ΧΑΡΗΣ ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ Α.Ε.Μ. 4260

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΧΑΡΗΣ ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ Α.Ε.Μ. 4260"

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Δ/ΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ ΑΠΟ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΧΑΡΗΣ ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ Α.Ε.Μ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΣΕΓΑΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΑΡΤΙΟΣ 2013

2 ΕΜΘΠΜ 1 1.ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2.ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 3.ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ 4.ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 5. Υπεύθυνος: Νικόλαος Μουσιόπουλος 6. Αρμόδιος Παρακολούθησης: Γεώργιος Τσέγας 7. Τίτλος εργασίας: Εκτίμηση επιβάρυνσης ποιότητας αέρα από εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων στην ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή : Χάρης Μπεκιάρης 9. Αριθμός μητρώου: Θεματική περιοχή: 11. Ημερομηνία έναρξης: 10/02/ Ημερομηνία παράδοσης: 29/03/ Αριθμός εργασίας: 14. Περίληψη: Η παρούσα μελέτη εκτιμά το βαθμό επιβάρυνσης της ποιότητας του αέρα στην περιοχή της Θεσσαλονίκης από εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων, με έμφαση σε συστήματα που χρησιμοποιούν ως καύσιμο προϊόντα ξυλείας, δηλαδή τζάκια και σόμπες. Λαμβάνονται υπόψη στατιστικά δεδομένα κατανάλωσης, καθώς και οι συντελεστές εκπομπής ρύπων για κάθε είδος καυσίμου και εκτιμάται η χωρική κατανομή των διαφόρων τύπων εγκαταστάσεων θέρμανσης στο πολεοδομικό συγκρότημα. Με βάση τα χαρτογραφικά δεδομένα, πραγματοποιούνται υπολογισμοί εκπομπών, λαμβάνοντας υπόψη την ποσότητα βιομάζας θέρμανσης, τους συντελεστές εκπομπής και τη χωρική κατανομή της δραστηριότητας. Με τη χρήση υπολογιστικών μοντέλων, αξιολογείται η συνολική επιβάρυνση στις συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικών ρύπων από εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων, με βάση τα εξεταζόμενα σενάρια. Γίνεται συνοπτική αναφορά στα συνηθέστερα είδη εγκαταστάσεων θέρμανσης, λέβητες, τζάκια και σόμπες, καθώς και στα ευρύτερα χρησιμοποιούμενα καύσιμα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο, ξύλα, οικολογικά προϊόντα βιομάζας. Παράλληλα αναφέρονται οι νομικές παράμετροι που διέπουν ευρύτερα τις εκπομπές ρύπων, τόσο σε Ευρωπαϊκό, όσο και σε εθνικό επίπεδο. 15. Στοιχεία εργασίας: Αρ. Σελίδων: 104 Αρ. Εικόνων: 16 Αρ. Διαγραμμάτων:17 Αρ. Πινάκων:19 Αρ. Παραρτημάτων: Αρ. Παραπομπών: 16. Λέξεις κλειδιά: Ρύπανση, Ατμοσφαιρική ρύπανση, μοντέλο διασποράς, ρύπανση στη Θεσσαλονίκη, θέρμανση με τζάκια, θέρμανση με σόμπες 17. Σχόλια: 18. Συμπληρωματικές παρατηρήσεις: 19. Βαθμός:

3 ΕΜΘΠΜ ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY SECTOR LABORATORY OF HEAT TRANSFER AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING 5. Supervisor: Nicolaos Moussiopoulos 6. Undergraduate dissertation title: Assessment of the air quality impact from domestic heating combustion in the greater Thessaloniki area. 7. Student name: Charis Bekiaris 8. Student Registration No: Topic area: 10. Start date: 10/02/ Presentation date: 29/03/ Dissertation No. 13. Summary: The aim of the present work is to assess the impacts on air quality from domestic combustion heating units for the greater Thessaloniki area, specially focusing on heating systems that use wood as a fuel. The most common domestic biomass combustion systems are fireplaces and wood stoves. A market survey of biomass fuels is conducted while emission factors, for several pollutants, obtained from the literature are taken into account. The spatial distribution of various types of domestic heating combustion is explicitly calculated for the central urban area, taking into account population and land use data, combined with emission factors and consumption volumes for each fuel type. By means of computational models different emissions scenarios are formulated and the resulting effect on air quality is assessed. The survey report includes a brief summary on the most common domestic heating combustion types, like boilers, fireplaces and woodstoves, as well as on the most widely used types of fuels, like diesel, natural gas, combustible wood and biomass. The legislative background and regulations regarding heating emissions in the European Union and Greece are also reviewed and summarized. 14. The dissertation comprises of: No. of pages:104 No. of pictures:16 No. of figures:17 No. of tables:19 No. of annexes: No. of references: 15. Keywords: Pollution, air pollution, pollution in Thessaloniki, biomass combustion, domestic fireplaces, domestic wood stoves, pollutant dispersion model, air quality management system 16. Comments: 17. Additional notes: 18. Grade:

4 ΕΜΘΠΜ 3 Πρόλογος Η ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα του σύγχρονου κόσμου, καθώς επηρεάζει άμεσα τη ζωή στον πλανήτη, τόσο από άποψη αισθητικής όσο κυρίως από άποψη βιωσιμότητας των οικοσυστημάτων και ανθρώπινης υγείας. Σημαντικό μερίδιο στην επιβάρυνση της ατμόσφαιρας των πολεοδομικών συγκροτημάτων φέρει η δραστηριότητα που αναπτύσσεται προς ικανοποίηση της βιολογικής ανάγκης του ανθρώπου για θέρμανση. Τον τελευταίο αιώνα η χρήση ορυκτών καυσίμων και ιδιαίτερα πετρελαιοειδών κορυφώθηκε σε όλα τα επίπεδα της ανθρώπινης δραστηριότητας, όπως οι μεταφορές, η βιομηχανία, οι κατασκευές και φυσικά η οικιακή θέρμανση. Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα φωτοβολταϊκά συστήματα, η χρήση βιοκαυσίμων, οι γεωθερμικές εφαρμογές, καθώς και η εξέλιξη της τεχνολογίας των εγκαταστάσεων θέρμανσης, έχουν δώσει στην κοινωνία νέες κατευθύνσεις, πιο οικονομικές και πιο φιλικές προς το περιβάλλον. Ωστόσο, στην Ελλάδα, η οικονομική και κοινωνική συγκυρία έχει καταστήσει δύσκολη τη στροφή προς αυτές τις κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα τον περιορισμό των κριτηρίων επιλογής τρόπου θέρμανσης στην οικονομική διάσταση και μάλιστα με πολύ βραχυπρόθεσμα κριτήρια, καθώς η επενδυτική δυνατότητα των νοικοκυριών έχει περιοριστεί. Έτσι τα τελευταία χρόνια παρατηρήθηκε αύξηση της χρήσης καυσόξυλων, ενώ η ζήτηση πετρελαίου θέρμανσης μειώθηκε σημαντικά. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την έρευνα σχετικά με την αύξηση της χρήσης καυσόξυλων για θέρμανση, με την προσπάθεια απογραφής των ειδών θέρμανσης ανά περιοχή και φυσικά με την εκπόνηση μελέτης σχετικά τις εκπομπές και τη συνολική επιβάρυνση που έχει η όλη δραστηριότητα για την ποιότητα του αέρα στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω: Τον καθηγητή του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών και διευθυντή του Εργαστηρίου, κ. Νίκο Μουσιόπουλο για την ευκαιρία που μου έδωσε να εκπονήσω τη διπλωματική μου εργασία πάνω σε ένα επίκαιρο και άκρως ενδιαφέρον ζήτημα με πολλαπλές κοινωνικές και πολιτικές προεκτάσεις. Τον καθηγητή του τμήματος, κ. Άγι Παπαδόπουλο και τους επιστημονικούς συνεργάτες του για την προετοιμασία και παροχή γεωχωρικών δεδομένων για το πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης. Τον κ. Γιώργο Τσέγα, διδάκτορα Φυσικής, συνεργάτη του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής και υπεύθυνο παρακολούθησης της παρούσας εργασίας, για την άριστη συνεργασία μας και τη βοήθεια που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησής της. Τέλος, ευχαριστώ την οικογένειά μου για τη στήριξη που μου έδωσε όλα αυτά τα χρόνια. Χάρης Κ. Μπεκιάρης Μάρτιος 2013

5 ΕΜΘΠΜ 4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ σελ. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Στόχος Αντικείμενο Μεθοδολογία 2. ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2.1. Γενικά Είδη εγκαταστάσεων εσωτερικής θέρμανσης Νομικό πλαίσιο Χρήση ορυκτών καυσίμων Χρήση ξυλείας- βιομάζας ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ 3.1. Γενικά Επιδράσεις εκπομπών στην ανθρώπινη υγεία Συντελεστές εκπομπής για καύση ορυκτών καυσίμων Συντελεστές εκπομπής για καύση ξυλείας- βιομάζας Υπολογισμός χωρικά κατανεμημένων εκπομπών ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ Γενικά Ευρωπαϊκές Οδηγίες- Όρια συγκεντρώσεων ρύπων αστικών περιοχών Εφαρμογή συστήματος υπολογιστικών μοντέλων Αποτελέσματα υπολογισμών διασποράς ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΕΜΘΠΜ 5 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Η παρούσα Διπλωματική Εργασία στοχεύει στην εκτίμηση του βαθμού επιβάρυνσης της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης από τις πάσης φύσεως εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ως καύσιμη ύλη το ξύλο, καθώς η θέρμανση με καυσόξυλα και σύμπηκτα ξύλου, έχει βρει τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερη απήχηση στο καταναλωτικό κοινό, τόσο εξαιτίας της οικονομικής συγκυρίας σε εθνικό, όσο και εξαιτίας της αυξητικής τάσης της τιμής του πετρελαίου σε διεθνές επίπεδο. Γίνεται καταγραφή και περιγραφή των βασικότερων τύπων εγκαταστάσεων θέρμανσης που χρησιμοποιούνται στην ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης, καθώς και η κατάλληλη έρευνα για τους συντελεστές εκπομπής για κάθε είδος χρησιμοποιούμενου καυσίμου. Ταυτόχρονα προσεγγίζεται στατιστικά, μετά από έρευνα αγοράς η ποσότητα καύσιμης ύλης που καταναλώνεται ετησίως, ιδίως σε ό,τι αφορά τις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ως καύσιμη ύλη το ξύλο. Στη συνέχεια γίνεται προσπάθεια γεωγραφικής κατανομής των διαφόρων τύπων εγκαταστάσεων θέρμανσης στο πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης, επιδιώκοντας μεγαλύτερη ακρίβεια στην εκτίμηση των εκπομπών και την εξαγωγή συγκεκριμένων συμπερασμάτων που δε θα περιορίζονται σε θεωρητικές προσεγγίσεις. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων της έρευνας σχετικά με τις προτιμήσεις των καταναλωτών, τους συντελεστές εκπομπής και τη γεωγραφική κατανομή των ειδών θέρμανσης οδηγεί στην τελική εκτίμηση του βαθμού επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας από εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων, αναδεικνύοντας έτσι τα συνολικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για κάθε είδος σε περιβαλλοντικό και οικονομικό επίπεδο. Εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τη σκοπιμότητα που έχει για ένα νοικοκυριό μια επένδυση σε πιο φιλικές προς το περιβάλλον μορφές ενέργειας για θέρμανση, που συχνά δεν είναι ενθαρρυντικές λόγω του απαιτούμενου κόστους εγκατάστασης, όμως έχουν άμεση απόδοση καθώς μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου και επιβαρύνουν σημαντικά λιγότερο τον ατμοσφαιρικό αέρα και το περιβάλλον ευρύτερα. 1.2 Στόχος Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων για την επιβάρυνση της ποιότητας του αέρα στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης από εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων, βάσει υπολογισμών που λαμβάνουν υπόψη όλα τα δεδομένα που επηρεάζουν την υπό μελέτη κατάσταση και περιγράφονται εκτενώς παρακάτω. Οι διαδικασίες καύσης που λαμβάνουν χώρα σε κάθε σύστημα θέρμανσης χαρακτηρίζονται από εκπομπές σωματιδιακών ρύπων στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την επιβάρυνση του αστικού περιβάλλοντος ως προς την ποιότητα του αέρα και κατ επέκταση της ανθρώπινης υγείας. Οι σωματιδιακοί ρύποι είναι ιδιαίτερα επιβαρυντικοί για την ατμόσφαιρα και αποτελούν τους πλέον επικίνδυνους για την υγεία ρύπους, καθώς έχουν την ιδιότητα να επικάθονται στους αναπνευστικούς βλεννογόνους και να προκαλούν επιπλοκές του

