηκε από τους αρχιτέκτονες Brenda και Robert Vale.και η κατασκευή της ολοκληρώθηκε το Αποτελεί το πρώτο οικολογικό και αυτόνομο συγκρότημα κτιρίων στη Μεγάλη Βρετανία. Οι χρήστες του έχουν υιοθετήσει έναν ολιστικό τρόπο ζωής, σε αρμονία με το περιβάλλον. Θεωρείται ένα από τα πιο ενεργειακά αποδοτικά παραδείγματα στην Ευρώπη ακόμα και σήμερα. 39

49 Εικόνα 19: Το συγκρότημα κατοικιών Hockerton [Πηγή: Οι βασικοί στόχοι που τέθηκαν, τόσο κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού όσο και κατά τη διάρκεια της κατασκευής, είναι οι παρακάτω: Επίτευξη μηδενικού ισοζυγίου εκπομπών διοξειδίου τουάνθρακα. Ελαχιστοποίηση της ανάγκης για θέρμανση σε βαθμό που να μη χρειάζεται μηχανική υποστήριξη και κατανάλωση ενέργειας για το συγκεκριμένο λόγο. Αυτονομία στα δίκτυα κοινής ωφέλειας. Εκμετάλλευση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών απαιτήσεων. Χρήση απλών τεχνικών κατασκευής, χρήση ανακυκλωμένων και οικολογικών υλικών. Δημιουργία κατοικιών με ανταγωνιστικό κόστος και με μεσοπρόθεσμο και μακροπρόθεσμο οικονομικό όφελος για τους χρήστες. Παροχή της δυνατότητας στο χρήστη να ελέγχει τις υποδομές και τα συστήματα και να απαιτείται η ελάχιστη δυνατή συντήρηση τους. Αύξηση της βιοποικιλότητας. Ελαχιστοποίηση της εμπεριεχόμενης ενέργειας και του εμπεριεχόμενου διοξειδίου του άνθρακα της διαδικασίας της κατασκευής. Επίτευξη των παραπάνω στόχων χωρίς μείωση στο επίπεδο διαβίωσης. 40

50 Εικόνα 20: Ορισμένες από τις ιδέες που εφαρμόστηκαν κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή του συγκροτήματος [ Μία ανεμογεννήτρια ισχύος 6kW και μία ισχύος 5kW σε συνδυασμό με μία σειρά από φωτοβολταϊκά πλαίσια συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 7,65kW, παράγουν την απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για τη λειτουργία των κατοικιών. Επιπλέον, τα δίκτυα κοινής ωφέλειας όπως της ύδρευσης και της αποχέτευσης είναι αυτόνομα, συνεπώς μιλάμε για ένα κτίριο εκτός δικτύου [off-grid]. 41

51 Εικόνα 21: Άποψη της οροφής του κτιρίου, η οποία καλύπτεται από το έδαφος. Διακρίνονται τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τμήμα του [Πηγή: Η δομή του έργου αποτελείται από ένα σύνολο πέντε κατοικιών που εκτείνονται αποκλειστικά και μόνο στο επίπεδο του ισογείου, οι οποίες έχουν τη βασική όψη τους στο νότο, όπου γίνεται και εκτεταμένη χρήση γυάλινων επιφανειών. Αντίθετα, η βορινή πλευρά εμφανίζει μικρή κλίση, καταλήγοντας μέσα στο έδαφος. Κάθε κατοικία έχει διαστάσεις περίπου 19m x 6m, με τη μικρή της διάσταση να βρίσκεται στον άξονα βορρά-νότου. Η έκταση που περιβάλλει το κτίριο, μπορεί να εξυπηρετήσει τις ανάγκες των κατοίκων για ένα βιώσιμο και αυτάρκη τρόπο διαβίωσης. Παρέχεται η δυνατότητα καλλιέργειας τροφίμων καθώς και εκτροφής μικρών ζώων. Τέλος, ένα σύστημα καλαμώνων που είναι εγκατεστημένο καθαρίζει και φιλτράρει τα υγρά απόβλητα. Αντίθετα, τα στερεά απόβλητα συλλέγονται σε μία δεξαμενή, η οποία αδειάζει κάθε 3 μήνες και πραγματοποιείται επί τόπου κομποστοποίηση τους. Εικόνα 22: Νότια όψη των κατοικιών με την εκτεταμένη χρήση γυάλινων επιφανειών και του ηλιακού θερμοκηπίου [Πηγή: 42

52 Κατά τη διάρκεια της κατασκευής ως βασική προτεραιότητα τέθηκε η επίτευξη της μέγιστης δυνατής θερμικής μάζας. Έτσι χρησιμοποιήθηκαν 20cm σκυροδέματος στους εσωτερικούς τοίχους, 30cm στην πλάκα οροφής και 50 εκατοστά στους εξωτερικούς τοίχους, χωρισμένο σε 2 κομμάτια. Οι εξωτερικοί τοίχοι καθώς και οι πλάκες οροφής και πατώματος περιλαμβάνουν και 30cm διογκωμένης πολυστερίνης, η οποία συμβάλλει στη θερμομόνωση του κτιρίου. Παράλληλα, η οροφή που βρίσκεται στο βορρά καλύπτεται και από επιπλέον 40cm εδάφους, μειώνοντας ακόμα περισσότερο τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού περιβάλλοντος. Μια γεωμεμβράνη πολυαιθυλενίου παρέχει την απαραίτητη υδατοστεγάνωση των πλακών. Για τη μείωση των θερμικών απωλειών, οι γυάλινες επιφάνειες των οποίων αποτελούνται από διπλούς ή τριπλούς υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής, ενώ περιλαμβάνουν και αέριο argon στο διάκενο. Ο φυσικός αερισμός και δροσισμός επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των ανοιγμάτων που βρίσκονται στο κέλυφος του κτιρίου, καθώς και αυτών που βρίσκονται μεταξύ του ηλιακού θερμοκηπίου και του κύριου χώρου των κατοικιών. Εκτός όμως από το φυσικό αερισμό, οι κατοικίες είναι εξοπλισμένες και με μηχανικό σύστημα αερισμού ο οποίος τροφοδοτεί με φρέσκο αέρα τα υπνοδωμάτια και το καθιστικό, ενώ εξάγει παράλληλα τον αέρα από τις κουζίνες και τα μπάνια. Ο συγκεκριμένος μηχανισμός χρησιμοποιεί και σύστημα ανάκτησης θερμότητας, με σκοπό να εκμεταλλεύεται τη θερμότητα που εξέρχεται από το κτίριο. Η θέρμανση επιτυγχάνεται από την εκμετάλλευση των παθητικών ηλιακών κερδών, καθώς η θερμότητα μεταφέρεται από το ηλιακό θερμοκήπιο στους υπόλοιπους χώρους της κατοικίας από το ανοίγματα που υπάρχουν μεταξύ των χώρων. Η θερμότητα αποθηκεύεται στη θερμική μάζα της κατασκευής και απελευθερώνεται όταν η θερμοκρασία των εσωτερικών χώρων είναι χαμηλότερη από αυτή της κατασκευής. Στο νότο έχουν φυτευτεί φυλλοβόλα δέντρα που κατά τη διάρκεια του χειμώνα επιτρέπουν στην ηλιακή ακτινοβολία να εισέρχεται στο εσωτερικό του κτιρίου ενώ κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού συντελούν στον απαιτούμενο σκιασμό, εμποδίζοντας την ηλιακή ακτινοβολία να εισέλθει στο εσωτερικό του κτιρίου και να το επιβαρύνει θερμικά. Ζεστό νερό χρήσης παρέχεται με τη χρήση μίας αντλίας θερμότητας αέρανερού και αποθηκεύεται σε μία πολύ καλά θερμομονωμένη δεξαμενή χωρητικότητας l. Η απόδοση του συστήματος μεγιστοποιείται με την εκμετάλλευση του ζεστού αέρα που βρίσκεται στο ανώτερο σημείο του ηλιακού θερμοκηπίου. Με αυτόν τον τρόπο η ενέργεια που εξοικονομείται από τη συγκεκριμένη διαδικασία είναι περίπου 70%. Άλλες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης είναι η εγκατάσταση λαμπτήρων εξοικονόμησης ενέργειας, φορητών ηλεκτρονικών υπολογιστών αντί για επιτραπέζιων, καθώς και ηλεκτρικών και λευκών συσκευών υψηλής ενεργειακής απόδοσης. Όλες οι συσκευές απενεργοποιούνται πλήρως από τους χρήστες όταν δεν χρησιμοποιούνται και δεν παραμένουν σε κατάσταση αναμονής, ενώ δεν χρησιμοποιούνται συσκευές όπως στεγνωτήρια ρούχων, καθώς το στέγνωμά τους μπορεί να πραγματοποιηθεί εντός του ηλιακού θερμοκηπίου. Επιπλέον, έχουν εγκατασταθεί και δύο συστήματα συλλογής και διαχείρισης του νερού. Το μη πόσιμο νερό της βροχής συλλέγεται μέσω ενός δικτύου φρεατίων 43

53 και υδρορροών και αποθηκεύεται σε μία δεξαμενή στη βόρεια πλευρά του κτιρίου. Αυτή η δεξαμενή έχει τη δυνατότητα να τροφοδοτήσει το κτίριο για 250 μέρες περίπου. Προτού εισέλθει στις κατοικίες, περνάει από άμμο με σκοπό να φιλτραριστεί, ενώ εμποτίζεται και με χλώριο. Αντίθετα, το νερό της βροχής που προβλέπεται να χρησιμοποιηθεί για πόση συλλέγεται από τους μεταλλικούς σωλήνες που βρίσκονται στην οροφή του κτιρίου. Αποθηκεύεται σε διαφορετική δεξαμενή και είναι αρκετό για περίπου 100 ημέρες χρήσεις. Αφού περάσει από 3 συστήματα φιλτραρίσματος εισέρχεται στις κατοικίες και είναι έτοιμο για χρήση. Εικόνα 23: Οι φεγγίτες στην οροφή χρησιμεύουν για τον φυσικό αερισμό του ηλιακού θερμοκηπίου αλλά και για φυσικό φωτισμό [Πηγή: Όσον αφορά την ενεργειακή απόδοση των κατοικιών, η ενεργειακή κατανάλωση κατά τον πρώτο χρόνο λειτουργίας των κατοικιών περιορίστηκε στις kwh για το σύνολο των 5 κατοικιών. Αυτό σημαίνει ότι κάθε κατοικία κατανάλωσε κατά τη διάρκεια ενός έτους kwh ενέργειας, που αντιστοιχεί σε περίπου 11,2 kwh ενέργειας ημερησίως. Η ποσότητα αυτή ισοδυναμεί με το 25% της ενεργειακής κατανάλωσης των νέων συμβατικών κατοικιών στη Μεγάλη Βρετανία και μόλις με το 10% των υπαρχόντων κατοικιών Beddington Zero Energy Development, Ηνωμένο Βασίλειο Η κοινότητα bedzed, του βρετανού αρχιτέκτονα Bill Dunster θεωρείται πρότυπη για την επίτευξη μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Είναι ένας αστικός οικισμός υψηλής πυκνότητας και μικτών χρήσεων, νότια του Λονδίνου, κατασκευασμένος σε πρώην μέρος επεξεργασίας λυμάτων. Βασικός στόχος ήταν η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του οικισμού, δίνοντας ταυτόχρονα στους κατοίκους τη δυνατότητα να ζουν αειφορικά, χωρίς όμως να μειώσουν την ποιότητα ζωής τους, κατασκευάζοντας έναν οικισμό που δεν θα είναι απλά μερικές ακόμα κατοικίες χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης, αλλά ένα πρότυπο για το πώς 44

54 μπορούμε να ζούμε τον 21 αιώνα, εφόσον επιθυμούμε ένα αειφορικό και βιώσιμο μέλλον. Κατά το σχεδιασμό λήφθηκαν υπόψη στοιχεία, όπως ο προσανατολισμός του οικισμού ώστε να μεγιστοποιηθούν τα ηλιακά κέρδη, η επιτόπια επεξεργασία του νερού, η ανακύκλωση των «γκρι» νερών, η παροχή εναλλακτικών λύσεων για τα αυτοκίνητα (ενέργεια που προέρχεται από τη χρήση φωτοβολταϊκών πάνελ μπορεί να τροφοδοτήσει ηλεκτρικά αυτοκίνητα) και η ύπαρξη παροχών και εγκαταστάσεων που αφορούν ολόκληρο τον οικισμό. Εικόνα 25: Παναρομική άποψη της κοινότητας στο Beddington [Πηγή: Ο οικισμός περιλαμβάνει 82 κατοικίες, τοποθετημένες σε ένα χώρο m 2, καθώς και m 2 χώρων εργασίας, γραφείων, καταστημάτων και δημόσιων εγκαταστάσεων και m 2 χώρων πρασίνου και αθλητικών δραστηριοτήτων.. Χρησιμοποιούνται διάφορες τυπολογίες κατοικίας (διαμερίσματα, μεζονέτες, μονοκατοικίες), ενώ υπάρχουν και εμπορικά κτίρια αλλά και κτίρια που αφορούν ολόκληρο τον οικισμό, όπως ένας βρεφικός σταθμός, κατάστημα βιολογικών τροφίμων και κέντρο υγείας. Μερικές από τις κατοικίες έχουν κήπους στο επίπεδο του ισογείου, ενώ οι οροφές των γραφείων που βρίσκονται στη νότια πλευρά, χρησιμοποιούνται σε ορισμένες περιπτώσεις ως κήποι για τις κατοικίες που βρίσκονται απέναντι. 45

55 Εικόνα 26: Κήποι της βόρειας όψης που χρησιμοποιούνται από τις κατοικίες που βρίσκονται στην απέναντι σειρά κτιρίων. Οι φεγγίτες παρέχουν φυσικό φως στους χώρους εργασίας [Πηγή: Η ύπαρξη στον ίδιο χώρο του περιβάλλοντος κατοικίας και εργασίας έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση των αναγκών για μεταφορά από και προς το χώρο εργασίας, ενώ παράλληλα προσφέρεται καλή επικοινωνία με τα μέσα μαζικής μεταφοράς που συνδέουν την περιοχή με το κεντρικό Λονδίνο. Έτσι, επιτυγχάνεται μείωση ως και 64% στις αποστάσεις που διανύονται από αυτοκίνητα ιδιωτικής χρήσης κάθε χρόνο. Παρόλα αυτά, φωτοβολταϊκοί ηλιακοί συλλέκτες τροφοδοτούν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με ενέργεια, ούτως ώστε να χρησιμοποιούνται για μετακινήσεις εντός της πόλης, ενώ υπάρχει επίσης και ένα πρόγραμμα οχημάτων κοινής χρήσης για τους κατοίκους που έχουν κοινούς προορισμούς. Οι νότιες πλευρές των κτιρίων αποτελούνται σχεδόν μόνο από γυάλινες επιφάνειες, με σκοπό να εκμεταλλεύονται στο μέγιστο βαθμό την ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι στις νότιες πλευρές δημιουργείται ένα ηλιακό θερμοκήπιο ύψους δύο ορόφων, από το οποίο μεταφέρεται η θερμότητα στους υπόλοιπους χώρους των κτιρίων. Εικόνα 27: Το ηλιακό θερμοκήπιο των νότιων όψεων με τους κήπους στο επίπεδο του ισογείου [Πηγή: 46

56 Ένας από τους βασικούς σκοπούς κατά τη διάρκεια της κατασκευής ήταν να επαναχρησιμοποιηθούν όσο το δυνατόν περισσότερα ανακυκλωμένα οικοδομικά υλικά. Έτσι ποσότητες από ατσάλι και ξύλο βρέθηκαν από ένα κτίριο που κατεδαφίστηκε, ενώ και τα υπόλοιπα υλικά ήρθαν από απόσταση μικρότερη των 55 χιλιομέτρων, μειώνοντας με αυτόν τον τρόπο το κόστος και την ενέργεια που θα χανόταν κατά τη μεταφορά. Υλικά που περιείχαν πτητικές ενώσεις άνθρακα (VOCs) αποφεύχθηκαν, ενώ τα λύματα του κάθε νοικοκυριού που προορίζονται για υγειονομική ταφή μειώνονται ως και 80% και οι εκπομπές άνθρακα κατά 56%, σε σχέση με μία συμβατική κατοικία. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην θερμομόνωση των κατοικιών με σκοπό να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες θερμότητας από τους τοίχους, τις οροφές, τα δάπεδα και τα ανοίγματα. Έτσι, οι εξωτερικοί τοίχοι αποτελούνται από εξωτερική τοιχοποιία με τούβλα, από τούβλα σκυροδέματος στο εσωτερικό και στο ενδιάμεσο 30 cm μόνωσης πετροβάμβακα, πετυχαίνοντας U-value= 0.11W/m²K. Οι οροφές περιέχουν και αυτές μόνωση 30 cm από φελιζόλ με U-value= 0.10W/m²K, το ίδιο και τα δάπεδα, τα οποία χρησιμοποιούν 30cm διογκωμένης πολυστερίνης. Τα ανοίγματα αποτελούνται από ξύλινα κουφώματα και τριπλούς υαλοπίνακες χαμηλής εκπεμψιμότητας με αέριο argon, πετυχαίνοντας U-value=1.20 W/m²K. Η εσωτερική και εξωτερική τοιχοποιία καθώς και τα δάπεδα από σκυρόδεμα παρέχουν αρκετή θερμική μάζα, με αποτέλεσμα να διατηρούν τη θερμότητα το χειμώνα και να αποτρέπουν την υπερθέρμανση το καλοκαίρι. Έτσι, τα επίπεδα θερμομόνωσης που επιτυγχάνονται είναι αρκετά υψηλότερα από αυτά που προβλέπονται για τη Μεγάλη Βρετανία. Με αυτόν τον τρόπο, ο οικισμός εμφανίζει σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας, καταναλώνοντας ως και 90% λιγότερη ενέργεια για θέρμανση και ως 60% λιγότερη συνολική ενέργεια, σε σύγκριση με τις τυπικές βρετανικές κατοικίες. Ωστόσο, καταναλώνει και ως 33% λιγότερο νερό, χρησιμοποιώντας τουαλέτες, πλυντήρια πιάτων και ρούχων υψηλής αποδοτικότητας που εξοικονομούν νερό. Τα καζανάκια στις τουαλέτες, αντί για τα συνηθισμένα 7,5-9l νερού ανά χρήση, χρησιμοποιούν 3,5 l, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση μέχρι και l νερού ανά νοικοκυριό ετησίως. Οι βρύσες έχουν περιορισμένη ροή νερού, ενώ τα μπάνια αντικαθιστούνται από ντουζιέρες, η ροή του νερού στις οποίες στηρίζεται στη βαρύτητα. Επιπλέον, το 18% του νερού που καταναλώνεται προέρχεται από το νερό της βροχής, το οποίο χρησιμοποιείται στα καζανάκια και αφού πρωτίστως έχει περάσει από μία διαδικασία βιολογικού καθαρισμού. Τέλος στο BedZED δίνεται ιδιαίτερη σημασία στην ποιότητα του αέρα, ο οποίος ανανεώνεται πάνω από δύο φορές την ώρα, χωρίς όμως να χάνονται μεγάλα ποσά θερμότητας, καθώς ο θερμικός εναλλάκτης που υπάρχει εκμεταλλεύεται ως και το 70% της θερμότητας που εξέρχεται. Ταυτόχρονα, αποτρέπονται οι διαρροές θερμότητας, που στις συμβατικές κατοικίες ξεπερνάει το 40%, ενώ για την επίτευξη του βέλτιστου φυσικού αερισμού και δροσισμού χρησιμοποιούνται αιολικές καμινάδες. O ανεμοδείκτης που είναι τοποθετημένος σε αυτές τις καμινάδες διασφαλίζει την περιστροφή τους, έτσι ώστε ο εξερχόμενος αέρας να βγαίνει στην ίδια φορά με τον άνεμο, ενώ ο εισερχόμενος στην αντίθετη. 47

57 Εικόνα 28: Άποψη της οροφής των κτιρίων με τις αιολικές καμινάδες και του φωτοβολταϊκούς ηλιακούς συλλέκτες [Πηγή: Παράλληλα, πέρα από την ελαχιστοποίηση της ενεργειακής κατανάλωσης, εγκαταστάθηκαν συστημάτα εκμετάλλευσης ΑΠΕ για την παραγωγή ενέργειας: φωτοβολταϊκά πάνελ, ηλιακοί συλλέκτες, μια μικρή ανεμογεννήτρια, καθώς και μονάδα συμπαραγωγής ενέργειας από βιοκαύσιμα. Η εγκατάσταση των παραπάνω συστημάτων έχει ως αποτέλεσμα ακόμα μεγαλύτερη μείωση του οικολογικού αποτυπώματος και την επίτευξη μηδενικού ισοζυγίου εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Εικόνα 29: Αναπαράσταση λειτουργίας παθητικών συστημάτων στο BedZED [Πηγή: 48

58 2.6.5 Hammarby Sjöstad, Σουηδία Το Hammarby, προάστιο της Στοκχόλμης, μεταμορφώθηκε από υποβαθμισμένη βιομηχανική ζώνη σε συνοικία-πρότυπο οικολογικής λειτουργίας, όχι μόνο για τη Σουηδία αλλά και για ολόκληρο τον κόσμο. Η διαδικασία ξεκίνησε τη δεκαετία του 90 με την προοπτική της φιλοξενίας των Ολυμπιακών Αγώνων του Παρότι οι Αγώνες έγιναν τελικά στη χώρα μας, τα έργα στο προοριζόμενο για ολυμπιακό χωριό Hammarby δε σταμάτησαν. Εικόνα 30: Πανοραμική άποψη της συνοικίας Hammarby Sjöstad [Πηγή: Στη συνοικία αυτή της Στοκχόλμης, αναπτύχθηκε ένα καινοτόμο σύστημα διαχείρισης της ενέργειας, των απορριμμάτων, των λυμάτων και των υδάτων, ένα μοντέλο δηλαδή οικολογικού κύκλου, που ονομάζεται μοντέλο Hammarby, με το οποίο επιτεύχθηκε η δημιουργία ενός περιβάλλοντος διαβίωσης που βασίζεται στη βιώσιμη χρήση των πόρων. Συγκεκριμένα, η περιοχή του Hammarby Sjöstad έχει υιοθετήσει μια πρακτικού κυκλικού μεταβολισμού ώστε να διευκολύνει την αποδοτική χρήση των πόρων. Η αρχή που διέπει το σύστημα είναι πως όλα τα απόβλητα ανακυκλώνονται για να χρησιμοποιηθούν ξανά με νέους τρόπους. Η διαχείριση απορριμμάτων έχει σχεδιαστεί με βάση ένα υπόγειο αυτοματοποιημένο σύστημα πεπιεσμένου αέρα που συλλέγει κομποστοποιημένα οικιακά απορρίμματα και υπολείμματα τροφών από κάδους στις αυλές των σπιτιών. Τα απορρίμματα καύσης δέχονται επεξεργασία και επιστρέφουν σαν ηλεκτρικό ρεύμα και ζεστό νερό στις κατοικίες. Όταν αποσπαστεί η θερμότητα από το ζεστό βιολογικά καθαρισμένο νερό, το υπόλοιπο κρύο νερό χρησιμοποιείται για τον κλιματισμό, ακόμα και για την ψυχρή αποθήκευση στα καταστήματα. Επιπλέον, από τα υδατικά απόβλητα της περιοχής παράγεται βιοαέριο, που χρησιμοποιείται τόσο στις οικιακές δουλειές όσο και σαν καύσιμο σε αυτοκίνητα και λεωφορεία, ενώ παράλληλα διοχετεύεται σε περίπου διαμερίσματα για θέρμανση. Πρόκειται για μια φιλική προς το περιβάλλον λύση η οποία μειώνει τις εκπομπές αερίων ρύπων. 49

59 Το νερό από τα λύματα της περιοχής υπόκειται σε επεξεργασία με μηχανικά, χημικά και βιολογικά μέσα. Εκτός από την προαναφερθείσα χρήση του για τη θέρμανση και τον κλιματισμό της συνοικίας, το οργανικό υλικό με τη μορφή λάσπης που διασπάται από το νερό, μετά την επεξεργασία του προορίζεται για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Τα τελευταία χρησιμοποιούνται σε 900 κουζίνες αερίου, αλλά και ως καύσιμα για λεωφορεία και αυτοκίνητα. Τέλος και η ίδια η λάσπη που προέρχεται από την επεξεργασία των λυμάτων αποτελεί χρήσιμο πόρο, καθώς έχει υψηλή περιεκτικότητα σε φώσφορο και για το λόγο αυτό είναι κατάλληλη για χρήση ως λίπασμα στη γεωργία και τη δασοκομία. Εικόνα 31: Γραφική αναπαράσταση του μοντέλου Hammarby για τη διαχείριση του νερού, της ενέργειας και των απορριμάτων [Πηγή Από την αρχή του σχεδιασμού της νέας συνοικίας η πόλη επέβαλλε αυστηρούς περιβαλλοντικούς όρους στα κτίρια, στις τεχνικές εγκαταστάσεις και στη λειτουργία του περιβάλλοντος. Ο κύριος σκοπός του περιβαλλοντικού προγράμματος είναι να ελαττώσει στο μισό ποσοστό την επίδραση του περιβάλλοντος σε σύγκριση με αυτό που υπήρχε στην περιοχή το 1990, ενώ ταυτόχρονα τα κτίρια θα είναι φιλικά προς το περιβάλλον στο διπλάσιο βαθμό από τα συνηθισμένα κτίρια (University of Stockholm, Paper for advanced course in human geography, 2006). Όταν ολοκληρωθεί η εφαρμογή του Μοντέλου το 2017 οι κάτοικοι της συνοικίας θα παράγουν τη μισή από την απαραίτητη σε αυτούς ποσότητα ενέργειας, 50

