TA ΨΥΧΡΑ ΥΛΙΚΑ & Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΔΟΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 TA ΨΥΧΡΑ ΥΛΙΚΑ & Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΔΟΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η χρήση ψυχρών υλικών αποτελεί μια οικονομικά και ενεργειακά βιώσιμη λύση για το δομημένο περιβάλλον και συμβάλλει αποτελεσματικά στην αντιμετώπιση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας. Άρθρο των: Δ. ΚΟΛΟΚΟΤΣΑ, δρ. φυσικού, επίκουρης καθηγήτριας στο Εργαστήριο Ανανεώσιμων και Βιώσιμων Ενεργειακών Συστημάτων του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείου Κρήτης. ΣΤ. ΤΟΥΡΝAΚΗ, χημικού μηχ. MSc. στο Εργαστήριο Ανανεώσιμων και Βιώσιμων Ενεργειακών Συστημάτων του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείου Κρήτης, Α. ΣΥΝΝEΦΑ, δρ. φυσικού στο Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Θ. ΤΣΟYΤΣΟΥ, δρ. χημικού μηχ., αναπληρωτή καθηγητή στο Εργαστήριο Ανανεώσιμων και Βιώσιμων Ενεργειακών Συστημάτων του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος, του Πολυτεχνείου Κρήτης, Μ. ΣΑΝΤΑΜΟYΡΗ, δρ. φυσικού, καθηγητή στο Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών. Η αύξηση του πληθυσμού και ο σύγχρονος τρόπος διαβίωσης, έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλων αστικών συγκροτημάτων. Περίπου 7 εκατομμύρια άνθρωποι μετακινήθηκαν προς τις αστικές περιοχές κατά την τελευταία δεκαετία του ού αιώνα. Σήμερα, το 5% του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικεί σε πόλεις, ενώ αυτό το ποσοστό ήταν κάτω από το % πριν α- πό 5 χρόνια (World Bank, 3). Μια σημαντική επίπτωση της αστικής ανάπτυξης στο περιβάλλον είναι η αστική υπερθέρμανση σε σχέση με τις γύρω περιοχές, δηλαδή το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας. Η πυκνή δόμηση θεωρείται ένας από τους κύριους παράγοντες δημιουργίας του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας. Η κτιριακή μάζα λειτουργεί ως αποθήκη θερμότητας, ενώ οι κτιριακοί όγκοι εμποδίζουν την κίνηση του ανέμου, μειώνοντας την έντασή του. Έ- τσι, τα κτίρια κατά τη διάρκεια της ημέρας αποθηκεύουν θερμότητα κυρίως στις εξωτερικές τους επιφάνειες με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας τους. Ο αέρας που έρχεται σε επαφή με τις επιφάνειες των κτιρίων αποκτά τη θερμοκρασία τους, 83

2 Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις σε κτιριακές ζώνες στην αστική θερμκή νησίδα. Ο χάρτης απεικονίζει το μέσο όρο θερμοκρασιακής διακύμανσης για τη δεκαετία ( - 9) σε σύγκριση με το μέσο της περιόδου Πηγή: Goddard Institute for Space Studies (GISS), NASA Earth Observatory. 3 Aύξηση παγκόσμιας θερμοκρασίας Πηγή: ΝΑSA Goddard Institute for Space Studies (GISS), NOAA National Climatic Data Center. Απογευματινή θερμοκρασία ºC Ύπαιθρος Προαστικές κατοικίες Εμπορικοί χώροι Κέντρο πόλης Αστικές κατοικίες Πάρκα Προαστικές κατοικίες ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΕΤΟΣ 3 μεταφέροντας κατόπιν αυτή τη θερμότητα στις γειτονικές μάζες του. