Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ

Transcript

1 Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Η θερμική συμπεριφορά των υλικών. Θερμοφυσικές και οπτικές ιδιότητες. Ηεπίδρασηστοκτίριο. Σχεδιασμός για θερμική άνεση και εξοικονόμηση ενέργειας τον χειμώνα. Σχεδιασμός για θερμική άνεση και εξοικονόμηση ενέργειας το καλοκαίρι. Ηεπίδρασηστηνπόλη. 1

2 Θερμική συμπεριφορά των υλικών Θερμοφυσικές και οπτικές ιδιότητες ιδιότητες 2

3 Θερμοφυσικές ιδιότητες των υλικών = Συμπεριφορά ως προς τις διαδικασίες μετάδοσης θερμότητας Οι διαδικασίες μετάδοσης θερμότητας. Α. Αγωγή Β. Μεταφορά Γ. Ακτινοβολία Πυκνότητα και Ειδική θερμότητα Η πυκνότητα ορίζεται από το πηλίκο της μάζας προς τον όγκο [ρ = m / V] και μετριέται σε kg/m 3. Η πυκνότητα διαφοροποιείται πολύ από υλικό σε υλικό Η ειδική θερμότητα είναι η ενέργεια που απαιτείται για να ανέβει η θερμοκρασία μιας μονάδας μάζας ενός υλικού κατά ένα βαθμό Κελσίου και μετριέται σε Wh/kgK. Η ειδική θερμότητα δεν παρουσιάζει σημαντικές διαφορές από υλικό σε υλικό p c Υλικό kg/m3 Wh/kgK Χώμα και αδρανή Αργιλώδες χώμα, στεγνό ,24 Αργιλώδες χώμα, υγρό ,43 Φυσικά πετρώματα Μαλακός ασβεστόλιθος ,26 Ασβεστόλιθος ,26 Σκληρός ασβεστόλιθος ,26 Τσιμέντο Σκυρόδεμα ,24 Κισσηρόδεμα 800 0,24 Περλιτόδεμα 600 0,24 Πηλός Εμφανή τούβλα ,26 Κεραμικά πλακίδια ,39 Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 500 0,55 Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 700 0,55 Σκληρή τροπική ξυλεία ,55 Μέταλλα Αλουμίνιο ,26 Χάλυβας ,09 Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος ,25 Γυαλί ,18 Νερό ,16 Θερμομονωτικά υλικά Διογκωμένη πολυστερίνη 28 0,39 Εξηλασμένη πολυστερίνη 25 0,39 Πολυουρεθάνη 50 0,39 Ορυκτο/υαλο-βάμβακας 90 0,17 Φελλός 120 0,42 3

4 Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας εκφράζει την ευκολία με την οποία η θερμότητα μεταδίδεται στη μάζα ενός υλικού και μετριέται σε W/m.K. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται από την πυκνότητα του υλικού αλλά και από: τη θερμοκρασία του τηνφάσηστηνοποίαβρίσκεται το αν έχει κρυσταλλική δομή και την περιεκτικότητά του σε υγρασία p λ Υλικό kg/m3 W/mK Χώμα και αδρανή Αργιλώδες χώμα, στεγνό ,25 Αργιλώδες χώμα, υγρό ,58 Φυσικά πετρώματα Μαλακός ασβεστόλιθος ,05 Ασβεστόλιθος ,70 Σκληρός ασβεστόλιθος ,33 Τσιμέντο Σκυρόδεμα ,51 Κισσηρόδεμα 800 0,29 Περλιτόδεμα 600 0,20 Πηλός Εμφανή τούβλα ,74 Κεραμικά πλακίδια ,00 Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 500 0,14 Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 700 0,17 Σκληρή τροπική ξυλεία ,29 Μέταλλα Αλουμίνιο ,00 Χάλυβας ,00 Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος ,75 Γυαλί ,75 Νερό ,57 Θερμομονωτικά υλικά Διογκωμένη πολυστερίνη 28 0,030 Εξηλασμένη πολυστερίνη 25 0,036 Πολυουρεθάνη 50 0,03 Ορυκτο/υαλο-βάμβακας 90 0,036 Φελλός 120 0,042 Θερμοχωρητικότητα (C = p c) Η θερμοχωρητικότητα είναι η ενέργεια που απαιτείται για να ανέβει η θερμοκρασία μιας μονάδας όγκου ενός υλικού κατά ένα βαθμό Κελσίου και μετριέται σε Wh/m 3 K. Η θερμοχωρητικότητα εξαρτάται από την πυκνότητα και την ειδική θερμότητα p c C Υλικό kg/m3 Wh/kgK Wh/m3K Χώμα και αδρανή Αργιλώδες χώμα, στεγνό , Αργιλώδες χώμα, υγρό , Φυσικά πετρώματα Μαλακός ασβεστόλιθος , Ασβεστόλιθος , Σκληρός ασβεστόλιθος , Τσιμέντο Σκυρόδεμα , Κισσηρόδεμα 800 0, Περλιτόδεμα 600 0, Πηλός Εμφανή τούβλα , Κεραμικά πλακίδια , Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 500 0, Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 700 0, Σκληρή τροπική ξυλεία , Μέταλλα Αλουμίνιο , Χάλυβας , Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος , Γυαλί , Νερό , Θερμομονωτικά υλικά Διογκωμένη πολυστερίνη 28 0,39 10,9 Εξηλασμένη πολυστερίνη 25 0,39 9,75 Πολυουρεθάνη 50 0,39 19,5 Ορυκτο/υαλο-βάμβακας 90 0,17 15,3 Φελλός 120 0,42 50,4 4