60 μέσω της επανάχρησης της θερμότητας από το νερό που προέρχεται από τα βιολογικά καθαρισμένα απόβλητα και της χρήσης της ενέργειας από διαχωρισμένα κομποστοποιημένα οικιακά απόβλητα. Με μετρήσεις του 2002, 34% της θέρμανσης της συνοικίας προέρχεται από νερό από βιολογικά καθαρισμένα λύματα, 47% από κομποστοποιημένα οικιακά απόβλητα και 16% από βιολογικά καύσιμα. Αξίζει να αναφερθεί το γεγονός ότι στο Hammarby υπάρχει κέντρο γνώσεων και πληροφοριών το οποίο παρέχει στους επισκέπτες γνώσεις και πληροφορίες, ακόμα και εκθέσεις και επιδείξεις του μοντέλου Hammarby και της φιλικής προς το περιβάλλον τεχνολογίας Freiburg, Γερμανία Με τις δυο «προεκτάσεις» της, το Faoumpan και το Rosenfeld, η πόλη Freiburg είναι από τους πρωτοπόρους της πράσινης ανάπτυξης και δικαιολογημένα έχει χαρακτηριστεί ως «οικολογική πρωτεύουσα της Ευρώπης». Η πόλη που χτίστηκε ξανά -σχεδόν εξολοκλήρου- μετά τον Β Παγκόσμιο Πόλεμο βρίσκεται στην κοιλάδα του Pήνου, στα σύνορα με τη Γαλλία και την Ελβετία, και τα βασικά στοιχεία που δείχνουν πώς σέβεται το περιβάλλον και τους πολίτες της είναι οι μετακινήσεις στην πόλη, η διαχείριση των απορριμμάτων, η αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και οι ελεύθεροι χώροι με πράσινο. Διαθέτει σωστό αστικό σχεδιασμό και τα κτίρια είναι σχεδιασμένα με βάση τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής ώστε να ελαχιστοποιείται η κατανάλωση ενέργειας. Στην πόλη έχει αναπτυχθεί ένα εκτεταμένο δίκτυο συγκοινωνιών ενώ δίνεται προτεραιότητα στους πεζούς και τους ποδηλάτες, με τα πάρκινγκ αυτοκινήτων είναι είτε μακριά από το κέντρο είτε υπόγεια. Υπάρχουν μεγάλοι, πράσινοι χώροι και τα καταστήματα καταλαμβάνουν μικρή έκταση. Η ανάπτυξη των δύο προαστίων ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 90 με στόχο τη δημιουργία καλύτερων συνοικιών για τις οικογένειες και τη μικρότερη δυνατή κατανάλωση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 51

61 Εικόνα 32: Άποψη της πόλης Freiburg [Πηγή: Σε κάθε κάτοικο του Freiburg αντιστοιχεί σχεδόν ένα αυτοκίνητο, αλλά το έχουν κυρίως για το Σαββατοκύριακο. Για τις καθημερινές υπάρχει το τραμ, το τρένο, το λεωφορείο και φυσικά το ποδήλατο. Τα αυτοκίνητα απαγορεύονται στο κέντρο της πόλης, το οποίο είναι πλήρως πλακοστρωμένο, και επιτρέπονται μόνο τα ποδήλατα και το τραμ. Το δίκτυο των ποδηλατοδρόμων ξεπερνά τα 400 χιλιόμετρα και συνεχώς επεκτείνεται. Το 30% των μετακινήσεων γίνεται με ποδήλατο, ενώ σε κάθε κάτοικο αντιστοιχούν περίπου δύο ποδήλατα. Για τη δευκόλυνση των κατοίκων έχει κατασκευαστεί μεγάλο φυλασσόμενο πάρκινγκ ποδηλάτων δίπλα στο σιδηροδρομικό σταθμό, αλλά και σε κάθε μεγάλο κτίριο, που συχνάζουν πολλοί άνθρωποι, υπάρχουν αντίστοιχα πάρκινγκ ποδηλάτων. Παράλληλα, εφαρμόζεται ένα πρωτοποριακό σύστημα, το car sharing, στο οποίο μπορεί κανείς να γίνει συνδρομητής και να έχει αυτοκίνητο μόνον όποτε το χρειάζεται. Έξω από κάθε σπίτι του Freiburg υπάρχουν τέσσερεις μικροί κάδοι απορριμμάτων. O κίτρινος είναι για τα υλικά συσκευασίας, ο πράσινος για τα χαρτιά, ο καφέ για τα οργανικά απορρίμματα και ο γκρι για όλα όσα δεν ανακυκλώνονται. Σε κάθε τετράγωνο υπάρχουν και άλλοι τέσσερεις κάδοι. Οι τρεις για τα καφέ, πράσινα και διάφανα γυάλινα μπουκάλια, και ένας για τα τοξικά απορρίμματα.όλα ξεκίνησαν πριν από 20 περίπου χρόνια, όταν μπήκε το πρόβλημα με τη χωματερή, η οποία με τους ρυθμούς της αύξησης των απορριμμάτων, θα γέμιζε μέσα σε λίγα χρόνια. Και φυσικά ήταν δύσκολο να βρεθεί άλλος χώρος κοντά στην πόλη για τα σκουπίδια. Έτσι δεν υπήρχε άλλη επιλογή από τη μείωση των απορριμμάτων και την ανακύκλωση, πράγμα που, οι κάτοικοι δέχτηκαν με μεγάλη ευκολία. Με τον ένα ή με τον άλλον τρόπο, σήμερα ανακυκλώνεται το 60% των απορριμμάτων. Μόλις ένα μήνα μετά το πυρηνικό ατύχημα στο Τσέρνομπιλ το 1986, οι διοικητικές αρχές στο Freiburg αποφασίζουν να εγκαταλείψουν την πυρηνική ενέργεια που ως τότε κάλυπτε τις ανάγκες της πόλης. Οι τρεις ακρογωνιαίοι λίθοι της 52

62 ενεργειακής πολτικής που ακολουθείται μέχρι σήμερα είναι εξοικονόμηση ενέργειας, ενεργειακή αποδοτικότητα και παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ. Το 1996 είχε ήδη τεθεί ο πρώτος φιλόδοξος στόχος για την προστασία του περιβάλλοντος: μείωση των εκπομπών CO 2 κατά 25% ως το 2010, σε σχέση με τα επίπεδα του Το Freiburg πλέον στοχεύει σε μείωση των εκπομπών CO 2 κατά 40% ως το 2030, σε σχέση με τα επίπεδα του Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στο σύνολό τους τροφοδοτούν το δίκτυο του ηλεκτρισμού με ένα σημαντικό ποσοστό. Ως η πιο θερμή και ηλιόλουστη πόλη της Γερμανίας, εκμεταλλεύεται στο μέγιστο βαθμό την ηλιακή ενέργεια. Έτσι το Freiburg έχει το μεγαλύτερο ποσοστό εγκαταστημένων φωτοβολταϊκών συστημάτων σε ολόκληρη τη Γερμανία. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά διαρκώς αυξάνεται και σχεδόν έχει τετραπλασιαστεί τα τελευταία χρόνια. Εικόνα 33: Φωτογραφία του Freiburg από ψηλά, όπου διακρίνεται η ευρεία εφαρμογή φωτοβολταϊκών στις στέγες των κτιρίων [Πηγή: Ένα μεγάλο επίσης ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από βιομάζα καθώς κι απ τις ανεμογεννήτριες, οι οποίες είναι ορατές πάνω απ τη πόλη. Μέχρι σήμερα στροφή προς τις εναλλακτικές πηγές έχει κάνει περίπου το 10% του πληθυσμού, το υψηλότερο ποσοστό στη Γερμανία. Όσοι επιθυμούν να εγκαταστήσουν ηλιακά ενεργειακά συστήματα στο σπίτι τους, έχουν το κίνητρο της επιδότησης από το κράτος αλλά και από την τοπική εταιρεία ηλεκτρισμού. Η πόλη επίσης έχει ένα ασυνήθιστο σύστημα για τις υδρορροές. Τα νερά των υδρορροών συγκεντρώνονται σε ανοιχτούς αγωγούς, που διαρρέουν το κέντρο της και που παλιότερα χρησιμοποιούνταν για την αντιμετώπιση των πυρκαγιών και το πότισμα των ζώων. Τις περιόδους που δεν έχει βροχή ή χιόνι, το δίκτυο ενισχύεται με το νερό, το οποίο εκτρέπεται από τον Dreisam, το ποτάμι που διασχίζει την πόλη. Στο Freiburg βρίσκεται το πρώτο εργοστάσιο μηδενικών εκπομπών CO 2 στην Ευρώπη, το οποίο κατασκευάζει φωτοβολταϊκά πλαίσια, και για την κάλυψη των αναγκών του σε θερμική και ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιεί μόνο ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. 53

63 Εικόνα 34: Solar-Fabrik AG, Freiburg [Πηγή: Η οροφή και ολόκληρη η πρόσοψη είναι καλυμμένες με φωτοβολταϊκά πλαίσια επιφάνειας 575 m 2, τα οποία παρέχουν στο εργοστάσιο το 1/5 της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον 210 m 2 φωτοβολταϊκών καλύπτουν τον τοίχο με νότιο προσανατολισμό. Τα πλαίσια είναι τοποθετημένα υπό γωνία για να σκιάζουν τις γυάλινες επιφάνειες του κτιρίου καλοκαίρι που ο ήλιος είναι ψηλά, ενώ το χειμώνα που ο ήλιος κινείται χαμηλά στον ορίζοντα μπορεί να εισέρχεται μέσα από το υαλοστάσιο στο κτίριο και να θερμαίνει τους χώρους.. 54

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Βιοκλιματικός σχεδιασμός Βιοκλιματικός σχεδιασμός ενός κτιρίου είναι ο σχεδιασμός ο οποίος, λαμβάνοντας υπόψη το τοπικό κλίμα, επιδιώκει την επίτευξη των βέλτιστων εσωκλιματικών συνθηκών για τα διαμένοντα άτομα (θερμική και οπτική άνεση, ποιότητα αέρα), με την αξιοποίηση των διαθέσιμων φυσικών πηγών (ήλιο, αέραάνεμο, νερό έδαφος) και την ελάχιστη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός συνεισφέρει στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση, την ψύξη και το φωτισμό των κτιρίων. Τεχνικές του βιοκλιματικού σχεδιασμού είναι η θερμική προστασία του κελύφους, τα παθητικά ηλιακά συστήματα, οι τεχνικές και τα συστήματα φυσικού δροσισμού και φυσικού φωτισμού και ορισμένες τεχνικές ορθολογικής χρήσης ενέργειας (θερμικές ζώνες, αποθήκευση θερμότητας στα δομικά στοιχεία του κτιρίου). Στην Ελλάδα τα βιοκλιματικά Κτίρια, όπως προκύπτει από μετρήσεις, ενεργειακές καταγραφές και προσομοιώσεις, παρουσιάζουν εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 30% σε σχέση με συνήθη συμβατικά Κτίρια, ενώ σε σχέση με παλαιότερα αμόνωτα Κτίρια η αντίστοιχη εξοικονόμηση ενέργειας ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 80%. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός εξαρτάται από το κλίμα κάθε περιοχής και βασίζεται στις παρακάτω αρχές: Θερμική προστασία των κτιρίων τόσο το χειμώνα, όσο και το καλοκαίρι με τη χρήση κατάλληλων τεχνικών που εφαρμόζονται στο εξωτερικό κέλυφος των κτιρίων, ιδιαίτερα με την κατάλληλη θερμομόνωση και αεροστεγάνωση του κτιρίου και των ανοιγμάτων του. Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση των κτιρίων τη χειμερινή περίοδο και για φυσικό φωτισμό όλο το χρόνο. Αυτό επιτυγχάνεται με τον προσανατολισμό των χώρων και ιδιαίτερα των ανοιγμάτων (ο νότιος προσανατολισμός είναι ο καταλληλότερος) και τη διαρρύθμιση των εσωτερικών χώρων ανάλογα με τις θερμικές τους ανάγκες και με τα παθητικά ηλιακά συστήματα που συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και αποτελούν φυσικά συστήματα θέρμανσης, αλλά και φωτισμού. Προστασία των κτιρίων από τον καλοκαιρινό ήλιο, κυρίως μέσω της σκίασης, αλλά και της κατάλληλης κατασκευής του κελύφους. Απομάκρυνση της θερμότητας που το καλοκαίρι συσσωρεύεται μέσα στο κτίριο με φυσικό τρόπο προς το εξωτερικό περιβάλλον με συστήματα και τεχνικές παθητικού δροσισμού, όπως ο φυσικός αερισμός τις νυχτερινές ώρες. Εξασφάλιση επαρκούς φυσικού φωτισμού και ελέγχου της φωτεινής ακτινοβολίας ώστε να υπάρχει επάρκεια και ομαλή κατανομή του φωτός μέσα στους χώρους. Βελτίωση του κλίματος έξω και γύρω από τα Κτίρια, με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό των εξωτερικών χώρων και γενικότερα του δομημένου περιβάλλοντος, ακολουθώντας όλες τις παραπάνω αρχές. 55

65 3.2 Παθητικά Συστήματα Βασικά στοιχεία του βιοκλιματικού σχεδιασμού αποτελούν τα παθητικά συστήματα που ενσωματώνονται στα Κτίρια με στόχο την αξιοποίηση των περιβαλλοντικών πηγών (ήλιο, άνεμο, βλάστηση, νερό, έδαφος, ουρανό) για θέρμανση, ψύξη και φωτισμό, και τα οποία αποτελούν δομικά στοιχεία ενός κτιρίου. Τα παθητικά συστήματα λειτουργούν χωρίς μηχανολογικά εξαρτήματα ή πρόσθετη παροχή ενέργειας και με φυσικό τρόπο θερμαίνουν, αλλά και δροσίζουν τα Κτίρια. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης Παθητικά συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός ενός κτιρίου συνεπάγεται τη συνύπαρξη και συνδυασμένη λειτουργία όλων των παραπάνω συστημάτων, ώστε να συνδυάζουν θερμικά και οπτικά οφέλη καθ όλη τη διάρκεια του έτους Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης Τα παθητικά ηλιακά συστήματα επιτρέπουν σημαντική μείωση του ενεργειακού κόστος για την θέρμανση των κτιρίων και βελτιώνουν την θερμική άνεση των ενοίκων τους. Είναι συνήθως απλές κατασκευές ενσωματωμένες στο κέλυφος του κτιρίου,ενώ τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι πολύ συχνά κοινά οικοδομικά υλικά. Ο βασικός τους σκοπός είναι η συλλογή ηλιακής ενέργειας και η μετατροπή της σε θερμική, η αποθήκευσή της και η διανομή της στους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου. Σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους Το συνηθέστερο παθητικό ηλιακό σύστημα είναι το σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους, το οποίο αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια με άμεσο τρόπο μέσω ανοιγμάτων κατάλληλου (νότιου) προσανατολισμού των χώρων. Συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους Τα παθητικά συστήματα που αξιοποιούν έμμεσα την ηλιακή ακτινοβολία είναι οι ηλιακοί τοίχοι, οι ηλιακοί χώροι και τα ηλιακά αίθρια. Ηλιακοί τοίχοι: αποτελούνται από τοιχοποιίες σε συνδυασμό με γυάλινη επιφάνεια τοποθετημένη εξωτερικά σε απόσταση 5-15 cm. Η τοιχοποιία μπορεί να είναι αμόνωτος τοίχος μεγάλης θερμικής μάζας (τοίχος θερμικής αποθήκευσης) ή θερμομονωμένος (θερμοσιφωνικό πανέλο), ενώ το υαλοστάσιο μπορεί να είναι σταθερό ή ανοιγόμενο, με μονούς ή διπλούς υαλοπίνακες. Ο ηλιακός τοίχος συλλέγει την ηλιακή ακτινοβολία και η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της μάζας του τοίχου ή μέσω θυρίδων στον προσκείμενο χώρο. Μια ειδική κατηγορία τοίχου θερμικής αποθήκευσης είναι ο τοίχος Trombe, ο οποίος στο επάνω και κάτω μέρος του φέρει θυρίδες για τη διευκόλυνση της ροής του αέρα. 56

66 Ηλιακοί χώροι ή θερμοκήπια: είναι κλειστοί χώροι με μεγάλο ποσοστό γυάλινης επιφάνειας, προσαρτημένοι στο νότιο τμήμα του κτιρίου. Η ηλιακή ακτινοβολία εισέρχεται στο θερμοκήπιο, μετατρέπεται σε θερμική και ένα μέρος της αποδίδεται άμεσα στο χώρο ενώ ένα άλλο μέρος της αποθηκεύεται στα δομικά στοιχεία του χώρου και αποδίδεται με χρονική υστέρηση. Η μεταφορά της θερμότητας από τον ηλιακό χώρο προς το εσωτερικό του κτιρίου διευκολύνεται με θυρίδες ή ανοίγματα στο διαχωριστικό δομικό στοιχείο. Ηλιακά αίθρια: είναι αιθριακοί χώροι του κτιρίου που επικαλύπτονται με υαλοστάσια και η λειτουργία τους είναι παρόμοια με αυτή των θερμοκηπίων. Εικόνα 35: Κτίριο σχεδιασμένο με βάση τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής [Τρυπαναγνωστόπουλος, 2011] Για την αποδοτική λειτουργία των παθητικών συστημάτων θέρμανσης απαιτείται ικανή θερμική μάζα ώστε να αποθηκεύεται μέρος της θερμικής ενέργειας και να αποδίδεται σταδιακά στους χώρους (χρήση υλικών υψηλής θερμοχωρητικότητας), κατάλληλη θερμική προστασία του κτιρίου (θερμομόνωση κελύφους, χρήση διπλών υαλοπινάκων) και επαρκή συστήματα ηλιοπροστασίας και φυσικού αερισμού κατά τους θερινούς μήνες Συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού Ο φυσικός δροσισμός αποτελεί την εναλλακτική πρακτική για την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής άνεσης στα Κτίρια το καλοκαίρι, καθώς η εντατικοποίηση της εγκατάστασης και χρήσης κλιματιστικών συσκευών επιφέρει σημαντικά ενεργειακά, περιβαλλοντικά και οικονομικά προβλήματα, λόγω της κατανάλωσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η εφαρμογή τεχνικών φυσικού δροσισμού συνεπάγεται τη μείωση των ψυκτικών φορτίων των κτιρίων και του χρόνου λειτουργίας των κλιματιστικών, ή σε ορισεμένες περιπτώσεις, ακόμη και την κατάργηση της ανάγκης εγκατάστασης συστήματος κλιματισμού. Με το φυσικό δροσισμό, εκτός της εξοικονομούμενης ενέργειας, βελτιώνονται σημαντικά οι συνθήκες άνεσης μέσα στους χώρους, ακόμα και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες λόγω των δροσερών δομικών στοιχείων και των 57

67 ρευμάτων αέρα μέσα σε αυτούς, ενώ από έρευνες προκύπτει ότι η θερμοκρασία μέσα στα Κτίρια μπορεί να διατηρηθεί έως και 10 C χαμηλότερη από την εξωτερική. Η λειτουργία των τεχνικών φυσικού δροσισμού βασίζεται στη μείωση των ηλιακών και θερμικών κερδών στο περίβλημα του κτιρίου και στην απόρριψη της θερμότητας από το εσωτερικό του κτιρίου προς το φυσικό περιβάλλον (προς τον αέρα με μεταφορά / αγωγή, προς τη γη με αγωγή προς τον ουρανό με ακτινοβολία, σε νερό μέσω εξάτμισης). Η εξασφάλιση φυσικού δροσισμού χωρίς μηχανικό κλιματισμό προϋποθέτει: Μεγάλη μάζα στο εσωτερικό του κτιρίου Πλήρη νυχτερινό αερισμό για την ψύξη της μάζας Χαμηλές νυχτερινές θερμοκρασίες περιβάλλοντος Ο φυσικός δροσισμός επιτυγχάνεται αφενός με τη μεταφορά των χαμηλών νυχτερινών θερμοκρασιών του περιβάλλοντος μέσα στο κτίριο και αφετέρου με τη διατήρησή τους κατά τη διάρκεια της επόμενης μέρας. Η δροσιά του νυχτερινού αέρα ψύχει τη θερμική μάζα των εσωτερικών χώρων. Τα ψυχρά εσωτερικά δομικά στοιχεία είναι αυτά, που μπορούν να διατηρήσουν χαμηλή την εσωτερική θερμοκρασία την επόμενη ημέρα. Οι τεχνικές και τα συστήματα φυσικού δροσισμού χωρίζονται, σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας τους, στις εξής κατηγορίες: 1. Η ηλιοπροστασία (σκίαση) του κτιρίου, η οποία επιτυγχάνεται με διάφορα μέσα όπως η φυσική βλάστηση, μόνιμα ή κινητά σκίαστρα που τοποθετούνται εσωτερικά ή εξωτερικά των ανοιγμάτων, φυτεμένο δώμα, ανακλαστικά επιχρίσματα στις εξωτερικές επιφάνειες ή στους υαλοπίνακες και άλλα. 2. Ο φυσικός εξαερισμός με κατάλληλο σχεδιασμό και λειτουργία των ανοιγμάτων στο κέλυφος και θυρίδες στο άνω και κάτω τμήμα των διαχωριστικών εσωτερικών τοίχων που επιτρέπουν την κίνηση του αέρα στους εσωτερικούς χώρους. Ο νυχτερινός διαμπερής αερισμός είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός, κυρίως τις θερμές μέρες, κατά τις οποίες ο ημερήσιος αερισμός δεν είναι δυνατός. Ο νυχτερινός αερισμός συνεισφέρει στην αποθήκευση δροσιάς στη θερμική μάζα του κτιρίου, με αποτέλεσμα τη μειωμένη επιβάρυνση του κτιρίου κατά την επόμενη μέρα. Η χρήση ανεμιστήρων οροφής μπορεί να ενισχύσει σημαντικά το φαινόμενο του φυσικού αερισμού (υβριδικός αερισμός) με ελάχιστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Επί πλέον συνεισφέρει στην επίτευξη θερμικής άνεσης σε θερμοκρασίες υψηλότερες από τις συνήθεις (περίπου 2-3 ο C), καθώς με την κίνηση του αέρα μεταφέρεται θερμότητα από το ανθρώπινο σώμα. Ο φυσικός αερισμός μπορεί να ενισχυθεί με αγωγούς κατακόρυφου αερισμού όπως είναι οι πύργοι αερισμού ή οι ηλιακές καμινάδες. 3. Η επαρκής θερμική μάζα του κτιρίου, για τη μείωση των θερμοκρασιακών διαφορών κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. Η διαδικασία του φυσικού δροσισμού στα Κτίρια, στηρίζεται στην ψύξη των δομικών τους στοιχείων τη 58