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, οι εξωτερικές επιφάνειες των κτιρίων εκπέμπουν τη θερμότητά τους με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, εμποδίζοντας τον αέρα να ψυχθεί ικανοποιητικά. Έτσι, οι αστικές περιοχές αποκτούν υψηλότερες θερμοκρασίες από τις γειτονικές περιαστικές. Στο κέντρο της Αθήνας, έχουν παρατηρηθεί θερμοκρασίες έως και C υψηλότερες από αυτές στις περιαστικές περιοχές (Akbari et al., 99, Oke et al., 99, M. Santamouris,, Cartalis et al., ). Πολλές πόλεις στην Ευρώπη πάσχουν από αστική υπερθέρμανση, όπως για παράδειγμα το Λονδίνο. Ακόμη και στα Χανιά, που δεν θεωρείται αμιγώς αστική περιοχή, υπάρχουν ενδείξεις ύπαρξης αστικής θερμικής νησίδας (Kolokotsa et al, 9). Είναι προφανές, λοιπόν, ότι η υιοθέτηση πρακτικών αποτελεσματικής αντιμετώπισης του φαινομένου αποτελεί επιτακτική ανάγκη για τη βιωσιμότητα των πόλεων. Μια από τις μεθόδους αντιμετώπισης είναι η χρήση ψυχρών υλικών. Επιπλέον, η παθητική ψύξη κτιρίων βασίζεται στην εφαρμογή τεχνικών για τον έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας και τη μείωση της θερμότητας, που εισέρχεται στο κτίριο. Από τις διαφορετικές τεχνικές που εφαρμόζονται σήμερα (ηλιοπροστασία, σκίαση, τοίχοι μάζας κτλ.), η παθητική ψύξη μέσω τεχνικών ψυχρών υλικών έχει προσελκύσει, τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον των ερευνητών. Ως ψυχρή στέγη ορίζεται ένα σύστημα κάλυψης οροφής, ικανό να ανακλά την ηλιακή ακτινοβολία και να διατηρεί την οροφή δροσερή υπό τον ήλιο. Αυτό οφείλεται στις ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιούνται, οι οποίες συντελούν ώ- στε να ανακλάται η ηλιακή ακτινοβολία στην α- τμόσφαιρα. Έτσι, η στέγη παραμένει δροσερή και η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται στο κτίριο μειώνεται, διατηρώντας κατά συνέπεια μια πιο χαμηλή και σταθερή θερμοκρασία στο εσωτερικό του. Η υψηλή ανακλαστικότητα και ο υψηλός συντελεστής εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας των ψυχρών υλικών βοηθούν, ώστε οι οροφές να α- πορροφούν λιγότερη θερμότητα και να παραμένουν έως και 8-33 C ψυχρότερες από τις συμβατικές οροφές, κυρίως κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. Συνεπώς, οι ψυχρές στέγες, α- φενός συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας για ψύξη, αφετέρου μειώνουν το φορτίο αιχμής κατά % - % (ισχύει για καθημερινή χρήση κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου). Υλικά ψυχρών στεγών Τα ψυχρά υλικά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: υλικά για το κέλυφος του κτιρίου (π.χ. επικαλύψεις, μεμβράνες, πλάκες, ασφαλτικά κεραμίδια κτλ.), υλικά για το αστικό περιβάλλον (άσφαλτος, πλάκες διαφόρων υλικών όπως τσιμέντο, μάρμαρο κτλ.). Τα τελευταία χρόνια είναι διαθέσιμα αρκετά υλικά με υψηλές τιμές ανακλαστικότητας και υψηλό συντελεστή εκπομπής (λευκού χρώματος, έγχρωμα, φωτοκαταλυτικά κ.ά.) για την κάλυψη στεγών μικρής ή μεγάλης κλίσης. Αυτό το γεγονός εξασφαλίζει πολλές εναλλακτικές αισθητικές επιλογές για τους μελετητές τόσο για εφαρμογές σε εμπορικά και βιομηχανικά κτίρια, όσο και για κατοικίες, με δυνατότητα εφαρμογής σε νέα ή και υφιστάμενα κτίρια. Οφέλη από την εφαρμογή ψυχρών στεγών Βελτίωση συνθηκών θερμικής άνεσης σε μη κλιματιζόμενα κτίρια Δεδομένου ότι η ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται και δεν απορροφάται από το κέλυφος του κτιρίου, η θερμότητα που εισέρχεται στο εσωτερικό του είναι λιγότερη. Συνεπώς, η θερμοκρασία στο εσωτερικό του κτιρίου θα είναι χαμηλότερη. Εξοικονόμηση ενέργειας για ψύξη και μείωση ενεργειακού κόστους Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες στο εσωτερικό του κτιρίου έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση των αναγκών για ψύξη. Η εξοικονόμηση ενέργειας για ψύξη από την εφαρμογή ψυχρών υλικών διαφέρει από κτίριο σε κτίριο, επειδή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το επίπεδο