5 Θερμική αδράνεια / Χρονική υστέρηση Όσο πιο μεγάλη είναι η τιμή της «θερμικής αδράνειας», τόσοπιομεγάληείναιη απόσβεση του πλάτους μεταβολής της θερμοκρασίας, καθώς καιηχρονικήυστέρηση. Χρονική υστέρηση Απόσβεση του πλάτους μεταβολής της θερμοκρασίας Εσωτερική θερμοκρασία Θερμοκρασία δώματος Εξωτερική θερμοκρασία [πηγή εικόνων: Behling & Behling, 2000] Θερμική διαχυτότητα (κ = λ / p c) Η διαχυτότητα εκφράζει την ικανότητα ενός υλικού να άγει θερμότητα σε σχέση με την ικανότητά του να αποθηκεύει θερμότητα και μετριέται σε m 2/ h. Μεγάλες τιμές διαχυτότητας ισοδυναμούν με γρήγορη διάχυση της θερμότητας στη μάζα ενός υλικού. Μεγάλες τιμές διαχυτότητας έχουν ως αποτέλεσμα οι αλλαγές στην επιφανειακή θερμοκρασία ενός υλικού να κατανέμονται σε παχύτερο στρώμα. Έτσι το υλικό παρουσιάζει πιο ομαλές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στην επιφανειακή του θερμοκρασία. λ C κ Υλικό W/mK Wh/m3K m2/sec 10-6 Χώμα και αδρανή Αργιλώδες χώμα, στεγνό 0, ,180 Αργιλώδες χώμα, υγρό 1, ,510 Φυσικά πετρώματα Μαλακός ασβεστόλιθος 1, ,701 Ασβεστόλιθος 1, ,825 Σκληρός ασβεστόλιθος 2, ,957 Τσιμέντο Σκυρόδεμα 1, ,728 Κισσηρόδεμα 0, ,419 Περλιτόδεμα 0, ,385 Πηλός Εμφανή τούβλα 0, ,465 Κεραμικά πλακίδια 1, ,352 Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 0, ,141 Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 0, ,123 Σκληρή τροπική ξυλεία 0, ,141 Μέταλλα Αλουμίνιο 200, ,140 Χάλυβας 204, ,810 Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος 0, ,395 Γυαλί 0, ,460 Νερό 0, ,136 Θερμομονωτικά υλικά Διογκωμένη πολυστερίνη 0,030 10,9 0,29 Εξηλασμένη πολυστερίνη 0,036 9,75 0,30 Πολυουρεθάνη 0,03 19,5 0,39 Ορυκτο/υαλο-βάμβακας 0,036 15,3 0,38 Φελλός 0,042 50,4 0,74 5