68 νύχτα και στην απορρόφηση, κατά τη διάρκεια της επόμενης ημέρας, της θερμότητας του εσωτερικού αέρα από τα ψυχρά δομικά στοιχεία. 4. Η θερμική προστασία του κτιριακού περιβλήματος με τεχνικές όπως τα πράσινα δώματα και οι πράσινοι τοίχοι. Στα Κτίρια με φυτεμένα δώματα, κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, μειώνεται πολύ η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από την στέγη με αποτέλεσμα την μείωση της διείσδυσης της θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον προς το κτίριο. 5. Δροσισμός μέσω εδάφους, δηλαδή με απόρριψη της θερμότητας από το κτίριο στη γη, είτε με χρήση υπεδάφιου συστήματος αγωγών και εναλλακτών εδάφουςαέρα (εκμετάλλευση αβαθούς γεωθερμίας) είτε σε περιπτώσεις υπόσκαφων ή ημιυπόσκαφων κτιρίων. 6. Δροσισμός με απόρριψη της θερμότητας από το κτίριο στην ατμόσφαιρα μέσω ακτινοβολίας στο νυχτερινό ουρανό (μεταλλικός ακτινοβολητής). 7. Δροσισμός με εξάτμιση νερού με τεχνικές όπως υδάτινες επιφάνειες, πύργος δροσισμού, ψυκτικές μονάδες άμεσης, έμμεσης ή συνδυασμένης εξάτμισης και βλάστηση (μέσω της εξατμισοδιαπνοής των φυτών) Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού Ο τεχνητός φωτισμός αποτελεί σημαντική πηγή κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στα Κτίρια, και εκτός αυτού, ένα μικρό ή μεγάλο ποσοστό του φορτίου φωτισμού (ανάλογα με τον τύπο των λαμπτήρων) μετατρέπεται σε θερμότητα που επηρεάζει το θερμικό και το ψυκτικό φορτίο του κτιρίου. Ιδιαίτερη σημασία πρέπει να δίνεται στον σχεδιασμό των ανοιγμάτων που επιτρέπουν την είσοδο του φυσικού φωτός. Ο σχεδιασμός αυτός θα πρέπει να συμβάλλει στη: βελτίωση του φωτισμού στο εσωτερικό του κτιρίου και μεγαλύτερη οπτική άνεση, μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης για φωτισμό, μείωση του ψυκτικού φορτίου. Η χρήση φυσικού φωτισμού κάνει δυνατή την μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισμό έως και κατά 80%. Στην περίπτωση όπου το κτίριο λειτουργεί σε 24ωρη βάση με την χρησιμοποίηση τεχνητού φωτισμού, η συνεισφορά του φυσικού φωτισμού φθάνει μέχρι και στο 40% της αρχικής κατανάλωσης. Οι διάφορες τεχνικές φυσικού φωτισμού μπορούν να ομαδοποιηθούν στις εξής βασικές κατηγορίες: Ανοίγματα στην κατακόρυφη τοιχοποιία Ανοίγματα οροφής Αίθρια Φωταγωγοί Τα συστήματα αυτά συνδυάζονται με συγκεκριμένες τεχνικές που αφορούν στο σχεδιασμό των ανοιγμάτων, στις οπτικές ιδιότητες των υαλοπινάκων, στα φωτομετρικά χαρακτηριστικά επιφανειών (υφή, χρώμα, φωτοδιαπερατότητα υλικών) 59

69 και στη χρήση ανακλαστήρων, έτσι ώστε να υπάρχει επάρκεια και ομαλή κατανομή φυσικού φωτός μέσα στους χώρους. Οι συνηθέστερες τεχνολογίες φυσικού φωτισμού αφορούν υαλοπίνακες με συγκεκριμένες ιδιότητες, πρισματικά φωτοδιαπερατά στοιχεία, διαφανή μονωτικά υλικά και ανακλαστήρες (ράφια φωτισμού ή ανακλαστικές περσίδες) Επιλογή συστημάτων και τεχνικών Η μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας στα Κτίρια προκύπτει από το σωστό και ορθολογικό σχεδιασμό, όσον αφορά στη χωροθέτηση και τον προσανατολισμό του κτιρίου, το μέγεθος, τον προσανατολισμό και τη θέση των ανοιγμάτων, την προστασία του κελύφους (θερμομόνωση, ανεμοπροστασία, ηλιοπροστασία) αλλά και από τη σωστή λειτουργία των συστημάτων. Προτιμότερα είναι τα συστήματα που είναι απλά στην κατασκευή και στη λειτουργία τους και που συνδυάζουν θερμικά οφέλη καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η εξασφάλιση επαρκούς ηλιοπροστασίας και φυσικού αερισμού το καλοκαίρι. Η εξοικονόμηση ενέργειας με το βιοκλιματικό σχεδιασμό ποικίλει ανάλογα με τον τύπο του κτιρίου, το κλίμα της περιοχής και από τις επιμέρους τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται Ο ρόλος της σωστής χρήσης και κατασκευής Η απόδοση των βιοκλιματικών κτιρίων και των παθητικών συστημάτων αυτών επηρεάζεται σημαντικά από τη σωστή κατασκευή, τη συντήρηση και τη χρήση τους. Για όλα τα παθητικά συστήματα και τις τεχνικές κελύφους για εξοικονόμηση ενέργειας υπάρχει ως ένα βαθμό η αναγκαιότητα της συμβολής του χρήστη, καθώς ο χρήστης συχνά καθορίζει το προφίλ της ενεργειακής κατανάλωσης. Ο παράγοντας αυτός πρέπει να αποτελεί για τους μελετητές βασικό κριτήριο κατά την επιλογή των συστημάτων και τεχνικών, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις αναμένεται μειωμένη συμβολή από την απαιτούμενη κατά τη λειτουργία και χρήση του κτιρίου. Σε Κτίρια του τριτογενούς τομέα, η αποδοτική λειτουργία απαιτεί εγκατάσταση συστημάτων ελέγχου και αυτοματισμού, καθώ είναι δυσχερής η συμβολή του χρήστη στη λειτουργία των συστημάτων. Η τελευταία παράμετρος για εξασφάλιση της βέλτιστης απόδοσης των βιοκλιματικών κτιρίων με παθητικά συστήματα αποτελεί η συντήρηση, για τη μείωση των προβλημάτων που δημιουργούνται με το χρόνο και τη χρήση των συστημάτων Φυτεμένα δώματα ή πράσινες στέγες Τα φυτεμένα δώματα είναι μια τεχνική που ξεκίνησε από τις χώρες της βόρειας Ευρώπης και συμβάλλει στην καλύτερη θερμομόνωση του κτιρίου, και είναι ακόμα πιο αποτελεσματική όταν δεν υπάρχει κάποια άλλη μέθοδος θερμομόνωσης του δώματος. Αυτό συμβαίνει διότι οι στέγες αποτελούν τις πιο εκτεθειμένες επιφάνειες του κτιρίου στην ηλιακή ακτινοβολία και στις περιβαλλοντικές θερμοκρασίες. Για τη σωστή λειτουργία ενός φυτεμένου δώματος απαιτείται αποτελεσματικό σύστημα αποστράγγισης, ενώ η βλάστηση επιλέγεται να είναι πυκνή και ανοιχτόχρωμη ώστε να καθυστερεί την εισροή θερμότητας και να αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία. Όσο πυκνότερη είναι η βλάστηση, τόσο χαμηλότερες 60

70 θερμοκρασίες παρατηρούνται στο υπέδαφος της πράσινης στέγης, ενώ μειώνεται και σταθεροποιείται η θερμότητα που διεισδύει στο εσωτερικό του κτιρίου. Η θερμομονωτική συμπεριφορά των φυτεμένων δωμάτων εξαρτάται από την αναλογία υγρασίας και αέρα στη δομή τους καθώς και από τις τοπικές κλιματικές συνθήκες. Στην Εικόνα 36 φαίνονται τα διάφορα στρώματα ενός φυτεμένου δώματος. Εικόνα 36: Απαραίτητα στρώματα για τη φύτευση στα δώματα των κατασκευών [Πηγή: Η κάλυψη των δωμάτων με βλάστηση έχει πολλαπλά περιβαλλοντικά, ενεργειακά και οικονομικά οφέλη. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι: Διαχείριση νερού και συμβολή στη διατήρηση του υδρολογικού κύκλου Οι πράσινες στέγες συμβάλλουν στην διαχείριση των όμβριων υδάτων και στη μείωση της απορροής του νερού, με αποτέλεσμα την αποφόρτιση των δικτύων ομβρίων των αστικών κέντρων αλλά και την διατήρηση του υδρολογικού κύκλου του νερού. To ποσοστό του νερού που συγκρατείται σε ένα φυτεμένο δώμα εξαρτάται από το σύστημα υποδομής, το είδος και το ύψος του υποστρώματος ανάπτυξης φυτών, τα είδη των φυτών και το κλίμα της περιοχής. Κατά τους θερινούς μήνες η συγκράτηση νερού μπορεί να φτάσει το 70%-90% ενώ κατά τους χειμερινούς μήνες το αντίστοιχο ποσοστό είναι 40%-50% [Πηγή: To ποσοστό του νερού που συγκρατείται συμβάλει στην διατήρηση της υγρασίας στην επιφάνεια με αποτέλεσμα τη σημαντική συμβολή στο δροσισμό του κτιρίου, που προέρχεται από της εξάτμιση της υγρασίας. Σύμφωνα με πειραματικές μελέτες, αν η τεχνολογία της οικοστέγης εφαρμοστεί εκτεταμένα στον αστικό ιστό, μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην εξοικονόμηση πόρων από την αποφυγή έργων αντιπλημμυρικής προστασίας και διάβρωσης του εδάφους. Βελτίωση μικροκλίματος Τα πράσινα δώματα δροσίζουν και αυξάνουν την υγρασία της ατμόσφαιρας, δημιουργούν ευχάριστο μικροκλίμα και συμβάλουν στη μείωση του φαινομένου της θερμικής αστικής νησίδας. Τα φυτά λόγω της ανακλαστικής τους ικανότητας, αλλά και λόγω της απορρόφησης σημαντικού ποσοστού της ηλιακής ακτινοβολίας για τις 61

71 βιολογικές τους λειτουργίες (φωτοσύνθεση, εξάτμιση-διαπνοή), προστατεύουν το δώμα από τα θερμικά φορτία της ηλιακής ακτινοβολίας και μειώνουν τοπικά την θερμοκρασία κατά 3 C έως 7 ο C. Έτσι ενώ η θερμοκρασία που αναπτύσσεται σε σκληρά δάπεδα μπορεί να φτάσει τους 60 ο C, η επιφανειακή θερμοκρασία στα φυτεμένα δώματα είναι μόλις 35 ο C περίπου [Πηγή: Μείωση της σκόνης και του νέφους στην ατμόσφαιρα Τα φυτά που αναπτύσσονται σε ένα πράσινο δώμα λειτουργούν σαν φίλτρο που συγκρατεί τα αιωρούμενα σωματίδια, με αποτέλεσμα 10%-20% λιγότερη σκόνη. Τα νιτρικά και άλλα επιβλαβή συστατικά του αέρα απορροφώνται, και με τη βοήθεια της βροχής καταλήγουν στο υπόστρωμα των φυτών όπου δεσμεύονται. Οι πράσινες στέγες βοηθούν στο φιλτράρισμα των σωματιδίων του μολυσμένου αέρα μέσω του φυλλώματος των φυτών, ενώ σε άλλη περίπτωση αυτά θα επικάθονταν πάνω στις σκληρές επιφάνειες από μέταλλο, μπετόν και πέτρα. Επιπλέον απορροφάται το διοξείδιο του άνθρακα κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης. Μείωση της ηχορύπανσης Το φυτεμένο δώμα απορροφά τους θορύβους της πόλης με αποτέλεσμα ένα πιο ήσυχο και φιλικό περιβάλλον. Ο συνδυασμός του υποστρώματος, των φυτών και του εγκλωβισμένου αέρα σε μια πράσινη στέγη λειτουργεί ως ηχομονωτικό στρώμα. Τα ηχητικά κύματα απορροφώνται, αντανακλώνται ή διαθλώνται. Η πράσινη στέγη μπορεί να μειώσει την ένταση του ήχου που ανακλάται κατά 3 db, και ταυτόχρονα βελτιώνει την ηχομόνωση του κτιρίου κατά 8 db [Πηγή: Φυσικό περιβάλλον για ζώα και φυτά Η φυτεμένη στέγη δημιουργεί αυτόνομα οικοσυστήματα, και ενθαρρύνει την παρουσία και την παραμονή της πανίδας (έντομα, πουλιά). Αξιοποίηση πολύτιμων ανακυκλωμένων και ανακυκλώσιμων υλικών Για την παραγωγή των αποστραγγιστικών συστημάτων και των υποστρωμάτων ανάπτυξης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανακυκλωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά όπως η διογκωμένη πολυστερίνη, το πολυαιθυλένιο, το καουτσούκ αλλά και το κεραμικό υλικό. Ενίσχυση της θερμομόνωσης του κτιρίου και εξοικονόμηση ενέργειας Το φυτεμένο δώμα ενισχύει τη θερμομόνωση του κτιρίου, συμβάλλει στην αύξηση της θερμοχωρητικότητας της οροφής και επιφέρει σημαντική μείωση στα απαιτούμενα φορτία θέρμανσης και ψύξης του ορόφου με τον οποίο έρχεται σε επαφή, οι αυξομειώσεις της θερμοκρασίας του οποίου είναι αρκετά μικρότερες σε όλες τις κλιματικές συνθήκες. Οι ενεργειακές απώλειες μειώνονται και έτσι εξοικονομείται ενέργεια για την ψύξη και την θέρμανση του κτιρίου. Επιπλέον βελτιώνονται οι συνθήκες άνεσης του εσωτερικού περιβάλλοντος αλλά και το μικροκλίμα της περιοχής. 62

72 Ενίσχυση της αναμενόμενης διάρκειας ζωής του κτιρίου Το φυτεμένο δώμα ενός κτιρίου προστατεύει τα υποκείμενα μονωτικά υλικά από φθορές που θα προκαλούσε η έκθεσή τους στον ήλιο, στην υπεριώδη ακτινοβολία και στις μεγάλες αυξομειώσεις της θερμοκρασίας. Τα φυτά λόγω της ανακλαστικής τους ικανότητας, αλλά και λόγω της απορρόφησης σημαντικού ποσοστού της ηλιακής ακτινοβολίας για τις βιολογικές τους λειτουργίες (φωτοσύνθεση, εξάτμιση - διαπνοή), προστατεύουν το κτίριο από τα θερμικά φορτία της ηλιακής ακτινοβολίας και αυξάνουν την διάρκεια ζωής του. Επιπλέον η ύπαρξη φυτών στο κέλυφος του κτιρίου ελαχιστοποιεί σε μεγάλο βαθμό τα καταστρεπτικά αποτελέσματα ακραίων καιρικών φαινομένων (άνεμος, χαλάζι, δυνατές βροχές) και μειώνει τον κίνδυνο πυρκαγιάς. Παραγωγή ενέργειας στη στέγη Εικόνα 37:Εγκατάσταση φβ σε φυτεμένη στέγη [Πηγή: Τα πράσινα δώματα συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας αλλά και στην ενίσχυση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών όταν συνδυάζονται με αυτά. Η τοπική μείωση της θερμοκρασίας σε μια πράσινη στέγη, που οφείλεται στην εξάτμιση της υγρασίας αλλά και στην διαπνοή των φυτών, βελτιστοποιεί τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών πάνελ και συμβάλλει στην αύξηση της παραγωγής ενέργειας στη στέγη. Αξιοποίηση ανεκμετάλευτων χώρων στα κτίρια Η δημιουργία πράσινων δωμάτων είναι μια σύγχρονη πρακτική για τη λειτουργική και αισθητική αναβάθμιση ενός κτιρίου. Οι πράσινες στέγες μετατρέπουν ανεκμετάλλευτους χώρους σε δημιουργικούς χώρους, ξεκούρασης, ανάπαυλας και αναψυχής. Τα φυτεμένα δώματα συμβάλλουν στην ανάκτηση των χαμένων χώρων πρασίνου από το έδαφος, ενώ παράλληλα η αύξηση της εκμεταλλεύσιμης επιφάνειας του ακινήτου αυξάνει την εμπορική του αξία. 63

73 Εξοικονόμηση ενέργειας μέσω ψυχρών και θερμοχρωμικών βαφών Σημαντική συμβολή στην εξοικονόνομηση ενέργειας για ψύξη και στη βελτίωση έτσι του αστικού μικροκλίματος από τη μείωση της χρήσης των κλιματιστικών, έχει η εφαρμογή ψυχρών και θερμοχρωμικών υλικών στις στέγες. Η υψηλή ανακλαστικότητα και ο υψηλός συντελεστής εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας των ψυχρών βαφών βοηθούν ώστε οι οροφές να απορροφούν λιγότερη θερμότητα και να παραμένουν έως και 28 ο C με 33 ο C ψυχρότερες από τις συμβατικές οροφές (Κολοκοτσά, 2011), κυρίως κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. Οι θερμοχρωμικές επικαλυψεις από την άλλη, παρουσιάζουν αντιστρεπτή μεταβολή του χρώματός τους ανάλογα με τη θερμοκρασία. Έτσι μπορούν να είναι πιο ανοιχτόχρωμες, άρα πιο ανακλαστικές, σε υψηλότερες θερμοκρασίες, και πιο σκούρες, δηλαδή πιο απορροφητικές, σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, εξοικονομώντας ενέργεια για ψύξη το καλοκαίρι και για θέρμανση το χειμώνα. Η αύξηση της ανακλαστικότητας από την σκουρόχρωμη στην ανοιχτόχρωμη φάση μπορεί να φτάσει έως 43% (Καρλέση, 2009). Εικόνα 38: Παράδειγμα φύτευσης δώματος με βλάστηση χαμηλού ύψους [Πηγή: 64

74 Εικόνα 39: Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang, σχολές καλών τεχνών, σχεδιασμού και μέσων μαζικής ενημέρωσης, CPG Consultants, Σιγκαπούρη [Πηγή: Ενεργητικά Συστήματα Ενεργητικά συστήματα ηλιακής ενέργειας Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα αποτελούν μηχανικές κατασκευές ικανές να συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια, να τη μετατρέπουν σε αξιοποιήσιμη, να αποθηκεύουν τμήμα αυτής και να τη διανέμουν προς χρήση. Οι κατηγορίες των ενεργητικών ηλιακών συστημάτων είναι οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες για παραγωγή θερμικής ενέργειας και τα φωτοβολταϊκά πλαίσια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Θερμικά ηλιακά συστήματα Τα θερμικά ηλιακά συστήματα συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία, και στη συνέχεια τη μεταφέρουν με τη μορφή θερμότητας σε νερό, σε αέρα ή σε κάποιο άλλο ρευστό. Αποτελούνται από θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες και μια δεξαμενή αποθήκευσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για θέρμανση νερού οικιακής χρήσης, για τη θέρμανση και ψύξη χώρων, για βιομηχανικές διεργασίες, για αφαλάτωση, για διάφορες αγροτικές εφαρμογές, για θέρμανση πισίνων και άλλα. Η τεχνολογία που εφαρμόζεται είναι αρκετά απλή και υπάρχουν πολλές δυνατότητες εφαρμογής της σε θερμικές χρήσεις χαμηλών θερμοκρασιών. Υπάρχουν δύο τύποι θερμικών ηλιακών συστημάτων, τα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας και τα συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας. Τα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: 1. Τα ολοκληρωμένα συστήματα συλλέκτη-αποθήκευσης, που αποτελούνται από μια η περισσότερες δεξαμενές αποθήκευσης και τοποθετούνται σε ένα μονωμένο περίβλημα με τη διαφανή πλευρά να βλέπει προς τον ήλιο. 2. Τα θερμοσιφωνικά συστήματα, τα οποία στηρίζονται στη φυσική μεταφορά για την κυκλοφορία του νερού στους συλλέκτες και τη δεξαμενή, η οποία βρίσκεται 65

75 πάνω από το συλλέκτη. Καθώς το νερό θερμαίνεται στον ηλιακό συλλέκτη γίνεται ελαφρύτερο και ανέρχεται με φυσικό τρόπο προς τη δεξαμενή αποθήκευσης ενώ το ψυχρότερο νερό της δεξαμενής ρέει μέσω των σωληνώσεων προς το κατώτερο σημείο του συλλέκτη δημιουργώντας κυκλοφορία σε όλο το σύστημα. Τα συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας χρησιμοποιούν ηλεκτρικές αντλίες, βαλβίδες και συστήματα ελέγχου για να κυκλοφορήσουν το νερό ή τα άλλα ρευστά μεταφοράς θερμότητας μέσα στους συλλέκτες. Υπάρχουν δύο τύποι τέτοιων συστημάτων: 1. Τα συστήματα ανοιχτού βρόχου, τα οποία χρησιμοποιούν αντλίες (κυκλοφορητές) για να κυκλοφορήσουν το νερό χρήσης στους συλλέκτες. 2. Τα συστήματα κλειστού βρόχου, που αντλούν το ρευστό μεταφοράς θερμότητας (π.χ. ένα αντιπηκτικό μίγμα γλυκόλης και νερού) μέσα στους συλλέκτες. Η θερμότητα μεταφέρεται μέσω εναλλακτών θερμότητας από το ρευστό στο νερό που αποθηκεύεται στις δεξαμενές. Τα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας είναι γενικά πιο αξιόπιστα, ευκολότερα στη συντήρηση και ενδεχομένως μεγαλύτερης διάρκειας ζωής από τα συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας. Εφαρμογές 1. Παραγωγή ζεστού νερού για οικιακή χρήση Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες μπορούν να καλύψουν ένα μεγάλο ποσοστό των αναγκών των νοικοκυριών σε ζεστό νερό χρήσης, μειώνοντας έτσι τις οικιακές δαπάνες σε ενέργεια. Η ποσότητα του ζεστού νερού που αποδίδει η ηλιακή ενέργεια εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του συστήματος, το κλίμα και τις συνθήκες ηλιοφάνειας της περιοχής. Ιδιαίτερα αποδοτικά είναι τα κεντρικά ηλιακά συστήματα, τα οποία εφαρμόζονται σε σύνολα κατοικιών. Αποτελούνται από ένα κεντρικό σύστημα συλλεκτών και μια κεντρική δεξαμενή, η οποία παρέχει ζεστό νερό στις μεμονωμένες κατοικίες μέσω δικτύου αγωγών. Με το σύστημα αυτό η ζήτηση θερμού νερού είναι ομαλότερα κατανεμημένη κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου και έτσι μειώνονται οι θερμικές απώλειες του αποθηκευμένου νερού για την κάλυψη των απαιτήσεων του συνόλου των κατοικιών. 2. Θέρμανση και δροσισμός χώρων Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης χώρων βασίζονται σε ένα σύνολο επιμέρους συσκευών όπως είναι οι συλλέκτες στέγης για τη συλλογή και τη διανομή της θερμότητας. Χρησιμοποιούν αέρα ή ένα υγρό που θερμαίνεται στους ηλιακούς συλλέκτες και, στη συνέχεια, μεταφέρεται από ανεμιστήρες ή αντλίες με μικρή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης αέρα αποτελούνται από συλλέκτες, ανεμιστήρες, αεραγωγούς και συστήματα ελέγχου, και μπορούν να θερμαίνουν τον αέρα ενός σπιτιού χωρίς εναλλάκτες θερμότητας ή θερμική αποθήκευση. Τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης υγρών περιλαμβάνουν τους ηλιακούς συλλέκτες, τις 66

76 δεξαμενές αποθήκευσης, τις αντλίες, τις σωληνώσεις, τους εναλλάκτες θερμότητας (στα συστήματα κλειστού βρόχου) και τα συστήματα ελέγχου. Εξαιτίας της σύμπτωσης στη ζήτηση της ψύξης με τη μέγιστη διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία, ο ηλιακός δροσισμός εμφανίζεται ως μια πολλά υποσχόμενη εφαρμογή. Η παλιότερη τεχνολογία κλιματισμού είναι η ψύξη κύκλου απορρόφησης, στην οποία χρησιμοποιείται μια πηγή θερμότητας (π.χ. ένας μεγάλος ηλιακός συλλέκτης) για να εξατμιστεί ένα υπό πίεση ψυκτικό ρευστό από ένα μίγμα ψυκτικού μέσου. 3. Θέρμανση πισίνας Σε μια πισίνα απαιτείται θερμότητα χαμηλής θερμοκρασίας για να διατηρηθεί το νερό γύρω στους 27 o C. Η μικρή διαφορά μεταξύ της μέσης ημερήσιας θερμοκρασίας μιας μη θερμαινόμενης πισίνας και της θερμοκρασίας που είναι επιθυμητή κατά την κολύμβηση επιτρέπει τη χρήση πολύ απλών αλλά και αποδοτικών συλλεκτών. Στα συστήματα αυτά δεν απαιτείται η ύπαρξη ξεχωριστής δεξαμενής αποθήκευσης, αφού η ίδια η πισίνα λειτουργεί ως αποθήκη θερμότητας. 4. Αφαλάτωση Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού με κόστος που επιτρέπει τη χρήση του νερού σε αγροτικές εφαρμογές. Δεδομένου ότι πολλές άνυδρες περιοχές είναι κοντά στη θάλασσα, το αφαλατωμένο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναμόρφωσή τους Φωτοβολταϊκά πλαίσια Πρόκειται για συστήματα που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια και αρχικά χρησιμοποιήθηκαν για την ηλεκτροδότηση μη διασυνδεδεμένων στο ηλεκτρικό δίκτυο καταναλώσεων. Δορυφόροι, φάροι και απομονωμένα σπίτια χρησιμοποιούν παραδοσιακά τα φωτοβολταϊκά για την ηλεκτροδότησή τους. Στην Ελλάδα, η προοπτική ανάπτυξης και εφαρμογής των Φ/Β συστημάτων είναι τεράστια, λόγω του ιδιαίτερα υψηλού δυναμικού ηλιακής ενέργειας. Μερικά από τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των φωτοβολταϊκών είναι: παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στο σημείο χρήσης, με αποτέλεσμα τη μείωση των απωλειών στο σύστημα μεταφοράς και διανομής της ενέργειας, μηδενική ρύπανση της ατμόσφαιρας κατά τη λειτουργία, μεγάλη διάρκεια ζωής των ηλιακών στοιχείων (περίπου 25 χρόνια), αθόρυβη λειτουργία, μηδενικό κόστος συντήρησης και λειτουργίας, δυνατότητα ενσωμάτωσης σε οροφές και προσόψεις κτιρίων ως κύρια δομικά στοιχεία, δυνατότητα επέκτασης του συστήματος ανάλογα με τις ενεργειακές απαιτήσεις. Ως μειονέκτημα θα μπορούσε να αναφερθεί το κόστος των φωτοβολταϊκών πλαισίων, αν και τα τελευταία χρόνια το κόστος των φβ έχει μειωθεί σημαντικά. Ιδιαίτερα σε περιπτώσεις απομακρυσμένων περιοχών ή περιοχών όπου το κόστος 67