7 ΕΜΘΠΜ 6 αναπνευστικού και μακροπρόθεσμα ακόμα και καρκίνο των πνευμόνων, όπως τονίζεται σε όλες τις ιατρικές αναφορές με αξιοποίηση των δεδομένων συγκεντρώσεων από μετρητικούς σταθμούς. Σε ό,τι αφορά τον έως σήμερα σημαντικότερο παράγοντα εκπομπών, την κυκλοφορία των οχημάτων, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει τα ανώτατα όρια εκπομπών για μηχανές εσωτερικής καύσης μέσω των κανονισμών Euro 4 και Euro 5, το έτος 2006 και το έτος 2009 αντίστοιχα. Με τα νέα δεδομένα που δημιουργούνται εξαιτίας της αύξησης της χρήσης στερεών βιοκαυσίμων για οικιακή θέρμανση, το αποτέλεσμα της ενσωμάτωσης των δύο κανονισμών αντισταθμίζεται πλέον, με αποτέλεσμα να καθίσταται αναγκαίος ο στόχος της εκτίμησης αυτής της επιβάρυνσης. 1.3 Αντικείμενο Όπως προαναφέρθηκε, η καταγεγραμμένη σε στατιστικές αναφορές μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων, δηλαδή πετρελαίου θέρμανσης και φυσικού αερίου, σε εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων και η ταυτόχρονη αύξηση της χρήσης στερεών βιοκαυσίμων, κατά κύριο λόγο καυσόξυλων και συμπήκτων ξύλου-pellet, έχει δημιουργήσει ένα νέο τοπίο στην παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Η καύση ξύλου διέπεται από εξαιρετικά υψηλότερους συντελεστές εκπομπής σωματιδιακών ρύπων σε σχέση με την καύση ορυκτών καυσίμων, που φθάνουν σε κάποιες περιπτώσεις περίπου στο 3000% ή 30 φορές περισσότερο, όπως προκύπτει από σχετικές μετρήσεις και αναφορές εργαστηρίων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Με δεδομένη τη σημαντικότητα της επίδρασης της εκπομπής σωματιδιακών ρύπων στη συνολική ατμοσφαιρική ρύπανση, ορίζονται οι ποσοτικοί δείκτες που θα χρησιμοποιηθούν για την εκπόνηση της μελέτης. Συγκεκριμένα, σε επίπεδο ρύπων, μας ενδιαφέρουν οι ετήσιες συγκεντρώσεις σωματιδιακών ρύπων τύπου PM 1.0 και PM 2.5, καθώς και η χωρική κατανομή τους στην περιοχή ενδιαφέροντος, με αξιοποίηση των δεδομένων των μετρήσεων των σταθμών μέτρησης ατμοσφαιρικής ρύπανσης που λειτουργούν στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Για την εκτίμηση της επιβάρυνσης σε επίπεδο εκπομπών, χρησιμοποιείται η προσέγγιση «από πάνω προς τα κάτω» (top-down). Οι δείκτες που χρησιμοποιούνται σε αυτό το επίπεδο είναι οι συντελεστές εκπομπής που διέπουν την καύση για κάθε είδος καυσίμου που χρησιμοποιείται σε μηχανολογικές διατάξεις οικιακής θέρμανσης, με ιδιαίτερη έμφαση στους συντελεστές εκπομπής της ξυλείας και της βιομάζας, που αποτελούν το κεντρικό ζήτημα που μελετά η παρούσα εργασία. Ένας πρόσθετος δείκτης προκύπτει από τα αποτελέσματα της έρευνας αγοράς σε ό,τι αφορά την ποσότητα καυσίμου που καταναλώθηκε και η σύγκριση με τις αντίστοιχες ποσότητες προηγούμενων ετών, ώστε να προκύπτει και ποσοτικός, πέραν του ποιοτικού, προσδιορισμός της τάξης μεγέθους της αύξησης χρήσης ξυλείας για θέρμανση. Ο συνδυασμός όλων των δεικτών και με αξιοποίηση δεδομένων χωρικής κατανομής των ειδών εγκαταστάσεων θέρμανσης και με χρήση του μοντέλου διασποράς MARS-aero, οδηγεί στην εξαγωγή συμπερασμάτων για τη συνολική επιβάρυνση της ατμόσφαιρας από εγκαταστάσεις οικιακής θέρμανσης στην περιοχή μας.

8 ΕΜΘΠΜ Μεθοδολογία Η μεθοδολογία της εργασίας βασίζεται στην αξιοποίηση δεδομένων που σχετίζονται με τα είδη εγκαταστάσεων θέρμανσης εσωτερικών χώρων και την καύσιμη ύλη που χρησιμοποιεί κάθε σύστημα θέρμανσης, την κατανομή των ειδών θέρμανσης ανά περιοχή, που σχετίζεται με την παλαιότητα των κτιρίων, και τους συντελεστές εκπομπής που διέπουν τη διαδικασία καύσης σε κάθε περίπτωση. Ο συνδυασμός των στοιχείων αυτών οδηγεί στα επιδιωκόμενα συμπεράσματα καθώς από αυτά προκύπτουν οι εκπομπές ρύπων από τη λειτουργία εγκαταστάσεων θέρμανσης στην περιοχή ενδιαφέροντος της μελέτης. Αρχικά γίνεται έρευνα σχετικά με τα είδη των εγκαταστάσεων θέρμανσης, ώστε να καταγραφούν όλα τα είδη και η τεχνολογική τους εξέλιξη βάσει των διεθνών και ευρωπαϊκών προδιαγραφών. Ακολουθεί η έρευνα σχετικά με τις ποσότητες καύσιμης ύλης που καταναλώνονται για κάθε είδος θέρμανσης, με ιδιαίτερη έμφαση στις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν καυσόξυλα, δηλαδή τζάκια και σόμπες, ώστε να προκύψουν όσο το δυνατόν πιο ασφαλείς ενδείξεις για τις συνολικές ποσότητες κατανάλωσης. Επιδιώκεται σύγκριση με τις αντίστοιχες ποσότητες προηγούμενων ετών, ώστε να εξάγεται μια προσέγγιση της τάσης βελτίωσης ή επιδείνωσης της υφιστάμενης κατάστασης. Στη συνέχεια με κατάλληλη βιβλιογραφική έρευνα λαμβάνονται οι κατάλληλοι συντελεστές εκπομπής για κάθε είδος μονάδας καύσης και καυσίμου, ώστε μετά από υπολογισμούς διασποράς και χημικού μετασχηματισμού να προκύπτει η επιβάρυνση που φέρει στην ατμόσφαιρα καθένα από αυτά. Η εστίαση του ενδιαφέροντος στην ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης επιβάλλει έρευνα σχετικά με τη γεωγραφική κατανομή των ειδών εγκαταστάσεων θέρμανσης ώστε να προκύπτουν στοιχεία για τη χωρική τους συγκέντρωση ανά περιοχή. Τα στοιχεία της γεωγραφικής κατανομής είναι ιδιαίτερα χρήσιμα, καθώς βοηθούν σημαντικά την ακρίβεια των υπολογισμών και τη συγκεκριμενοποίησή των σεναρίων εκπομπών. Με χρήση εργαλείων χαρτογραφικής απεικόνισης και επεξεργασίας επιτυγχάνεται η κατά το δυνατόν πιο παραστατική απεικόνιση της ευρύτερης περιοχής του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης, που περιλαμβάνει τον μητροπολιτικό Δήμο Θεσσαλονίκης και τους περιφερειακούς Δήμους. Τα κτίρια και οικοδομικά τετράγωνα κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την κύρια χρήση τους, βάση της οποίας εκπονούνται στη συνέχεια οι υπολογισμοί του πλέγματος εκπομπών. Με βάση πρόσθετα χαρτογραφικά δεδομένα που αφορούν στη χρήση, την ηλικία, καθώς και το ύψος των κτιρίων, πραγματοποιούνται οι υπολογισμοί εκπεμπόμενης μάζας, που όπως προαναφέρθηκε, λαμβάνουν υπόψη την ποσότητα βιομάζας θέρμανσης, τους συντελεστές εκπομπής για κάθε είδος και τη χωρική κατανομή της δραστηριότητας. Τέλος, με χρήση υπολογιστικών μοντέλων όπως το μοντέλο μετεωρολογίας ΜΕΜΟ και το μοντέλο διασποράς και χημικού μετασχηματισμού MARS-aero, αξιολογείται η συνολική επιβάρυνση της ατμόσφαιρας της περιοχής μας από τη λειτουργία εγκαταστάσεων θέρμανσης εσωτερικών χώρων. Η διαδικασία της μελέτης, σε όλα τα στάδια διέπεται από ορισμένες παραδοχές. Οι θερμικές ανάγκες των κτιρίων στις μελετώμενες περιοχές θεωρήθηκε ότι δεν μεταβλήθηκαν σημαντικά στο χρονικό διάστημα όπου παρατηρήθηκε υποκατάσταση της δραστηριότητας καύσης πετρελαίου από καύσεις βιομάζας. Ο βαθμός υποκατάστασης εκτιμήθηκε αποκλειστικά με βάση το μέσο ύψος δόμησης

9 ΕΜΘΠΜ 8 (μονοκατοικίες έναντι πολυκατοικιών), τις χρήσεις των κτιρίων (οικιακή έναντι επαγγελματικής), καθώς και το έτος κατασκευής τους. Ενδεχόμενη εξάρτησή της από δημογραφικές και κοινωνικόοικονομικές παραμέτρους δεν εξετάστηκε, ελλείψει αξιόπιστων σχετικών δεδομένων. Οι συνθήκες καύσης και επομένως το εύρος των συντελεστών εκπομπής για όλα τα είδη των καυσίμων προέκυψαν βιβλιογραφικά, θεωρώντας στατιστικά αμελητέες τις πιθανές αποκλίσεις λόγω κακής ποιότητας καυσίμων ή/και πλημμελώς συντηρημένων εγκαταστάσεων. Τέλος, όσον αφορά ειδικές κατηγορίες επαγγελματικών χώρων, όπου λαμβάνει χώρα δραστηριότητα καύσης υπολειμμάτων ξυλείας ή ευρύτερα βιομάζας, θεωρούνται εξαιρετικά μικρής συμμετοχής στην συνολική εκπεμπόμενη μάζα ρύπων και εντάσσονται στις στατιστικά αδιάφορες παραμέτρους, που δεν επηρεάζουν το στόχο και τα τελικά συμπεράσματα.

10 ΕΜΘΠΜ 9 2. Θέρμανση εσωτερικών χώρων στην ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης 2.1 Γενικά Η θέρμανση εσωτερικών χώρων, δηλαδή κατοικιών και χώρων εργασίας, πραγματοποιείται με τη χρήση πλήθους επιλογών ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων και διατάξεων οι οποίες διακρίνονται στις σχετικές κατηγορίες με βάση το καύσιμο ή γενικότερα το εργαζόμενο μέσο που χρησιμοποιούν. Οι εγκαταστάσεις κλιματισμού χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα, τα συστήματα κεντρικής θέρμανσης με λέβητες χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα, καυσόξυλα ή βιοκαύσιμα, ενώ τα τζάκια και οι σόμπες χρησιμοποιούν κοινά καυσόξυλα ή -στις νεότερες, ενεργειακές τους εκδόσειςβιοκαύσιμα. Με κύριο κριτήριο το καύσιμο, διαμορφώνεται το επίπεδο του κόστους λειτουργίας για τον καταναλωτή και εν τέλει ο βαθμός απόδοσης κάθε εγκατάστασης, σε συνάρτηση φυσικά με τις απαιτούμενες περιβαλλοντικές παραμέτρους. Η άνοδος της τιμής των πετρελαιοειδών δημιούργησε ένα νέο τοπίο ζήτησης στο χώρο της θέρμανσης, με αντίστοιχο αντίκτυπο στο περιβάλλον και ιδιαίτερα το αστικό, που επιβαρύνεται πολλαπλάσια λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητας του πληθυσμού και της ταυτόχρονης εντονότερης δραστηριότητας εκπομπών κάθε προέλευσης, όπως η κυκλοφορία των οχημάτων. Η ζήτηση στρέφεται με αυξητική τάση προς τα τζάκια, τις παραδοσιακές ξυλόσομπες και τις σύγχρονες ενεργειακές εγκαταστάσεις, που λόγω επίτευξης υψηλότερου βαθμού απόδοσης, παρέχουν καλύτερη σχέση κόστους- αποτελέσματος για όσους έχουν τη δυνατότητα να προβούν στην αντίστοιχη επένδυση. Ταυτόχρονα, ιδιαίτερα σημαντικό δεδομένο είναι η αποστροφή του καταναλωτικού κοινού προς το πετρέλαιο. Από στοιχεία της Ομοσπονδίας Βενζινοπωλών Ελλάδος προκύπτει μείωση της ζήτησης πετρελαίου θέρμανσης κατά 50% στην περιφέρεια, κατά 60% στη Βόρεια Ελλάδα και κατά 25% στα αστικά κέντρα, ενώ από αντίστοιχα στοιχεία των εμπόρων ξυλείας καταγράφεται αύξηση της ζήτησης σε καυσόξυλα που φτάνει το 80%. Οι προβλέψεις ζήτησης πετρελαίου για τον τρέχοντα Χειμώνα κινούνταν σε ακόμα πιο χαμηλά επίπεδα και επαληθεύθηκαν, σύμφωνα με τις ίδιες πηγές. Έδαφος κερδίζουν τα τζάκια, ενεργειακά ή παραδοσιακά, οι αντίστοιχες ξυλόσομπες, ενώ όπως προαναφέρθηκε, για όσους έχουν τη δυνατότητα, οι επιλογές ενεργειακής αναβάθμισης μιας κατοικίας προς εξοικονόμηση ενέργειας, χρημάτων και προστασία του περιβάλλοντος είναι πολλές και θα περιγραφούν αναλυτικότερα παρακάτω. Συνοπτικά αποτελούνται από τα λεγόμενα ενεργειακά συστήματα και διαφοροποιούνται ως προς το είδος εγκατάστασης και ως προς τη χρήση βιοκαυσίμων ως είδος καυσίμου, με έμφαση στα σύμπηκτα ξύλου, ή συσσωματώματα βιομάζας, τα επονομαζόμενα εμπορικά ως pellets. Στον τομέα της περιβαλλοντικής επίπτωσης, που αποτελεί και το αντικείμενο της παρούσας μελέτης, σημαντικό ρόλο παίζει και η χωρική κατανομή της όλης δραστηριότητας, καθώς, όπως είναι φυσικό, η επιβάρυνση της ποιότητας του αέρα σχετίζεται όχι μόνο με τα είδη των εγκαταστάσεων και τους συντελεστές εκπομπής, αλλά και με τη γεωγραφική κατανομή τους, βάσει της οποίας εξάγονται πιο συγκεκριμένα συμπεράσματα για την τελική επίπτωση στην περιοχή ενδιαφέροντος.