μόνωσης, τα κατασκευαστικά στοιχεία και τη λειτουργία του κτιρίου, το σύστημα κλιματισμού και τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής. Αρκετές μελέτες αποδεικνύουν ότι η εφαρμογή ψυχρών υ- λικών στο κέλυφος του κτιρίου προκαλεί μείωση του ψυκτικού φορτίου, το οποίο κυμαίνεται από % έως 4%, ενώ μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερο ποσοστό στις περιπτώσεις που το κτίριο πληροί τις παρακάτω προϋποθέσεις: Βρίσκεται σε περιοχή που χαρακτηρίζεται α- πό θερμό κλίμα και ηλιοφάνεια, έχει χαμηλά επίπεδα μόνωσης ή και καθόλου (π.χ. στην περίπτωση κτιρίων παλαιάς κατασκευής, στα οποία σύμφωνα με στοιχεία της Ε.Σ.Υ.Ε. - 6 αποτελούν περίπου το 9% των ελληνικών κτιρίων) και 84 ΤΕΥΧΟΣ /

3 ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Σχολικό κτίριο στην Καισαριανή. Το σχολικό συγκρότημα στην Καισαριανή. Τεχνικές ψυχρής στέγης εφαρμόστηκαν σε σχολικό κτίριο 4 m² στην Καισαριανή, σε μια πυκνοκατοικημένη αστική περιοχή, κοντά στο κέντρο της Αθήνας. Το σχολείο, ένα παραλληλόγραμμο κτίριο δύο ορόφων με προαύλιο χώρο, είναι κατασκευασμένο το 98. Το κτίριο στεγάζει μαθητές και 5 ενήλικες και δεν είναι κλιματιζόμενο. Το σύστημα θέρμανσης λειτουργεί με φυσικό αέριο. Η οροφή του κτιρίου, ήταν επικαλυμμένη με τσιμέντο, με ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία (SR=,). Η ψυχρή τεχνολογία που επιλέχθηκε ήταν λευκή ελαστομερική α- διάβροχη επικάλυψη με ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία SR=,89 και Υπέρυθρη και ορατή απεικόνιση οροφής, η οποία δείχνει τη διαφορά θερμοκρασίας πριν από την εφαρμογή του ψυχρού υλικού και μετά απ' αυτήν. συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας ε=,89. Μετά την εφαρμογή της ψυχρής στέγης η εσωτερική θερμοκρασία μειώθηκε κατά,5 -, C κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και κατά,5 C κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η ετήσια μείωση στη ζήτηση ενέργειας για την ψύξη ήταν 4%, ενώ η ζήτηση για θέρμανση αυξήθηκε μόλις κατά %. Επιπλέον, μετά την εφαρμογή της ψυχρής στέγης καταγράφηκε σημαντική μείωση στην επιφανειακή θερμοκρασία, η οποία φθάνει τους 5 C το καλοκαίρι. Οι ημερήσιες διακυμάνσεις στην επιφανειακή θερμοκρασία μειώθηκαν δραστικά, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των υλικών. Βιοκλιματικό κτίριο στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης στο Ηράκλειο. Το κτίριο του Τ.Ε.Ι. Κρήτης. Το κτίριο κατασκευάστηκε το 997 σύμφωνα με αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι ανάγκες του σε θέρμανση και ψύξη. Μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία του κτιρίου καλύπτεται από υβριδικό ενεργειακό σύστημα, το οποίο αποτελείται από α- νεμογεννήτρια. W και φωτοβολταϊκό σύστημα 45 Wp. Το κτίριο καταλαμβάνει συνολική επιφάνεια περίπου 5 m² και περιλαμβάνει κουζινάκι, μπάνιο και δύο ακόμη ανεξάρτητους χώρους. Οι τοίχοι και η οροφή έχουν αυξημένη μόνωση. Επιπρόσθετα, περίπου η μισή επιφάνεια της οροφής του κτιρίου (στη βόρεια πλευρά) καλύπτεται από μονόρριχτη κεραμοσκεπή. Η τεχνολογία που χρησιμοποιήθηκε ήταν ψυχρή λευκή βαφή με ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία SR=,89 και συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας ε=,89. Η μείωση της εσωτερικής θερμοκρασίας μετά την εφαρμογή της ψυχρής στέγης έφτασε τους,5 C το καλοκαίρι και,5 C το χειμώνα. Η μείωση στα φορτία θέρμανσης και ψύξης λόγω της ψυχρής στέγης είναι περίπου 7%, ενώ παράλληλα η συνολική εξοικονόμηση ενέργειας αποτιμάται ως 9,8%, παρόλο που παρατηρήθηκε αύξηση στην κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση έως και 37%. Αυτό οφείλεται στο ότι η ενέργεια που καταναλώνεται για θέρμανση αποτελεί πολύ μικρό τμήμα της συνολικής ενέργειας που χρειάζεται το κτίριο. Επιφανειακή θερμοκρασία ( C) Επιφανειακή θερμοκρασία στέγης πριν από την εφαρμογή του ψυχρού υλικού και μετά απ' αυτήν. 