77 παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλό, τα φωτοβολταϊκά αποτελούν την πλέον τεχνικά αξιόπιστη και οικονομικά αποδεκτή λύση. Ανάλογα με τη χρήση του παραγόμενου ρεύματος, τα Φ/Β κατατάσσονται σε αυτόνομα και διασυνδεδεμένα συστήματα. Στα αυτόνομα συστήματα, η παραγόμενη ενέργεια είτε καταναλώνεται επιτόπου τροφοδοτώντας ηλεκτρικές συσκευές (άμεση χρήση), είτε αποθηκεύεται σε συσσωρευτές ώστε να χρησιμοποιηθεί αργότερα (έμμεση χρήση). Τα βασικά μέρη ενός αυτόνομου συστήματος είναι ο πίνακας ελέγχου, ο ρυθμιστής φόρτισης, ο αντιστροφέας και οι συσσωρευτές (Εικόνα 40). Στις περισσότερες περιπτώσεις ενδείκνυται η μετατροπή του συνεχούς ρεύματος (DC) της φβ συστοιχίας σε εναλλασσόμενο (AC), δεδομένης της ευρείας χρήσης των συσκευών με τροφοδοσία 220 V AC και των αυξημένων ενεργειακών απωλειών στη χρήση DC. Εικόνα 40: Αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα [Πηγή: Βραχόπουλος, 2011] Στα διασυνδεδεμένα συστήματα υπάρχει φυσική ένωση με το δίκτυο μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Η σύνδεση αυτή λειτουργεί αμφίδρομα, δηλαδή το σύστημα μπορεί να παρέχει ενέργεια στο δίκτυο ή να απορροφά απ αυτό. Τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται ένα διασυνδεδεμένο σύστημα είναι ο πίνακας ελέγχου, ο αντιστροφέας και ο μετρητής της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται από το δίκτυο (Εικόνα 41). 68

78 Εικόνα 41: Διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα [Πηγή: Βραχόπουλος, 2011] Υβριδικά Φωτοβολταϊκά / Θερμικά συστήματα Τα φωτοβολταϊκά μετατρέπουν ένα μικρό μέρος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια (μόνο το 5%-20%, ανάλογα της τεχνολογίας του φωτοβολταϊκού), με το μεγαλύτερο ποσοστό (70%-80%) να μετατρέπεται σε θερμότητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας τους, που με τη σειρά της οδηγεί σε μείωση της απόδοσής τους. Το ανεπιθύμητο αυτό αποτέλεσμα μπορεί εν μέρει να αποφευχθεί με την απαγωγή θερμότητας με κυκλοφορία ενός ρευστού, το οποίο εξασφαλίζεται με τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα. Τα συστήματα αυτά παρέχουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια, επιτυγχάνοντας έτσι ένα υψηλότερο ποσοστό μετατροπής της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Αποτελούνται από φβ στοιχεία συνδυασμένα με συσκευές απαγωγής θερμότητας στις οποίες αέρας ή νερό χαμηλότερης θερμοκρασίας από αυτή των φβ θερμαίνεται ενώ παράλληλα η θερμοκρασία των φβ στοιχείων μειώνεται. Στα αερόψυκτα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα, τοποθετείται ένας αεραγωγός στην πίσω πλευρά των φωτοβολταϊκών. Αέρας χαμηλότερης θερμοκρασίας από αυτή των φωτοβολταϊκών (συνήθως ο αέρας του περιβάλλοντος) κυκλοφορεί στον αεραγωγό και επιτυγχάνει ψύξη του φβ και συλλογή θερμικής ενέργειας. Έτσι η φωτοβολταϊκή ηλεκτρική απόδοση διατηρείται σε ικανοποιητικό επίπεδο και η θερμική ενέργεια που συλλέγεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις θερμικές ανάγκες του κτιρίου. Στα υγρόψυκτα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα, το υγρό απολαβής της θερμότητας, που είναι συνήθως νερό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για προθέρμανση δεξαμενής αποθήκευσης νερού και ηλιακοί συλλέκτες να 69

79 χρησιμοποιηθούν για την κύρια θέρμανση. Έτσι μπορούν να καλυφθούν οι ανάγκες σε ζεστό νερό χρήσης του κτιρίου. Τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα διαχωρίζονται σε συστήματα χαμηλών, μέσων και υψηλών θερμοκρασιών. Οι εφαρμογές των χαμηλών θερμοκρασιών, μέχρι περίπου τους 45 C, αφορούν την προθέρμανση νερού, τη θέρμανση νερού για κολυμβητικές δεξαμενές και για εφαρμογές σε συνδυασμό με αντλία θερμότητας. Οι εφαρμογές των μέσων θερμοκρασιών σχετίζονται με τη θέρμανση νερού μεταξύ 45 C και 65 C για κάλυψη αναγκών θερμού νερού οικιακής χρήσης, θέρμανση χώρων και άλλες ενεργειακές ανάγκες. Τα συστήματα που θερμαίνουν νερό πάνω από 65 C μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ψύξης χώρων και βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά δεν έχουν γίνει τέτοιες χρήσεις μέχρι τώρα Συστήματα αιολικής ενέργειας Η εκμετάλλευση της ενέργειας του ανέμου από τον άνθρωπο αποτελεί μία πρακτική που βρίσκει τις ρίζες της στην αρχαιότητα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας είναι τα ιστιοφόρα και οι ανεμόμυλοι. Σήμερα, για την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας χρησιμοποιούμε τις ανεμογεννήτριες, οι οποίες πλέον αποτελούν και ώριμη τεχνολογία. Οι ανεμογεννήτριες είναι μηχανές οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μετατροπή αυτή γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, μέσω της πτερωτής, έχουμε την μετατροπή της κινητικής ενέργειας του ανέμου σε μηχανική ενέργεια με την μορφή περιστροφής του άξονα της πτερωτής και στο δεύτερο στάδιο, μέσω της γεννήτριας, επιτυγχάνουμε την μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Η κυριότερη τους εφαρμογή είναι στα αιολικά πάρκα, σε περιοχές με υψηλό αιολικό δυναμικό, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που διοχετεύεται στο δίκτυο. Εγκαταστάσεις ανεμογεννητριών γίνονται ακόμη και με την μορφή μικρών μονάδων για την κάλυψη ηλεκτρικών αναγκών σε αναμεταδότες τηλεφωνίας, τηλεόρασης, κλπ., στον αγροτικό τομέα, για αφαλάτωση, και σε άλλες εφαρμογές. Εκτός από τις εφαρμογές αυτές η αιολική ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί και σε περιπτώσεις κτιρίων σε αστικές, ημιαστικές και αγροτικές περιοχές με τη χρήση ανεμογεννητριών μικρής ισχύος, δηλαδή των αιολικών μηχανών που έχουν ισχύ μικρότερη των 100 kw p. Η χρήση μικρών ανεμογεννητριών βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της στάδια στη χώρα μας και μέχρι τώρα έχουν γίνει πολύ λίγες εφαρμογές, αλλά υπάρχουν ενδιαφέρουσες προοπτικές για το μέλλον. Βέβαια, οι πρώτες εγκαταστάσεις αναμένεται να γίνουν αρχικά σε περιοχές με υψηλό αιολικό δυναμικό και στη συνέχεια να γίνει επέκταση και σε περιοχές με μικρότερο δυναμικό, αρκεί να είναι όμως αυτό πάνω από τα όρια της οικονομικά αποδοτικής λειτουργίας των αιολικών μηχανών. Η εφαρμογή των μικρών ανεμογεννητριών στον αστικό χώρο αφορά την ένταξή τους στα κτίρια (οροφές) και σε ανοικτούς χώρους της πόλης (δρόμοι, πλατείες, πάρκα, κλπ), με σκοπό την αξιοποίηση του αιολικού δυναμικού εντός του αστικού χώρου, μεταξύ των κτιρίων. Τελευταία αναπτύσσονται νέες σχεδιάσεις αιολικών μηχανών οριζόντιου και κατακόρυφου άξονα, διατάξεις συγκέντρωσης του 70

80 ανέμου, κλπ. Βέβαια μέχρι τώρα οι πραγματοποιηθείσες εγκαταστάσεις είναι περιορισμένες, όμως η αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας του αστικού χώρου ίσως να αποδειχθεί στο μέλλον αρκετά σημαντική για την εξοικονόμηση ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες καθέτου άξονα φαίνεται να αποτελούν μια καλή επιλογή για αστική χρήση αφού είναι λιγότερο ευαίσθητες σε φαινόμενα στροβιλισμού και στις αλλαγές της διεύθυνσης του ανέμου σε σχέση με τις οριζοντίου άξονα και επίσης έχουν μικρότερο βάρος σε σχέση με την ισχύ τους. Επιπλέον, το γεγονός ότι διαθέτουν γεννήτρια που είναι τοποθετημένη στη βάση τους, τις κάνει πολύ πιο πρακτικές ως προς την τοποθέτησή τους στις στέγες των κτιρίων και ως προς την συντήρηση και την επισκευή τους. Εξάλλου, οι μικρές ανεμογεννήτριες καθέτου άξονα είναι λιγότερο ενοχλητικές οπτικά, κάτι πολύ ενδιαφέρον για την αισθητική ενσωμάτωση τους στα κτίρια (Τρυπαναγνωστόπουλος et al, 2012). Συνδυασμός ηλιακών και αιολικών συστημάτων Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή στα κτίρια είναι ο συνδυσμός φωτοβολταϊκών ή φωτοβολταϊκών/θερμικών συστημάτων με αιολικές μηχανές. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το φβ εξαρτάται από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και επιτυγχάνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, εφ όσον υπάρχει ηλιοφάνεια. Από την άλλη, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την ανεμογεννήτρια εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου στο σημείο της εγκατάστασης και μπορεί να επιτευχθεί οποιαδήποτε ώρα της ημέρας ή της νύχτας, αρκεί η ταχύτητα του ανέμου να είναι πάνω από ένα όριο. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, που γενικά η ηλιακή ακτινοβολία είναι σε χαμηλά επίπεδα, τα φβ συστήματα δεν αποδίδουν ικανοποιητικά, σε αντίθεση με τα αιολικά συστήματα που μπορούν να παράγουν σημαντικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, η μεγάλη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα φβ μπορεί να αντισταθμίσει την ασταθή απόδοση των αιολικών συστημάτων. Ως εκ τούτου, τα φωτοβολταϊκά (ή φωτοβολταϊκά/θερμικά) και τα αιολικά συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν συμπληρωματικά με πρωταρχικό στόχο την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου σε ηλεκτρισμό, αλλά και την προθέρμανση δεξαμενής αποθήκευσης νερού στην περίπτωση πλεονάσματος ηλεκτρικής ενέργειας (Tripanagnostopoulos et al, 2009). Τα φωτοβολταϊκά/θερμικά/αιολικά συστήματα είναι κατάλληλα τόσο για αγροτικές και απομονωμένες περιοχές, λειτουργώντας ως αυτόνομες μονάδες, όσο και για αστικές περιοχές, σε σύνδεση με το δίκτυο. Στην περίπτωση αυτόνομων συστημάτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν γεννήτριες πετρελαίου όταν η ηλιακή και η αιολική ενέργεια δεν επαρκούν για την κάλυψη του ηλεκτρικού φορτίου Συστήματα γεωθερμίας Η γεωθερμική ενέργεια είναι η ενέργεια η οποία υπάρχει στο εσωτερικό της γης και η οποία αξιοποιείται μέσω των γεωθερμικών ρευστών. Ο σημαντικότερος παράγοντας για την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας μιας περιοχής είναι η 71

81 θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών που καθορίζει και το είδος της εφαρμογής της. Στην Ελλάδα η συνηθέστερη εφαρμογή γεωθερμίας αφορά στη θέρμανση θερμοκηπίων. Άλλες εφαρμογές είναι η τηλεθέρμανση στα Κτίρια, ο συνδυασμός με αντλίες θερμότητας στα κτίρια, οι ιχθυοκαλλιέργειες, η ξήρανση αγροτικών προϊόντων, η αφαλάτωση νερού και άλλες. Η γεωθερμική ενέργεια, ανάλογα με τη θερμοκρασία των ρευστών, διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες: χαμηλής ενθαλπίας (25 C -100 C) μέσης ενθαλπίας (100 C -150 C) υψηλής ενθαλπίας (πάνω από 150 C) Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας ποικίλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία και περιλαμβάνουν: ηλεκτροπαραγωγή (θ>90 C), θέρμανση χώρων (με καλοριφέρ για θ>60 C, με αερόθερμα για θ>40 C, με ενδοδαπέδιο σύστημα (θ>25 C), ψύξη και κλιματισμό (με αντλίες θερμότητας απορρόφησης για θ>60 C, ή με υδρόψυκτες αντλίες θερμότητας για θ<30 C), θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών επειδή τα φυτά αναπτύσσονται γρηγορότερα και γίνονται μεγαλύτερα με τη θερμότητα (θ>25 C), ή και για αντιπαγετική προστασία, ιχθυοκαλλιέργειες (θ>15 C) επειδή τα ψάρια χρειάζονται ορισμένη θερμοκρασία για την ανάπτυξή τους, βιομηχανικές εφαρμογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού (θ>60 C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, κλπ θερμά λουτρά για θερμοκρασία μεταξύ 25 C και 40 C. Επιπλέον η σημερινή τεχνολογία επιτρέπει την εκμετάλλευση της θερμότητας πετρωμάτων μικρού βάθους, καθώς και υπόγειων ή και επιφανειακών υδάτων χαμηλής θερμοκρασίας, αλλά και την αξιοποίηση της διαφοράς θερμοκρασίας εδάφους-αέρα περιβάλλοντος (αβαθής γεωθερμία) για θέρμανση και κλιματισμό των κτιρίων. Αβαθής γεωθερμία είναι η μορφή της γεωθερμικής ενέργειας κατά την οποία ενέργεια λαμβάνεται (ή απορρίπτεται) από σχετικά μικρά βάθη με τη χρήση αντλιών θερμότητας. Η αβαθής γεωθερμία, σε συνδυασμό με οριζόντια ή κατακόρυφα τοποθετημένους σωλήνες εναλλάκτες θερμότητας, μπορεί να καλύψει με επάρκεια τόσο τις ενεργειακές ανάγκες θέρμανσης/ψύξης χώρων όσο και την ανάγκη θερμού νερού χρήσεως μέσω της λειτουργίας αντλιών θερμότητας. Υπολογίζεται ότι με την εγκατάσταση συστήματος γεωθερμικών αντλιών θερμότητας η εξοικονόμηση ενέργειας μπορεί να φτάσει ακόμη και το 60% σε σχέση με τις κυριαρχούσες τεχνολογίες [Ανδρίτσος, 2011]. Τα κύρια συστήματα με τα οποία λειτουργούν οι ΓΑΘ είναι: (α) Αντλίες που είναι συνδεδεμένες με το υπέδαφος κλειστού βρόχου. Τα συστήματα ΓΑΘ κλειστού κυκλώματος διαχωρίζονται περαιτέρω σε κατακόρυφα και οριζόντια, ανάλογα με τη γεωμετρία του γεωεναλλάκτη. 72

82 Στα οριζόντια συστήματα κλειστού βρόχου οι σωληνώσεις τοποθετούνται στο έδαφος σε ορισμένο βάθος με διάφορες γεωμετρίες. Πολλά γεωμετρικά σχήματα έχουν προταθεί και δοκιμαστεί. Στην Βόρεια Αμερική επικρατεί η σπειροειδής «γεωμετρία», ενώ στην Ευρώπη τα τελευταία χρόνια τοποθετείται ένα είδος πλέγματος. Το δίκτυο των αγωγών τοποθετείται σε βάθος 1 m 2 m, ή και βαθύτερα, αν το επιτρέπει το κόστος των εκσκαφών. Η εκσκαφή μπορεί να γίνει με τη μορφή ορυγμάτων, συνήθως πλάτους 20 cm 60 cm, η με την μορφή της ολικής απομάκρυνσης του εδάφους. Μετά την τοποθέτηση του δικτύου των σωληνώσεων, ο χώρος καλύπτεται αρχικά συνήθως με στρώμα άμμου και κατόπιν με το χώμα της εκσκαφής. Ψύξη Δεξαμενή θερμού νερού Αντλία θερμότητας Ενδοδαπέδια θέρμανση Δίκτυο οριζόντιων αγωγών Εικόνα 42: Αρχή λειτουργίας του συστήματος ΓΑΘ με χρήση οριζόντιου κυκλώματος αγωγών [Πηγή:.Ανδρίτσος, 2011] Για την εκτίμηση του φορτίου εναλλαγής θερμότητας στον γεωεναλλάκτη απαιτείται η γνώση της ελάχιστης και της μέγιστης θερμοκρασίας του αδιατάρακτου εδάφους. Η θερμοκρασία σε κάποιο βάθος (ή η διακύμανσή της με τις εποχές), μπορεί να εκτιμηθεί από μετρήσεις ή να υπολογιστεί. Το μήκος των σωληνώσεων (ή η επιφάνεια του πλέγματος) εξαρτάται από αρκετές παραμέτρους, όπως είναι η θερμοκρασία, ο τύπος και η υγρασία του εδάφους, το είδος της κάλυψης, το βάθος που τοποθετούνται οι σωληνώσεις, η απόσταση μεταξύ των ορυγμάτων κ.ά. Τα κατακόρυφα συστήματα αποτελούνται συνήθως από ένα ζεύγος σωληνώσεων μικρής διαμέτρου (20 mm 40 mm) από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας, που τοποθετείται σε μία ή περισσότερες κατακόρυφες γεωτρήσεις, το εσωτερικό των οποίων γεμίζεται εν συνεχεία από στερεό υλικό. Το ζεύγος των σωληνώσεων είναι συνδεδεμένο με θερμοκόλληση στο κάτω άκρο σχηματίζοντας αγωγό σχήματος U. Εκτός από αυτό το σχήμα έχουν εφαρμοστεί και άλλες γεωμετρίες, με σκοπό την αύξηση της επιφάνειας του υπόγειου εναλλάκτη, όπως τα διπλά ζεύγη σωληνώσεων και η σπειροειδής τοποθέτηση του πλαστικού αγωγού. Το βάθος των γεωτρήσεων ποικίλλει από 15 m μέχρι και 200 m, ανάλογα με τις συνθήκες, το κόστος διάτρησης και τις ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου. Οι πιο 73

83 πάνω παράμετροι ρυθμίζουν και τον αριθμό των γεωτρήσεων. Η οριζόντια απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων είναι μικρή (4 m 5 m), επειδή η επίδραση της μιας γεώτρησης στην άλλη είναι ελάχιστη. Έτσι μπορούμε να έχουμε μεγάλη πύκνωση των γεωτρήσεων και, επομένως, εξασφάλιση σημαντικών ποσοτήτων θερμότητας σε μικρό χώρο. Η παροχή θερμότητας στον υπόγειο εναλλάκτη προέρχεται από διάφορες πηγές, από τη γεωθερμική ροή θερμότητα, από αγωγή σε οριζόντιο επίπεδο και από την ανοδική πορεία του υπόγειου νερού, αν υπάρχει. Ζεστό νερό Ενδοδαπέδια θέρμανση Αντλία θερμότητας Υπόγειος εναλλάκτης θερμότητας Εικόνα 43: Αρχή λειτουργίας κατακόρυφου συστήματος ΓΑΘ κλειστού βρόχου [Πηγή: Ανδρίτσος, 2011] Εικόνα 44: Δίκτυο σωληνώσεων σε κατακόρυφη διάταξη [1] και σε οριζόντια διάταξη [2]. [Πηγή: 74

84 (β) Αντλίες που λειτουργούν με τα υπόγεια νερά ανοικτού βρόχου ή επιφανειακά, σχετικά ψυχρά (10 C 15 C) ή και κάπως θερμότερα (20 C 35 C). Διακρίνονται σε άμεσης επαφής, δηλ. το υπόγειο νερό μεταφέρει ή απάγει θερμότητα από τον εναλλάκτη νερού ψυκτικού, και σε έμμεσης επαφής, δηλ. με την ύπαρξη ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη και κυκλώματος νερού για την αποφυγή προβλημάτων διάβρωσης και δημιουργίας επικαθίσεων (σωματιδιακών, κρυστάλλωσης, βιολογικών κτλ.). ΓΕΩΤΡΗΣΗ ΕΠΑΝΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Εικόνα 45: Γενική αρχή συστήματος ΓΑΘ ανοικτού βρόχου [Πηγή: Ανδρίτσος, 2011] (γ) Αντλίες που λειτουργούν με επιφανειακά νερά, είτε ανοικτού τύπου (χρήση των επιφανειακών νερών όπως με τα υπόγεια νερά), είτε κλειστού τύπου, δηλαδή το δίκτυο των σωληνώσεων βρίσκεται εμβαπτισμένο στη λίμνη, το ποτάμι ή τη θάλασσα. Τα δεύτερα συστήματα αποτελούν τη μοναδική βιώσιμη επιλογή σε περίπτωση που η θερμοκρασία των επιφανειακών νερών είναι κάτω από τους 7 C. (δ) Υβριδικά συστήματα. Τα συστήματα αυτά συνδυάζουν συνήθως μία ή περισσότερες από τις παραπάνω τεχνολογίες ΓΑΘ για την κάλυψη μέρους ή του βασικού φορτίου θέρμανσης ψύξης με τη χρήση καυστήρα λέβητα κατά τη χειμερινή περίοδο και με τη χρήση πύργου ψύξης κατά τη θερινή. Άλλοι συνδυασμοί μπορούν να γίνουν με ηλιακούς συλλέκτες θερμού νερού ή με την διάθεση θερμότητας σε υγρούς ταμιευτήρες (λίμνη, θάλασσα). Κύριος στόχος αυτών των συστημάτων είναι να μειωθεί το κόστος εγκατάστασης του συστήματος. Όσον αφορά το κόστος λειτουργίας των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, καταναλώνουν συνήθως γύρω στο 25-30% της ενέργειας που αποδίδουν. Ενδιαφέρον παρουσιάζει ο συνδυασμός τους με εγκατάσταση φωτοβολταϊκών πλαισίων στην οροφή ή στην πρόσοψη, τα οποία παράγουν την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία των αντλιών. Επίσης, σε περίπτωση που υπάρχει εγκατάσταση θερμικών ηλιακών συλλεκτών στο κτίριο, αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για μια θερμοκρασιακή αναβάθμιση του ρευστού που προέρχεται από τον εναλλάκτη στο έδαφος και να αυξηθεί κατά συνέπεια η απόδοση του συστήματος γεωθερμίας (Τρυπαναγνωστόπουλος et al, 2010). 75

85 3.3.4 Συστήματα βιομάζας Βιομάζα είναι η αποθηκευμένη χημική ενέργεια στα φυτά και τα ζώα. Περιλαμβάνει όλα τα οργανικά συστατικά των φυτών και από χημική άποψη περιέχει κυρίως τα στοιχεία C, H, O στην αναλογία που βρίσκεται στους υδατάνθρακες. [Γιαννούλης, 1997]. Πρακτικά, στον όρο βιομάζα εμπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από το φυτικό κόσμο και πιο συγκεκριμένα: οι φυτικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα είτε από τις ενεργειακές καλλιέργειες (τα φυτά που καλλιεργούνται ειδικά με σκοπό την παραγωγή βιομάζας για παραγωγή ενέργειας) γεωργικών και δασικών ειδών (π.χ. σόργο, ευκάλυπτος) τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής (π.χ. άχυρα, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα, κλαδιά δένδρων) τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών (π.χ. ελαιοπυρηνόξυλα, πριονίδι) το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Η βιομάζα αποτελεί μία δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή της ηλιακής ενέργειας και είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Κατ αυτήν, η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας ως βασικές πρώτες ύλες διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα καθώς και νερό και ανόργανα συστατικά από το έδαφος. Εφαρμογές Η χρήση της βιομάζας ως πηγή ενέργειας δεν είναι νέα. Μέχρι τα μέσα του 19 ου αιώνα σχεδόν όλες οι ενεργειακές ανάγκες του ανθρώπου καλύπτονταν από ανανεώσιμες ενεργειακές πηγές (βιομάζα,άνεμος, υδατοπτώσεις), με σημαντικότερη πηγή είτε άμεσα είτε έμμεσα τη βιομάζα. Άλλωστε τα καυσόξυλα και οι ξυλάνθρακες μέχρι το τέλος του 19 ου αιώνα κάλυπταν το 97% των ενεργειακών αναγκών. Μετά ο άνθρωπος άρχισε να χρησιμοποιεί τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία, όπως και η βιομάζα, προήλθαν από φωτοσύνθεση, που έγινε όμως πριν από εκατομμύρια χρόνια και είναι αποθηκευμένη ενέργεια υψηλής ποιότητας. Οι τεχνολογίες για την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας διακρίνονται σε [Γιαννούλης, 1997]: 1. υγρή επεξεργασία της βιομάζας, αλκοολική ζύμωση, με προϊόν την αιθανόλη αναερόβια χώνευση, με προϊόν το μεθάνιο χημική αναγωγή, με προϊόν υγρά καύσιμα 2. ξηρή επεξεργασία της βιομάζας, πυρόλυση, με προϊόν αέρια καύσιμα αεριοποίηση, με προϊόντα SNG, μεθανόλη, αμμωνία και παραγωγή ηλεκτρισμού 3. καύση, για παραγωγή θερμότητας, ατμού και ηλεκτρισμού. 76