11 ΕΜΘΠΜ Είδη εγκαταστάσεων εσωτερικής θέρμανσης Οι πιο συνηθισμένες εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων εντάσσονται σε τρεις κύριες κατηγορίες. Συστήματα κλιματισμού, συστήματα κεντρικής θέρμανσης με λέβητες και παραδοσιακές εστίες, δηλαδή τζάκια και σόμπες. Κάθε κατηγορία, ιδιαίτερα οι δυο τελευταίες, αποτελούνται από συστήματα διαφόρων μορφών, με τη βασική τους διαφοροποίηση να εντοπίζεται στο είδος καυσίμου που χρησιμοποιούν για τη λειτουργία τους, καθώς και στη δομή της εγκατάστασης. Σύγχρονες κατασκευαστικές βελτιώσεις μπορούν να αυξάνουν το βαθμό απόδοσης μιας εγκατάστασης, να την καθιστούν φιλικότερη προς το περιβάλλον, ενώ ταυτόχρονα να μειώνουν αισθητά το κόστος λειτουργίας και συντήρησης για τον καταναλωτή Συστήματα κλιματισμού Αρχικά, σε ό,τι αφορά τα συστήματα κλιματισμού, κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η ενεργειακή κλάση, η ύπαρξη τεχνολογίας ελληνιστί- «αντιστροφέα» (inverter) και η οικολογική τους συμμόρφωση Ενεργειακή κλάση Οι ενεργειακές κλάσεις είναι 7, κατανέμονται με το συμβολισμό Α έως G και αναφέρονται χωριστά για το δείκτη ενεργειακής απόδοσης EER, που αφορά στη λειτουργία ψύξης και το δείκτη COP που αφορά στη λειτουργία θέρμανσης. Κάθε δείκτης υπολογίζεται λαμβάνοντας το πηλίκο της απόδοσης της εγκατάστασης σε kw, προς την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει, επίσης σε kw. Η κατανομή αυτή προκύπτει από το βαθμό απόδοσης της εγκατάστασης, δηλαδή την κατανάλωση ρεύματος που απαιτείται για το ίδιο αποτέλεσμα Η τεχνολογία inverter Τα κλιματιστικά τεχνολογίας inverter έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν αυτόματα την παρεχόμενη ισχύ τους, με βάση την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία και τις απώλειες του χώρου, με αποτέλεσμα να εξοικονομούν ηλεκτρικό ρεύμα. Μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες χωρίς σημαντική πτώση του βαθμού απόδοσης και διαθέτουν συμπιεστή μεταβλητής απόδοσης ώστε, βάσει των απαιτήσεων για τη διατήρηση της επιθυμητής θερμοκρασίας στον κλιματιζόμενο χώρο, να ρυθμίζεται ανάλογα το φορτίο λειτουργίας της εξωτερικής μονάδας και να αποφεύγονται οι επανεκκινήσεις. Μόλις η επιθυμητή θερμοκρασία επιτευχθεί, σταδιακά μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής του συμπιεστή για να διατηρηθεί σταθερή η επιθυμητή θερμοκρασία χωρίς διακυμάνσεις στην άνεση του χώρου Οικολογική συμμόρφωση Σε ό,τι αφορά την οικολογική συμμόρφωση, τα συστήματα κλιματισμού θα πρέπει να χρησιμοποιούν οικολογικά ψυκτικά ρευστά, όπως R407C, R410A, τα οποία δεν επηρεάζουν το στρώμα του όζοντος και λειτουργούν σε χαμηλή στάθμη θορύβου.

12 ΕΜΘΠΜ Κεντρική θέρμανση με λέβητες Οι λέβητες είναι ογκώδεις διατάξεις εναλλακτών θερμότητας. Αποτελούνται από θάλαμο καύσης με ειδική διαμόρφωση, στον οποίο λαμβάνει χώρα η καύση του καυσίμου με αποτέλεσμα την ανάπτυξη υψηλής θερμοκρασίας. Στους κλασικούς λέβητες κεντρικής θέρμανσης με νερό ο θάλαμος καύσης και η διαδρομή των καυσαερίων περιβάλλονται από σωληνώσεις που περιέχουν νερό, το οποίο παραλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης θερμότητας μέσω του εναλλάκτη. Τα καυσαέρια οδηγούνται στον καπναγωγό, την καπνοδόχο και καταλήγουν στην ατμόσφαιρα. Ο καυστήρας αποτελεί ξεχωριστή συσκευή και χρησιμοποιείται για την άντληση και εκτόξευση του καυσίμου υπό μορφή νέφους ή σταγονιδίων. Ο καυστήρας εξασφαλίζει την έναρξη της καύσης με κατάλληλο σύστημα έναυσης και επιλέγεται ανάλογα με το λέβητα με τον οποίο θα συνεργαστεί. Η βασική εγκατάσταση συμπληρώνεται με τη διάταξη κυκλοφορητή και τους συλλέκτες αναχώρησης και επιστροφής, που εξασφαλίζουν τη ροή του φορέα θερμότητας προς τους θερμαινόμενους χώρους και την επιστροφή του στο λέβητα. ΕΙΚΟΝΑ 2.1: Λέβητας. Διακρίνεται η οπή, πάνω στην οποία συναρμολογείται ο καυστήρας. Πηγή: Thermostahl Οι εγκαταστάσεις λεβήτων αποτελούν την πιο διαδεδομένη κατηγορία συστημάτων θέρμανσης εσωτερικών χώρων στην Ελλάδα. Όλοι οι λέβητες διέπονται από την ίδια αρχή λειτουργίας, ανεξάρτητα από το καύσιμο που χρησιμοποιούν. Η τροφοδοσία του θαλάμου καύσης με καύσιμο, πραγματοποιείται μέσω του καυστήρα. Το νερό της κυκλοφορίας θερμαίνεται μέσω εναλλάκτη θερμότητας εντός του λέβητα. Το νερό κυκλοφορεί μέσω του συστήματος σωληνώσεων στα θερμαντικά σώματα που βρίσκονται τοποθετημένα στους χώρους της κατοικίας. Η ηλεκτρική αντλία κυκλοφορίας λειτουργεί μόνο εφόσον η θερμοκρασία του νερού ανέλθει σε ελάχιστη τιμή, που καθορίζεται μέσω θερμοστάτη. Αυτό συμβαίνει προς αποφυγή άσκοπης κυκλοφορίας και ενεργειακών απωλειών. Η θερμοκρασία του νερού της κυκλοφορίας ρυθμίζεται και αυτή κατάλληλα με ένα δεύτερο θερμοστάτη, συνήθως στους ο C, θερμοκρασία ικανή για αποδοτική και γρήγορη

13 ΕΜΘΠΜ 12 θέρμανση με ελαχιστοποίηση του χρόνου λειτουργίας του καυστήρα και κατά συνέπεια της κατανάλωσης καυσίμου. Διακρίνονται ανάλογα με το υλικό κατασκευής σε χυτοσιδηρούς και χαλύβδινους. Η κατηγοριοποίηση με βάση το καύσιμο αφορά κυρίως στους καυστήρες. Οι καυστήρες ορυκτών καυσίμων διακρίνονται στις γνωστές υποκατηγορίες πετρελαίου και φυσικού αερίου. Οι καυστήρες βιοκαυσίμων διακρίνονται σε καυστήρες ξύλου και καυστήρες συμπήκτων ξύλου, ή συσσωματωμάτων βιομάζας, γνωστών με την εμπορική ονομασία pellets ή wood pellets. Ιδιαίτερα οι καυστήρες pellet χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα υψηλούς βαθμούς απόδοσης, μολύνουν λιγότερο το περιβάλλον και ανάλογα με το μοντέλο μπορούν να αποδίδουν μεταξύ Btu/h και Btu/h. Εξαιτίας της σχεδόν τέλειας καύσης των συμπήκτων ξύλου, η εξαγωγή των καυσαερίων μπορεί να γίνεται μέσω μιας μικρής τρύπας στον τοίχο μέσω σωλήνα που καταλήγει σε εξωτερικό χώρο και κατασκευάζεται από ανοξείδωτο εσωτερικό και αλουμινένιο εξωτερικό. Οι καυστήρες pellet μπορούν να χρησιμοποιήσουν μία υπάρχουσα καπνοδόχο, που τροποποιείται ώστε να περνάει ο σωλήνας μέσω του οποίου θα γίνεται η εξαγωγή του καπνού. Στην ουσία καίνε ξύλο σε επεξεργασμένη μορφή, αλλά αυτό δε σημαίνει ότι αποτελούν «παραδοσιακή» πρόταση η οποία υστερεί τεχνολογικά. Οι καυστήρες που χρησιμοποιούν pellets είναι ηλεκτρομηχανολογικές διατάξεις σύγχρονης τεχνολογίας, εξοπλισμένες με συστήματα αυτόματου ελέγχου για τον υπολογισμό της κατάλληλης ποσότητας καυσίμου που τροφοδοτεί την καύση. Ένα από τα πλεονεκτήματα που χαρακτηρίζουν τους καυστήρες pellet είναι ότι δεν χρειάζονται να ανεφοδιάζονται τόσο συχνά όσο άλλες συσκευές που καίνε καυσόξυλα. Ανάλογα με τη συσκευή αλλά και τις ανάγκες σε θέρμανση, ο ανεφοδιασμός με pellet ποικίλλει από μια φορά την ημέρα μέχρι δύο φορές την εβδομάδα ανάλογα με το μοντέλο καυστήρα και τις θερμαντικές ανάγκες του χώρου. Ο ανεφοδιασμός πραγματοποιείται με τοποθέτηση των pellet σε χοάνη χωρητικότητας μεταξύ 15kg και 60 kg από όπου μέσω μηχανικής διάταξης μεταφέρονται στο εσωτερικό του καυστήρα. Οι καυστήρες ξύλου εξασφαλίζουν και αυτοί υψηλό βαθμό απόδοσης, ωστόσο έχουν το μειονέκτημα της δυσκολότερης τροφοδοσίας, αποθήκευσης και μεταφοράς του καυσίμου. Χρειάζεται συνεχής ανεφοδιασμός της εγκατάστασης ανά τακτά χρονικά διαστήματα λίγων ωρών, ενώ ταυτόχρονα, ο όγκος και το βάρος των καυσόξυλων δυσχεραίνει τη διαδικασία Τζάκια και σόμπες Παραδοσιακά τζάκια Τα παραδοσιακά τζάκια είναι χτιστά με πέτρα ή τούβλο. Η πρόσοψή τους είναι ανοιχτή και ο χώρος βρίσκεται σε άμεση επικοινωνία με την εστία καύσης. Στην έναρξη της καμινάδας συνήθως υπάρχει καπάκι, το οποίο μπορεί να κλείνει όταν το τζάκι δε χρησιμοποιείται, προς περιορισμό των απωλειών θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον, αλλά και της ανεπιθύμητης εισόδου ψυχρού αέρα στο θερμαινόμενο χώρο. Τα παραδοσιακά τζάκια έχουν ως μειονέκτημα τη δημιουργία ροής εσωτερικού