4,,,,, -, -, -, -4, -5, /6/9: /7/9: /7/9: /7/9: 9/8/9: 9/8/9: Κτίριο αναφοράς Εφαρμογή ψυχρής στέγης 9/8/9 : Ημερομηνία και ώρα 8/9/9 : 8/9/9 : 8/9/9 : 8//9 : 8//9 : 8//9 : Μείωση ψυκτικού φορτίου (%) Μείωση θερμικού φορτίου (%) Συνολική εξοικονόμηση ενέργειας (%) Προσθήκη μόνωσης Επιφανειακή θερμοκρασία πριν την εφαρμογή ψυχρού υλικού. Επιφανειακή θερμοκρασία μετά την εφαρμογή ψυχρού υλικού. Αντικατάσταση υαλοπινάκων Σύγκριση εναλλακτικών σεναρίων εξοικονόμησης ενέργειας. Η εφαρμογή της ψυχρής στέγης στο συγκεκριμένο κτίριο αποτελεί την πιο αποτελεσματική λύση σε σύγκριση με άλλες τεχνικές. 85

4 Υπέρυθρη απεικόνιση αστικής θερμικής νησίδας. η επιφάνεια της στέγης του είναι αρκετά μεγάλη σε σύγκριση με τις υπόλοιπες επιφάνειές του. Μείωση του φορτίου αιχμής για ψύξη και αντίστοιχο οικονομικό όφελος Η χρήση ψυχρών υλικών συμβάλλει επίσης στη μείωση του φορτίου αιχμής, η οποία οδηγεί σε ε- ξοικονόμηση ενέργειας, άρα μείωση του κόστους του ηλεκτρικού ρεύματος, κυρίως για τα ε- μπορικά και βιομηχανικά κτίρια, στα οποία η χρέωση εξαρτάται τόσο από την κατανάλωση η- λεκτρικής ενέργειας, όσο και από τη μέγιστη ζήτηση (σε kwh) κατά τη διάρκεια της περιόδου χρέωσης. Λόγω του μειωμένου φορτίου αιχμής, σύμφωνα με το οποίο γίνεται η διαστασιολόγηση του συστήματος κλιματισμού, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστήματα μικρότερης ι- σχύος. Επιπλέον, η μείωση του φορτίου αιχμής για ψύξη συμβάλλει στη μείωση της πιθανότητας διακοπής ρεύματος σε περιόδους καύσωνα. Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τη στέγη και μείωση δαπανών για συντήρηση και επισκευή Τα ψυχρά υλικά προστατεύουν την επιφάνεια στην οποία έχουν εφαρμοστεί από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία και τη θερμική καταπόνηση. Μια επιφάνεια διαστέλλεται και συστέλλεται καθημερινά, καθώς θερμαίνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας και ψύχεται κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αν η επιφάνεια επικαλυφθεί με ανακλαστικό υλικό, οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις όπως και η θερμική καταπόνηση θα είναι μικρότερες, με αποτέλεσμα η στέγη να έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μικρότερες ανάγκες για συντήρηση και επισκευή. Αντιμετώπιση του φαινομένου της θερμικής νησίδας Η χαμηλότερη επιφανειακή θερμοκρασία που ε- ξασφαλίζουν τα ψυχρά υλικά έχει ως αποτέλεσμα τη μετάδοση μικρότερων ποσών θερμότητας από την ψυχρή επιφάνεια στα υπερκείμενα στρώματα αέρα προς το αστικό περιβάλλον. Η χρήση ψυχρών υλικών σε αστική κλίμακα θα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα κατά μέσο όρο - C (Taha 997, Taha et al. 999, Synnefa et al. 7). Περιορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και των εκπομπών CO Η μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και των εκπομπών CO οφείλεται στη μειωμένη εκπομπή ρύπων από τα εργοστάσια παραγωγής ε- νέργειας, λόγω των μειωμένων αναγκών ενέργειας για ψύξη, που προκύπτει από την εφαρμογή ψυχρών υλικών. Επιπλέον, δεδομένου ότι μεγάλο ποσοστό της ατμοσφαιρικής