86 Οι πιο διαδεδομένες εφαρμογές της βιομάζας αφορούν στην παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, με κυριότερες τις παρακάτω: 1. Θέρμανση θερμοκηπίων Σε περιοχές όπου υπάρχουν μεγάλες ποσότητες διαθέσιμης βιομάζας, η βιομάζα χρησιμοποιείται σαν καύσιμο σε κατάλληλους λέβητες για τη θέρμανση των θερμοκηπίων. 2. Τηλεθέρμανση Είναι η προμήθεια θέρμανσης χώρων καθώς και ζεστού νερού χρήσης σε ένα σύνολο κτιρίων, έναν οικισμό, ένα χωριό ή μια πόλη, από έναν κεντρικό σταθμό παραγωγής θερμότητας. Η θερμότητα διανέμεται μέσω μονωμένου δικτύου αγωγών από το σταθμό στα θερμαινόμενα Κτίρια. 3. Παραγωγή ενέργειας σε βιομηχανίες Τα υπολείμματα στις βιομηχανίες επεξεργασίας ξύλου (πριονίδι, πούδρα κλπ) χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των θερμικών αναγκών της διεργασίας καθώς και άλλων αναγκών θέρμανσης. Τα υπολείμματα και τα υποπροϊόντα της παραγωγικής διαδικασίας στις γεωργικές βιομηχανίες (ελαιουργεία, βιομηχανίες ρυζιού, εκκοκιστήρια κλπ) καίγονται για την κάλυψη των θερμικών τους αναγκών.ή/και μέρος των ηλεκτρικών τους αναγκών. 4. Παραγωγή ενέργειας σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού και χώρους υγειονομικής ταφής απορριμάτων Το βιοαέριο που παράγεται από την αναερόβια χώνευση των υγρών αποβλήτων σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού, και των απορριμάτων σε ΧΥΤΑ καίγεται σε μηχανές εσωτερικής καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα μπορεί να αξιοποιείται η θερμική ενέργεια των καυσαερίων και του ψυκτικού μέσου των μηχανών για να καλυφθούν ανάγκες της διεργασίας ή και άλλες ανάγκες θέρμανσης. 5. Υγρά βιοκαύσιμα στις μεταφορές Τα πιο συνηθισμένα βιοκαύσιμα στο εμπόριο είναι το βιοντήζελ, μεθυλεστέρας που παράγεται κυρίως από ελαιούχους σπόρους (ηλίανθος, ελαιοκράμβη) και χρησιμοποιείται είτε μόνο του είτε σε μίγμα με πετρέλαιο κίνησης σε πετρελαιοκινητήρες και η βιοαιθανόλη, που παράγεται από σακχαρούχα, αμυλούχα και κυτταρινούχα φυτά (σιτάρι, καλαμπόκι, σόργο, τεύτλα) και χρησιμοποιείται είτε ως έχει σε βενζινοκινητήρες που έχουν υποστεί μετατροπή, είτε σε μίγμα με βενζίνη σε κανονικούς βεζινοκινητήρες, ενώ τέλος μπορεί να μεταραπεί σε ΕΤΒΕ (πρόσθετο βενζίνης). 6. Θέρμανση κτιρίων Εκτός από την καύση των καυσόξυλων σε τζάκια και σόμπες, η χρήση της βιομάζας γίνεται συνήθως με την καύση θρυμμάτων ξύλου (wood chips) ή 77

87 συσσωματωμάτων (pellets, μικρά πεπιεσμένα κομμάτια από σκόνη ξύλου ή αγροτικά παραπροϊόντα) σε σύγχρονους λέβητες, είτε ατομικούς είτε κεντρικούς, υψηλής τεχνολογίας με αυτόματη τροφοδοσία καυσίμου και ηλεκτρονικά ελεγχόμενη παροχή αέρα, οι οποίοι είναι σε θέση να αποδώσουν περισσότερο από το 90% της ενέργειας που περιέχεται στο ξύλο για θέρμανση. Ειδικά για κτίρια στον αστικό χώρο, όπου η διαθέσιμη επιφάνεια για τοποθέτηση φωτοβολταϊκών και ηλιακών συλλεκτών είναι περιορισμένη, ή ακόμα και όταν δεν είναι δυνατή η εκσκαφή για τοποθέτηση σωλήνων εναλλακτών θερμότητας για χρήση αβαθούς γεωθερμίας, μια εναλλακτική λύση αποτελεί η χρήση καυστήρα βιομάζας σε συνδυασμό με ηλιακή ενέργεια και αποθήκη θερμότητας. Στην περίπτωση αυτή η ηλιακή ενέργεια θα χρησιμοποιείται για προθέρμανση και ο καυστήρας βιομάζας για την κύρια θέρμανση (Τρυπαναγνωστόπουλος et al, 2010). Εικόνα 46: Συνδυασμός καυστήρα βιομάζας με θερμικό ηλιακό συλλέκτη [Πηγή: Κ.Εν.Α.Κ Με τον Κ.Εν.Α.Κ. ορίζεται το θεσμικό πλαίσιο για την εφαρμογή των παθητικών και ενεργητικών συστημάτων που αναλύθηκαν παραπάνω, και εξετάζεται η συμβολή τους στον ολοκληρωμένο ενεργειακό σχεδιασμό των κτιρίων, με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσής των κτιρίων, την εξοικονόμηση ενέργειας και την προστασία του περιβάλλοντος Μεθοδολογία υπολογισμού Σύμφωνα με το άρθρο 4 του Κ.Εν.Α.Κ., η ενεργειακή απόδοση των κτιρίων προσδιορίζεται με βάση τη συνολική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, η μεθοδολογία υπολογισμού της οποίας θα πρέπει να περιλαμβάνει κατ ελάχιστον τα παρακάτω στοιχεία: 78

88 Τη χρήση του κτιρίου, τις επιθυμητές συνθήκες εσωτερικού περιβάλλοντος (θερμοκρασία και σχετική υγρασία αέρα, αερισμό), τα χαρακτηριστικά λειτουργίας και τον αριθμό χρηστών. Τα κλιματικά δεδομένα της περιοχής του κτιρίου (θερμοκρασία, σχετική υγρασία, ταχύτητα ανέμου και ηλιακή ακτινοβολία). Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων του κτιριακού κελύφους (σχήμα και μορφή κτιρίου, διαφανείς και μη διαφανείς επιφάνειες, σκίαστρα κ.ά.) σε σχέση με τον προσανατολισμό και τα χαρακτηριστικά των εσωτερικών δομικών στοιχείων (χωρίσματα κ.ά.). Τα θερμικά χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων και υλικών του κτιριακού κελύφους (θερμοπερατότητα, θερμική μάζα, απορροφητικότητα ηλιακής ακτινοβολίας κ.ά.). Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των εγκαταστάσεων θέρμανσης/ψύξης χώρων, μηχανικού αερισμού, παραγωγής ζεστού νερού χρήσης και εγκατάστασης φωτισμού για τα Κτίρια του τριτογενούς τομέα. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα, εάν υπάρχουν στο κτίριο. Επίσης στη μεθοδολογία υπολογισμού συνεκτιμάται κατά περίπτωση η θετική επίδραση των ακόλουθων συστημάτων: Ενεργητικών ηλιακών συστημάτων και άλλων συστημάτων παραγωγής θερμότητας, ψύξης και ηλεκτρισμού με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε.). Ενέργεια παραγόμενη με τεχνολογίες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας / ψύξης (Σ.Η.Θ.). Κεντρικά συστήματα θέρμανσης ή/και ψύξης σε κλίμακα περιοχής ή οικοδομικού τετραγώνου (τηλεθέρμανση). Αξιοποίηση φυσικού φωτισμού Η μέθοδος υπολογισμού της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων θα επανεξετάζεται κατά τακτά χρονικά διαστήματα, σύμφωνα με την παράγραφο 5 του άρθρου 3 του νόμου 3661/08. Η πρώτη επανεξέταση επιβάλλεται να πραγματοποιηθεί δύο έτη από την έναρξη ισχύος του Κ.Εν.Α.Κ. Για την εκπόνηση της μελέτης ο Κ.Εν.Α.Κ. προβλέπει τον ορισμό ενός κτιρίου αναφοράς, το οποίο έχει τα ίδια γεωμετρικά χαρακτηριστικά, θέση, προσανατολισμό, χρήση και χαρακτηριστικά λειτουργίας με το εξεταζόμενο κτίριο. Η αναγωγή της υπολογιζόμενης τελικής κατανάλωσης καυσίμου σε πρωτογενή γίνεται με τη χρήση των συντελεστών του Πίνακα 5: 79

89 Πίνακας 5: Συντελεστής μετατροπής της τελικής κατανάλωσης ενέργειας του κτιρίου σε πρωτογενή ενέργεια [Πηγή:ΤΟΤΕΕ /2010] ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΣΕ ΠΡΩΤΟΓΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΕΚΛΥΟΜΕΝΟΙ ΡΥΠΟΙ ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (kgco 2/kWh) Φυσικό αέριο 1,05 0,196 Πετρέλαιο θέρμανσης 1,10 0,264 Ηλεκτρική ενέργεια 2,90 0,989 Υγραέριο 1,05 0,238 Βιομάζα 1,00 - Τηλεθέρμανση από ΔΕΗ 0,70 0,347 Τηλεθέρμανση από ΑΠΕ 0, Κλιματικές ζώνες Για την εκπόνηση της μελέτης ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, η ελληνική επικράτεια διαιρείται σε τέσσερις κλιματικές ζώνες με βάση τις βαθμοημέρες θέρμανσης. Στον Πίνακα 6 προσδιορίζονται οι νομοί που υπάγονται στις τέσσερις κλιματικές ζώνες (από τη θερμότερη στην ψυχρότερη). Πίνακας 6: Νομοί ελληνικής επικράτειας ανά κλιματική ζώνη [Πηγή:Κ.Εν.Α.Κ.] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Νομοί Ηρακλείου, Χανίων, Ρεθύμνου, Λασιθίου, Κυκλάδων, Δωδεκανήσου, Σάμου, Μεσσηνίας, Λακωνίας, Αργολίδας, Ζακύνθου, Κεφαλληνίας & Ιθάκης, Κύθηρα & νησιά Σαρωνικού (Αττικής), Αρκαδίας (πεδινή) Αττικής (εκτός Κυθήρων & νησιών Σαρωνικού), Κορινθίας, Ηλείας, Αχαΐας, Αιτωλοακαρνανίας, Φθιώτιδας, Φωκίδας, Βοιωτίας, Ευβοίας, Μαγνησίας, Λέσβου, Χίου, Κέρκυρας, Λευκάδας, Θεσπρωτίας, Πρέβεζας, Άρτας Αρκαδίας (ορεινή), Ευρυτανίας, Ιωαννίνων, Λάρισας, Καρδίτσας, Τρικάλων, Πιερίας, Ημαθίας, Πέλλας, Θεσσαλονίκης, Κιλκίς, Χαλκιδικής, Σερρών (εκτός ΒΑ τμήματος), Καβάλας, Ξάνθης, Ροδόπης, Έβρου Γρεβενών, Κοζάνης, Καστοριάς, Φλώρινας, Σερρών (ΒΑ τμήμα), Δράμας 80

90 Σε κάθε νομό, οι περιοχές που βρίσκονται σε υψόμετρο άνω των 500 μέτρων, εντάσσονται στην επόμενη ψυχρότερη κλιματική ζώνη από εκείνη στην οποία ανήκουν σύμφωνα με τα παραπάνω. Για τη Δ ζώνη όλες οι περιοχές ανεξαρτήτως υψομέτρου περιλαμβάνονται στην ζώνη Δ. Στο τμήμα του νομού Αρκαδίας που εντάσσεται στην κλιματική ζώνη Γ και στο τμήμα του νομού Σερρών (ΒΑ τμήμα) που εντάσσεται στην κλιματική ζώνη Δ, περιλαμβάνονται όλες οι περιοχές που έχουν υψόμετρο άνω των 500 μέτρων Προδιαγραφές σχεδιασμού κτιρίου Ο ορθός σχεδιασμός ενός κτιρίου είναι το πρώτο βήμα για την ελαχιστοποίηση των απαιτούμενων θερμικών και ψυκτικών φορτίων. Ο μελετητής πρέπει να σχεδιάζει το κτίριο με στόχο τη βέλτιστη ενεργειακή λειτουργία του, αξιοποιώντας όλες τις τεχνικές θωράκισης του κτιριακού κελύφους και περιορίζοντας τις θερμικές/ ψυκτικές απώλειες. Σύμφωνα με το άρθρο 8 του Κ.Εν.Α.Κ., κατά το σχεδιασμό του κτιρίου πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι παρακάτω παράμετροι: Κατάλληλη χωροθέτηση και προσανατολισμός του κτιρίου για τη μέγιστη αξιοποίηση των τοπικών κλιματικών συνθηκών (κλιματικών δεδομένων, προσανατολισμού, ηλιασμού. Διαμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου για τη βελτίωση του μικροκλίματος. Κατάλληλος σχεδιασμός και χωροθέτηση των ανοιγμάτων ανά προσανατολισμό ανάλογα με τις απαιτήσεις ηλιασμού, φυσικού φωτισμού και αερισμού. Χωροθέτηση των λειτουργιών ανάλογα με τη χρήση και τις απαιτήσεις άνεσης (θερμικές, φυσικού αερισμού και φωτισμού). Ενσωμάτωση τουλάχιστον ενός εκ των παθητικών ηλιακών συστημάτων (Π.Η.Σ.), όπως: άμεσου ηλιακού κέρδους (νότιων ανοιγμάτων), τοίχου μάζας, τοίχου Trombe, ηλιακού χώρου (θερμοκηπίου) κ.ά. Ηλιοπροστασία του κτιρίου. Ένταξη τεχνικών φυσικού αερισμού. Εξασφάλιση οπτικής άνεσης μέσω τεχνικών και συστημάτων φυσικού φωτισμού. Εκτός από τις ελάχιστες απαιτήσεις σχεδιασμού θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη: η χρήση του κτιρίου: κατοικία, γραφείο, εμπορικό κατάστημα κ.ά. το προφίλ λειτουργίας: ωράριο, χρήστες, εσωτερικές συνθήκες κ.ά. η διαμόρφωση των εσωτερικών χώρων (θερμικών ζωνών) του κτιρίου που έχουν διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και εσωτερικά φορτία η θερμική θωράκιση του κτιριακού κελύφους, με μόνωση δομικών στοιχείων και επιλογή κατάλληλων διαφανών στοιχείων (παραθύρων, γυάλινων προσόψεων κ.ά.) η δυνατότητα εφαρμογής τεχνολογιών παθητικών συστημάτων δροσισμού η δυνατότητα εφαρμογής φυσικού σκιασμού του κτιρίου μέσω δενδροφύτευσης. 81

91 3.4.4 Προδιαγραφές κτιριακού κελύφους Τα θερμικά χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων του κελύφους νέου ή ριζικά ανακαινιζόμενου κτιρίου δεν πρέπει να υπερβαίνουν τους συντελεστές που περιλαμβάνονται στον πίνακα 7: Πίνακας 7: Μέγιστος επιτρεπόμενος συντελεστής θερμοπερατότητας δομικών στοιχείων κατά κλιματική ζώνη [Πηγή: ΦΕΚ407Β/2010]. Δομικό στοιχείο Σύμβολο Συντελεστής θερμοπερατότητας ανά Κλιματική ζώνη [W/(m 2 K)] Α Β Γ Δ Εξωτερική οριζόντια ή κεκλιμένη επιφάνεια σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα (οροφές) U O 0,50 0,45 0,40 0,35 Εξωτερικοί τοίχοι σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα U W 0,60 0,50 0,45 0,40 Δάπεδα σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα U DL 0,50 0,45 0,40 0,35 Δάπεδα σε επαφή με το έδαφος ή με κλειστούς μη θερμαινόμενους χώρους U G 1,20 0,90 0,75 0,70 Εξωτερικοί τοίχοι σε επαφή με μη θερμαινόμενους χώρους ή με το έδαφος U WE 1,50 1,00 0,80 0,70 Ανοίγματα (παράθυρα, πόρτες μπαλκονιών κ.ά.) U F 3,20 3,00 2,80 2,60 Γυάλινες προσόψεις κτιρίων μη ανοιγόμενες και μερικώς ανοιγόμενες U GF 2,20 2,00 1,80 1,80 Η τιμή του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας (U m ) του εξεταζόμενου νέου ή ριζικά ανακαινιζόμενου κτιρίου δεν υπερβαίνει τα όρια που δίδονται στον Πίνακα 8: 82

92 Πίνακας 8: Μέγιστος επιτρεπόμενος μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας κατά κλιματική ζώνη [Πηγή: ΦΕΚ407Β/2010]. F/V (m -1 ) Μέγιστος επιτρεπόμενος μέσος συντελεστής (U m) ανά κλιματική ζώνη [W/(m 2 K)] Α Β Γ Δ <0,2 1,26 1,14 1,05 0,96 0,3 1,20 1,09 1,00 0,92 0,4 1,15 1,03 0,95 0,87 0,5 1,09 0,98 0,90 0,83 0,60 1,03 0,93 0,86 0,78 0,7 0,98 0,88 0,81 0,73 0,8 0,92 0,83 0,76 0,69 0,9 0,86 0,78 0,71 0,64 >1,0 0,81 0,73 0,66 0, Προδιαγραφές Ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων (Η/Μ) Εκτός από τον κατάλληλο αρχιτεκτονικό σχεδιασμό και τις αντίστοιχες επιλογές για τα στοιχεία του κελύφους του κτιρίου, για να περιοριστούν κατά το δυνατόν περισσότερο τα θερμικά / ψυκτικά φορτία, σημαντικό ρόλο παίζει και ο σωστός σχεδιασμός των εγκαταστάσεων θέρμανσης-ψύξης-κλιματισμού (Θ.Ψ.Κ.), ζεστού νερού χρήσης (Ζ.Ν.Χ.), φωτισμού, καθώς και όλων των υπόλοιπων ηλεκτρομηχανολογικών συστημάτων. Ο μελετητής οφείλει να σχεδιάζει αυτές τις εγκαταστάσεις με βασικό στόχο τη βέλτιστη λειτουργία τους και τον περιορισμό των καταναλώσεων ενέργειας στο ελάχιστο, λαμβάνοντας υπόψη: τη χρήση του κτιρίου: κατοικία, γραφείο, εμπορικό κατάστημα κ.ά. το προφίλ λειτουργίας: ωράριο, χρήστες, εσωτερικές συνθήκες κ.ά. τους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου που έχουν διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και απαιτήσεις για θέρμανση, ψύξη και αερισμό (θερμικές ζώνες) τη θέση του κτιρίου: κλιματικά δεδομένα, προσανατολισμός, ηλιασμός τη δυνατότητα αξιοποίησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας: θερμικά ηλιακά, φωτοβολταϊκά, γεωθερμία κ.ά. τη δυνατότητα αξιοποίησης του φυσικού φωτισμού τα διαθέσιμα στην αγορά συστήματα παραγωγής-διανομής Θ.Ψ.Κ. & Ζ.Ν.Χ. με υψηλό βαθμό απόδοσης τα διαθέσιμα στην αγορά συστήματα αυτομάτου ελέγχου για τη σωστή διαχείριση και εξοικονόμηση ενέργειας την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας κάθε συστήματος. 83

93 Στον Κ.Εν.Α.Κ. καθορίζονται οι ελάχιστες προδιαγραφές (απαιτήσεις) για τις Η/Μ εγκαταστάσεις των νέων και ριζικώς ανακαινιζόμενων κτιρίων, καθώς επίσης και οι προδιαγραφές του κτιρίου αναφοράς, το οποίο αποτελεί μέτρο σύγκρισης τού υπό μελέτη ή προς επιθεώρηση κτιρίου Αποτελέσματα υπολογισμών.η μελέτη ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου πρέπει να οδηγήσει σε αναλυτικά αποτελέσματα των παρακάτω μεγεθών: θερμικές απώλειες κελύφους και αερισμού, ηλιακά και εσωτερικά κέρδη κλιματιζόμενων χώρων ετήσια τελική ενεργειακή κατανάλωση (kwh/m 2 ), συνολική και ανά χρήση, ανά θερμική ζώνη και ανά μορφή χρησιμοποιούμενης ενέργειας ετήσια κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας (kwh/m 2 ) ανά χρήση και αντίστοιχες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα Κατηγορίες Κτιρίων Στον Πίνακα 9 φαίνονται οι επιμέρους μελέτες που απαιτούνται για την εκπόνηση της μελέτης ενεργειακής απόδοσης ανάλογα με το είδος και τη χρήση του κτιρίου. Από το πεδίο εφαρμογής του Κ.Εν.Α.Κ. εξαιρούνται οι ακόλουθες κατηγορίες κτιρίων: Κτίρια και μνημεία που προστατεύονται από το νόμο ως μέρος συγκεκριμένου περιβάλλοντος ή λόγω της ιδιαίτερης αρχιτεκτονικής ή ιστορικής αξίας τους Κτίρια που χρησιμοποιούνται ως χώροι λατρείας ή θρησκευτικών δραστηριοτήτων Μη μόνιμα κτίρια Βιομηχανικές εγκαταστάσεις, βιοτεχνίες, χώροι αποθήκευσης Εργαστήρια (ερευνητικά ή ιατρικά εργαστήρια, παραγωγής τροφίμωνκ.ά.) Κτίρια αγροτικών χρήσεων Αυτοτελή κτίρια, με συνολική επιφάνεια κάτω των 50m 2. 84

94 Πίνακας 9: Απαιτούμενες επιμέρους μελέτες της Μελέτης Ενεργειακής Απόδοσης κτιρίου [Πηγή: Νόμος 3661] Μελέτη Ενεργειακής Απόδοσης Χρήση Κτιρίου Ενεργειακός σχεδιασμός κτιριακού κελύφους Συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας στις Η/Μ εγκαταστάσεις Μελέτη ενεργειακής αποδοτικότητας συστήματος θέρμανσης Μελέτη ενεργειακής αποδοτικότητας συστήματος ψύξης(*) Μελέτη ενεργειακής κατανάλωσης συστήματος παραγωγής ΖΝΧ Μελέτη ενεργειακής κατανάλωσης συστήματος τεχνητού φωτισμού Γραφεία - Εκπαιδευτικό κτίριο Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης Εκπαιδευτικό κτίριο Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης - - Ξενοδοχείο Εμπορικό κατάστημα - Αθλητική εγκατάσταση: Κλειστό γυμναστήριο Αθλητική εγκατάσταση: Κλειστό κολυμβητήριο Μονοκατοικία Πολυκατοικία - - Αεροδρόμιο - (*) Εάν εγκαθίσταται Η/Μ σύστημα ψύξης Πιστοποιητικό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίου Βάσει της τελικής ανηγμένης σε πρωτογενή ενέργεια κατανάλωσης του κτιρίου, καθορίζεται και η κατηγορία της ενεργειακής απόδοσής του και εκδίδεται το «πιστοποιητικό ενεργειακής απόδοσης κτιρίου - Π.Ε.Α.». Οι κατηγορίες ενεργειακής ταξινόμησης των κτιρίων δίνονται στον Πίνακα 10. Ο δείκτης R R είναι ίσος με την υπολογιζόμενη κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας του κτιρίου αναφοράς. Ο λόγος Τ είναι το πηλίκο της υπολογιζόμενης 85