14 ΕΜΘΠΜ 13 αέρα και απορρόφησή του προς το περιβάλλον μέσω της καμινάδας. Είναι χαρακτηριστικό το «πείραμα» της ταυτόχρονης χρήσης ανοιχτού τζακιού και μαγειρικού απορροφητήρα σε ενιαίο χώρο σαλονιού- κουζίνας. Παρατηρείται μειωμένη απόδοση της συσκευής απορροφητήρα και εντονότερα ψυχρά ρεύματα αέρα στο χώρο. Επίσης χαρακτηριστικό είναι το φαινόμενο που παρατηρείται όταν ένα τζάκι με συρόμενη πόρτα λειτουργεί με την πόρτα μισάνοιχτη. Παρατηρείται αύξηση της ταχύτητας καύσης, λόγω στραγγαλισμού της ροής του εσωτερικού αέρα, που εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με μεγαλύτερη ταχύτητα. Η απορρόφηση αέρα από το θερμαινόμενο χώρο έχει ως αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση της θερμοκρασίας στους υπόλοιπους χώρους της κατοικίας. Τα τζάκια που διαθέτουν ειδική, γυάλινη πόρτα, έχουν ως κύριο πλεονέκτημα τη δυνατότητα μείωσης της παροχής αέρα που προσφέρει η κλειστή πόρτα, αυξάνοντας το χρόνο καύσης και κατά συνέπεια περιορίζοντας την κατανάλωση καυσίμου. Επίσης, με την παρεμπόδιση απορρόφησης αέρα από τον εσωτερικό χώρο, αποφεύγονται οι διαφορές θερμοκρασίας στους χώρους που δε βρίσκονται πολύ κοντά στο τζάκι. Ο βαθμός απόδοσης των κλειστών τζακιών είναι αρκετά υψηλότερος από των ανοιχτών εστιών, προσεγγίζοντας το 25%. Τέλος, τα κλειστά τζάκια περιορίζουν τις εκπομπές των επικίνδυνων για την υγεία ρύπων προς το εσωτερικό της κατοικίας. Μετρήσεις της United States Environmental Protection Agency (EPA) καταδεικνύουν ότι οι προσμίξεις επιβλαβών για την υγεία αερίων, σε χώρους που θερμαίνονται με ανοιχτό, παραδοσιακό τζάκι, είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες του εξωτερικού αέρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ακόμα και κατοικίες που δε διαθέτουν τζάκι μπορεί να επιβαρυνθούν εξίσου από γειτονικές, λόγω των εκπομπών ρύπων Προκατασκευασμένα τζάκια Τα προκατασκευασμένα τζάκια κατασκευάζονται συνήθως από χυτοσίδηρο (μαντέμι), τοποθετούνται έτοιμα στο χώρο και στη συνέχεια λαμβάνει χώρα η περαιτέρω διακοσμητική κατασκευή, δηλαδή η εξωτερική επένδυση κατά τις προτιμήσεις του ιδιοκτήτη. Το μαντέμι είναι ένα υλικό με υψηλή αντοχή στις θερμικές καταπονήσεις, ενώ είναι και καλός αγωγός της θερμότητας. Η εκλυόμενη θερμότητα αντανακλάται εντονότερα στον εσωτερικό χώρο και μεταδίδεται ακόμα πιο αποτελεσματικά στην περιοχή πίσω από την εστία. Τα περισσότερα διαθέτουν πόρτα από γυαλί, με την οποία επιτυγχάνεται περιορισμός των απωλειών θερμότητας λόγω της εκροής αέρα από το εσωτερικό της κατοικίας προς το περιβάλλον μέσω της καμινάδας, κάτι που αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα των ανοικτών εστιών. Δευτερευόντως η ύπαρξη πόρτας αυξάνει την ασφάλεια έναντι ενδεχόμενου ατυχήματος πυρκαγιάς. Ο βαθμός απόδοσης των συγκεκριμένων εστιών αυξάνεται μερικώς σε σχέση με τις ανοιχτές, περίπου στο 25%.

15 ΕΜΘΠΜ Ενεργειακά τζάκια ΕΙΚΟΝΑ 2.2: Ενεργειακό τζάκι πριν την τοποθέτηση και απεικόνιση ροής αέρα σε ενεργειακό τζάκι Πηγή: Σημαντική εξέλιξη των απλών τζακιών είναι τα λεγόμενα ενεργειακά τζάκια. Τα ενεργειακά τζάκια αποτελούνται από μεταλλική εστία, που επιτρέπει τη ρύθμιση παροχής του αέρα της καύσης και ταυτόχρονα επιτυγχάνει τη θέρμανση ποσότητας δευτερεύοντος αέρα, στο θάλαμο δευτερογενούς καύσης που επιστρέφει με μηχανικό εξαναγκασμό μέσω διάταξης ανεμιστήρων στο χώρο. Τα τζάκια αυτά είναι κλειστά μέσω γυάλινου προστατευτικού καλύμματος και χαρακτηρίζονται από αρκετά υψηλό βαθμό απόδοσης. Το ενεργειακό τζάκι και η ενεργειακή εστία είναι συστήματα που αξιοποιούν το μεγαλύτερο ποσοστό της θερμότητας από την καύση του ξύλου διοχετεύοντάς την μέσω ειδικού μηχανισμού στον εσωτερικό χώρο. Έτσι, ο βαθμός απόδοσης ενός ενεργειακού σε σχέση με ένα παραδοσιακό τζάκι είναι πολύ μεγαλύτερος και προσεγγίζει το 80% έως 85%, εξαιτίας του προαναφερθέντος θαλάμου δευτερογενούς καύσης. Σημαντικό πλεονέκτημα της συγκεκριμένης κατηγορίας τζακιών, είναι η οικονομία στην κατανάλωση ξυλείας αφού χρειάζεται περίπου 2kg ξύλα ανά ώρα. Με τη μετατροπή των παραδοσιακών τζακιών σε ενεργειακά, συνεπάγεται βελτίωση του βαθμού ενεργειακής απόδοσης, με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση καυσόξυλων. Επίσης, τα ενεργειακά τζάκια χαρακτηρίζονται από περιορισμένη εκπομπή καυσαερίων. Για παράδειγμα τα αιωρούμενα σωματίδια ΡΜ 10 στην έξοδο της καμινάδας εμφανίζουν συγκεντρώσεις μικρότερες των 20mg/m 3. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω της δευτερογενούς καύσης, κατά την οποία καίγονται μεγάλες ποσότητες μονοξειδίου του άνθρακα που παράχθηκαν κατά την πρωτογενή καύση. Σημαντικό είναι ακόμη ότι υπάρχει δυνατότητα ελέγχου της καύσης ανάλογα με την επιθυμητή θερμοκρασία, καθώς

16 ΕΜΘΠΜ 15 και μεγαλύτερη ασφάλεια, λόγω της πόρτας που καλύπτει την περιοχή καύσης. Η μετάδοση της θερμότητας στο χώρο επιτυγχάνεται με μηχανική ή φυσική ροή. Η μέγιστη απόδοση ενός ενεργειακού τζακιού επιτυγχάνεται όταν η πόρτα από πυρίμαχο τζάμι είναι κλειστή. Επιπλέον, ενσωματώνεται εύκολα στη θέση του παραδοσιακού τζακιού. Τα ενεργειακά τζάκια διαχωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Ενεργειακά τζάκια με αέρα, τα οποία λειτουργούν ως αερόθερμα, αξιοποιώντας τη θερμότητα του θαλάμου καύσης και διοχετεύοντας θερμό αέρα στο χώρο μέσω αεραγωγών. Στις περισσότερες περιπτώσεις τοποθετείται επιπρόσθετα και ειδικός ηλεκτρικός μηχανισμός εξαναγκασμού της ροής, προς αύξηση της απόδοσης και μείωση του χρόνου επίτευξης της επιθυμητής θερμοκρασίας στο χώρο. Η θερμαντική ικανότητα των ενεργειακών τζακιών υπολογίζεται περίπου τετραπλάσια από εκείνη των απλών, παραδοσιακών τζακιών. Ο μηχανισμός ρύθμισης της παροχής του εξωτερικού αέρα που επιτυγχάνει την αυξομείωση της έντασης της φλόγας και κατά συνέπεια της έντασης της θέρμανσης παίζει τον πλέον καταλυτικό παράγοντα σε αυτό. Επιπλέον, η εκμετάλλευση των επιφανειών που βρίσκονται στο πίσω μέρος της εστίας προκειμένου να δημιουργηθεί κύκλωμα αέρα. Με τον τρόπο αυτό διοχετεύεται στο κάτω μέρος της εστίας ψυχρός, υγροποιημένος, καθαρός αέρας ο οποίος στη συνέχεια θερμαίνεται στο πίσω μέρος του τζακιού και διοχετεύεται μέσω αεραγωγών είτε στο χώρο που βρίσκεται το τζάκι, είτε σε άλλους χώρους. Η δεύτερη κατηγορία είναι τα ενεργειακά τζάκια νερού, τα οποία λειτουργούν ως αυτόνομη μονάδα παραγωγής ζεστού νερού, που διοχετεύεται στα θερμαντικά σώματα ή στο δίκτυο υποδαπέδιας θέρμανσης για τη θέρμανση όλων των χώρων της οικίας. Λέγονται και τζάκια καλοριφέρ και έχουν ως βασική λειτουργία τη διοχέτευση της ενέργειας που παράγεται από την καύση της ξυλείας, στο νερό. Η λειτουργία τους είναι ανάλογη με εκείνη των κανονικών τζακιών, όσον αφορά το άναμμα, τη χρήση και τη συντήρηση. Το ζεστό νερό μεταφέρεται με τη βοήθεια του κυκλοφορητή σε σώματα καλοριφέρ παρέχοντας ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας στους χώρους της κατοικίας και ταυτόχρονα ζεστό νερό χρήσης. Τα τζάκια καλοριφέρ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μοναδικές πηγές θέρμανσης σε χώρους μεγαλύτερους από 200 m 2. Η λειτουργία της μπορεί να είναι είτε αυτόνομη είτε σε συνδυασμό με κεντρική θέρμανση με λέβητα πετρελαίου. Τα ενεργειακά συστήματα θέρμανσης τύπου τζακιού πρέπει να κατασκευάζονται με βάση τα Ευρωπαϊκά πρότυπα ΕΝ 13240:2001 και EN13229:2001 υπό την οδηγία 89/106/EK (CPD) για τα προϊόντα που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές και συμμορφώνονται με αυτήν από το Ενεργειακό θεωρείται ένα κλειστό τζάκι όταν πληροί προδιαγραφές που πιστοποιούνται γραπτά από τον κατασκευαστή και συνοδεύεται από τις απαραίτητες διεθνείς πιστοποιήσεις. Πρέπει να αναφέρεται η ενεργειακή απόδοση, η μέση κατά προσέγγιση κατανάλωση ξύλου, ο συνολικός βαθμός απόδοσης, τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά, ενώ πλέον σε κάποια αναφέρεται ακόμα και η εκπομπή ρύπων. Μη πιστοποιημένες ενεργειακές εστίες μπορεί να δημιουργήσουν περισσότερα προβλήματα από ό,τι οι ανοιχτού τύπου, παραδοσιακές εστίες τζακιού.

17 ΕΜΘΠΜ 16 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1: Σύνοψη των κύριων χαρακτηριστικών κάθε τύπου τζακιού Ανοιχτά τζάκια Κλειστά τζάκια Ενεργειακά τζάκια Τοπική θέρμανση στην ακτίνα που φτάνει η εκπεμπόμενη ακτινοβολία Απορρόφηση εσωτερικού αέρα και ψύξη των χώρων μακριά από το τζάκι Μεγάλη κατανάλωση ξύλου λόγω περίσσειας αέρα Ομοιόμορφη θέρμανση του χώρου μέσω της κυκλοφορίας του θερμαινόμενου αέρα Αποφυγή απωλειών αέρα μέσω της πόρτας που εμποδίζει την απορρόφηση Μικρότερη κατανάλωση ξύλου λόγω περιορισμένου αέρα Συνολική θέρμανση του χώρου, πρόσθετη λειτουργία αερόθερμου Δευτερογενής θάλαμος, μέγιστη αξιοποίηση θερμότητας, ηλεκτρικό σύστημα επαναπροώθησης θερμού αέρα στο χώρο Οικολογικά καύσιμα τύπου pellet Βαθμός απόδοσης <10% Βαθμός απόδοσης 20%-30% Βαθμός απόδοσης 80%-85% Υψηλή ατμοσφαιρική ρύπανση Περιορισμένη ατμοσφαιρική ρύπανση Ελάχιστη ατμοσφαιρική ρύπανση Κίνδυνος πυρκαγιάς Προστασία από πυρκαγιά Προστασία από πυρκαγιά Σόμπες ξύλου Οι παραδοσιακές σόμπες που χρησιμοποιούν καυσόξυλα είναι σχεδόν όμοιες από πλευράς λειτουργίας με τα αντίστοιχα τζάκια που διαθέτουν εξωτερική πόρτα. Τοποθετούνται στο δάπεδο και είναι κατασκευασμένες από χυτοσίδηρο. Χρησιμοποιούν κοινά καυσόξυλα, με έναν περιορισμό ως προς το μέγεθος, καθώς η υποδοχή καυσίμου σε μια σόμπα είναι σαφώς μικρότερη από το ανεξάρτητο άνοιγμα ενός τζακιού. Διαθέτουν τρεις θύρες, στο επάνω, στο μέσο και στο κάτω τμήμα της κατασκευής αντίστοιχα. Από την επάνω θύρα γίνεται η εισαγωγή των καυσόξυλων, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο «χειροκίνητα», καθώς ο όγκος των καυσόξυλων και ο χώρος τοποθέτησης της συσκευής δεν επιτρέπει τη χρήση οποιουδήποτε αυτοματισμού για τροφοδοσία. Από τη μεσαία θύρα γίνεται καθαρισμός και από την κάτω θύρα γίνεται η τελική απομάκρυνση των προϊόντων της καύσης σε μορφή κοινής στάχτης. Δεν υπάρχει δυνατότητα διαχωρισμού πρωτογενούς και δευτερογενούς καύσης και ο βαθμός απόδοσής τους κυμαίνεται μεταξύ 30% και 60%.