ρύπανσης ε- ξαρτάται από φωτοχημικές αντιδράσεις η ταχύτητα των οποίων αυξάνεται με τη θερμοκρασία γίνεται αντιληπτό ότι ακόμη και μικρή μείωση της θερμοκρασίας του αέρα, από την εφαρμογή ψυχρών υλικών, μπορεί να συμβάλει στη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Πιλοτικές εφαρμογές ψυχρών στεγών Στο πλαίσιο του προγράμματος "ψυχρές στέγες στην Ευρώπη", το οποίο συγχρηματοδοτείται α- πό το πρόγραμμα "Ευφυής ενέργεια - Ευρώπη", πραγματοποιήθηκαν πέντε πιλοτικές εφαρμογές ως παραδείγματα βέλτιστων πρακτικών, προκειμένου να μετρηθεί η απόδοση των ψυχρών στεγών τόσο στη βελτίωση των συνθηκών θερμικής άνεσης σε μη κλιματιζόμενα κτίρια, όσο και στη μείωση κατανάλωσης ενέργειας σε κλιματιζόμενα κτίρια. Σ' αυτές τις εφαρμογές έγινε καταγραφή δεδομένων που αφορούν στην ενεργειακή συμπεριφορά και στο εσωτερικό περιβάλλον πριν και μετά την εφαρμογή του ψυχρού υλικού. Τα κτίρια επιλέχθηκαν έτσι, ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερη γεωγραφική και τυπολογική κάλυψη, στοχεύοντας στην ανάδειξη των πλεονεκτημάτων, που απορρέουν από τη χρήση της τεχνολογίας ψυχρών στεγών σε σχέση με τη ζήτηση ενέργειας για ψύξη και το φορτίο αιχμής, σε ευρωπαϊκό ε- πίπεδο. Τα αποτελέσματα των πιλοτικών εφαρμογών δείχνουν % - 4% εξοικονόμηση ενέργειας και,5 -, C μείωση της εσωτερικής θερμοκρασίας, ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες. Ευρωπαϊκή νομοθεσία και διεθνής πρακτική Η τεχνολογία των ψυχρών υλικών είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στις Η.Π.Α. Το διεθνές πρόγραμμα Energy Star, το οποίο πιστοποιεί προϊόντα που συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ε- νέργειας, έχει μια ειδική κατηγορία για υλικά που χρησιμοποιούνται σε οροφές / στέγες και παρέχει αρκετές πληροφορίες για τις "ψυχρές οροφές". Επιπλέον, δημοσιοποιεί κατάλογο πιστοποιημένων προϊόντων και εταιρειών, στον οποίο περιέχονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά αυτών των προϊόντων (Energy Star Cool Roofs). Για παράδειγμα, για να λάβει ένα προϊόν για επίπεδες στέγες την πιστοποίηση Energy Star θα πρέπει να έχει αρχική ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία μεγαλύτερη ή ίση με,65 και συντελεστή εκπομπής μεγαλύτερο ή ί- σο με,75. Επιπλέον, στην ενεργειακή νομοθεσία αρκετών πολιτειών αναφέρονται τα απαιτούμενα τεχνικά χαρακτηριστικά των ψυχρών υλικών, ενώ δίνονται κίνητρα για την εφαρμογή τους (ASHRAE Standard 9. και 9., California Title 4). Υπάρχουν αρκετοί οργανισμοί και προγράμματα που προωθούν την ε- φαρμογή ψυχρών υλικών, παρέχοντας πληροφόρηση (Cool Roof Rating Council, LBNL, LEED, EPA). Στην Ευρώπη, παρά τα αποδεδειγμένα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των ψυχρών υλικών, οι εφαρμογές τους δεν είναι ευρέως διαδεδομένες, κυρίως λόγω έλλειψης πληροφόρησης, συστήματος πιστοποίησης και σχετικής νομοθεσίας. Στην κοινοτική οδηγία /9/EΚ παράγραφο 8 σχετίζεται άμεσα με τα ψυχρά υλικά και αναφέρει ότι θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα σε στρατηγικές, οι οποίες βελτιώνουν τη θερμική συμπεριφορά των κτιρίων το καλοκαίρι. 86 ΤΕΥΧΟΣ /