95 κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας του εξεταζόμενου κτιρίου (ΕΡ) προς την υπολογιζόμενη κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας του κτιρίου αναφοράς (R R ) και αποτελεί το κριτήριο για την κατάταξη του κτιρίου στην αντίστοιχη κατηγορία ενεργειακής απόδοσης. Πίνακας 10: Κατηγορίες ενεργειακής απόδοσης κτιρίων [Πηγή: ΦΕΚ407Β/2010]. Κατηγορία Όρια κατηγορίας Όρια κατηγορίας Α+ EP 0.33R R T 0.33 Α 0.33R R < EP 0.50R R 0.33 < T 0.50 Β+ 0.50R R < EP 0.75R R 0.50 < T 0.75 Β 0.75R R < EP 1.00R R 0.75 < T 1.00 Γ 1.00R R < EP 1.41R R 1.00 <T 1.41 Δ 1.41R R < EP 1.82R R 1.41 <T 1.82 Ε 1.82R R < EP 2.27R R 1.82 < T 2.27 Ζ 2.27R R < EP 2.73R R 2.27 <T 2.73 Η 2.73R R < EP 2.73 < T Η ετήσια συνολική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας του κτιρίου αναφοράς αντιστοιχεί στο άνω όριο της κατηγορίας ενεργειακής απόδοσης Β. Κτίρια με χαμηλότερη ή υψηλότερη κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας κατατάσσονται στην αντίστοιχη ενεργειακή κατηγορία. Οι κατηγορίες χρήσης κτιρίων που λήφθηκαν υπόψη, βάσει του Νόμου 3661, φαίνονται στον Πίνακα 11. Λαμβάνοντας υπόψη τις 4 κλιματικές ζώνες της χώρας, προέκυψαν όρια ενεργειακών κατηγοριών για 12 χρήσεις κτιρίων σε 4 κλιματικές ζώνες. Πίνακας 11: Χρήσεις κτιρίων [Πηγή: Νόμος 3661]. Νο Χρήση κτιρίου 1 Γραφείο 2 Εκπαιδευτικό κτίριο Πρωτοβάθμιας ή/και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης 3 Εκπαιδευτικό κτίριο Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης 4 Νοσοκομείο- Κλινική 5 Διαγνωστικόκέντρο- Ιατρείο 6 Ξενοδοχείο 7 Εμπορικό κατάστημα 8 Αθλητική εγκατάσταση: Κλειστό γυμναστήριο 9 Αθλητική εγκατάσταση: Κλειστό κολυμβητήριο 10 Μονοκατοικία 11 Πολυκατοικία 12 Αεροδρόμιο Το εύρος των τιμών της ενεργειακής κατανάλωσης που καθορίζει τις ενεργειακές κατηγορίες διαφέρει ανά κατηγορία χρήσης. Στους Πίνακες δίνεται η κλίμακα ενεργειακής βαθμολόγησης του κτιρίου, αναλόγως της ενεργειακής του κατανάλωσης (η ενεργειακή κατανάλωση συμβολίζεται με ΕΚ), ανά κατηγορία χρήσης κτιρίου και ανά κλιματική ζώνη. Όλα τα νέα Κτίρια, καθώς και τα υφιστάμενα άνω των 1000 m 2 που υφίστανται ριζική ανακαίνιση, θα πρέπει να βρίσκονται - κατ ελάχιστον- εντός του εύρους ενεργειακής κατανάλωσης της κατηγορίας Β. 86

96 Πίνακας 12: Όρια ενεργειακών κατηγοριών γραφείων για τις κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΓΡΑΦΕΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 40 ΕΚ < 45 ΕΚ < 50 ΕΚ < 55 Α 40 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 85 Β+ 60 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 125 Β 90 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 165 Γ 120 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 195 Δ 140 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 220 Ε 160 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 275 Ζ 200 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 330 Η 240 ΕΚ 265 ΕΚ 290 ΕΚ 330 ΕΚ Πίνακας 13: Όρια ενεργειακών κατηγοριών εκπαιδευτικών κτιρίων πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΚΤΙΡΙΟ ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΑΣ / ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 15 ΕΚ < 20 ΕΚ < 25 ΕΚ < 35 Α 15 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 55 Β+ 25 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 80 Β 40 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 105 Γ 50 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 120 Δ 60 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 140 Ε 65 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 170 Ζ 85 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 205 Η 100 ΕΚ 105 ΕΚ 135 ΕΚ 205 ΕΚ Πίνακας 14: Όρια ενεργειακών κατηγοριών εκπαιδευτικών κτιρίων τριτοβάθμιας εκπαίδευσης για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 366] ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΚΤΙΡΙΟ ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 45 ΕΚ < 50 ΕΚ < 55 ΕΚ < 65 Α 45 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 95 Β+ 65 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 140 Β 100 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 185 Γ 130 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 215 Δ 150 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 245 Ε 170 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 310 Ζ 215 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 370 Η 255 ΕΚ 280 ΕΚ 325 ΕΚ 370 ΕΚ 87

97 Πίνακας 15: Όρια ενεργειακών κατηγοριών διαγνωστικών κέντρων και ιατρείων για τις 4 κλιματικές ζώνες ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ / ΚΛΙΝΙΚΗ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 70 ΕΚ < 85 ΕΚ < 110 ΕΚ < 120 Α 70 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 180 Β+ 105 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 265 Β 155 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 355 Γ 205 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 415 Δ 240 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 470 Ε 270 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 590 Ζ 340 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 705 Η 405 ΕΚ 510 ΕΚ 660 ΕΚ 705 ΕΚ Πίνακας 16: Όρια ενεργειακών κατηγοριών διαγνωστικών κέντρων και ιατρείων για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ / ΙΑΤΡΕΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 45 ΕΚ < 60 ΕΚ < 75 ΕΚ < 80 Α 45 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 120 Β+ 70 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 180 Β 105 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 235 Γ 135 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 275 Δ 160 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 315 Ε 180 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 395 Ζ 225 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 470 Η 270 ΕΚ 340 ΕΚ 440 ΕΚ 470 ΕΚ Πίνακας 17: Όρια ενεργειακών κατηγοριών ξενοδοχείων για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΞΕΝΟΔΟΧΕΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 55 ΕΚ < 65 ΕΚ < 75 ΕΚ < 85 Α 55 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 125 Β+ 80 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 190 Β 120 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 250 Γ 160 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 295 Δ 210 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 335 Ε 265 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 415 Ζ 330 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 500 Η 395 ΕΚ 375 ΕΚ 435 ΕΚ 500 ΕΚ 88

98 Πίνακας 18: Όρια ενεργειακών κατηγοριών εμπορικών καταστημάτων για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΕΜΠΟΡΙΚΟ ΚΑΤΑΣΤΗΜΑ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 60 ΕΚ < 65 ΕΚ < 70 ΕΚ < 75 Α 60 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 115 Β+ 90 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 170 Β 135 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 225 Γ 180 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 265 Δ 210 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 300 Ε 240 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 375 Ζ 300 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 450 Η 360 ΕΚ 395 ΕΚ 435 ΕΚ 450 ΕΚ Πίνακας 19: Όρια ενεργειακών κατηγοριών αθλητικών εγκαταστάσεων (κλειστών γυμναστηρίων) για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΑΘΛΗΤΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ : ΚΛΕΙΣΤΟ ΓΥΜΝΑΣΤΗΡΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 30 ΕΚ < 40 ΕΚ < 55 ΕΚ < 65 Α 30 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 100 Β+ 45 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 150 Β 70 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 195 Γ 90 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 230 Δ 105 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 260 Ε 120 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 325 Ζ 150 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 390 Η 180 ΕΚ 225 ΕΚ 320 ΕΚ 390 ΕΚ Πίνακας 20: Όρια ενεργειακών κατηγοριών αθλητικών εγκαταστάσεων (κλειστών κολυμβητηρίων) για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΑΘΛΗΤΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ : ΚΛΕΙΣΤΟ ΚΟΛΥΜΒΗΤΗΡΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 50 ΕΚ < 65 ΕΚ < 90 ΕΚ < 95 Α 50 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 145 Β+ 75 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 215 Β 110 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 285 Γ 145 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 335 Δ 170 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 380 Ε 190 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 475 Ζ 240 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 570 Η 285 ΕΚ 380 ΕΚ 530 ΕΚ 570 ΕΚ 89

99 Πίνακας 21: Όρια ενεργειακών κατηγοριών μονοκατοικιών για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΜΟΝΟΚΑΤΟΙΚΙΑ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 60 ΕΚ < 60 ΕΚ < 65 ΕΚ < 75 Α 60 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 100 Β+ 80 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 140 Β 110 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 180 Γ 140 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 205 Δ 155 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 230 Ε 175 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 285 Ζ 215 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 335 Η 255 ΕΚ 265 ΕΚ 300 ΕΚ 335 ΕΚ Πίνακας 22: Όρια ενεργειακών κατηγοριών πολυκατοικιών για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΠΟΛΥΚΑΤΟΙΚΙΑ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 55 ΕΚ < 60 ΕΚ < 65 ΕΚ < 70 Α 55 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 90 Β+ 70 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 125 Β 95 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 160 Γ 120 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 185 Δ 135 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 205 Ε 155 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 255 Ζ 185 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 300 Η 220 ΕΚ 240 ΕΚ 260 ΕΚ 300 ΕΚ Πίνακας 23: Όρια ενεργειακών κατηγοριών αεροδρομίων για τις 4 κλιματικές ζώνες [Πηγή: Νόμος 3661] ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ Μέγιστες και ελάχιστες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης [(kwh/(m 2 *έτος)] Κλιματική Ζώνη Α Β Γ Δ Α+ ΕΚ < 45 ΕΚ < 50 ΕΚ < 75 ΕΚ < 90 Α 45 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 140 Β+ 65 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 205 Β 95 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 275 Γ 125 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 320 Δ 145 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 365 Ε 170 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 460 Ζ 210 ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < ΕΚ < 550 Η 250 ΕΚ 260 ΕΚ 460 ΕΚ 550 ΕΚ 90

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω, ο κτιριακός τομέας είναι από τους πιο σημαντικούς καταναλωτές ενέργειας σε Ελλάδα και Ευρώπη, και καμία προσπάθεια για τη μείωση των εκπομπών CO 2, και κατ επέκταση για την προστασία του περιβάλλοντος, δεν θα έχει αποτέλεσμα αν δεν τον λάβει σοβαρά υπόψη. Η ενέργεια στα κτίρια καταναλώνεται για την επίτευξη θερμικής, οπτικής, ακουστικής άνεσης των χρηστών και για τη λειτουργία διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών, με όλα αυτά να συντελούν σε ένα υψηλό βιοτικό επίπεδο Συστήματα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας, που αναπτύχθηκαν στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας Το Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών έχει συνεισφέρει στην ερευνητική δραστηριότητα στον τομέα των ηλιακών συσκευών, για τη μέγιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας στον κτιριακό τομέα, καθώς είναι η πιο κατάλληλη μορφή ΑΠΕ για τα κτίρια, ειδικά στη χώρα μας λόγω των πολύ ευνοϊκών συνθηκών ηλιοφάνειας. Θεωρώντας ως προτεραιότητα την εξοικονόμηση ενέργειας, η παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ θα έχει ουσιαστικό νόημα, και θα είναι προϋπόθεση για τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Στα πλαίσια αυτά ερευνάται η εφαρμογή τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας με στόχο την επίτευξη κτιρίων μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, όσον αφορά στα νέα κτίρια, και κτιρίων χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης, όσν αφορά στα υφιστάμενα κτίρια. Τεχνολογίες παραγωγής ΖΝΧ Στα κτίρια η κατανάλωση ενέργειας για την κάλυψη των αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης αποτελεί περίπου το 10%-12% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης. Εξαιτίας της συνεχούς προσπάθειας για μείωση των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων και την επίτευξη τελικά των κτιρίων σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, το ποσοστό αυτό θα αυξάνεται όλο και περισσότερο τα επόμενα χρόνια, με τις ανάγκες σε ΖΝΧ να παίζουν όλο και σημαντικότερο ρόλο στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων [Seybold and Brunk, 2013]. Είναι επομένως επιτακτική ανάγκη, στα πλαίσια της εξοικονόμησης ενέργειας και της προστασίας του περιβάλλοντος, οι ανάγκες σε ζεστό νερό χρήσης να καλύπτονται κατά το δυνατό σε όλα τα κτίρια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Το Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας, έχοντας εδώ και χρόνια αναγνωρίσει την αναγκαιότητα αυτή, έχει ασχοληθεί συστηματικά πάνω στο θέμα της παραγωγής ζεστού νερού χρήσης από την ηλιακή ενέργεια. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες είναι οι θερμοσιφωνικές μονάδες επίπεδων συλλεκτών και οι λιγότερο διαδεδομένοι ολοκληρωμένοι συλλέκτες-αποθήκες θερμού νερού (ICS), που στοχεύουν στην κάλυψη οικιακών αναγκών 100l-200l ζεστό νερό την ημέρα. Οι συσκευές αυτές είναι κυρίως κατάλληλοι για περιοχές με ευνοϊκές καιρικές συνθήκες, αλλά και τα κεντρικά θερμικά ηλιακά συστήματα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε κτίρια με μεγαλύτερες απαιτήσεις σε ΖΝΧ (από 200l έως 1000l). 91

101 4.1.1 Ολοκληρωµένες συσκευές συλλέκτη-δοχείου αποθήκευσης θερμού νερού (ICS) Οι ολοκληρωµένες ηλιακές συσκευές ICS (Integrated Collector Storage Systems) είναι µια εναλλακτική πρόταση για µετατροπή και αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας σε θερµότητα, κυρίως για θέρµανση νερού οικιακής χρήσης µε θερµοκρασιακό εύρος 40 C 70 C. Οι συσκευές ICS είναι αυτόνοµες συσκευές συλλογής και αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας, µέσω του νερού του δικτύου ύδρευσης, συνολικού όγκου 100l-200 l και µε κύριο χαρακτηριστικό τους, το δοχείο αποθήκευσης να αποτελεί ταυτόχρονα και την συλλεκτική επιφάνεια. Συνήθως το δοχείο συλλογής αποθήκευσης είναι κυλινδρικό (προκειµένου να υπάρχει αντοχή στην πίεση του δικτύου ύδρευσης) και η επιφάνειά του απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία µε τη βοήθεια καµπύλων κατοπτρικών διατάξεων. Στη χώρα µας χρησιµοποιούνται εµπορικά µοντέλα συσκευών ICS µε κατακόρυφα κυρίως δοχεία για επίτευξη ικανοποιητικής θερµοκρασιακής διαστρωµάτωσης του περιεχόµενου νερού. Επιδιώκοντας αισθητική βελτίωση των συσκευών ICS έχει ενδιαφέρον η χρήση οριζόντιων κυλινδρικών δοχείων. Οι ευρέως διαδεδοµένες θερµοσιφωνικές συσκευές επιπέδων ηλιακών συλλεκτών FPTU (Flat Plate Thermosiphonic Units) έχουν ξεχωριστό σύστηµα συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας και ξεχωριστή αποθήκευση σε δοχείο θερµού νερού καθώς και άλλα πρόσθετα λειτουργικά στοιχεία (κλειστό κύκλωµα ροής ρευστού, εναλλάκτη θερµότητας, σωλήνες κλπ.), που επιβαρύνουν το κόστος κατασκευής τους. Οι συσκευές ICS είναι φθηνότερες σε σχέση µε τις συσκευές FPTU και εναρµονίζονται καλύτερα στο χώρο εγκατάστασης, κυρίως λόγω του χαµηλού ύψους που διαθέτουν. Εικόνα 47: Θερµοσιφωνικό σύστηµα επίπεδου ηλιακού συλλέκτη (FPTU) και ολοκληρωµένης συσκευής συλλέκτη - αποθήκης θερµού νερού (ICS), [Πηγή: Σουλιώτης, Τρυπαναγνωστόπουλος, 2002]. Οι συσκευές ICS µειονεκτούν των συσκευών FPTU στη διατήρηση της αποθηκευµένης θερµότητας του νερού χρήσης κατά τη διάρκεια της νύκτας ή των χρονικών διαστηµάτων που η ηλιακή ακτινοβολία είναι περιορισµένη, επειδή το δοχείο αποθήκευσης του θερµού νερού είναι ταυτόχρονα και η απορροφητική επιφάνεια της συσκευής, µε αποτέλεσµα οι µηχανισµοί µετάδοσης θερµότητας (λόγω µεταφοράς και ακτινοβολίας) να λειτουργούν εντονότερα συγκριτικά µε τις συσκευές (FPTU), όπου το δοχείο αποθήκευσης του θερµού νερού είναι πλήρως 92

102 θερµικά µονωµένο. Προτείνονται διάφοροι τρόποι αντιµετώπισης του προβλήµατος, µεταξύ των οποίων, χρήση επιλεκτικής επίστρωσης της απορροφητικής επιφάνειας (χαµηλός συντελεστής εκποµπής της θερµικής ακτινοβολίας), χρήση διαφανών θερµοµονωτικών υλικών, τοποθέτηση διπλών διαφανών καλυµµάτων και σε ορισµένες περιπτώσεις χρήση κενού µεταξύ απορροφητή και διαφανούς καλύµµατος. Η έρευνα της αποδοτικής λειτουργίας των συσκευών ICS αντιµετωπίζεται στο Εργαστήριό µας συνολικά σε ότι αφορά την ηµερήσια αλλά και τη νυκτερινή λειτουργία τους. Έχουν δοκιµαστεί ολοκληρωµένες συσκευές ICS που διαθέτουν ένα ή και δύο κυλινδρικά δοχεία αποθήκευσης διαφορετικών διαµέτρων και η σχεδίαση των κατοπτρικών διατάξεων στοχεύει στην επίτευξη θερµοκρασιακής διαστρωµάτωσης του νερού, αξιοποιώντας την ανοµοιόµορφη κατανοµή της ηλιακής ακτινοβολίας στους απορροφητές λόγω χρήσης καµπύλων κατόπτρων CPC, ενώ η χρήση ασύμμετρου κατόπτρου διευκολύνει τη δημιουργία θερμού αέρα παγιδευμένου μεταξύ κατόπτρου και συλλέκτη, για βελτίωση της αποδοτικής λειτουργίας της συσκευής. Έχουν σχεδιαστεί τρεις βασικές περιπτώσεις μονάδων ICS μέσα από τις οποίες μπορούμε να δούμε τη γεωμετρία του κατόπτρου και την περιοχή παγιδευμένου θερμού νερού ώστε να έχουμε μειωμένες θερμικές απώλειες από τον απορροφητή [Tripanagnostopoulos and Υiannoulis, 1992]. Εικόνα 48: Τρεις τύποι ολοκληρωμένων συσκευών συλλέκτη (ICS), [Y.Tripanagnostopoulos, P.Yiannoulis, 1992]. 93

103 Σε υψηλές θερμοκρασίες το σύστημα με την καλύτερη λειτουργία είναι η συσκευή ICS-1 λόγω της μεγαλύτερης μείωσης των θερμικών απωλειών, ενώ σε χαμηλές θερμοκρασίες καλύτερη λειτουργία παρουσιάζει η συσκευή ICS-2. Η συσκευή ICS-3 είναι η πιο απλή μορφή συστήματος θέρμανσης νερού κατά τη διάρκεια της μέρας με χαμηλό κόστος. Παρόλα αυτά παρουσιάζει υψηλότερες θερμικές απώλειες σε σχέση με τις άλλες δύο συσκευές ICS-1 και ICS-2 [Tripanagnostopoulos and Yiannoulis, 1992]. Η ανάστροφη απορροφητική επιφάνεια σε συσκευές ICS που συνδυάζουν ασύµµετρα καµπύλα κάτοπτρα τύπου CPC µε κυλινδρικούς απορροφητές δίνει ικανοποιητικά αποτελέσµατα διατήρησης της θερµοκρασίας του νερού, ενώ τα καµπύλα κάτοπτρα υψηλής ανακλαστικότητας βελτιώνουν την ηµερήσια λειτουργία τους [Tripanagnostopoulos and Yiannoulis, 1992] Γραμμικός φακός Fresnel Όσον αφορά τον ηλιακό έλεγχο των κτιρίων με αίθρια, ηλιακούς χώρους, κλπ έχει μελετηθεί η χρήση των φακών Fresnel. Οι φακοί αυτοί χρησιμοποιούνται σε πολλές ηλιακές εφαρμογές λόγω των χαρακτηριστικών τους, όπως τον μικρότερο όγκο, βάρος και κόστος, σε σύγκριση με τους συνήθεις φακούς. Οι φακοί Fresnel συγκεντρώνουν κυρίως την άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Μπορούν να συνδυαστούν με θερμικούς (T), φωτοβολταικούς (PV) ή υβριδικούς φωτοβολταικούς/θερμικούς απορροφητές (PVT), μετατρέποντας την ηλιακή ακτινοβολία σε χρήσιμη μορφή ενέργειας (θερμική, ηλεκτρική ή και τα δύο). Έχουν ερευνηθεί διάφοροι τύποι φακών Fresnel. Οι φακοί Fresnel 2D (γραμμικοί φακοί) είναι σε ορισμένες περιπτώσεις πιο εφαρμόσιμοι από τον τρισδιάστατο τύπο 3D (κυκλικοί φακοί) και δεδομένου ότι μπορεί να τοποθετηθούν με προσανατολισμό Ανατολή-Δύση, χρειάζονται λιγότερες μετακινήσεις προσανατολισμού των συστημάτων στον ήλιο για την αποδοτική λειτουργία τους [Tripanagnostopoulos et al, 2006]. Εικόνα 49: Σχηματική παράσταση του συστήματος φακού Fresnel απορροφητή [Πηγή:Tripanagnostopoulos, 2006]. 94

104 Με τα συστήματα αυτά ελέγχεται ο φωτισμός και η θερμοκρασία του κτιρίου την ημέρα, ενώ συγχρόνως η παραγόμενη ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί για θέρμανση τη νύχτα, για αερισμό την ημέρα, ή για την κάλυψη ηλεκτρικών αναγκών. Στην περίπτωση χαμηλής έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας, είτε λόγω της θέσης του ήλιου σε σχέση με το κτίριο είτε λόγω καιρικών συνθηκών (συννεφιά), οι απορροφητές μπορούν να είναι εκτός εστίασης επιτρέποντας την είσοδο του φωτός στον εσωτερικό χώρο. Όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι μεγάλη, οι απορροφητές τίθενται εντός εστίασης και μπορούν να απορροφήσουν το 60%-70% της εισερχόμενης ακτινοβολίας, μειώνοντας με τον τρόπο αυτό τον υπερβολικό φωτισμό και τη θερμοκρασία του αιθρίου, εξοικονομώντας ενέργεια για την ψύξη του κτιρίου. Εικόνα 50: Προτεινόμενη διάταξη ρύθμισης του φωτισμού με τους απορροφητές εκτός εστίασης(a) για τον φωτισμό κα σε εστίαση (b) για τη σκίαση [Πηγή: Tripanagnostopoulos, 2008] Μια ενδιαφέρουσα ιδέα είναι η ενσωμάτωση των φακών Fresnel στα μπαλκόνια κτιρίων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 51. Εικόνα 51: Ενσωμάτωση φακών Fresnel στα μπαλκόνια κτιρίων σε συνδυασμό με σταθερό φβ ή φβ/θ απορροφητή [Πηγή: Tripanagnostopoulos, 2009] 95

105 4.1.3 Ηλιακοί συλλέκτες με χρωματιστό απορροφητή Το ζήτημα της αισθητικής ενσωμάτωσης των ηλιακών συστημάτων στα κτίρια έχει ιδιαίτερη σημασία, και σε αυτά τα πλαίσια έχουν μελετηθεί επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες με χρωματιστό απορροφητή για να αποφευχθεί η μονοτονία του μαύρου χρώματος στις προσόψεις και στις στέγες των κτιρίων. Οι συλλέκτες αυτοί χρησιμοποιούν χρωματιστό απορροφητή με σκοπό την προσαρμογή των ηλιακών συστημάτων στην αρχιτεκτονική κατασκευή, όσον αφορά την εμφάνιση του χρώματος και την αποφυγή της μονοτονίας της μαύρης θέας στις σκεπές και στις προσόψεις από την εγκατάσταση των συνήθων ηλιακών συλλεκτών με μαύρο απορροφητή. Η χαμηλότερη απόδοση των συλλεκτών με χρωματιστούς απορροφητές μπορεί να αντισταθμιστεί με μια αύξηση της επιφάνειας των απαιτούμενων συλλεκτών κατά περίπου 20% για ίδια ποσότητα αποδιδόμενης θερμότητα με αυτή που αντιστοιχεί σε συλλέκτες με μαύρο απορροφητή. Το πρόσθετο κόστος από την επιπλέον επιφάνεια εξισορροπείται από τη βελτίωση της αισθητικής της εξωτερικής επιφάνειας των κτιρίων [Tripanagnostopoulos et al, 2000]. Εικόνα 52: Ηλιακοί συλλέκτες με χρωματιστό απορροφητή [Πηγή: Tripanagnostopoulos et al, 1996]. Οι συλλέκτες αυτοί μπορεί να έχουν επιλεκτικό ή μη επιλεκτικό χρωματιστό απορροφητή και μικρής απορροφητικότητας γυάλινα καλύμματα. Για να βελτιωθεί η αποδιδόμενη θερμότητα των συλλεκτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανακλαστήρες (Εικόνα 54) ανάμεσα στις παράλληλες σειρές των συλλεκτών στην οροφή του κτιρίου (Tripanagnostopoulos and Souliotis, 2005). Με την εγκατάσταση αυτή, μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη θερμική απόδοση ή υψηλότερες θερμοκρασίες εξόδου του ρευστού. Οι χρωματιστοί ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να συμβάλλουν στη διεύρυνση της χρήσης των ηλιακών συστημάτων σε παραδοσιακά και μοντέρνα κτίρια και να δώσουν στους αρχιτέκτονες ιδέες για δημιουργική ενσωμάτωσή τους στα κτίρια. Ειδικά για τα κυκλαδίτικα σπίτια (Εικόνα 53), προτείνεται η εφαρμογή ηλιακών συλλεκτών με μπλε απορροφητή καθώς είναι απόλυτα εναρμονισμένοι με την ιδιαίτερη κυκλαδίτικη αρχιτεκτονική (λευκές εξωτερικές επιφάνειες, μπλε πόρτεςπαράθυρα) [Τρυπαναγνωστόπουλος et al,1998]. 96