18 ΕΜΘΠΜ 17 ΕΙΚΟΝΑ 2.3: Σύγχρονη σόμπα ξύλου Η δυνατότητα τοποθέτησης σε κεντρικό σημείο μιας κατοικίας, σε συνδυασμό με τη μεγαλύτερη και προς όλα τα επίπεδα επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας, τις καθιστούν πιο αποδοτικές από το τζάκι που συνήθως τοποθετείται σε τοίχο και η επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας περιορίζεται στην πρόσοψη της διάταξης. Η σόμπα ξύλου είναι μια διάταξη που θερμαίνει το χώρο μεταδίδοντας θερμότητα προς όλες τις κατευθύνσεις γύρω της, ενώ ταυτόχρονα ο μεταλλικός σωλήνας απαγωγής των καυσαερίων, το κοινό «μπουρί», αναπτύσσει υψηλή θερμοκρασία και λειτουργεί επίσης ως ένα υποτυπώδες θερμαντικό σώμα, εφόσον δεν είναι εντοιχισμένος. Η σόμπα ξύλου μπορεί να αξιοποιηθεί και στη μαγειρική ως υποκατάστατο της σύγχρονης ηλεκτρικής κουζίνας. Στην αγορά υπάρχουν πλέον πολλές προτάσεις κατασκευαστών που αναβιώνουν τη χρήση σόμπας ξύλου για μαγειρική χρήση σε συνδυασμό με τη θέρμανση. Στα μειονεκτήματα αυτών των διατάξεων συγκαταλέγεται και η μη δυνατότητα ελέγχου της θερμοκρασίας λειτουργίας, παρά μόνο ελάχιστα, μειώνοντας τη συχνότητα τροφοδοσίας, ενώ η ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών οδηγεί σε μεγάλο χρόνο ψύξης της συσκευής μετά το σβήσιμο, κάτι που δεν είναι πάντα επιθυμητό. Μοναδικός τρόπος ακαριαίας «απενεργοποίησης» μιας σόμπας θα ήταν η ρίψη νερού στο εσωτερικό της, κάτι που είναι αυστηρά απαγορευτικό από την τεχνολογία των υλικών, ενώ θα προκαλούσε επικίνδυνες αναθυμιάσεις στο εσωτερικό της κατοικίας Ενεργειακές σόμπες ξύλου- σόμπες pellet Οι ενεργειακές σόμπες ξύλου είναι όμοιες με τις απλές, όμως επιτυγχάνουν υψηλότερους βαθμούς απόδοσης εξαιτίας κατασκευαστικών διαφοροποιήσεων. Κατασκευάζονται από χάλυβα διπλών τοιχωμάτων, με ειδικά πυρίμαχα υλικά στην εστία προς καλύτερη μόνωση και υψηλότερες θερμοκρασίες καύσης. Έτσι, ο βαθμός απόδοσης αυξάνεται σε σχέση με τις απλές σόμπες ξύλου και

19 ΕΜΘΠΜ 18 κυμαίνεται μεταξύ 80% και 90%, μειώνοντας την κατανάλωση ξύλου και κατ επέκταση την επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Οι σόμπες pellet είναι σύγχρονες συσκευές θέρμανσης οι οποίες χαρακτηρίζονται από υψηλή τεχνολογία (πχ έχουν ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης, μπορεί να προγραμματιστεί η λειτουργία τους κλπ) ενώ παράλληλα προσφέρουν αυτονομία θέρμανσης και λιγότερους ρύπους. Οι σόμπες pellet χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο θερμαίνουν το χώρο στον οποίο εγκαθίστανται: υπάρχουν οι αερόθερμες σόμπες pellet, οι οποίες καίνε αυτόματα το pellet που έχουν στη δεξαμενή τους και ζεσταίνουν το χώρο μας εγχέοντας ζεστό αέρα, και οι σόμπες pellet καλοριφέρ ή νερού, οι οποίες ενώνονται με το σύστημα θέρμανσης του σπιτιού και με τα σώματα καλοριφέρ και μπορούν να εγκατασταθούν σε οποιοδήποτε σημείο ενός σπιτιού, σαν μια απλή σόμπα. Και στις δύο περιπτώσεις το pellet τοποθετείται σε ειδικό αποθηκευτικό χώρο, σε μορφή δεξαμενής από την οποία μέσω ενός κεκλιμένου επιπέδου το καύσιμο καταλήγει στο θάλαμο καύσης της σόμπας. Ανάλογα με τη συσκευή, ο χώρος αυτός μπορεί να είναι ενσωματωμένος ή ξεχωριστός. Στις σόμπες με ενσωματωμένο αποθηκευτικό χώρο, η τροφοδοσία γίνεται αυτόματα και η αυτονομία μπορεί να ξεπεράσει τη μία μέρα, ανάλογα πάντα με τις συνθήκες λειτουργίας. Αερόθερμες σόμπες pellet: Οι αερόθερμες σόμπες pellet ή σόμπες pellet αέρα, συνδυάζουν την παράδοση με τη σύγχρονη τεχνολογία, καθώς η λειτουργία τους στηρίζεται στη γνώστη μέθοδο της παραγωγής ζεστού αέρα μέσω της καύσης ενώ παράλληλα διαθέτουν όλα εκείνα τα πλεονεκτήματα που εξασφαλίζει ο σύγχρονος τρόπος κατασκευής τους. Εν συντομία, οι σόμπες pellet αέρα ή αερόθερμες σόμπες pellet, καίγοντας pellet, παράγουν θερμό αέρα ο οποίος διαχέεται στο θερμαινόμενο χώρο. Τα pellet, από το χώρο όπου είναι αποθηκευμένα στη σόμπα, καταλήγουν στο σημείο καύσης, ελεγχόμενα από ειδικό μηχανισμό. Το πιατάκι όπου γίνεται η καύση, είναι από τα στοιχεία που μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τον κατασκευαστή. Στη συνέχεια τα pellet ανάβουν με τη βοήθεια ηλεκτρικής αντίστασης που υπάρχει στο χώρο καύσης και η φλόγα δυναμώνει και διατηρείται με τη λειτουργία ενός ανεμιστήρα ο οποίος εξάγει τα καυσαέρια προς την καμινάδα. Τα αέρια της καύσης περνούν μέσα από μία σειρά από διαδρομές στο εσωτερικό της σόμπας, η πολυπλοκότητα των οποίων μπορεί να διαφέρει από εργοστάσιο σε εργοστάσιο, με σκοπό να εναποτεθεί όση παραπάνω από την θερμοκρασία της καύσης στα εσωτερικά τοιχώματα της σόμπας είναι δυνατό. Τα τοιχώματα αυτά, τα οποία είναι κενά, είναι συνδεδεμένα με έναν ανεμιστήρα ο οποίος προωθεί αέρα μέσα σε αυτά και οποίος αέρας αφού θερμανθεί βγαίνει από την σόμπα από ειδικές περσίδες θερμαίνοντας το χώρο μας. Σε κάποιες αερόθερμες σόμπες pellet υπάρχουν παραπάνω από μία έξοδοι θερμού αέρα, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να διοχετευθεί αέρας και σε άλλους χώρους πέρα από τον χώρο που βρίσκεται η σόμπα. Αναλόγως του μοντέλου το που έχει επιλεχθεί και εγκατασταθεί και των ρυθμίσεων που έχουν γίνει στη σόμπα, καλύπτονται και οι ανάλογες δομημένες επιφάνειες. Σόμπες pellet νερού ή καλοριφέρ: Μια σόμπα pellet ουσιαστικά έχει παρόμοια λειτουργία με αυτήν του λέβητα, με τη διαφορά ότι η εγκατάστασή της δεν απαιτεί κάποιον ξεχωριστό χώρο αλλά μπορεί

20 ΕΜΘΠΜ 19 να εγκατασταθεί σε οποιοδήποτε σημείο της κατοικίας εφόσον υπάρχει παροχή ρεύματος και σημείο όπου μπορεί να ανοιχτεί η κατάλληλη οπή για την απαγωγή των καυσαερίων. Οι σόμπες pellet νερού δε θερμαίνουν το χώρο με άμεση συναγωγή θερμού αέρα αλλά συνδέονται με την κεντρική θέρμανση της κατοικίας και μέσω της καύσης pellet ζεσταίνουν το νερό το οποίο στη συνέχεια με τη βοήθεια του κυκλοφορητή διοχετεύεται στα θερμαντικά σώματα του σπιτιού. Ο καπνός διαχειρίζεται από σύστημα αυτομάτου ελέγχου, που επιβλέπει όλη τη λειτουργία της σόμπας, με στόχο την κατανάλωση με τη μέγιστη απόδοση. Συνοψίζοντας, μία σόμπα καλοριφέρ έχει τη δυνατότητα να θερμαίνει το σύνολο της κατοικίας, παράγει ζεστό νερό για κάθε χρήση όπως η κλασική διάταξη μπόιλερ, και τροφοδοτεί το ήδη εγκατεστημένο δίκτυο θέρμανσης με χρήση των ίδιων σωληνώσεων και θερμαντικών σωμάτων. 2.3 Νομικό πλαίσιο Το νομικό πλαίσιο που διέπει την επιλογή καυσίμου σε εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων άλλαξε σχετικά πρόσφατα, με την υπουργική απόφαση για τη «Ρύθμιση θεμάτων σχετικών με τη λειτουργία των σταθερών εστιών καύσης για τη θέρμανση κτιρίων και νερού», που δημοσιεύτηκε στο ΦΕΚ 2654/Β/ Η απόφαση αυτή, λήφθηκε με στόχο να άρει την έως τότε ισχύουσα απαγόρευση καύσης βιομάζας στα δύο μεγάλα αστικά κέντρα της Ελλάδας, την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη, που ίσχυε από το 1993 και είχε θεωρηθεί αναχρονιστική. Με την τεχνολογική εξέλιξη στο χώρο των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, τα συστήματα καύσης βιομάζας για θέρμανση αποτελούν μια οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική επιλογή για τον πολίτη. Η νομοθετική αυτή πρωτοβουλία ανήκει σε ένα ευρύτερο σύνολο νομοθετικών παρεμβάσεων στο χώρο των καυσίμων, όπως η απελευθέρωση της χρήσης Diesel κίνησης στα ίδια αστικά κέντρα, τα οποία αποτελούσαν πανευρωπαϊκή εξαίρεση στον εν λόγω τομέα. Η βασική στόχευση του νόμου ήταν να αλλάξουν τα δεδομένα στον ενεργοβόρο κτιριακό τομέα, που ευθύνεται για το 40% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στη χώρα μας. Επιπλέον, τέθηκε ως προϋπόθεση για την επίτευξη των στόχων για την ανάπτυξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, αλλά και να γίνει εφικτός ο εθνικός στόχος που τέθηκε για κτίρια μηδενικών εκπομπών CO 2 έως το Διεθνείς οικολογικές οργανώσεις, όπως η Greenpeace, επικρότησαν την απόφαση του τότε Υπουργού Περιβάλλοντος, Ενέργειας Κλιματικής Αλλαγής να άρει την απαγόρευση της χρήσης κεντρικών καυστήρων βιομάζας σε Αθήνα και Θεσσαλονίκη, κατά το πάγιο αίτημα πολλών εξ αυτών, προσβλέποντας στην απεξάρτηση από το πλέον ακριβό πετρέλαιο για τη θέρμανση των κτιρίων. Η Greenpeace ειδικότερα, κάλεσε την τότε κυβέρνηση να μην περιοριστεί στην άρση της απαγόρευσης, αλλά ταυτόχρονα να δώσει τα κατάλληλα οικονομικά κίνητρα στους πολίτες, προκειμένου να στραφούν στις Ανανεώσιμες Πηγές για οικιακή θέρμανση, όπως η βιομάζα, τα γεωθερμικά και τα ηλιοθερμικά συστήματα. Η οργάνωση κατέθεσε στο Υπουργείο Π.Ε.Κ.Α. πρόταση