6 Θερμική επίχυση (α = (λ p c) 1/2 Η επίχυση εκφράζει την ευκολία ή τη δυσκολία με την οποία η επιφάνεια ενός υλικού δέχεται ή αποβάλλει θερμότητα και μετριέται σε Wh 1/2 /m 2 K. Στη θερμική επίχυση οφείλεται η αίσθηση που έχουμε όταν αγγίζουμε διαφορετικά υλικά με την ίδια επιφανειακή θερμοκρασία. Έτσι, ένα δάπεδο από κεραμικά πλακίδια ή σκυρόδεμα φαίνεται πιο κρύο από ένα ξύλινο δάπεδο ή ένα δάπεδο από φελλό. λ C μ Υλικό W/mK Wh/m3K W/m2K Χώμα και αδρανή Αργιλώδες χώμα, στεγνό 0, ,00 Αργιλώδες χώμα, υγρό 1, ,80 Φυσικά πετρώματα Μαλακός ασβεστόλιθος 1, ,66 Ασβεστόλιθος 1, ,90 Σκληρός ασβεστόλιθος 2, ,24 Τσιμέντο Σκυρόδεμα 1, ,04 Κισσηρόδεμα 0, ,81 Περλιτόδεμα 0, ,74 Πηλός Εμφανή τούβλα 0, ,15 Κεραμικά πλακίδια 1, ,32 Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 0, ,16 Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 0, ,13 Σκληρή τροπική ξυλεία 0, ,57 Μέταλλα Αλουμίνιο 200, ,10 Χάλυβας 204, ,07 Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος 0, ,14 Γυαλί 0, ,33 Νερό 0, ,11 Θερμομονωτικά υλικά Διογκωμένη πολυστερίνη 0,030 10,9 0,76 Εξηλασμένη πολυστερίνη 0,036 9,75 1,02 Πολυουρεθάνη 0,03 19,5 0,423 Ορυκτο/υαλο-βάμβακας 0,036 15,3 0,65 Φελλός 0,042 50,4 0,23 Επιφανειακές ιδιότητες των υλικών = Συμπεριφορά ως προς την ακτινοβολία Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που αυτό εκπέμπει. Στην πράξη: «Τόνος» = Θερμοκρασία 6

7 Ανακλαστικότητα και Απορροφητικότητα Όσοπιοσκουρόχρωμοείναιέναυλικό, τόσο μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάει. r + α = 1 Υλικό r α Λευκό μάρμαρο 0,64 0,36 Καινούργια άσφαλτος 0,02-0,05 0,95-0,98 Σκυρόδεμα 0,40 0,60 Τούβλα 0,30-0,43 0,56-0,60 Αλουμίνιο 0,01 0,98 Εκπομπή Η απορρόφηση και η εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας είναι ανάλογες προς το συντελεστή εκπομπής του υλικού και ανάλογες προς τη Όσοθερμοκρασία μεγαλύτεροςτου είναι [Q/A ο συντελεστής = εστ 4 ] εκπομπής, τόσο μεγαλύτερη είναι και η δυνατότητα ενός υλικού να Τα περισσότερα απορροφάει κοινά (όταν οικοδομικά είναι ψυχρότερο) υλικά ήναεκπέμπει(όταν είναι θερμότερο) -ανάλογα με τις συνθήκες- τη έχουν παρόμοιο συντελεστή θερμική ακτινοβολία. εκπομπής (ίσο με περίπου 0,90-0,95). Αντίθετα, τα στιλβωμένα μέταλλα έχουν πολύ μικρό συντελεστή εκπομπής. Υλικό e Λευκό μάρμαρο 0,56-0,95 Καινούργια άσφαλτος 0,93-0,95 Σκυρόδεμα 0,90 Τούβλα 0,90 Στιλβωμένο αλουμίνιο 0,10-0,35 7

8 ε = Ε / Εb όπου : ε: ο συντελεστής εκπομπής Ε: η ενέργεια που εκπέμπεται από ένα σώμα [W/m 2 ] Εb: η ενέργεια που εκπέμπεται από το μέλαν σώμα [W/m 2 ] Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής Στιλβωμένο αλουμίνιο, ε=περ.0,1 q Τ=20 ο C q Ουρανός, Τ=0 ο Κ Τ=20 ο C Αλουμίνιο βαμμένο λευκό, ε=περ.0,8 εκπομπής, τόσο μεγαλύτερη είναι και η δυνατότητα ενός υλικού να Θερμή επιφάνεια, Τ=40 ο C απορροφάει (όταν είναι ψυχρότερο) ή να εκπέμπει (όταν είναι θερμότερο) - ανάλογα με τις συνθήκες- τη θερμική q Τ=20 ο C q Τ=20 ο C ακτινοβολία. Στιλβωμένο αλουμίνιο, ε=περ.0,1 Αλουμίνιο βαμμένο λευκό, ε=περ.0,8 Η επίδραση των υλικών στη θερμική συμπεριφορά των κτιρίων Γενικά στοιχεία 8

9 Το κτιριακό κέλυφος και το κλίμα - Η ηλιακή ακτινοβολία Χειμώνας Μικρές γωνίες ηλιακού ύψους Καλοκαίρι Μεγάλες γωνίες ηλιακού ύψους 9

10 Το κτιριακό κέλυφος και το κλίμα - Η θερμοκρασία Καλοκαίρι Υψηλές εξωτερικές θερμοκρασίες Ζώνη Άνεσης Χειμώνας Χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες Το κτιριακό κέλυφος και η θερμική άνεση Περιβαλλοντικοί παράγοντες: Θερμοκρασία αέρα Σχετική υγρασία Ταχύτητα αέρα Μέση ακτινοβολούμενη θερμοκρασία Ατομικοί παράγοντες: Δραστηριότητα Ένδυση Προσαρμοστικότητα Φυσιολογική Ψυχολογική 10