5 ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Συγκρότημα "Le Parvis" στη Γαλλία. Συγκρότητα κατοικιών Le Parvis, Πουατιέ - Γαλλία. Θερμοκρασίες λειτουργίας πριν και μετά την εφαρμογή ψυχρής στέγης Εσωτερική θερμοκρασία λειτουργίας (άσφαλτος) Εξωτερική θερμοκρασία αέρα ( C) Εσωτερική θερμοκρασία λειτουργίας (ψυχρή βαφή) /6/9 /6/9 /6/9 /7/9 /7/9 /7/9 3/7/9 /8/9 /8/9 /8/9 Στη Γαλλία η εφαρμογή της ψυχρής στέγης πραγματοποιήθηκε στο συγκρότημα "Le Parvis", το οποίο κατασκευάστηκε το 995 στο οικοδομικό τετράγωνο του Saint-Eloi στο Πουατιέ και απαρτίζεται από 87 κατοικίες σε τέσσερις ο- ρόφους. Το συγκρότημα κατοικιών απευθύνεται σε ενοίκους με χαμηλά εισοδήματα. Η στέγη του παρουσιάζει ελαφρά κλίση (,8%) και αποτελείται από μεταλλικό πέτασμα που είναι μονωμένο από mm ορυκτοβάμβακα και στεγανοποιημένο με ασφαλτικό υλικό και διπλή στρώση ελαστικής μεμβράνης (Bozonnet et al, ). Η στέγη επικαλύφθηκε με ψυχρή βαφή με ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία SR=,88 και συντελεστή εκπομπής στην υπέρυθρη ακτινοβολία ε=,9. H προβλεπόμενη μέση επιφανειακή θερμοκρασία, για όλη την καλοκαιρινή περίοδο, μετά την εφαρμογή της ψυχρής βαφής ήταν,6 C, ενώ για την απλή στέγη ήταν 34, C. Η διαφορά στην εσωτερική θερμοκρασία λειτουργίας (operative temperature) είναι λιγότερο αισθητή λόγω της καλής μόνωσης στη σοφίτα. Σ' αυτήν την περίπτωση (καλά μονωμένη ο- ροφή), το προβλεπόμενο όφελος είναι περίπου C κατά τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας, από, C σε 9,3 C. Σχολικό συγκρότημα στο Τραπάνι της Ιταλίας Μετρούμενες τιμές επιφανειακής θερμοκρασίας πριν την εφαρμογή ψυχρού υλικού Μετρούμενες τιμές επιφανειακής θερμοκρασίας μετά την εφαρμογή ψυχρού υλικού Θερμοκρασία εξωτερικού αέρα /8/9 3/8/9 5/8/9 7/8/9 9/8/9 /8/9 3/8/9 5/8/9 7/8/9 9/8/9 /8/9 Εξέλιξη θερμοκρασίας εξωτερικού αέρα και επιφάνειας δώματος με ή χωρίς ψυχρή στέγη, Αύγουστος συμβατικό κτίριο Ενεργειακή ζήτηση (kwh) Μείωση φορτίου ψύξης (%) 54 -ψυχρή στέγη 44 3-προσθήκη μόνωσης στην οροφή 4-νυκτερινός αερισμός 39 5-προσθήκη εξωτερικής σκίασης =3+ 7=4+ 8=5+ Εξοικονόμηση ενέργειας για ψύξη με εφαρμογή ψυχρής στέγης και σύγκριση με άλλες τεχνικές Το κτίριο που επιλέχθηκε στην Ιταλία, είναι τμήμα σχολικού συγκροτήματος στο Τραπάνι μια πόλη στη δυτική ακτή της Σικελίας, το οποίο στεγάζει γραφεία και εργαστήρια. Η χρήση του κτιρίου ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας και του έ- τους, καθώς φιλοξενεί από έως και εργαζόμενους. Είναι ισόγειο, έχει επιφάνεια άνω των 7 m² και ο σκελετός του είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η τοιχοποιία δεν περιλαμβάνει μόνωση και αποτελείται από πωρόλιθο (tufo), ένα χαρακτηριστικό υλικό της περιοχής. Τα παράθυρα φέρουν μονό υαλοπίνακα χωρίς θερμομονωμένο σκελετό αλουμινίου και έχουν εσωτερικά σκίαστρα. Το κτίριο ε- ξαερίζεται φυσικά και θερμαίνεται με αντλία θερμότητας, η οποία εγκαταστάθηκε το 9, ώστε να παρέχει ψύξη και θέρμανση. Η στέγη, πριν από την εφαρμογή του ψυχρού υλικού, είχε καλυφθεί με τσιμεντόπλακες, η ανακλαστικότητα των ο- ποίων στην ηλιακή ακτινοβολία εκτιμάται ως,5. Η οροφή επικαλύφθηκε με οικολογική ψυχρή βαφή, με βάση το γάλα και το ξύδι. Το προϊόν έχει ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία SR=,86 και συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας ε=,88. Μετά την εφαρμογή της ψυχρής βαφής το ποσοστό των ωρών κατά τις οποίες η εσωτερική θερμοκρασία είναι άνω των 5 C μειώθηκε κατά 78% - 5%. Το ποσοστό θερμοκρασιών άνω των 7 C μειώθηκε από 54% σε 5%. Πριν από την εφαρμογή της ψυχρής στέγης η μέση ημερήσια εσωτερική θερμοκρασία ήταν,8 C μεγαλύτερη από αυτή στο εξωτερικό του κτιρίου. Μετά την εφαρμογή η εσωτερική θερμοκρασία είναι,9 C χαμηλότερη από την εξωτερική. Η επιφανειακή θερμοκρασία της ψυχρής στέγης είναι έως και C χαμηλότερη