106 Εικόνα 53: Ενσωμάτωση θερμικών συλλεκτών με μπλε απορροφητή σε κυκλαδίτικο κτίριο [Τρυπαναγνωστόπουλος et al, 2012] Χρήση ενισχυτικών κατόπτρων Το Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας έχει ερευνητική δραστηριότητα στη μελέτη των ενισχυτικών κατόπτρων από το 1994, μελετώντας τα σε συνδυασμό με επίπεδους συλλέκτες θερμοσιφωνικών συσκευών θέρμανσης νερού, µε καλυµµένους καθώς και ακάλυπτους επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες µε χρωµατιστό απορροφητή, συλλέκτες τύπου CPC και πιο πρόσφατα με υβριδικά φβ/θ ηλιακά συστήματα. Τέλος, έχει μελετηθεί η σύζευξη επίπεδων συλλεκτών κατόπτρων ως προς την εφαρµογή κατόπτρων σε ηλιακές εγκαταστάσεις στις οριζόντιες οροφές των κτιρίων. Εικόνα 54: Θερμικοί συλλέκτες σε συνδυασμό με ακίνητα ενισχυτικά κάτοπτρα [Πηγή: Tripanagnostopoulos and Souliotis, 2005] 97

107 Εικόνα 55: Ενσωμάτωση διάχυτων ανακλαστήρων σε συνδυασμό με φωτοβολταϊκά [Πηγή:Tripanagnostopoulos,2008] Εικόνα 56: Κατεύθυνση των ανακλώμενων ακτίνων στην επιφάνεια των φβ [Πηγή:Tripanagnostopoulos,2008] Εικόνα 57: Φωτοβολταϊκό/θερμικό σύστημα με χρήση διάχυτων ανακλαστήρων [Πηγή: Tripanagnostopoulos et al, 2002]. 98

108 Η προσθήκη επιπέδων κατόπτρων σε ηλιακές εγκαταστάσεις επιπέδων συλλεκτών µπορεί να αυξήσει την αποδιδόµενη θερµότητα σε αξιόλογο ποσοστό, το οποίο όµως εξαρτάται από την θερµοκρασία και τις συνθήκες λειτουργίας. Το πρόσθετο κόστος (κάτοπτρα, στηρίγµατα, κλπ) εκτιµάται ότι για κατοπτρική επιφάνεια ίση προς την συλλεκτική επιφάνεια είναι περίπου 20%, για απλού τύπου επίπεδους συλλέκτες και µικρότερο για συλλέκτες υψηλότερης αποδοτικότητας (π.χ επιλεκτικού απορροφητή). Κατά συνέπεια η χρήση των κατόπτρων κρίνεται οικονοµικά αποδοτική για εφαρµογές όπου η θερµοκρασία λειτουργίας υπερβαίνει τους 40 ο C ή 50 ο C, χρησιµοποιούνται αποδοτικότεροι επίπεδοι συλλέκτες και η ηλιακή εγκατάσταση λειτουργεί τουλάχιστον την περίοδο από την άνοιξη έως και το φθινόπωρο. Τέτοιες εφαρµογές είναι η θέρµανση νερού σε πολυκατοικίες, ξενοδοχεία, νοσοκοµεία, βιοµηχανίες, καθώς και θέρµανση υγρών για χρήση σε διάταξη κλιµατισµού χώρων ή ψύξη προϊόντων, αφύγρανση βιοµηχανικών ή αγροτικών προϊόντων, κλπ Υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά ηλιακά συστήματα Το μεγαλύτερο μέρος της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας από τα φωτοβολταϊκά δε μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό αλλά σε θερμότητα, η οποία συντελεί στην αύξηση της θερμοκρασίας τους και στη μείωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης. Η απαγωγή της θερμότητας από τα φωτοβολταϊκά βοηθά στη μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας τους και μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί αυξάνοντας τη συνολική τους ενεργειακή απόδοση. Τα ηλιακά συστήματα που έχουν αυτή τη δυνατότητα να παρέχουν τόσο ηλεκτρική όσο και θερμική ενέργεια είναι τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά (PV/T) συστήματα, νέες μορφές των οποίων έχουν μελετηθεί στο εργαστήριο μας ως εναλλακτική λύση στα απλά φωτοβολταϊκά. Εικόνα 58: Βασικοί τύποι υβριδικών φβ/θ συστημάτων θέρμανσης νερού ή αέρα, με ή χωρίς επιπλέον γυάλινο κάλυμμα [Πηγή: Tripanagnostopoulos et al, 2005]. Για την αύξηση της αποδιδόμενης ενέργειας τόσο σε ηλεκτρισμό όσο και σε θερμότητα, τα υβριδικά φβ/θ συστήματα μπορούν να συνδυαστούν με διάχυτους ανακλαστήρες, οι οποίοι τοποθετούνται μπροστά από τους συλλέκτες και εξασφαλίζουν μια σχεδόν ομοιόμορφη αύξηση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια των συλλεκτών. Η διάταξη φβ/θ με διάχυτους 99

109 ανακλαστήρες που δίνει μια ιδέα για την πρόταση αυτή φαίνεται παραπάνω στην εικόνα. Για την αποφυγή της λειτουργίας των υβριδικών φβ/θ συλλεκτών σε υψηλή θερμοκρασία και τη μείωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης οι συσκευές αυτές μπορούν να συνδυαστούν με θερμικό ηλιακό συλλέκτη για την προθέρμανση του νερού που προέρχεται από την υβριδική ηλιακή συσκευή και για την κύρια θέρμανση του νερού με την ηλιακή θερμική διάταξη. Προτείνεται από το εργαστήριο ο συνδυασμός θερμοσιφωνικής συσκευής, ή και ολοκληρωμένης συσκευής συλλέκτηαποθήκη θερμότητας, με την υβριδική φβ/θ συσκευή. Στο συνδυσμό των υβριδικών φβ/θ συλλεκτών με πεδίο επίπεδων θερμικών ηλιακών συλλεκτών με διπλή λειτουργία της δεξαμενής (Εικόνα 59), το υβριδικό σύστημα προθερμαίνει το νερό και το θερμικό σύστημα επιτυγχάνει την κύρια θέρμανσή του. Εικόνα 59: Συνδυασμένη διάταξη πεδίου φβ/θ συλλεκτών με πεδίο επίπεδων συλλεκτών και κεντρική δεξαμενή νερού [Πηγή: Tripanagnostopoulos, 2006] Συλλέκτες τύπου CPC Μια άλλη ερευνητική δραστηριότητα του Εργαστηρίου αφορά την μελέτη νέων τύπων συλλεκτών CPC (σύνθετοι παραβολικοί συγκεντρωτές), τα οποία αποτελούν μια εναλλακτική λύση ως προς τους ηλιακούς συλλέκτες σωλήνα κενού. Είναι αποτελεσματικοί για λειτουργία σε μέσες θερμοκρασίες ρευστού ( ο C ) και είναι κατάλληλοι για τη θέρμανση και ψύξη χώρων [Tripanagnostopoulos and Yianoulis, 1996]. Οι σταθεροί συλλέκτες CPC αποτελούν μια οικονομικά αποδοτική προσέγγιση και μπορούν να συνδυαστούν με εξωτερικές επιφάνειες δίνοντας ενδιαφέρουσες λύσεις στους αρχιτέκτονες. 100

110 Εικόνα 60: Ενσωμάτωση καμπύλων ανακλαστήρων σε μπλακόνια κτιρίου [Πηγή: Tripanagnostopoulos,2009] Συμμετρικοί και ασύμμετροι παραβολικοί ανακλαστήρες (CPC) Επιπλέον των προηγούμενων ηλιακών συσεκυών έχουν γίνει μελέτες σε ηλιακά συστήματα μικρής συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας, χρησιμοποιώντας CPC ανακλαστήρες. Για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας γίνεται συνδυασμός στατικού συμμετρικού ή ασύμμετρου CPC ανακλαστήρα με φωτοβολταϊκό απορροφητή τύπου ταινίας (PVstrips), ο οποίος έχει τη δυνατότητα να ακολουθεί την πορεία της συγκλίνουσας ανακλώμενης ηλιακής ακτινοβολίας, και θερμικό συλλέκτη για την απορρόφηση της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας καθώς και του ποσοστού της άμεσης που δεν προσπίπτει στις ταινίες φωτοβολταϊκού. Εικόνα 61: Συμμετρικοί και ασύμμετροι παραβολικοί ανακλαστήρες (CPC) με φωτοβολταϊκό και θερμικό απορροφητή [Πηγή: Tripanagnostopoulos, 2008]. Το σύστημα στα αριστερά της Εικόνας 61 αποτελεί συμμετρικό CPC ανακλαστήρα με επίπεδο απορροφητή, όπου δύο φβ απορροφητές στις δύο πλευρές του απορροφητή ακολουθούν την ηλιακή ακτινοβολία στο σημείο που συγκεντρώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα στη μέση και δεξιά της Εικόνας 61 αποτελούν ασύμμετρους CPC ανακλαστήρες, όπου ο καθένας αποτελείται από ένα θερμικό απορροφητή και ένα φβ απορροφητή, ο οποίος κινείται μπροστά από τη θερμική μονάδα και ακολουθεί το σημείο συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. 101

111 4.1.8 Ηλιακοί συλλέκτες με ακίνητους σύνθετους παραβολικούς ανακλαστήρες συγκέντρωσης (συλλέκτες CPC) Μικρή συγκέντρωση της ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ανακλαστήρων CPC. Συνήθως, οι ανακλαστήρες CPC συνδυάζονται με επίπεδους απορροφητές τοποθετημένους κάθετα ή παράλληλα στο γυάλινο κάλυμμα. Στην Εικόνα 62 φαίνονται δύο τύποι σύνθετων παραβολικών ανακλαστήρων. Στην εικόνα αριστερά η συσκευή αποτελείται από μία απορροφητική επιφάνεια (CPC-S) ενώ στην εικόνα δεξιά αποτελείται από τρεις μικρότερες απορροφητικές επιφάνειες ενσωματωμένες σε μια συσκευή (CPC-T). Εικόνα 62: Παραβολικοί ανακλαστήρες συγκέντρωσης (CPC) [Πηγή: Tripanagnostopoulos et al, 2000] Συνδυασμός διαθλαστήρα Fresnel με ηλιακό συλλέκτη τύπου CPC και ICS Έχει πραγματοποιηθεί μελέτη συνδυασμού διαθλαστήρων Fresnel με ηλιακούς συλλέκτες τύπου CPC και ICS, με σκοπό τη μεγιστοποίηση της συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι διαθλαστήρες αυτοί εκτρέπουν την ηλιακοί ακτινοβολία πάνω στον απορροφητή, σε αντίθεση με τους φακούς Fresnel που συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε συγκεκριμένο σημείο. Οι παράλληλες πρισματικές ραβδώσεις των διαθλαστήρων εκτρέπουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία πάνω στον απορροφητή με αποτέλεσμα να αυξάνεται ο λόγος συγκέντρωσης [Tripanagnostopoulos, 2002]. 102

112 Εικόνα 63: Συνδυασμός διαθλαστήρων Fresnel με ηλιακό συλλέκτη τύπου CPC και ICS [Πηγή: Y. Tripanagnostopoulos, 2002] Συνδυασμός ηλιακού/αιολικού συστήματος Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή στα κτίρια είναι ο συνδυσμός της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας και η έρευνα του Εργαστηρίου κινείται προς την κατεύθυνση του συνδυασμού της φωτοβολταϊκών ή φωτοβολταϊκών/θερμικών συστημάτων με αιολικές μηχανές. Τα πειραματικά αποτελέσματα από τη λειτουργία μιας μικρής ανεμογεννήτριας, μιας συστοιχίας φωτοβολταϊκών και ενός θερμοσιφωνικού συλλέκτη δείχνουν μια θετική προοπτική αυτής της πρότασης (Tripanagnostopoulos et al, 2009). Η παραγωγή ενέργειας από το σύστημα αυτό, το οποίο εγκαταστάθηκε στην οροφή του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών για τις ανάγκες της έρευνας, ήταν σημαντική, με τις επιμέρους αποδόσεις να είναι κατά μέσο όρο 6.1% για τη φωτοβολταϊκή μονάδα, 5.7% για την ανεμογεννήτρια, και 54% για το θερμικό τμήμα, σε ένα χρόνο λειτουργίας. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, που η ηλιακή ακτινοβολία είναι σε χαμηλά επίπεδα, τα φωτοβολταϊκά δε μπορούν να αποδώσουν ικανοποιητικά, ενώ η ανεμογεννήτρια μπορεί να παράγει σημαντικά ποσά ενέργειας, λόγω της μεγάλης ταχύτητας του ανέμου. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, η μεγάλη ηλεκτροπαραγωγή από τα φωτοβολταϊκά μπορεί να ισοσκελίσει την ασταθή λειτουργία της ανεμογεννήτριας (Εικόνα 64). Έτσι τα φωτοβολταϊκά/θερμικά και το αιολικό σύστημα λειτουργούν συμπληρωματικά, παρέχοντας ηλεκτρική ενέργεια και θερμότητα στη δεξαμενή θερμού νερού σε περίπτωση πλεονάσματος ηλεκτρικής ενέργειας. 103

113 ) ) Irradiance Temperature Wind speed C) - o Irradiance ( W m -2 Ambient temperature Wind speed ( m s Months Εικόνα 64: Μηνιαία μέση ταχύτητα ανέμου, θερμοκρασία περιβάλλοντος και ηλιακή ακτινοβολία [Πηγή: Tripanagnostopoulos et al, 2009] Επιπλέον, η λειτουργία των φωτοβολταϊκών/θερμικών συστημάτων και του αιολικού συστήματος είναι συμπληρωματική και κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου, αφού η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το φβ εξαρτάται από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και επιτυγχάνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, εφ όσον υπάρχει ηλιοφάνεια ενώ η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την ανεμογεννήτρια εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου στο σημείο της εγκατάστασης και μπορεί να επιτευχθεί οποιαδήποτε ώρα της ημέρας ή της νύχτας, αρκεί η ταχύτητα του ανέμου να είναι πάνω από ένα όριο. Έτσι είναι δυνατό, ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες ηλιοφάνειας και ανέμου, όχι απλώς να καλύπτονται οι ανάγκες του κτιρίου σε ηλεκτρισμό, αλλά να υπάρχει και πλεόνασμα ενέργειας. Για την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια, εκτός από τη χρήση δεξαμενής αποθήκευσης ζεστού νερού, προτείνεται ο συνδυασμός του συστήματος PVT/WT με μπαταρίες για την αποθήκευση της ενέργειας που δεν καταναλώνεται ή δεν διοχετεύεται στο δίκτυο, ώστε να καλύψει αργότερα ανάγκες πρωτευόντως του κτιρίου και δευτερευόντως του δικτύου Ενσωμάτωση ηλιακών συστημάτων στο κτιριακό κέλυφος Στα πλαίσια της μέγιστης δυνατής εξοικονόμησης ενέργειας στον κτιριακό τομέα και στην κατεύθυνση των ZEB, μια ενδιαφέρουσα πρόταση για τα νέα κτίρια είναι η πλήρης ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών και των θερμικών συλλεκτών ως δομικά στοιχεία του κτιρίου. Με τον τρόπο αυτό εξοικονομείται ενέργεια και υλικά από την αντικατάσταση των συμβατικών δομικών υλικών και παράλληλα δίνεται η δυνατότητα στους αρχιτέκτονες για εφαρμογή νέων σχεδιάσεων και αισθητική ένταξη των ηλιακών συστημάτων ως αναπόσπαστο κομμάτι του κτιρίου. Τα φωτοβολταϊκά, θερμικά ή τα φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα θα μπορούσαν να αποτελούν μέρος του κτιριακού περιβλήματος, όπως προτείνεται στην αρχιτεκτονική σχεδίαση της Εικόνας 65. Τα φωτοβολταϊκά μπορούν ακόμη να τοποθετηθούν στις στέγες αντικαθιστώντας, για παράδειγμα, τα κεραμίδια, αλλά και αντί σκιάστρων, εξοικονομώντας δομικά υλικά. 104

114 Εικόνα 65: Ενσωμάτωση φβ και θερμικών συλλεκτών με μπλε απορροφητή ως δομικά στοιχεία του κτιριακού κελύφους [Πηγή: Τρυπαναγνωστόπουλος, 2011] Θέρμανση και ψύξη χώρων με χρήση φωτοβολταϊκού στη στέγη Για την εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια, προτείνονται κάποιες σχεδιάσεις για την επίτευξη θερμικής άνεσης, που εκμεταλλεύονται τα φωτοβολταϊκά στην οροφή του κτιρίου με έναν διαφορετικό τρόπο. Με κατάλληλη τοποθέτηση των ανοιγμάτων στην οροφή, ο άερας που περνά κάτω από το φωτοβολταϊκό (στο διάκενο μεταξύ φβ-οροφής) ψύχοντας το, μπορεί να εισέρχεται στο χώρο του κτιρίου και να επιτυγχάνεται έτσι η θέρμανσή του το χειμώνα (Εικόνα 66, αριστερά). Αντίθετα το καλοκαίρι, ο αέρας που εισέρχεται από κάποιο άνοιγμα του κτιρίου, όταν ανέβει η θερμοκρασία του οδηγείται προς το φωτοβολταϊκό, το ψύχει και απομακρύνεται στο εξωτερικό περιβάλλον (Εικόνα 66, δεξιά). Δημιουργείται έτσι ένα ρεύμα αέρα και επιτυγχάνεται ο δροσισμός του κτιρίου. Εικόνα 66: Αξιοποίηση του φωτοβολταϊκού στη στέγη για θέρμανση χώρων το χειμώνα (αριστερά) και ψύξη το καλοκαίρι (δεξιά) [Πηγή: Tripanagnostopoulos and Themelis, 2007] Η παραπάνω σχεδίαση αποτελεί μια ενδιαφέρουσα πρόταση, για την εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη χώρων στα κτίρια. 105

115 4.2 Πειραματική μελέτη προτεινόμενων διατάξεων ηλιακής ενέργειας Στα πλαίσια της έρευνας για την ενσωμάτωση ηλιακών συστημάτων στα κτίρια και για την εξοικονόμηση ενέργειας σε νέα και υπάρχοντα κτίρια, εκπονήθηκαν τρεις διπλωματικές εργασίες με τα εξής θέματα: «Σύνθετες διατάξεις φωτοβολταϊκών και θερμικών συσκευών» της Αντιγόνης Αποστολοπούλου, «Λειτουργική και αισθητική εφαρμογή φωτοβολταϊκών» της Δήμητρας Συγκρίδου, και η παρούσα εργασία: «Ολιστική ενεργειακή θεώρηση κτιρίων». Στη διάρκεια εκπόνησης αυτών των διπλωματικών εργασιών, υπήρξε συνεργασία στην διεξαγωγή των πειραματικών διαδικασιών, των μετρήσεων και των υπολογισμών. Στην εργασία της.α. Αποστολοπούλου έγινε μελέτη φωτοβολταϊκών, υβριδικών φωτοβολταϊκών και θερμικών ηλιακών συσκευών. Μελετήθηκε υβριδικό φωτοβολταϊκό/θερμικό σύστημα αέρα με διάφορες βελτιώσεις της αποδοτικής λειτουργίας του, όπως την προσθήκη μεταλλικών φύλλων ή σωλήνων ροής νερού στον αεραγωγό και επίπεδος ηλιακός θερμικός συλλέκτης με προσθήκη διάφορων τύπων ανακλαστήρων. Πραγματοποιήθηκαν επίσης πειράματα με σωλήνα κενού, ο οποίος συνδυάστηκε με ανακλαστήρες για την αύξηση της προσλαμβανόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και βελτίωση της αποδιδόμενης θερμότητας. Με βάση τα αποτελέσματα παρατέθηκαν συμπεράσματα και προτάσεις σχετικά με τις σύνθετες διατάξεις που αναφέρθηκαν. Στην εργασία της Δ. Συγκρίδου μελετήθηκε πειραματικά και σε συνθήκες φυσικού ηλιασμού η συνεισφορά των διάχυτων και κατοπτρικών ανακλαστήρων στην ενεργειακή απόδοση των φβ, η απαγωγή θερμότητας από τα φβ με νερό ή αέρα, η εγκατάσταση των φβ σε δυσμενή ενεργειακά κλίση και αζιμούθια γωνία, η χρήση διαπερατών στο φως φβ πλαισίων, κλπ. Δοκιμάστηκαν διάφορα φβ πλαίσια (πυριτίου, CIS, λεπτού φιλμ, οργανικά, άκαμπτα, εύκαμπτα, κλπ) και προτείνονται σχεδιάσεις φβ εγκαταστάσεων για ειδικές περιπτώσεις εφαρμογών. Επιπλέον, υπολογίστηκαν και τα περιβαλλοντικά οφέλη από την ευρεία χρήση των φωτοβολταϊκών, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες των εφαρμογών τους. Στην παρούσα εργασία, η ερευνητική πειραματική συμβολή αφορά την ένταξη των ηλιακών συστημάτων στα κτίρια, με στόχο τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας και τη μεγιστοποίηση της παραγόμενης ενέργειας, στη θεώρηση των κτιρίων μηδενικής κατανάλωσης συμβατικών ενεργειακών πηγών. Ωστόσο, η έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο δεν αφορά μόνο τις εφαρμογές στα καινούρια κτίρια, αλλά και τις βελτιώσεις που μπορούν να γίνουν στα υφιστάμενα κτίρια, που αποτελούν και το μεγαλύτερο μέρος του κτιριακού δυναμικού Πειραματικές διατάξεις Στόχος της πειραματικής μελέτης ήταν η διερεύνηση τρόπων εγκατάστασης φωτοβολταϊκών για τη μέγιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού, και την επίτευξη πλήρους κάλυψης των ηλεκτρικών αναγκών των κτιρίων. Εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων, όπως ο προσανατολισμός, η κλίση, το 106

116 υλικό κάλυψης της πίσω επιφάνειας και ο αερισμός των φβ πλαισίων, καθώς και η χρήση ανακλαστήρων, στη λειτουργία των φβ και στην παραγόμενη από αυτά ενέργεια. Για το πειραματικό μέρος της εργασίας χρησιμοποιήθηκε φβ πλαίσιο πολυκρυσταλλικού πυριτίου της εταιρίας Conergy Q50PI (Εικόνα 67), τα χαρακτηριστικά του οποίου φαίνονται στον Πίνακα 24. Πίνακας 24: Χαρακτηριστικά φβ πλαισίου ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ pc-si P mpp (W) 50 I sc (A) 3.47 V oc (V) 20 I mpp (A) 3.04 V mpp (V) 16.5 Εικόνα 67: φβ πλαίσιο Διαστάσεις πλαισίου (cm 2 ) 65.5*61 Ενεργή επιφάνεια (cm 2 ) 63*53.3 Η πειραματική διάταξη (Εικόνα 69) που χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή των πειραμάτων περιελάμβανε δυο ψηφιακά πολύμετρα Mastech MS8229 για τη μέτρηση της τάσης και του ρεύματος του φβ πλαισίου και δύο ροοστάτες τύπου αντίστασης 0-6 Ω και Ω σε σειρά με μια αντίσταση 0,47 Ω. Για τη μέτρηση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας χρησιμοποιήθηκε ένα πυρανόμετρο Theodor Friedrichs & Co με ευαισθησία 13,02 μv/(w*m -2 ), συνδεδεμένο με ψηφιακό πολύμετρο TEE CM2500. Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος και του φωτοβολταϊκού πλαίσίου χρησιμοποιήθηκαν ένα ψηφιακό θερμόμετρο Hanna Instruments, ένα ψηφιακό θερμόμετρο Summit Digital Thermometer SDT30 και θερμοζεύγη Cu-Ni (Εικόνα 68). Στην Εικόνα 69 φαίνεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις, με το φωτοβολταϊκό πλαίσιο να είναι τοποθετημένο στο επίπεδο του τραπεζιού, ώστε όπου χρειαζόταν να μετακινείται ολόκληρο το τραπέζι. Όταν στα πειράματα δεν πραγματοποιούνταν ηλεκτρικές μετρήσεις, το πλαίσι συνδεόταν σε αντίσταση μέσω της οποίας κυκλοφορούσε το παραγόμενο από το φβ ρεύμα, ώστε να μην αυξάνεται η θερμοκρασία του. 107