21 ΕΜΘΠΜ 20 για ένα συγκεκριμένο φορολογικό καθεστώς, που θα ενθαρρύνει την αγορά οικολογικών συστημάτων θέρμανσης, ενώ ταυτόχρονα θα αυξάνει τα έσοδα του κράτους. Ωστόσο, η μεταρρύθμιση του εν λόγω νομοθετικού πλαισίου δεν απέδωσε τα αναμενόμενα οφέλη, καθώς οι πολίτες κατά πλειοψηφία αξιοποίησαν την άρση της απαγόρευσης καύσης βιομάζας αποκλειστικά για την ελεύθερη πλέον χρήση παραδοσιακών τζακιών και την καύση καυσόξυλων για θέρμανση. Σημαντικό ρόλο έπαιξε και το ευρύτερο οικονομικό περιβάλλον που γενικότερα έχει καταστήσει έως σήμερα τη στροφή προς τις Α.Π.Ε., δύσκολη για πολλούς. Η Οδηγία 89/106/Ε.Ο.Κ. για την προσέγγιση των νομοθετικών, κανονιστικών και διοικητικών διατάξεων των κρατών μελών της Ευρωπαϊκής Ένωσης, όσον αφορά τα προϊόντα του τομέα των δομικών κατασκευών, ορίζει τις βασικές απαιτήσεις που πρέπει να πληρούν αυτά τα προϊόντα. Αυτές είναι (i) η μηχανική αντοχή και ευστάθεια, (ii) πυρασφάλεια, (iii) υγιεινή, υγεία και περιβάλλον, (iv) ασφάλεια χρήσης, (v) προστασία κατά του θορύβου, (vi) εξοικονόμηση ενέργειας και συγκράτηση θερμότητας. Στα πλαίσια εφαρμογής της Οδηγίας 89/106/Ε.Ο.Κ., που συμπεριλαμβάνεται στην Ελληνική Νομοθεσία με το Π.Δ. 334/94 και αφορά στα προϊόντα του τομέα των δομικών κατασκευών, έχουν θεσμοθετηθεί πρότυπα για την κατασκευή διαφόρων τύπων συστημάτων θέρμανσης, όπου ορίζονται οι απαιτήσεις και οι μέθοδοι δοκιμής. Πιο συγκεκριμένα, τα πρότυπα που έχουν θεσμοθετηθεί είναι τα εξής: Το πρότυπο ΕΝ που αφορά στους οικιακούς ανεξάρτητους λέβητες που λειτουργούν με στερεά καύσιμα-ονομαστική θερμική ισχύς έως 50kW. Το πρότυπο EN που αφορά στις εντιθέμενες συσκευές, περιλαμβανομένων ανοικτών εστιών που καίνε στερεά καύσιμα. Το πρότυπο ΕΝ που αφορά σε θερμαντήρες χώρου που λειτουργούν με στερεά καύσιμα. Το πρότυπο ΕΝ που αφορά σε θερμαντήρες οικιακών χώρων που λειτουργούν με συσσωματώματα ξύλου. Το πρότυπο ΕΝ που αφορά σε οικιακές συσκευές θέρμανσης με καύση στερεών καυσίμων για χαμηλή απελευθέρωση θερμότητας. Η Κ.Υ.Α 6690/2012 -Φ.Ε.Κ. 1914/Β/ , σε εφαρμογή των διατάξεων του Π.Δ. 334/94, ορίζει ότι τα προϊόντα τα οποία διακινούνται ή διατίθενται για χρήση στις δομικές κατασκευές εντός της Ελληνικής επικράτειας οφείλουν να συμμορφώνονται με τα αντίστοιχα για κάθε προϊόν εναρμονισμένα ευρωπαϊκά πρότυπα, όπως αυτά τροποποιούνται και ισχύουν κάθε φορά, τα οποία έχουν μεταφερθεί στο Ελληνικό Σύστημα Τυποποίησης ΕΛ.Ο.Τ. ΕΝ 13229, ΕΛ.Ο.Τ. ΕΝ και ΕΛ.Ο.Τ. ΕΝ Σε οποιονδήποτε οικονομικό φορέα, ο οποίος με την ιδιότητα του παραγωγού, του εξουσιοδοτημένου αντιπροσώπου, του εισαγωγέα ή του διανομέα, διαθέτει ή διακινεί στην ελληνική αγορά τα προαναφερθέντα προϊόντα που αναφέρονται στην Υ.Α. κατά παράβαση των διατάξεων της ή εμποδίζει τον έλεγχο αυτών από τις αρμόδιες αρχές, επιβάλλονται οι προβλεπόμενες

22 ΕΜΘΠΜ 21 από το Π.Δ. 334/1994 κυρώσεις, όπως περιορισμός ή απαγόρευση διάθεσης του προϊόντος στην αγορά και χρηματικό πρόστιμο, ποινές που υπάγονται στην αρμοδιότητα του Υ.Π.Ε.Κ.Α. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στην καύσιμη ύλη. Πρέπει να χρησιμοποιούνται ξύλα με υψηλή θερμογόνο δύναμη και χαμηλό ποσοστό υγρασίας, που δεν πρέπει να υπερβαίνει το 10% -15%. Χρησιμοποιούνται και τα συσσωματώματα ξύλου (pellets). Για την οικιακή θέρμανση σε ιδιωτικά νοικοκυριά, συνιστάται η χρήση μόνο πιστοποιημένων κατά ΕΝplus pellets ξύλου κατηγορίας Α1. Pellet κατηγορίας Α2 χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές λεβήτων αυξημένης ισχύος, άνω των 100kW και διαφέρουν από την κατηγορίας Α1 ως προς την περιεκτικότητα σε τέφρα και την συμπεριφορά τήξης της τέφρας. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται συνοπτικά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των διάφορων κατηγοριών pellet ξύλου σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN , που τέθηκε σε εφαρμογή το Αναμένεται και η έκδοση του ΕΝ που αφορά στα χαρακτηριστικά των pellets από διαφορετικές πρώτες ύλες πλην του ξύλου για μη βιομηχανική χρήση. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2: Πρότυπο ΕΝ Αντίστοιχα, υπάρχουν πρότυπα για την κατασκευή καπνοδόχων όπως π.χ. ΕΝ 13063, και ΕΝ Αρκετές Ευρωπαϊκές χώρες, έχουν θεσπίσει νόμους και κανονισμούς σε εθνικό επίπεδο για να περιορίσουν τα επίπεδα αέριας ρύπανσης. Πιο συγκεκριμένα, στη Γερμανία, από το Μάρτιο του 2010, ισχύουν νέες περιβαλλοντικές διατάξεις που αφορούν στις εκπομπές ρύπων από συστήματα θέρμανσης. Με αυτές τις διατάξεις καθορίζονται οι απαιτήσεις και οι προϋποθέσεις υπό τις οποίες

23 ΕΜΘΠΜ 22 λειτουργούν συστήματα θέρμανσης από 4kW και άνω με καύσιμο το αέριο, το πετρέλαιο και το ξύλο. Ορίζονται οι προδιαγραφές των καυσίμων που είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν, καθώς και η χρήση ειδικών φίλτρων σε υφιστάμενα συστήματα. Επιπρόσθετα, το Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Πολιτικών Μηχανικών των ΗΠΑ, πιστοποιεί σόμπες που καίνε ξύλο και pellets που είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν. Στη Δανία από το 2008 με νομοθετικό διάταγμα ορίζονται κανόνες για την πιστοποίηση, τη μεταφορά και τη σύνδεση συσκευών για την παραγωγή ενέργειας με τη χρήση στερεών καυσίμων (ξύλο, άνθρακα, βιομάζα). Πιο συγκεκριμένα, οι συσκευές απαγορεύεται να πωλούνται εάν δε συνοδεύονται από το απαραίτητο πιστοποιητικό. 2.4 Χρήση ορυκτών καυσίμων Γενικά Τα ορυκτά καύσιμα είναι καύσιμα προερχόμενα από φυσικές πηγές όπως αναερόβια αποσύνθεση νεκρών, θαμμένων οργανισμών. Η ηλικία των νεκρών οργανισμών που με την εναπόθεσή τους σχηματίζουν τα ορυκτά καύσιμα κυμαίνεται από μερικά εκατομμύρια μέχρι 650 εκατομμύρια χρόνια. Στα ορυκτά καύσιμα ανήκουν το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και οι γαιάνθρακες (κάρβουνο). Τα υλικά των ορυκτών καυσίμων μπορεί να είναι ελαφρά αέρια όπως το μεθάνιο ή σκληρά στερεά σώματα όπως ο ανθρακίτης. Αυτά σχηματίζονται από αποθέσεις νεκρών θαλάσσιων οργανισμών, ζώων ή φυτών της ξηράς ] τα οποία εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις στο εσωτερικό της γης για εκατομμύρια χρόνια. Την διαδικασία αυτή περιγράφει η βιογενετική θεωρία που διατυπώθηκε από τον Ζεόρζ Ακρικόλα το 1556 και αργότερα από τον Μικαΐλ Λομονόσοφ το 18ο αιώνα. Εκτιμάται πως η κατανάλωση ορυκτών καυσίμων το 2007 ήταν 36% πετρέλαιο, 27,4% κάρβουνο και 23% φυσικό αέριο και καλύπτουν το 86% των ενεργειακών αναγκών παγκοσμίως. Από τις υπόλοιπες πηγές ενέργειας το 6,3% προέρχεται από την υδροηλεκτρική το 8,5% από την πυρηνική και το υπόλοιπο 0,9% από τις υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές (γεωθερμική, ηλιακή, αιολική, ενέργεια από την παλίρροια ή τα κύματα και ενέργεια από τα απορρίμματα). Τα ορυκτά καύσιμα δεν είναι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας γιατί χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστούν και έτσι εξαντλούνται με πολύ ταχύτερο ρυθμό από τον ρυθμό με τον οποίο σχηματίζονται. Η κατανάλωσή τους ενισχύει το περιβαλλοντικό πρόβλημα. Για να περιοριστεί η κατανάλωσή τους τα τελευταία χρόνια αναπτύσσονται όλο και περισσότερο οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Η καύση των ορυκτών καυσίμων παράγει κάθε χρόνο 21,3 εκατομμύρια τόνους διοξείδιο του άνθρακα. Από αυτή την ποσότητα η μισή απορροφάται από την βιόσφαιρα της γης και η υπόλοιπη παραμένει στον ατμοσφαιρικό αέρα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το κύριο αέριο που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

24 ΕΜΘΠΜ Πετρέλαιο Το πετρέλαιο (από το ελληνικό πέτρα και έλαιο, "λάδι της πέτρας" / λατινικά petroleum), που μερικές φορές στην καθημερινή γλώσσα αποκαλείται και μαύρος χρυσός ή τσάι του Τέξας, είναι παχύρρευστο, μαύρο ή βαθύ καφετί ή πρασινωπό υγρό πέτρωμα, που αποτελεί και την πιο διαδεδομένη έως σήμερα φυσική πηγή ενέργειας. Το πετρέλαιο είναι υγρό πέτρωμα, μίγμα υδρογονανθράκων και άλλων οργανικών ενώσεων. Οι υδρογονάνθρακες αυτοί περιλαμβάνουν μεθάνιο (CH 4 ), αιθάνιο (C 2 H 6 ), προπάνιο (C 3 H 8 ), φτάνοντας μέχρι και πολύ μεγάλα μόρια, με ή χωρίς αρωματικούς πυρήνες. Στα διυλιστήρια γίνεται κλασματική απόσταξη και λαμβάνονται διαδοχικά κλάσματα πετρελαίου, όπως το υγραέριο, που είναι μίγμα προπανίου και βουτανίου, ελαφρά ή βαριά βενζίνη, diesel κίνησης ή θέρμανσης, μαζούτ, λιπαντικά έλαια, παραφίνες και άλλα. Το ορυκτό πετρέλαιο, ή "αργό πετρέλαιο" όπως λέγεται, μπορεί να ποικίλει στην εμφάνιση, τη σύνθεση, και την καθαρότητα. Λαμβάνοντας υπόψη τη σύνθεση των πετρελαίων, αυτά κατατάσσονται σε τρεις βασικές κατηγορίες: 1. Παραφινικά πετρέλαια. Αυτά περιέχουν στερεή παραφίνη και κατά την απόσταξη δίνουν σημαντική αναλογία ελαφρών κλασμάτων που αποτελούνται αποκλειστικά από κεκορεσμένους υδρογονάνθρακες της αλειφατικής σειράς. Και τα μεν πρώτα της σειράς αυτής μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο και βουτάνιο παρατηρούνται και στα αέρια που συνοδεύουν το πετρέλαιο στην εξόρυξή του. 2. Ασφαλτικά πετρέλαια. Αυτά δίνουν περισσότερο βαρέα κλάσματα όπως μαζούτ και ορυκτέλαια. Τα ελαφρά κλάσματα των πετρελαίων αυτών αποτελούνται κυρίως από κεκορεσμένους κυκλικούς υδρογονάνθρακες (ναφθένια) της πολυμεθυλενικής σειράς, και 3. Ασφαλτοπαραφινικά πετρέλαια. Αυτά αποτελούν μίξη των παραπάνω κατηγοριών όπου η μία σειρά δεν υπερτερεί της άλλης. Χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή καυσίμων για μηχανές εσωτερικής καύσης και για το λόγο αυτό είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας. Είναι, επίσης, η πρώτη ύλη για πολλά χημικά προϊόντα, συμπεριλαμβανομένων των διαλυτών, των λιπασμάτων, των φυτοφαρμάκων, καθώς και στα συνθετικά προϊόντα όπως των πλαστικών και των απορρυπαντικών ακόμη και ορισμένων εκρηκτικών υλών. Τα προϊόντα που προέρχονται από το πετρέλαιο λέγονται πετροχημικά (petrochemicals) και ο κλάδος της Χημείας που ασχολείται με την ανάπτυξή τους Πετροχημεία. Το πετρέλαιο, ανάλογα με την προέλευσή του, περιέχει ορισμένες ποσότητες θείου (S), το οποίο εάν παραμείνει στα κλάσματα, μετατρέπεται κατά την καύση σε διοξείδιο του θείου (SO 2 ) και ρυπαίνει την ατμόσφαιρα μέσω της όξινης βροχής, που περιέχει θειικό οξύ (H 2 SO 4 ). Οι σύγχρονες τεχνολογίες διύλισης δίνουν τη δυνατότητα απομάκρυνσης του θείου από τα κλάσματα του αργού πετρελαίου σε μονάδες Hydrocracking (Β. Σελλούντος- Θέρμανση Κλιματισμός) όπου με παρουσία καταλύτη και