11 Ο σχεδιασμός του κτιριακού κελύφους Ζητούμενο: Κτιριακά κελύφη, όπου θα επικρατούν συνθήκες θερμικής άνεσης και τα οποία θα έχουν χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις για θέρμανση, δροσισμό (και φωτισμό) κατά τη διάρκεια ζωής τους. Ο σχεδιασμός του κτιριακού κελύφους Στόχοι κατά την χειμερινή περίοδο Όπως αλλάζουν οι άνθρωποι και προσαρμόζονται στις περιβαλλοντικές συνθήκες, έτσι μπορούν -έως ένα βαθμό- και τα κτίρια Μείωση θερμικών απωλειών Αύξηση ηλιακών προσόδων Μείωση χρήσης συμβατικής ενέργειας για θέρμανση Κυκλοφορία θερμού αέρα στον χώρο Στόχοι κατά την θερινή περίοδο Μείωση θερμικών προσόδων - Ηλιοπροστασία Μείωση ή αποφυγή χρήσης συμβατικής ενέργειας για δροσισμό Αποθήκευση θερμότητας στα δομικά στοιχεία του κελύφους Δροσισμός του κελύφους και του αέρα κατά τη διάρκεια της νύχτας 11

12 Χειμερινή περίοδος Μείωσητωνθερμικώναπωλειών 12

13 Κτίριο Υδραυλικής Ε.Μ.Π. Κτίριο στο Τεχνολογικό Πάρκο Λαυρίου [πηγή εικόνων: Εργαστήριο Τεχνικών Υλικών, Σχολή Αρχιτεκτόνων, Ε.Μ.Π.] Στρατηγικές θέρμανσης Ηλιακή Συλλογή Διαφανή στοιχεία Συμπαγή στοιχεία Αποθήκευση θερμότητας Υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα Διανομή θερμότητας Αγωγή (από τα θερμότερα στα ψυχρότερα μέρη) Μεταφορά (φυσικός ελκυσμός του θερμού αέρα) Ακτινοβολία (από τις θερμότερες στις ψυχρότερες επιφάνειες) Διατήρηση θερμότητας Θερμομόνωση κελύφους Θερμομόνωση ανοιγμάτων Μείωση διείσδυσης [πηγή: Ε.Ε.C., Innobuild Project] 13

14 Ηλιακή συλλογή και παθητική ηλιακή θέρμανση Άμεσο ηλιακό κέρδος Βενετικάστόρια Θερμοσιφωνικά πανέλα Θερμοκήπιο Τοίχος Trombe-Michel Ανοίγματα οροφής [πηγή: Ε.Ε.C., Innobuild Project] Ανοίγματα και ημιυπαίθριοι χώροι στο νότο Κατοικία στην Άνω Πόλη, Θεσσαλονίκη [πηγή: ΦωτογραφικόαρχείοΑ. Οικονόμου] Κατοικία στον οικισμό Ψαράδες, Ν. Φλώρινας [πηγή: ΦωτογραφικόαρχείοΑ. Οικονόμου] 14

15 Ανοίγματα και θερμοκήπια στο νότο Κτίρια στο San Sebastian [πηγή: Behling & Behling, 2000] Γεωργιανή κατοικία στο Λονδίνο [πηγή: Behling & Behling, 2000] Ανοίγματα στο νότο Pilar Alberich Sotomayor, Osuna Housing, , Seville, Spain [πηγή: Solar Energy in Architecture and Urban Planning] 15

16 Γυάλινες επιφάνειες στο νότο Thomas Herzog and Partner, Οδοντιατρείο και κατοικία, Bei-DE, , [πηγή: Thomas Herzog. Architecture and Technology] Thomas Herzog & Partner, Φοιτητικός Ξενώνας, , Windberg, Niederbayern, Germany [πηγή: Solar Energy in Architecture and Urban Planning & Thomas Herzog. Architecture and Technology] 16

17 Θερμοκήπια Bill Dunster, Terrace House Prototype, , London, UK [πηγή: Solar Energy in Architecture and Urban Planning] 17