117 Εικόνα 68: (α) Ψηφιακό πολύμετρο Mastech MS8229, (β)πυρανόμετρο Theodor Friedrichs & Co (γ) ψηφιακό θερμόμετρο Hanna Instruments (δ) ψηφιακό θερμόμετρο Summit Digital Thermometer SDT30 Εικόνα 69: Πειραματική διάταξη Αποτελέσματα Επίδραση αζιμούθιας γωνίας (προσανατολισμού) στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Για την πλήρη κάλυψη των κτιριακών ενεργειακών αναγκών σε ηλεκτρισμό από φωτοβολταϊκά, μπορεί να χρειαστεί να γίνει τοποθέτηση των φβ πλαισίων ακόμα και με δυσμενή προσανατολισμό. Για να εξεταστεί η συμβολή της ηλιακής ενέργειας στην ηλεκτροπαραγωγή ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, μελετήθηκε στο Εργαστήριο η επίδραση της αζιμούθιας γωνίας ως προς τον ήλιο στη μέγιστη παραγόμενη ισχύ του φωτοβολταϊκού. Έτσι πραγματοποιήθηκαν σε συνεργασία πειραματικές μετρήσεις με διάφορες αζιμούθιες γωνίες χρησιμοποιώντας το πλαίσιο πολυκρυσταλλικού πυριτίου, τοποθετημένο σε καθορισμένη και σταθερή κλίση β=25,4 ο. Τα πειραματικά αποτελέσματα (Πίνακας 25) που λήφθηκαν από αυτές τις μετρήσεις (καθώς και τα στοιχεία στους επόμενους Πίνακες της παρούσας εργασίας) επεξεργάστηκαν 108

118 κατάλληλα και τα συμπεράσματα παρουσιάστηκαν στο 14 ο (Τρυπαναγνωστόπουλος, Σακκά, Συγκρίδου, 2011). Συνέδριο της ΕΕΦ Πίνακας 25 Αζιμούθια Ημερομηνία Ώρα P mpp (W) Η I r (W/m 2 ) I r0 (W/m 2 ) T pv ( ο C) T b ( ο C) T a ( ο C) ο γ=0 21/7/ :40 43,92 0, ,22 41,3 39,2 33,1 ο γ=180 21/7/ :55 34,06 0, , ο γ=+45 21/7/ :05 43,83 0, ,22 41,9 38,4 30,4 ο γ=-45 21/7/ :00 43,47 0, , ,7 34,4 32,5 ο γ=+90 21/7/ :25 41,08 0, ,55 986,67 40,6 36,9 28,2 ο γ=-90 21/7/ :20 40,29 0, ,44 951,11 35,8 33,7 29,7 ο γ= /7/ :35 34,46 0, , ,1 41,1 30,1 ο γ= /7/ :40 34,93 0, ,33 968,89 42,2 39,2 29,1 Όπως προκύπτει από τα πειραματικά αποτελέσματα για τις αζιμούθιες γωνίες όπου το φωτοβολταϊκό «έβλεπε» λιγότερο τον ήλιο (όπως π.χ. μια εγκατάσταση φβ στη βόρεια στέγη ενός κτιρίου) και κυρίως για τις 180 ο, +135 ο και -135 ο, η μέγιστη ισχύς ήταν μικρότερη σε σχέση με τη μηδενική αζιμούθια γωνία, όπου το φβ ήταν στραμμένο προς τον ήλιο. Λίγο μειωμένη εμφανίζεται για τις γωνίες +90 ο και -90 ο, και χωρίς σημαντική διαφορά για τις +45 ο και -45 ο. Συγκρίνοντας τη λειτουργία του φωτοβολταϊκού πλαισίου στην πιο δυσμενή τοποθέτησή του ως προς τον ήλιο (γ=180 ο ) με τη λειτουργία του στη βέλτιστη αζιμούθια γωνία (γ=0 ο ), η θερμοκρασία του φβ εμφανίζεται κατά 1,6 ο C μικρότερη, ενώ η μείωση της μέγιστης ισχύος που παρατηρείται είναι 22,5%. Με άλλα λόγια, σε μια ώρα (1h) λειτουργίας του φωτοβολταϊκού, η ηλεκτρική ενέργεια που θα παραχθεί θα είναι 43,92Wh στη βέλτιστη θέση προς τον ήλιο και 34,06 Wh στη πιο δυσμενή. Μπορεί λοιπόν στην δυσμενή τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας να μην είναι η μέγιστη δυνατή, παράγεταιι όμως μια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας η οποία ενδεχομένως να έχει σημαντική συνεισφορά στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. Σε συνέχεια της προηγούμενης μελέτης έγιναν μετρήσεις που αποτελούν και το πειραματικό υλικό που παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία και περιλαμβάνει αποτελέσματα από την ενεργειακή συμπεριφορά του φωτοβολταϊκού πλαισίου ως προς την κλίση του, την θερμομόνωσή του, την προσθήκη ανακλαστήρα και την επίδραση του περιορισμού των θερμικών απωλειών του. 109

119 Επίδραση της κλίσης στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Στις εφαρμογές των φωτοβολταϊκών στα κτίρια, η τοποθέτησή τους είναι δυνατόν να γίνει σε οριζόντιες στέγες-ταράτσες, όπως στο Σχέδιο που ακολουθεί στην ενότητα, σε επικλινείς στέγες, όπως στην Εικόνα, σελίδα,και στις προσόψεις των κτιρίων, όπως στην Εικόνα,σελίδα. Προκειμένου να εξεταστεί η ενεργειακή συμπεριφορά των φωτοβολταϊκών στο σύνολο αυτών των περιπτώσεων, έγιναν πειράματα με το φωτοβολταϊκό τοποθετημένο υπό τρεις διαφορετικές κλίσεις, σε οριζόντια θέση (β=0 ο ) όπως σε μια οριζόντια στέγη, σε κλίση λίγο μεγαλύτερη από το γεωγραφικό πλάτος της Πάτρας (38,25 ο ), που επλέχθηκε να είναι β=45 ο και θα μπορούσε να είναι η κλίση μιας επικλινούς στέγης και σε κάθετη θέση (β=90 ο ) όπως είναι η εγκατάσταση στην πρόσοψη του κτιρίου. Η αζιμούθια γωνία είναι σταθερή σε όλες τις μετρήσεις και ίση με μηδέν. Τα αποτελέσματα που λήφθηκαν φαίνονται στον Πίνακα 26. Ημερομηνία διεξαγωγής πειράματος: 24/8/2011 Πίνακας 26 Γωνία κλίσης Ώρα P mpp (W) η Ι r (W/m 2 ) Ι r0 (W/m 2 ) T pv( ο C) T b ( ο C) T a( ο C) T μ( ο C) β=0 ο 12: β=45 ο 13: β=90 ο 13: Παρατηρούμε ότι η επίδραση στην ενεργειακή συμπεριφορά είναι δυσμενέστερη όσο περισσότερο αποκλίνει η κάθετη στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού από τη διεύθυνση προς τον ήλιο. Συγκεκριμένα, μεγαλύτερη ισχύ αποδίδει το φβ τοποθετημένο υπό κλίση 45 ο, εμφανίζεται μια μικρή μείωση της τάξης του 8% σε οριζόντια τοποθέτηση, ενώ σε κάθετη τοποθέτηση ως προς το επίπεδο η μείωση είναι σημαντική (52%) Επίδραση μόνωσης και ανάκλασης στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Κατά την τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών στα κτίρια, είτε σε οριζόντιες ή επικλινείς στέγες, είτε σε προσόψεις, μπορεί στην πίσω πλευρά τους να υπάρχουν διάφορα υλικά που να επηρεάζουν την ενεργειακή τους συμπεριφορά. Εξετάστηκε η λειτουργία του φωτοβολταϊκού με μόνωση δοκιμάζοντας δύο περιπτώσεις όσον αφορά το συντελεστή εκπομπής. Έτσι η πίσω πλευρά του φβ καλύφθηκε, στη μία περίπτωση, με φελιζόλ ντυμένο με επιφάνεια μαύρου χρώματος και συντελεστή εκπομπής ε~0.9, και στην άλλη, με φελιζόλ ντυμένο με αλουμινόχαρτο και συντελεστή εκπομπής ε~0.1. Παράλληλα μονώθηκαν όλες οι πλευρές του φωτοβολταϊκού, για να μην εισέρχεται 110

120 αέρας ο οποίος να ψύχει το φωτοβολταϊκό. Όλες οι μετρήσεις πραγματοποιούνται με κλίση β=0. Τα σημαντικότερα αποτελέσματα φαίνονται στον Πίνακα 27. Ημερομηνία διεξαγωγής πειράματος: 30/08/2011 Πίνακας 27 Είδος μόνωσης Ώρα P mpp(w) η 1 Ι r (W/m 2 ) T pv( ο C) T b( ο C) T a( ο C) T μ( ο C) Φελιζόλ ,603 0, ,56 51,4 57,7 27,7 33 Φελιζόλ με μεγάλο ε ,877 0, ,67 50,1 56,9 27,3 31,3 Φελιζόλ με μικρό ε ,081 0, ,33 52,2 60,3 28,5 30,5 Στην περίπτωση του φελιζόλ με μεγάλο ε~0.9 η μείωση της θερμοκρασίας του φβ είναι μεγαλύτερη, γιατί απάγει καλύτερα τη θερμότητα. Παρατηρούμε ότι: T PV (φελιζόλ μικρό ε) > T PV φελιζόλ > T PV (φελιζόλ μεγάλο ε) Η σχέση αυτή επιβεβαιώνεται για τη θερμοκρασία στη μπροστινή και στην πίσω πλευρά του φωτοβολταϊκού. Να σημειωθεί ότι η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας παρουσιάζει -όπως αναμενόταν- μια μικρή αύξηση καθώς πλησιάζουμε προς το ηλιακό μεσημέρι, δεν υπάρχουν όμως μεγάλες μεταβολές από μέτρηση σε μέτρηση που να επηρεάζουν αρνητικά τα συμπεράσματά μας. Στη συνέχεια εξετάστηκαν τα παραπάνω με προσθήκη διάχυτου ανακλαστήρα, με σκοπό την αύξηση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο φβ, όπως φαίνεται και στις Εικόνες 72-75, σελίδες Ακολουθεί σύγκριση της απόδοσης του φωτοβολταϊκού, με κάθε μια από τις διαφορετικές μονώσεις κάθε φορά, σε σχέση με αυτή παρουσία ανακλαστήρα. Τα αποτελέσματα για κάθε περίπτωση συγκεντρώνονται στον Πίνακα

121 Πίνακας 28 Είδος μόνωσης Ώρα P mpp(w) η 1 η 2 Ι r0(w/m 2 ) I r(w/m 2 ) T pv( ο C) T b( ο C) T a( ο C) T μ( ο C) Φελιζόλ ,603 0, ,56-51,4 57,7 27,7 33 Φελιζόλ με ανακλαστήρα Φελιζόλ με μεγάλο ε Φελιζόλ με μεγάλο ε και ανακλαστήρα Φελιζόλ με μικρό ε Φελιζόλ με μικρό ε και ανακλαστήρα ,296 0,149 0, , ,22 53,7 61,4 28,5 40, ,877 0, ,67-50,1 56,9 27,3 31, ,054 0,153 0, , ,3 61,6 25,9 37, ,081 0, ,33-52,2 60,3 28,5 30, ,807 0,149 0, , ,89 55,3 63,6 27,7 40,7 Όσον αφορά στην ισχύ, διαπιστώνουμε ότι η προσθήκη ανακλαστήρα οδηγεί σε αύξηση της μέγιστης ισχύος, γεγονός που οφείλεται στην αύξηση της πυκνότητας ενέργειας που προσπίπτει στο φωτοβολταϊκό λόγω ανάκλασης. Όταν η πίσω πλευρά του φβ μονώνεται με φελιζόλ, η ηλιακή ακτινοβολία αυξάνεται λόγω του ανακλαστήρα κατά 21%, η μέγιστη ισχύς αυξάνεται κατά 18,8% και η θερμοκρασία του φβ ανεβαίνει κατά 2,3 ο C. Στην πρώτη περίπτωση μόνωσης του φβ με ε~0,9, αύξηση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας κατά 27% οδηγεί σε αύξηση 20,6% της μέγιστης παραγόμενης ισχύος και σε αύξηση της θερμοκρασίας του φβ κατά 2,2 ο C. Τέλος, στην περίπτωση της μόνωσης του φβ με ε~0,1, αύξηση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας κατά 32% οδηγεί σε αύξηση της μέγιστης ισχύος κατά 18,6%, με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια του φβ να αυξάνεται κατά 3,3 ο C. Η απόδοσή του φωτοβολταϊκού δίνεται από τον τύπο: IW m A m P mpp όπου παρατηρούμε ότι η απόδοση είναι ανάλογη της μέγιστης παραγόμενης ισχύος P mpp και αντιστρόφως ανάλογη της ηλιακής ακτινοβολίας Ι. Καθώς αυξάνεται η μέγιστη παραγόμενη ισχύς, περιμένουμε να αυξάνεται και η απόδοση του φωτοβολταϊκού, ενώ καθώς αυξάνεται η ηλιακή ακτινοβολία, η οποία βρίσκεται στον παρονομαστή, περιμένουμε μείωση της απόδοσης. Επιπλέον, η αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει αρνητικά την απόδοση του φωτοβολταϊκού. Προσπαθώντας να γίνει μια αξιολόγηση των υπολογιζόμενων αποδόσεων, επειδή μεταβάλλεται ταυτόχρονα η ηλιακή ακτινοβολία, η μέγιστη παραγόμενη ισχύς και η θερμοκρασία, δεν είναι εύκολο να βγουν συμπεράσματα για το τι επηρεάζει σε W

122 σημαντικότερο βαθμό την απόδοση του φωτοβολταϊκού. Δηλαδή, δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την απόδοση σαν ένα αξιόπιστο μέτρο της λειτουργίας του φωτοβολταϊκού. Ωστόσο, αν για παράδειγμα το φωτοβολταϊκό λειτουργήσει για 1 ώρα (1h), τότε η παραγόμενη από αυτό ενέργεια για κάθε μια περίπτωση φαίνεται στον Πίνακα 29, με άλλα λόγια, με αύξηση της ηλιακής ακτινοβολίας, αυξάνεται η μέγιστη παραγόμενη ισχύς και κατ επέκταση η ενέργεια που παράγεται από το φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Πίνακας 29 Είδος μονωτικής επιφάνειας Απόδοση η Παραγόμενη Ηλεκτρική Ενέργεια (Wh) Φελιζόλ 0,126 35,603 Φελιζόλ με μεγάλο ε 0,125 34,877 Φελιζόλ με μικρό ε 0,125 36,081 Σε κάθε περίπτωση παρατηρούμε ότι με την προσθήκη του διάχυτου ανακλαστήρα αυξάνεται η απόδοσης η 1 (απόδοση που λαμβάνεται υπόψην σαν επιφάνεια αυτή του φωτοβολταϊκού), ενώ η απόδοση η 2 παραμένει περίπου σταθερή (απόδοση στην οποία λαμβάνεται υπόψην η επιφάνεια του φωτοβολταϊκού καθώς και η επιφάνεια του ανακλαστήρα). Η απόδοση όμως δεν είναι συγκρίσιμη αφού εξαρτάται από την επιφάνεια που θεωρούμε Επίδραση περιορισμού θερμικών απωλειών στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού Εξετάστηκε η λειτουργία του φωτοβολταϊκού όταν η πίσω πλευρά έχει καλυφθεί με μόνωση από φελιζόλ σε απόσταση 0 cm, 3 cm και 5.6 cm. Στην πρώτη περίπτωση η μόνωση είναι κολλημένη στην πίσω πλευρά του φωτοβολταϊκού, οπότε δεν εισέρχεται αέρας, ενώ όταν η μόνωση τοποθετείται σε απόσταση 3 cm και 5.6 cm μονωμένες είναι μόνο οι δύο πλευρές του φωτοβολταϊκού, ενώ από τις άλλες δύο μπορεί να εισέρχεται αέρας ο οποίος θα ψύχει το φωτοβολταϊκό. Όλες οι μετρήσεις πραγματοποιούνται με κλίση β=0. Τα σημαντικότερα αποτελέσματα για κάθε περίπτωση συγκεντρώνονται στον Πίνακα

123 Ημερομηνία διεξαγωγής πειράματος: 23/08/2011 Πίνακας 30 d (cm) Ώρα P mpp (W) Η Ι (W/m 2 ) T pv ( o C) T b ( o C) T a ( o C) T μ ( o C) ,414 0, ,44 54,1 62,2 32,4 35, ,316 0, , ,5 32,4 35,7 5, ,177 0, ,44 50,9 48,7 32,6 34,5 Παρατηρούμε ότι οι θερμοκρασίες στην μπροστινή (T PV ) και στην πίσω επιφάνεια (T b ) του φωτοβολταϊκού μειώνονται καθώς απομακρύνουμε τη μόνωση από την πλάτη του φωτοβολταϊκού: T PV (d=0cm) > T PV (d=3cm) > T PV (d=5.6cm) T b (d=0cm) > T b (d=3cm > T b (d=5.6cm) Διαπιστώνουμε λοιπόν ότι όσο πιο μακριά τοποθετείται η μόνωση από το πίσω πλευρά του φωτοβολταϊκού τόσο καλύτερη ψύξη επιτυγχάνεται. Όταν αυξήσαμε την απόσταση από 0 σε 3 cm, η ελάττωση της θερμοκρασίας στην μπροστινή επιφάνεια δεν ήταν σημαντική (0,1 o C) γιατί συγχρόνως αυξήθηκε η ακτινοβολία, ενώ στην αύξηση της απόστασης από 3 cm σε 5,6 cm, η πτώση της θερμοκρασίας οφείλεται στον καλύτερο αερισμό του φωτοβολταϊκού, αλλά και κατά ένα μικρό μέρος στη μείωση της ακτινοβολίας. Όσον αφορά στην απόδοση, παρατηρούμε ότι αυξάνεται όταν το φωτοβολταϊκό ψύχεται ικανοποιητικά: η (d=0 cm) > η (d=3cm) > η (d=5.6cm) Επιβεβαιώνεται λοιπόν, ότι με την δημιουργία αεραγωγού πίσω από το φβ η ενεργειακή του συμπεριφορά βελτιώνεται και η μέγιστη παραγόμενη ισχύς αυξάνεται, επειδή η κυκλοφορία του αέρα μειώνει τη θερμοκρασία του Δυνατότητες εφαρμογής των αποτελεσμάτων Εφαρμογή σε στέγες Στη θεώρηση της πλήρους κάλυψης του κτιρίου για παραγωγή ενέργειας έχει σημασία να δούμε την αξιοποίηση της στέγης που δεν έχει βέλτιστο προσανατολισμό, όπως είναι για παράδειγμα η στέγη με βόρειο προσανατολισμό, όπως εξετάστηκε και πειραματικά στην ενότητα

124 Σε μια βέλτιστου προσανατολισμού εγκατάσταση φωτοβολταϊκών, η προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια είναι περίπου 1500 kwh/m 2 ανά έτος, οπότε τα φβ τοποθετημένα με μια καλή κλίση (30 ο -40 ο ) παράγουν περίπου 150 kwh/m 2 το έτος. Σε μια εγκατάσταση φωτοβολταϊκών που δεν έχει το βέλτιστο προσανατολισμό, η διαφορά δεν έγκειται στην απόδοση των φωτοβολταϊκών, αλλά στο ποσό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, που μειώνεται στις 700 kwh/m kwh/m 2 ανά έτος ανάλογα με την περίπτωση, όποτε και τα φωτοβολταϊκά αναμένεται να δώσουν 70 kwh/m 2-80 kwh/m 2. Ακόμη και σε αυτή την περίπτωση «δυσμενούς» εγκατάστασης φωτοβολταϊκών, σίγουρα η ηλεκτροπαραγωγή δεν είναι μεγάλη, όμως υπάρχει μια μικρή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στο κτίριο έχει τη σημασία της και θα συμβάλλει σε αυτήν. Μια περίπτωση εγκατάστασης βόρειου προσανατολισμού μειονεκτεί λειτουργικά το χειμώνα, καθώς δε δέχεται σημαντικό ποσό άμεσης ακτινοβολίας (Εικόνα 70), δέχεται ωστόσο την ίδια διάχυτη (Εικόνα 71) με την εγκατάσταση νότιου προσανατολισμού. Το καλοκαίρι η συμβολή της βόρειας στέγης έιναι μεγαλύτερη καθώς δέχεται και άμεση ακτινοβολία (όχι βέβαια όση η νότια στέγη) και διάχυτη. Εικόνα 70: Άμεση ακτινοβολία που προσπίπτει στις στέγες νότιου και βόρειου προσανατολισμού. 115

125 Εικόνα 71: Οι στέγες νότιου και βόρειου προσανατολισμού δέχονται την ίδια διάχυτη ακτινοβολία. Όσον αφορά την επίδραση της κλίσης στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών σε ένα κτίριο, ιδανική ενεργειακά είναι η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών υπό κλίση περίπου ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου εγκατάστασης. Μάλιστα ενδιαφέρον παρουσιάζει ο συνδυασμός αυτής της εγκατάστασης με διάχυτο ανακλαστήρα, όπως μπορεί να είναι για παράδειγμα η βαμμένη λευκή ταράτσα σε ένα κυκλαδίτικο κτίριο (Εικόνα 72). Το φωτοβολταϊκό τοποθετείται στο πίσω μέρος της ταράτσας, για λόγους αισθητικούς αλλά και ενεργειακούς, αφού το φβ εκτός από την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει απευθείας στην επιφάνειά του δέχεται και την ανακλώμενη από τη λευκή ταράτσα ακτινοβολία. 116

126 Εικόνα 72: Τοπόποθέτηση φβ στην οριζόντια στέγη κυκλαδίτικου κτιρίου σε συνδυασμό με διάχυτη ανάκλαση Εφαρμογή στο περίβλημα Στην περίπτωση που η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών υπό κλίση όσο περίπου το γεωγραφικό πλάτος του τόπου δεν είναι δυνατή για αισθητικούς ή άλλους λόγους, ενεργειακά αποδοτική σε μεγάλο βαθμό είναι η οριζόντια τοποθέτηση, που μάλιστα πλεονεκτεί από αισθητικής άποψης, αφού τα φωτοβολταϊκά δεν είναι άμεσα ορατά. Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή είναι ο συνδυασμός οριζόντια εγκατεστημένου φωτοβολταϊκού σε συνδυασμό με διάχυτο ανακλαστήρα εγκατεστημένο σε διπλανό κτίριο (Εικόνα 73). Ο ανακλαστήρας μπορεί να είναι είτε γαλβανιζέ λαμαρίνα, είτε απλά μια βαμμένη λευκή επιφάνεια, η οποία δεν προκαλεί οπτική όχληση. Έτσι η απώλεια ενέργειας λόγω μη βέλτιστης κλίσης ισοσκελίζεται από την άυξηση της προσπίπουσας στο φωτοβολταϊκό ακτινοβολίας από ανάκλαση. 117

127 Εικόνα 73: Οριζόντια τοποθέτηση φβ σε συνδυασμό με ανακλαστήρα στο περίβλημα Μια μικρή συμβολή στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπάρχει ακόμη και στην περίπτωση τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων στο κέλυφος του κτιρίου. Η συνεισφορά στο γενικότερο ενεργειακό θέμα μπορεί να γίνει ακόμη μεγαλύτερη, αν τα φβ ενσωματωθούν στο κτιριακό περίβλημα ως δομικά στοιχεία, αντικαθιστώντας συμβατικά δομικά υλικά. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η εμπεριεχόμενη ενέργεια της κατασκευής και κατ επέκταση το περιβαλλοντικό της αποτύπωμα. Για τη μέγιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας με στόχο τη μηδενική κατανάλωση ενέργειας από συμβατικές πηγές (ZEB), εξετάζεται η χρήση τμημάτων του κτιρίου για την ενσωμάτωση ορισμένων εγκαταστάσεων των ηλιακών διατάξεων (π.χ. ανακλαστήρες), ώστε να αξιοποιηθεί στο μέγιστο βαθμό κάθε κομμάτι του κτιρίου. Μια πρόταση είναι η αξιοποίηση των προβόλων που υπάρχουν σε πολλά κτίρια, όπως για παράδειγμα στα κτίρια του Πανεπιστημίου Πατρών, τοποθετώντας σε αυτά ανακλαστήρας, σε συνδυασμό με φβ στον τοίχο (Εικόνα 74), ή φβ ανακλαστήρα, σε συνδυασμό με ανακλαστήρες στον τοίχο (Εικόνα 75). 118

128 Εικόνα 74: Προτεινόμενη εγκατάσταση φβ και ανακλαστήρα στο κτιριακό κέλυφος 119

129 Εικόνα 75: Προτεινόμενη εγκατάσταση φβ και ανακλαστήρα στο κτιριακό κέλυφος 120