25 ΕΜΘΠΜ 24 υδρογόνου σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, το θείο μετατρέπεται σε υδρόθειο H 2 S, απομακρύνεται και έπειτα οξειδώνεται με O 2 για να δώσει καθαρό S Φυσικό αέριο Το φυσικό αέριο (ΦΑ) είναι άχρωμο και άοσμο. Η χαρακτηριστική του οσμή δίνεται τεχνικά ώστε να γίνεται αντιληπτό σε τυχόν διαρροές. Ανήκει στη δεύτερη οικογένεια των αέριων καυσίμων. Είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και έχει ειδικό βάρος ίσο με 0,59. Η καύση του φυσικού αερίου, σε σχέση με αυτή άλλων καυσίμων όπως ο γαιάνθρακας ή το λάδι, έχει λιγότερο επιβλαβείς συνέπειες για το περιβάλλον. Παράγει, για παράδειγμα, μικρότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα για κάθε μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Βασικό συστατικό του ΦΑ είναι το μεθάνιο, συνυπάρχουν όμως σε αυτό και σημαντικές ποσότητες αιθανίου, προπανίου και βουτανίου καθώς και διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, ήλιο και υδρόθειο. Το ΦΑ που είναι απαλλαγμένο από υδρογονάνθρακες πέραν του μεθανίου "καθαρό μεθάνιο" συχνά αποκαλείται και ξηρό φυσικό αέριο. Αντίστοιχα, το φυσικό αέριο που συμπεριλαμβάνει και άλλους υδρογονάνθρακες εκτός από το μεθάνιο, αποκαλείται και υγρό φυσικό αέριο. Το ΦΑ είναι άχρωμο και άοσμο, ενώ η χαρακτηριστική του οσμή δίνεται τεχνικά, ώστε να γίνεται αντιληπτό σε περίπτωση διαρροής. Ανήκει στη δεύτερη οικογένεια των αέριων καυσίμων και είναι ελαφρύτερο από τον αέρα με ειδικό βάρος 0,59 το οποίο αποτελεί και μεγάλο πλεονέκτημα του έναντι του υγραερίου LPG. Η καύση του σε σχέση με αυτή άλλων καυσίμων έχει λιγότερο επιβλαβείς συνέπειες για το περιβάλλον παράγοντας μικρότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα για κάθε μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Αποτελεί την καθαρότερη πηγή πρωτογενούς ενέργειας μετά τις ανανεώσιμες μορφές. Τα μεγέθη των εκπεμπόμενων ρύπων είναι σαφώς μικρότερα σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, ενώ η βελτίωση του βαθμού απόδοσης μειώνει τη συνολική κατανάλωση καυσίμου περιορίζοντας την ατμοσφαιρική ρύπανση ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3: Χημική σύσταση του Φυσικού Αερίου (ΔΕΠΑ) Συστατικά % κατά όγκο σύσταση Μεθάνιο (CH 4 ) Αιθάνιο (C 2 H 6 ) 5-15 Προπάνιο (C 3 H 8 ) και Βουτάνιο (C 4 H 10 ) < 5 CO 2, N 2, H 2 S, κτλ. μικρότερες ποσότητες

26 ΕΜΘΠΜ 25 Το φυσικό αέριο που είναι απαλλαγμένο από τους υδρογονάνθρακες πέραν του μεθανίου, δηλαδή το καθαρό μεθάνιο, συχνά αποκαλείται και ξηρό φυσικό αέριο. Αντίστοιχα, το φυσικό αέριο που συμπεριλαμβάνει και άλλους υδρογονάνθρακες εκτός από το μεθάνιο, αποκαλείται και υγρό φυσικό αέριο. Τα χαρακτηριστικά του το κάνουν συμβατό με τους υφιστάμενους εναλλακτικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης (δείκτης οκτανίου υψηλότερος του 110, θερμιδική δύναμη 10% μεγαλύτερη του πετρελαίου). Το φυσικό αέριο είναι η καθαρότερη πηγή πρωτογενούς ενέργειας, μετά τις ανανεώσιμες μορφές. Τα μεγέθη των εκπεμπόμενων ρύπων είναι σαφώς μικρότερα σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, ενώ η βελτίωση του βαθμού απόδοσης μειώνει τη συνολική κατανάλωση καυσίμου και συνεπώς περιορίζει την ατμοσφαιρική ρύπανση Γαιάνθρακες Γαιάνθρακας ή γαιάνθραξ χαρακτηρίζεται κυρίως ο άνθρακας που εξορύσσεται από τη Γη, ο ορυκτός άνθρακας, σε αντιδιαστολή των άλλων ανθράκων όπως του ξυλάνθρακα, οπτάνθρακα (κωκ) αιθάλης κ.ά. που λαμβάνονται κατόπιν ειδικής κατεργασίας των ξύλων, πετρελαίων, γαιανθράκων ή άλλων ανθρακούχων υλών. Οι ορυκτοί άνθρακες εξορύσσονται στα ανθρακωρυχεία. Γενικά, τους ορυκτούς άνθρακες τους διακρίνουμε σε εκείνους που δεν χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη, όπως γραφίτης, διαμάντι και σε εκείνους που χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη και στην παραγωγή χημικών ενώσεων. Στους τελευταίους ανήκουν ο ανθρακίτης και γενικά οι λιθάνθρακες, οι φαιάνθρακες (επιμέρους κατηγορία των οποίων είναι ο λιγνίτης) και η τύρφη. Οι μεταξύ τους διαφορές οφείλονται όχι μόνο στην περιεκτικότητα του άνθρακα, του υδρογόνου και του οξυγόνου, αλλά και στην εξωτερική μορφή υπό την οποία απαντώνται. Ειδικότερα η τύρφη χρησιμοποιείται και για τον εμπλουτισμό καλλιεργήσιμων εδαφών. Όλοι οι γαιάνθρακες περιέχουν τέφρα, (ανόργανα συστατικά) σε ποικίλλουσα ποσότητα, καθώς και ίχνη νερού (υγρασία). Ακόμα περιέχουν φωσφορικό οξύ σε μηδαμινές ποσότητες, θείο ενωμένο με σίδηρο και, εν μέρει, οργανικό, το οποίο και είναι το περισσότερο ανεπιθύμητο συστατικό τους. Η περιεκτικότητα θείου στους γαιάνθρακες υποβιβάζει τη ποιότητά τους. Σ αυτό οφείλεται και κατά μέγα μέρος η μειονεκτικότητα των φαιανθράκων (που περιέχουν σημαντικές ποσότητες θείου), έναντι των λιθανθράκων. Τέλος, οι γαιάνθρακες αποτελούνται από μίγματα υπερσυμπυκνωμένων ενώσεων άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου. Ο γραφίτης και το διαμάντι είναι σχεδόν τελείως καθαροί άνθρακες (άνω του 99%). Οι ως καύσιμη ύλη χρησιμοποιούμενοι γαιάνθρακες διαιρούνται ανάλογα εκ της περιεκτικότητας σε άνθρακα σε: ανθρακίτη, λιθάνθρακες, φαιάνθρακες (λιγνίτες) και τύρφη. Από πετρολογικής άποψης, το διαμάντι είναι ορυκτό που ανευρίσκεται σε Πυριγενή πετρώματα, ο γραφίτης είναι ορυκτό μεταμορφωσιγενούς προέλευσης, ενώ οι υπόλοιποι ορυκτοί άνθρακες είναι ιζηματογενή πετρώματα. Οι γαιάνθρακες τις τελευταίες δεκαετίες δεν αποτελούν καύσιμο με εφαρμογή σε εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων, ωστόσο η ανωτέρω περιγραφή τους γίνεται για λόγους επιστημονικής πληρότητας της αναφοράς στα είδη ορυκτών καυσίμων.

27 ΕΜΘΠΜ Χρήση ξυλείας- βιομάζας Γενικά Ως βιομάζα θεωρούνται τα προϊόντα, τα παραπροϊόντα και τα κατάλοιπα της γεωργικής, δασικής και ζωικής παραγωγής, τα παραπροϊόντα, από τη βιομηχανική επεξεργασία των παραπάνω προϊόντων, τα αστικά λύματα και σκουπίδια και οι οργανικές ύλες από φυσικά οικοσυστήματα π.χ. αυτοφυή φυτά, δάση, τεχνητές φυτείες αγροτικού ή δασικού τύπου. Η βιομάζα ως μέλος της οικογένειας των Α.Π.Ε και μέρος της λύσης του ενεργειακού προβλήματος, μπορεί να διαδραματίσει ένα σημαντικό και διατηρήσιμο ρόλο καθώς αποτελεί μια σημαντική, ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατό να συμβάλλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο). Η χρήση της βιομάζας για ενέργεια σήμερα υπολογίζεται στο 14% περίπου της παγκόσμιας πρωτογενούς ενέργειας, με το μεγαλύτερο ποσοστό να χρησιμοποιείται στις αναπτυσσόμενες χώρες όπου η βιομάζα καλύπτει μέχρι το 1/3 των ενεργειακών αναγκών των κατοίκων. Στη χώρα μας, μόλις το 3% περίπου των ενεργειακών αναγκών καλύπτεται με τη χρήση της διαθέσιμης βιομάζας (ΚΑΠΕ). Από πρόσφατη απογραφή, έχει εκτιμηθεί ότι το σύνολο της άμεσα διαθέσιμης βιομάζας στην Ελλάδα συνίσταται από περίπου τόνους υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών (σιτηρών, αραβόσιτου, βαμβακιού, καπνού, ηλίανθου, κλαδοδεμάτων, κληματίδων, πυρηνόξυλου κ.ά.), καθώς και από τόνους δασικών υπολειμμάτων υλοτομίας (Κίττας, Γέμτος, Φουντάς, & Μπαρτζάνας, 2007). Τα ανανεώσιμα αποθέματα βιομάζας, ως προς πηγές από τις οποίες προέρχονται, διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες (Demirbas, 2001) Ξύλο και απόβλητα ξυλείας 64 % Αστικά απόβλητα 24 % Αγροτικά/ζωικά απόβλητα 5 % Αέρια ΧΥΤΑ 5 % Ο φυσικός ενεργειακός κύκλος της βιομάζας βασίζεται στην αειφόρο χρήση των φυσικών ενεργειακών ροών, μιμείται τους οικολογικούς κύκλους της Γης και ελαχιστοποιεί την εκπομπή ρύπων στον αέρα, τους ποταμούς και τους ωκεανούς. Το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα για την δημιουργία της προσλαμβάνεται από την ατμόσφαιρα και αργότερα επιστρέφει σε αυτήν. Οι θρεπτικές ουσίες για την δημιουργία της λαμβάνονται από το έδαφος και στη συνέχεια επιστρέφουν σε αυτό. Τα υπολείμματα ενός σταδίου του κύκλου συνιστούν τις εισροές του επόμενου σταδίου. Τα δάση αποτελούν πηγή ενέργειας με τη μετατροπή της δασικής βιομάζας σε συμβατικά στερεά, υγρά και αέρια καύσιμα. Σήμερα, τα δάση συμβάλλουν στο 14% της παγκόσμιας τροφοδοσίας ενέργειας και έχουν την ικανότητα να φτάσουν και μέχρι το 50% των απαιτήσεων σε ενέργεια παγκοσμίως κατά τη διάρκεια αυτού του αιώνα (Hall, 2002). Περίπου το 55% της ποσότητας ξυλείας που χρησιμοποιείται παγκοσμίως (ΚΑΠΕ) (η οποία αγγίζει τα 4 δις m 3 ), χρησιμοποιείται σαν ξυλεία ή κάρβουνο για τις καθημερινές ανάγκες σε ενέργεια όσον αφορά στη θέρμανση και το μαγείρεμα σε