18 H. Schroder & S. Windmann, Συγκρότημα κατοικιών, , Passau, Germany [πηγή: Solar Energy in Architecture and Urban Planning] Thomas Herzog: Κατοικία στο Regensburg, Γερμανία. William Lumpkins: Κατοικία Balcomb, Santa Fe, N. Mexico, U.S.A. [πηγή: James Wines, Green Architecture] Jourda & Perraudin: Κατοικία στη Lyon-St. Just, Lyon, Γαλλία [πηγή: James Wines, Green Architecture] Thomas Herzog: Οδοντιατρείο και κατοικία στο Bei, Γερμανία. [πηγή: Thomas Herzog. Architecture and Technology] 18

19 Χρήση καινοτόμων υαλοστασίων [πηγή εικόνων: Behling & Behling, 2000] Institut du Monde Arabe, Paris, France Αρχιτέκτονας: Jean Nouvel Έμμεσο κέρδος - Τοίχος Trombe-Michel 19

20 Κατοικίες στο Odeillo, Πυρηναία, Γαλλία [ Μ. Παπαδόπουλος, Κ. Αξαρλή, 1995, Ενεργειακός Σχεδιασμός και Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Κτιρίων. Δομική Φυσική ΙΙ, Θεσσαλονίκη: Εκδοτικός Οίκος Αδερφών Κυριακίδη Α.Ε.] Έμμεσο κέρδος Διπλοκέλυφεςπροσόψεις (Double-skin facades) Sir Norman Foster, Microelectronics Park, Duisburg-DE, [πηγή: Philip Jodidio, Sir Norman Foster] 20

21 Thomas Herzog and Partner, Deutsch Messe Ag Headquarters, Hanover-De, [πηγή: Thomas Herzog. Architecture + Technology] Υβριδικές φωτοβολταϊκές προσόψεις Δημόσια βιβλιοθήκη, Mataro, Barcelona, Spain Κτίριο Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π. [πηγή: Solar Energy in Architecture and Urban Planning] 21

22 Θερμοχωρητικότητα κοινών οικοδομικών υλικών Σκυρόδεμα 576 Wh/m 3 K Οπτόπλινθοι 442 Wh/m 3 K Ωμόπλινθοι Νερό 1160 Wh/m 3 K Αποθήκευση θερμότητας Μεγάλη θερμική μάζα Παραδοσιακή κατοικία με πέτρινους τοίχους στους Ψαράδες, Ν. Φλώρινας Παραδοσιακή κατοικία με τοίχους από ωμόπλινθους στην Πρώτη, Ν. Φλώρινας [πηγή εικόνων: Φωτογραφικό αρχείο Α Οικονόμου] Υπόσκαφες κατοικίες σε επαρχία της Κίνας με ηπειρωτικό κλίμα [πηγή εικόνων: Behling & Behling, 2000] 22

23 Χρήση στοιχείων νερού για αποθήκευση θερμότητας σε τοίχους και δώματα [πηγή εικόνων: Mazria, 1979] Χρήση υλικών PCM - Phase-Change Materials [πηγή εικόνων: Behling & Behling, 2000] 23

24 Γρήγορη θέρμανση χώρων Μικρή θερμική μάζα Ξύλινες παραδοσιακές κατοικίες στην Κωνσταντινούπολη [πηγή: ΦωτογραφικόαρχείοΑ. Οικονόμου] Ξύλινες παραδοσιακές κατοικίες στη Β. Ευρώπη και στον Καναδά [πηγή: Behling & Behling, 2000] Θερμομόνωση Διατήρηση της θερμότητας Θερμομόνωση κελύφους (+ κατοίκων!) Igloo στοβόρειοπόλο [πηγή εικόνων: Behling & Behling, 2000] 24

25 Θερμομόνωση υαλοστασίων και παραθύρων Κινητά θερμομονωτικά πάνελ Beadwall, μηχανική προσθήκη θρυμμάτων θερμομονωτικού υλικού ανάμεσα στους υαλοπίνακες Κινητά θερμομονωτικά υφάσματα [πηγή εικόνων: Mazria, 1979] Διαφανή θερμομονωτικά υλικά [πηγή: Behling & Behling, 2000] Thomas Herzog: Στούντιο, Bayern, Γερμανία [πηγή: Thomas Herzog. Architecture + Technology] 25

26 Θερμομόνωση και θερμική μάζα Θερμομονωτικά υλικά και θέση θερμομόνωσης στην κατασκευή. U-value = 2,57 W/m 2 K TTC = 7,2 h U-value = 0,81 W/m 2 K TTC = 17,5 h U-value = 0,81 W/m 2 K TTC = 36,9 h Καλοκαιρινή περίοδος 26