από την αρχική. Η ετήσια ζήτηση ενέργειας για ψύξη μειώθηκε κατά 54%. Κτίριο γραφείων της πανεπιστημιούπολης του Brunel στο Λονδίνο. Στη Μεγάλη Βρετανία, η εφαρμογή ψυχρής στέγης πραγματοποιήθηκε σε κτίριο γραφείων της πανεπιστημιούπολης του Brunel στο Λονδίνο (Koloktroni et al, ). Το γραφείο κατασκευάστηκε το 995 και αποτελείται από έναν ενιαίο χώρο και τρία ανεξάρτητα γραφεία. Θερμαίνεται περιμετρικά με θερμαντικά σώματα και εξαερίζεται με φυσικό τρόπο. Η επίπεδη οροφή του είναι από πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος πάχους,5 m, με μόνωση πάχους,4 m, η οποία τοποθετήθηκε επάνω από την πλάκα και καλύφθηκε με υγρομονωτικό υλικό (ασφαλτική μεμβράνη). Το ψυχρό υλικό που εφαρμόστηκε έχει συντελεστή ανακλαστικότητας στην ηλιακή ακτινοβολία SR=,6 και συντελεστή εκπομπής ε=,88. Οι μετρήσεις έδειξαν μείωση της εξωτερικής επιφανειακής θερμοκρασίας, μείωση της εσωτερικής επιφανειακής θερμοκρασίας κατά C κατά μέσο όρο στο μέσο της ημέρας και μείωση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα κατά 3-4 C κατά μέσο όρο, στο μέσο της ημέρας. Θερμοκρασία ( C) Θερμοκρασία εξωτερικού αέρα Επιφανειακή θερμοκρασία στέγης Μεταβολές θερμοκρασιών μετά την εφαρμογή ψυχρής στέγης στις /8/9, πανεπιστημιούπολη Βrunel, Λονδίνο. Επιφανειακή θερμοκρασία εσωτερικής επιφάνειας οροφής 7/5/9 6/6/9 6/6/9 6/6/9 6/7/9 6/7/9 6/7/9 5/8/9 5/8/9 5/8/9 4/9/9 Ημερομηνία 87

6 Ο Κ.Εν.Α.Κ. καθορίζει σαφώς τους συντελεστές ανακλαστικότητας της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς προτείνει συντελεστές ηλιακής απορροφητικότητας ακτινοβολίας ίσους με,4 για τοιχοποιίες,,4 για δώματα και,6 για επικλινείς στέγες. Επιπλέον, η αναδιατύπωσή της, /3/EΕ, α- ναφέρει ρητά ότι η μεθοδολογία υπολογισμού της ενεργειακής κατανάλωσης του κτιρίου θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη θερμοχωρητικότητα, τη μόνωση, την παθητική θέρμανση, τα στοιχεία ψύξης και τις θερμικές γέφυρες. Ιδιαίτερα σημαντική για την προώθηση των ψυχρών υλικών είναι η οδηγία 5/3/EΚ, για θέσπιση πλαισίου για τον καθορισμό απαιτήσεων οικολογικού σχεδιασμού, για τα προϊόντα που καταναλώνουν ενέργεια. Οι μελλοντικές αναθεωρήσεις της κοινοτικής οδηγίας θα επεκταθούν, εκτός από τα προϊόντα που χρησιμοποιούν ενέργεια, σε όλα τα προϊόντα που σχετίζονται με την ενέργεια. Τα θερμομονωτικά υλικά και τα ψυχρά υλικά αναμένεται να ενταχθούν σ αυτήν την κατηγορία. Στην Ελλάδα, ένα σημαντικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση έγινε με την υπουργική απόφαση Δ6/Β/486 "Μέτρα για τη βελτίωση της ε- νεργειακής απόδοσης και την εξοικονόμηση ε- νέργειας στο δημόσιο και ευρύτερο δημόσιο τομέα", στις οποίες το άρθρο 8: "Πρόσθετα μέτρα για την εξοικονόμηση ενέργειας" προτείνει την τοποθέτηση ψυχρών βαφών σε δώματα με τα εξής χαρακτηριστικά: λευκού χρώματος, ανακλαστικότητας,87, συντελεστή εκπομπής,8. άλλου χρώματος, ανακλαστικότητας,7, συντελεστή εκπομπής,8. Για τις κατακόρυφες επιφάνειες προτείνει τη χρήση βαφών που φέρουν την ένδειξη "ψυχρές βαφές", λευκού ή άλλου χρώματος, με τα εξής χαρακτηριστικά: ανακλαστικότητα ανακλαστικότητα δώματος και συντελεστή εκπομπής,8. Τονίζεται ότι οι βαφές πρέπει να είναι πιστοποιημένες ως προς τα οπτικά τους χαρακτηριστικά από εγκεκριμένα εργαστήρια. Ο ρόλος των ψυχρών στεγών στον Κ.Εν.Α.Κ. Ο Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.Εν.Α.Κ.), ο οποίος έχει τεθεί σε ισχύ από τις 4 Οκτωβρίου του, αποτελεί την εναρμόνιση της Ελλάδας με την ευρωπαϊκή οδηγία /3/ΕΕ για την "ενεργειακή απόδοση των κτιρίων" (EE L/65). Ο Κ.