27 Στρατηγικές δροσισμού Ηλιακός έλεγχος Έλεγχος εξωτερικών κερδών Έλεγχος εσωτερικών κερδών Φυσικός αερισμός Φυσικός δροσισμός [πηγή εικόνων: Ε.Ε.C., Innobuild Project] Σκιασμός ανοιγμάτων και δώματος Χρήση βλάστησης για σκιασμό Ηλιακή γεωμετρία για σχεδιασμό ανοιγμάτων σε κάτοψη Δροσισμός από το έδαφος και νυχτερινός αερισμός. Χρήση ανεμιστήρων οροφής. Ανοδικό ρεύμα (ηλιακή καμινάδα). Καθοδικό ρεύμα (ψυκτικός πύργος). Αερισμός σε κτίρια με κεντρικό κ.χ. χώρο. [πηγή εικόνων: Ε.Ε.C., Innobuild Project] Φυσικός αερισμός: εκμετάλλευση επικρατούντων ανέμων, βλάστησης και εξάτμισης νερού. 27

28 Έλεγχος εξωτερικών κερδών Χρήση ανοιχτών χρωμάτων Οικισμός Πύργου, Σαντορίνη Σκιασμός ανοιγμάτων + υλικά Οι φυσικές ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των υλικών με τα οποία επιτυγχάνεται ο σκιασμός έχουν μεγάλη σημασία, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για στοιχεία του κελύφους των κτιρίων. Διατάξεις σκιασμού από βαριά ή σκουρόχρωμα υλικά (π.χ. σκυρόδεμα) απορροφούν θερμότητα, την οποία επανεκπέμπουν στο κτίριο. 28

29 Αποθήκευση θερμότητας Μεγάλη θερμική μάζα Κτίριο από ωμόπλινθους (adobe) στο Μάλι Κτίριο από ωμόπλινθους (adobe) στο Μαρόκο Κτίριο από ωμόπλινθους (adobe) στην Υεμένη [πηγές εικόνων: Wines, 2000 και Behling & Behling, 2000] Παραδοσιακή κατοικία με πέτρινους τοίχους στον οικισμό Αρτεμόνα, Σίφνος Υπόσκαφες κατοικίες στη Σαντορίνη 29

30 ΣΙΦΝΟΣ Γαλάκτωμα ασβέστη με κατακάθια λαδιού Αργιλλικό χώμα ή κουρασάνι ή θηραϊκή γη Φύκια (ή χώμα) Σχιστόπλακες Ξύλινες δοκοί ΣΥΡΟΣ Θηραϊκή γη Αργιλλόχωμα καλά κυλινδρισμένο Φύκια Καλαμωτή «Τράβες» από κυπαρίσσι ΚΕΑ Χώμα κυλινδρισμένο Σχιστόπλακες Περιμετρικοί τοίχοι Τυπικές κατασκευές δωμάτων στα νησιά των Κυκλάδων [πηγή: απόδοση από Ελληνική Παραδοσιακή Αρχιτεκτονική] 1. Κονίαμα, 2. Οπλισμένο σκυρόδεμα, 3. Στεγάνωση, 4. Θερμομόνωση, 5. Ελαφροσκυρόδεμα κλίσεων, 6. Στεγάνωση, 7. Προστασία από ρίζες, 8. Στρώση αποστράγγισης, 9. Γεωύφασμα 10. Στρώση φύτευσης [πηγή: περιοδικό ΚΤΙΡΙΟ, τ. 102/1998] Κτίριο επέκτασης της Κεντρικής Βιβλιοθήκης του Α.Π.Θ. Αρχιτέκτονας: Α.Μ. Κωτσιόπουλος 30

31 Γρήγοροςδροσισμός χώρων Μικρή θερμική μάζα Ξύλινες παραδοσιακές κατοικίες στην Κωνσταντινούπολη Παραδοσιακές κατοικίες στην Ιαπωνία και την Καραϊβική [πηγή: Behling & Behling, 2000] Δροσισμός με ακτινοβολία Το σύστημα Skytherm του Harold Hay Σύστημα νυχτερινού παθητικού δροσισμού με ακτινοβολία Σύστημα νυχτερινού δροσισμού με εξάτμιση με ακτινοβολία [πηγή: [Givoni, Baruch, 1994, Passive and Low Energy Cooling of Buildings, New York: Van Nostrand Reinhold.] 31

32 Ψεκασμός τοίχων και στεγάσεων Νέα Ερυθραία, Αθήνα Περίπτερο Μ. Βρετανίας, Expo 92, Σεβίλλη [πηγή: Structure, Space and Skin. The works of Nicholas Grimshaw and Partners] Εκμετάλλευση της εξάτμισης του νερού για φυσικό δροσισμό Παραδοσιακή κατοικία στη Safranbolu, Τουρκία 32