Εν.Α.Κ. καθορίζει σαφώς τους συντελεστές ανακλαστικότητας της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς προτείνει συντελεστές ηλιακής απορροφητικότητας ακτινοβολίας ίσους με,4 για τοιχοποιίες,,4 για δώματα και,6 για επικλινείς στέγες για το κτίριο αναφοράς. Επίσης προτείνεται συντελεστής εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας για τις εξωτερικές επιφάνειες ίσος με,8. Τέλος, στις ελάχιστες προδιαγραφές για το σχεδιασμό νέων κτιρίων αναφέρεται ρητά η αναγκαιότητα ενσωμάτωσης παθητικών ηλιακών συστημάτων. Η χρήση ψυχρής στέγης αποτελεί μια απλή εφαρμογή παθητικής ψύξης, που αφενός καλύπτει τις προδιαγραφές του Κ.Εν.Α.Κ. και αφετέρου συνεισφέρει στη μείωση του ψυκτικού φορτίου με ελάχιστο κόστος εφαρμογής. g ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ Akbari H, Davis S., Dorsano S., Huang L., Winert S., Cooling our communities. A guidebook on tree planting and light-colored surfacing, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, 99. Bozzonet, E., Doya, M., Cool roofs impact on building thermal response - A French case study, Proceedings of the 3 rd International Conference on Passive and Low Energy Cooling (PALENC) Rhodes, September 8-,. Cartalis C., Synodinou A., Proedrou M., Tsangrassoulis A., & Santamouris M., Modifications in energy demand in urban areas as a result of climate changes: An assessment for the southeast mediterranean region, Energy Conversion and Management, 4(4), ,. Kolokotroni M., Gowreesunker B. L., Giridharan R., Cool roof technology in London: An experimental and modelling study, Proceedings of the 3 rd International Conference on Passive and Low Energy Cooling (PALENC), Rhodes, September 8-,. Kolokotsa D., Psomas A., & Karapidakis E., Urban heat island in Southern Europe: The case study of Hania, Crete, Solar Energy, 83(), , 9. ΝΑSA Goddard Institute for Space Studies (GISS), NOAA National Climatic Data Center, NASA Earth Observatory, Jan. Oke T. R., Johnson G. T., Steyn D. G., Watson I. D., Simulation of surface urban heat islands under "ideal" conditions at night- Part : Diagnosis and causation, Boundary Layer Meteorol. 56, , 99. Santamouris M., Environmental quality of the built environment, The joint nd PALENC7 and 8 th AIVC conferences. International Journal of Sustainable Energy, 8 (-3), -, 9. Synnefa A., Santamouris M., & Akbari H., Estimating the effect of using cool coatings on energy loads and thermal comfort in residential buildings in various climatic conditions, Energy and Buildings, 39(), 67-74, 7. Taha H., Urban climates and heat islands: albedo, evapotranspiration and anthropogenic heat, Energy Build 5, 99-3, 9. Taha H., Konopacki S., & Gabersek S., Impacts of largescale surface modifications on meteorological conditions and energy use: A -region modeling study, Theoretical and Applied Climatology, 6(3-4), 75-85, 999. World Bank, World Development Report, New York, 3. Ιστοσελίδα του ευρωπαϊκού έργου ψυχρών στεγών (EU Cool Roofs). ΣΧΕΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΧΟΥΝ ΔΗΜΟΣΙΕΥΤΕΙ ΣΤΑ ΤΕΥΧΗ ''ΚΤΙΡΙΟ'' Aνακλαστικά υλικά δωμάτων και στεγών. Τεύχος 9/9, σελ.. ΣΧΕΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΜΠΟΡΕΙΤΕ ΝΑ ΒΡΕΙΤΕ ΣΤΗΝ ΕΙΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ Υ - ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ Επιλογές δομικών υλικών ή επισκεφθείτε το 88 ΤΕΥΧΟΣ /