33 Πύργοι ψυχρού καθοδικού ρεύματος (PDEC) Κτίριο γραφείων στην Catania, Ιταλία Rotunda, Expo 92, Σεβίλλη Κατοικία στο Tucson, Arizona Η επίδραση στη θερμική συμπεριφορά της πόλης 33

34 Θερμική άνεση στην πόλη Περιβαλλοντικοί παράγοντες: Θερμοκρασία αέρα Σχετική υγρασία Ταχύτητα αέρα Μέση ακτινοβολούμενη θερμοκρασία Ατομικοί παράγοντες: Δραστηριότητα Ένδυση Προσαρμοστικότητα Φυσιολογική Ψυχολογική Ηεπίδρασητωνυλικών Τα υλικά, που διαμορφώνουν την επιδερμίδα των σύγχρονων πόλεων είναι, πολλές φορές, σκουρόχρωμα, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζονται από αυξημένη θερμοχωρητικότητα. Το σκούρο χρώμα, δηλαδή ο χαμηλός συντελεστής ανακλαστικότητας συνεπάγεται αυξημένη απορρόφηση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ η αυξημένη θερμοχωρητικότητα επηρεάζει τη διατήρηση της θερμότητας στη μάζα του υλικού για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Οι υψηλές επιφανειακές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στα υλικά επηρεάζουν με τη σειρά τους τις θερμοκρασίες του αέρα στην πόλη, οξύνοντας το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας. [πηγή: Απόδοση από: Akbari Hashem, et al., eds., 1992, Cooling Our Communities. A Guidebook on Tree Planting and Light-Colοred Surfacing, Washington: U.S. Environmental Protection Agency.] 34

35 Οι θερμοκρασίες των αστικών επιφανειών το καλοκαίρι [πηγή εικόνων: Ελευθεροτυπία] ~60*C >65*C 35

36 60-65*C 55-60*C Τρόποι βελτίωσης του αστικού μικροκλίματος Ξαναγυρίζοντας στους παράγοντες που επηρεάζουν την όξυνση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, μπορεί κανείς να εντοπίσει τις παρεμβάσεις που απαιτούνται για την μετρίασή τους, καθώς και το βαθμό στον οποίο οι επεμβάσεις αυτές είναι εύκολο να πραγματοποιηθούν. [α] Αυξημένη εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας από τον ουρανό --> Μείωση της θερμικής ακτινοβολίας από τον ουρανό. [β] Η μειωμένη κυκλοφορία αέρα στον αστικό ιστό --> Αύξηση τηςκυκλοφορίαςτουαέρα στον αστικό ιστό. [γ] Η ανθρωπογενής θερμότητα --> Μείωση της ανθρωπογενούς θερμότητας. [δ] Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αστικών δρόμων --> Επεμβάσεις για τη μείωση της ηλιακής απορρόφησης. [ε] Η μειωμένη εξάτμιση και διαπνοή --> Αύξηση της εξάτμισης και της διαπνοής. [ζ] Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις εξωτερικές επιφάνειες των κτιρίων και των υπαίθριων χώρων --> Μείωση της θερμότητας που συσσωρεύεται σε αυτά. 36

37 Η μείωση των θερμικών προσόδων από το κτιριακό κέλυφος πραγματοποιείται με δύο βασικούς τρόπους: Με την χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών Με το σκιασμό των στοιχείων που είναι εκτεθειμένα στην ηλιακή ακτινοβολία Γιατοδώμακαιτους υπαίθριους χώρους γύρω από τα κτίρια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η διαβροχή. Χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών Θερμοκρασία (*C) Περίπου 20 *C :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 Ώρα της ημέρας Τair ασημί κόκκινο πράσινο Πάνελ Al-PE-Al λευκό μαύρο κίτρινο μπλε Περίπου *C :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 Ώρα της ημέρας Τair Πάνελ Al-PE-Al λευκό ασημί μαύρο κόκκινο κίτρινο πράσινο μπλε Θερμοκρασία (*C) Θερμοκρασία (*C) Περίπου 20 *C :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 Ώρα της ημέρας Τair Πάνελ Al-PE-Al λευκό ασημί μαύρο κόκκινο κίτρινο πράσινο μπλε Δυτικός προσανατολισμός Νότιος προσανατολισμός Οριζόντια θέση ΔΤ (υλικό - αέρας) Μέση μέγιστη Τ Λευκό χρώμα Κόκκινο χρώμα Πράσινο χρώμα Μαύρο χρώμα Μέση ελάχιστη Τ Μέση μέση Τ Κίτρινο χρώμα Ασημί χρώμα Μπλε χρώμα ΔΤ (υλικό - αέρας) Μέση μέγιστη Τ Λευκό χρώμα Κόκκινο χρώμα Πράσινο χρώμα Μαύρο χρώμα Μέση Μέση μέση Τ ελάχιστη Τ Κίτρινο χρώμα Ασημί χρώμα Μπλε χρώμα ΔΤ (υλικό - αέρας) Μέση μέγιστη Τ Λευκό χρώμα Κίτρινο χρώμα Πράσινο χρώμα Μαύρο χρώμα Μέση ελάχιστη Τ Μέση μέση Τ Ασημί χρώμα Κόκκινο χρώμα Μπλε χρώμα 37

38 Έλεγχος εξωτερικών κερδών Σκιασμός Η επίδραση του σκιασμού στις επιφανειακές θερμοκρασίες των υλικών προκύπτει από τη σύγκριση των θερμοκρασιών τμημάτων που σκιάζονται και τμημάτων που είναι εκτεθειμένα στην ηλιακή ακτινοβολία. Temperature (*C) :00 9:30 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 8:00 9:30 Hour of day Tair Asphalt Asphalt, shaded Περίπου 32 *C 40 Περίπου 24 *C Temperature (*C) 11:00 12:30 14:00 15:30 17:00 18:30 20:00 Hour of day Tair Gravel cement Gravel cement, shaded Temperature (*C) :00 Περίπου 28 *C 9:30 11:00 12:30 14:00 15:30 17:00 18:30 20:00 Hour of day Tair Grey cement slabs Grey cement slabs, shaded Temperature (*C) 8:00 9:30 Περίπου 28 *C 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Hour of day Tair B&W granite slabs B&W granite slabs, shaded Temperature (*C) Περίπου 8 *C 8:00 9:30 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Hour of day Tair Grass Grass, shaded Η χρήση του σκιασμού μειώνει την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας από τα υλικά, που χρησιμοποιούνται στους υπαίθριους χώρους της πόλης και στο κέλυφος των κτιρίων. Η πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας στις αστικές επιφάνειες μπορεί να αποφευχθεί με: Στοιχεία βλάστησης (δενδροστοιχίες και πέργκολες με αναρριχητικά φυτά) Μόνιμες κατασκευές (στοές, προστεγάσματα, κ.λπ.) Ελαφριές κατασκευές (πέργκολες, υφάσματα, κ.λπ.) 38

39 Χρήση δέντρων Champs Elysees, Paris, France - Θερινή και χειμερινή περίοδος Κεντρικοί δρόμοι της Αθήνας Χρήση αναρρηχιτικών φυτών Κληματαριά Βουκανβίλια 39

40 Στοές Στοά στοκτίριοτης Alpha Bank στην οδό Σταδίου, Αθήνα Αρχιτέκτονας: Ν. Βαλσαμάκης Στοές στο ιστορικό κέντρο της Φλωρεντίας Στοά στο Βυζαντινό Μουσείο Θεσ/κης. Αρχιτέκτονας: Κ. Κρόκος Χρήση υφασμάτων και τεντών Cour St. Emilion, Paris, France [πηγή: Φωτογραφικό αρχείο Κατερίνας Μπουγιατιώτη] Toldos, Σεβίλλη-Ισπανία [πηγή: Φωτογραφικό αρχείο Νατάσσας Κουκουλά] 40

41 Cincin Hani, Safranbolu, Τουρκία Διαβροχή Η επίδραση της διαβροχής στις επιφανειακές θερμοκρασίες των υλικών προκύπτει από διαγράμματα επιφανειακών θερμοκρασιών δειγμάτων υλικών που διαβρέχονται με νερό. Temperature (*C) :00 9:30 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Hour of day Clay soil Clay soil, shaded Clay soil, watered Tair Temperature (*C) :00 9:30 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Hour of day Tair Asphalt, Dry Aphalt, wetted Temperature (*C) :00 12:00 13:45 15:00 17:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 14:00 17:00 Hour of day Tair Soil, ochre Soil, dark brown Gravel Temperature (*C) :00 12:00 13:45 15:00 17:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 14:00 Hour of day Tair Fired clay brick, brown Fired clay brick, ochre 17:00 Temperature (*C) :00 12:00 13:45 15:00 17:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 14:00 Hour of day Tair Cement slab, yellow Cement slab, white Cement slab, red Cement slab, white 17:00 41

42 Ψεκασμός επιφανειών υπαίθριων χώρων Federal Square - Bundesplatz, Bern, Switzerland Place des Terraux, Λυών Πάρκο Andre Citroen, Παρίσι Alhambra, Γρανάδα Πλατεία Berri, Μοντρεάλ, Καναδάς [πηγή εικόνων 2ης σειράς: The World of Contemporary Architecture] 42