28 ΕΜΘΠΜ 27 αναπτυσσόμενες χώρες. Στη χώρα μας, μέχρι τη δεκαετία του 1950, το 15% της ενέργειας προερχόταν από το δάσος (Κομπελίτου & Κοσκινά, 2004), υπό μορφή καυσόξυλων και ξυλανθράκων. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1960 όμως, τα ελληνικά νοικοκυριά στράφηκαν σε άλλες πηγές ενέργειας και έτσι η κατανάλωση δασικής βιομάζας, για ενεργειακούς σκοπούς, συνεχώς μειώνεται. Τα περισσότερα καύσιμα που προέρχονται από την εκμετάλλευση της ξυλείας προέρχονται από δέντρα που μεγαλώνουν φυσικά σε δάση. Μια μικρή εξαίρεση αποτελεί η δασοπονία βραχείας επανάληψης, στην οποία καλλιεργούνται είδη βραχείας ανάπτυξης με μικρές επαναλήψεις σε πρώην γεωργική γη με μόνο στόχο τη χρησιμοποίησή τους σαν καύσιμο για την παραγωγή ενέργειας. Στην εικόνα 2 παρουσιάζεται ο διαχωρισμός αυτός της ξυλείας και αναφέρονται και τα είδη αυτής (Röser, Asikainen, Stupak, & Pasanen, 2008). Έτσι βλέπουμε ότι η δασική βιομάζα μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες, πρωτογενή, δευτερογενή και τριτογενή υπολείμματα υλοτομίας (Berndes, 2001). Οι βασικές πηγές πρωτογενών υπολειμμάτων οφείλονται στη συνήθη υλοτομική διαδικασία. Στα δευτερογενή υπολείμματα έχουμε τα βιομηχανικά υπολείμματα τα οποία περιλαμβάνουν φλοιούς δέντρων, πριονίδια, ροκανίδια, μικρά κομμάτι ξύλου και μαύρου ρευστού (Ranta, 2003). Τέλος, τα τριτογενή υπολείμματα αποτελούνται από παραπροϊόντα κατεδαφίσεων, κατασκευών και διαδικασιών συσκευασίας. Ανεξάρτητα από την πηγή από την οποία προέρχεται, η δασική βιομάζα που χρησιμοποιείται για ενεργειακούς σκοπούς, εμφανίζεται σε τρεις μορφές Ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας Η βιομάζα που παράγεται κάθε χρόνο στον πλανήτη μας υπολογίζεται ότι ανέρχεται σε 172x10 9 τόνους ξηρού υλικού (Κίττας, Γέμτος, Φουντάς, & Μπαρτζάνας, 2007), με ενεργειακό περιεχόμενο δεκαπλάσιο της ενέργειας που καταναλίσκεται παγκοσμίως στο ίδιο διάστημα. Το τεράστιο αυτό ενεργειακό δυναμικό παραμένει κατά το μεγαλύτερο μέρος του ανεκμετάλλευτο, καθώς, σύμφωνα με πρόσφατες εκτιμήσεις, μόνο το 1/7 της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας καλύπτεται από τη βιομάζα (ΚΑΠΕ) και αφορά κυρίως τις παραδοσιακές χρήσεις της (καυσόξυλα κλπ.). Οι δυνατότητες της βιομάζας για το έτος 2050 για την Ευρωπαϊκή Ένωση των 25 υπολογίζεται να βρίσκεται περίπου σε kt/έτος (Κομπελίτου & Κοσκινά, 2004). Η ολική εγκατεστημένη ισχύς από βιομάζα ήταν 17 GW το 2005 στην Ευρωπαϊκή Ένωση των 27 (EurObserv'Er, 2008). Στην Ελλάδα, το ξύλο με 39,488 ΤJ συνεισφορά στο ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας, αποτελεί την πιο «ισχυρή» μορφή βιομάζας (ΚΑΠΕ). Οι κυριότερες εφαρμογές παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα είναι η θέρμανση θερμοκηπίων και κτηνοτροφικών μονάδων, η ξήρανση γεωργικών προϊόντων, η κάλυψη αναγκών θερμότητας, ψύξης και ηλεκτρισμού σε γεωργικές ή άλλες βιομηχανίες, που βρίσκονται κοντά σε πηγές παραγωγής βιομάζας, η ηλεκτροπαραγωγή στους τόπους παραγωγής της βιομάζας, η κάλυψη αναγκών τηλεθέρμανσης και τηλεψύξης χωριών και πόλεων που βρίσκονται κοντά σε τόπους παραγωγής βιομάζας. Τα τελευταία χρόνια, οι τεχνολογικές κατευθύνσεις στον τομέα της βιομάζας, έχουν επικεντρωθεί, τόσο σε ευρωπαϊκό, όσο και σε εθνικό επίπεδο, στην ενεργειακή αξιοποίηση κυρίως των φυτικών

29 ΕΜΘΠΜ 28 υπολειμμάτων, όπως το θρυμματισμένο ξύλο, με την ανάπτυξη νέων, βελτιωμένων τεχνολογιών ενεργειακής μετατροπής με υψηλούς βαθμούς απόδοσης. Οι μέθοδοι της ενεργειακής μετατροπής της βιομάζας είναι διάφορες. Διακρίνονται σε θερμοχημικές (ξηρές), σε βιοχημικές (υγρές) και σε χημικές. Οι θερμοχημικές μέθοδοι, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην περίπτωση της δασικής βιομάζας, περιλαμβάνουν αντιδράσεις, που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, για διαφορετικές συνθήκες οξείδωσης Άμεση Καύση Βιομάζας Είναι η κύρια διεργασία για την εκμετάλλευση της βιομάζας. Οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνεται η καύση της βιομάζας κυμαίνονται στους C ενώ η ανάφλεξη της βιομάζας απαιτεί θερμοκρασίες τουλάχιστον 550 C. Η βιομάζα μπορεί να καεί σε μικρής κλίμακας μοντέρνους λέβητες ατμού για σκοπούς θέρμανσης ή σε μεγαλύτερους λέβητες για την παραγωγή ηλεκτρισμού ή συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP). Το μεγαλύτερο ποσοστό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στο κύκλο Rankine (στρόβιλος ατμού). Η ενέργεια που απελευθερώνεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση ή ηλεκτρισμό, για μαγείρεμα, για θέρμανση χώρων και στην βιομηχανία. Η θερμική ενέργεια που αποδίδει η βιομάζα κατά τη καύση της εξαρτάται από τη θερμογόνο δύναμη της που είναι συνάρτηση της περιεκτικότητας της σε άνθρακα. Οι πιο σημαντικές τεχνολογίες ενεργειακής μετατροπής της βιομάζας με απ' ευθείας καύση, είναι αυτή τη στιγμή η καύση σε εσχάρα και η καύση σε ρευστοποιημένη κλίνη. Στον ακόλουθο πίνακα αναφερόμαστε στα συνήθη χαρακτηριστικά μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας από καύση ανάλογα με τη χρήση στην οποία αποσκοπούμε βλέποντας επίσης και τις αποδόσεις αυτών Αεριοποίηση Βιομάζας Η αεριοποίηση είναι μία διεργασία μερικής οξείδωσης, κατά την οποία, μία στερεά, αέρια η υγρή πρώτη ύλη αντιδρά με οξυγόνο ή και ατμό και μετατρέπεται σε αέριο σύνθεσης, το οποίο αποτελείται κυρίως από υδρογόνο, μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα. Ανάλογα με το είδος του αεριοποιητή και των συνθηκών αντίδρασης, είναι δυνατόν να παραχθούν αέρια καύσιμα χαμηλής, μέσης ή υψηλής θερμογόνου δύναμης. Επειδή η αεριοποίηση της βιομάζας είναι η πλέον σύγχρονη μέθοδος παραγωγής ενέργειας από βιομάζα, έχουν σχεδιαστεί σταθμοί ισχύος μέχρι 50 MW. Τα συστήματα όμως που βασίζονται στην αεριοποίηση της βιομάζας και την καύση του παράγωγου καυσίμου ίσως παρουσιάσουν πλεονεκτήματα συγκρινόμενα με τη απευθείας καύση της, όσον αφορά τις οικονομίες κλίμακας και καθαρής και επαρκούς λειτουργίας Πυρόλυση Βιομάζας Ως πυρόλυση αναφέρεται η θερμική αποικοδόμηση των ανθρακούχων ενώσεων σε θερμοκρασίες μεταξύ o C, είτε με πλήρη απουσία οξυγόνου, είτε με μερική παρουσία του, τόση ώστε η αεριοποίηση να μην είναι σημαντική. Η διεργασία είναι πολύ αργή και με μικρό βαθμό απόδοσης. Τα προϊόντα της πυρόλυσης μπορεί να είναι αέρια (πυρολυτικά αέρια), υγρά (πυρολυτικά υγρά) ή στερεά (ξυλάνθρακας), οι δε σχετικές αναλογίες κάθε προϊόντος εξαρτώνται από τη μέθοδο της πυρόλυσης

30 ΕΜΘΠΜ 29 και τις παραμέτρους αντίδρασης (θερμοκρασία, χρόνο παραμονής αερίων και ταχύτητα ψύξης τους). Η θερμαντική αξία του αερίου που παράγεται κατά την πυρόλυση της βιομάζας κυμαίνεται στα Kcal/kg (Βουρδούμπας, 2002) Καυσόξυλα Τα καυσόξυλα είναι τεμάχια συμπαγούς ξύλου και ποικίλου μήκους ανάλογα με τον τύπο εγκατάστασης θέρμανσης για τον οποίο προορίζονται. Τα καυσόξυλα που προορίζονται για καύση σε σόμπες είναι κατεργασμένα σε μικρότερα τεμάχια, σε αντίθεση με όσα προορίζονται για τζάκια, τα οποία συνήθως διατίθενται σε μεγαλύτερα κομμάτια. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι είναι υλικό διαθέσιμο παντού, ενώ μειονέκτημά τους αποτελεί το γεγονός ότι απαιτείται χειρωνακτική φόρτωσή τους και υπάρχει δυσκολία αποθήκευσής τους. Η απόδοση καύσης τους δεν ξεπερνά το 75 %. το ποσοστό ανακτώμενης ενέργειας από τη χρήση καυσόξυλων είναι της τάξης των 3kW- 70kW. Τα ξύλα κωνοφόρων δέντρων, όπως πεύκο και έλατο, καίγονται γρήγορα και χρησιμοποιούνται ως προσάναμμα. Η δρυς και η ελιά είναι καλό να προτιμούνται για συνεχή καύση γιατί καίγονται αργά και αποδοτικά. Η οξιά είναι επίσης αργή, δίνει εντονότερη φλόγα, ενώ παράγει λιγότερο καπνό σε σχέση με τα κωνοφόρα. ΕΙΚΟΝΑ 2.4: Καυσόξυλα για τζάκια και σόμπες Μπριγκέτες Οι μπριγκέτες είναι ανακυκλωμένο καύσιμο από αγροτικά κατάλοιπα, καλλιέργειες, και απορριφθείσα βιομάζα. Δημιουργούνται από υψηλή πίεση και δεν περιέχουν επιβλαβείς ουσίες. Ο βαθμός απόδοσής τους προσεγγίζει το 90% και η θερμογόνος δύναμη, μεγαλύτερη του ξύλου, ανέρχεται περίπου στα

31 ΕΜΘΠΜ kwh /kg. Προσεγγιστικά δηλαδή, 1 kg μπριγκέτες αντιστοιχούν σε 1,6 kg καυσόξυλα. Επίσης, οι μπριγκέτες έχουν μικρότερο ποσοστό υγρασίας από τα καυσόξυλα, δεν παράγουν μεγάλη ποσότητα στάχτης και αποθηκεύονται ευκολότερα. ΕΙΚΟΝΑ 2.5: Μπριγκέτες Συσσωματώματα ξύλου (pellet) ΕΙΚΟΝΑ 2.6: Pellets

32 ΕΜΘΠΜ 31 Τα σύμπηκτα ξύλου ή συσσωματώματα βιομάζας είναι μικρά κυλινδρικά τεμάχια συμπιεσμένης βιομάζας διαφόρων μεγεθών, διαμέτρου 5mm- 8mm και μήκους έως 30mm. Προέρχονται από ξερό ξύλο κατόπιν επεξεργασίας, χωρίς μολυντές ή πρόσθετα. Έχουν υγρασία 8-10% και θερμογόνο δύναμη περί τα 17MJ/Kg- 21MJ/kg, ανάλογα με το είδος τις βιομάζας. Η μετατροπή γίνεται με απλή μηχανική επεξεργασία και δεν απαιτείται κανενός είδους χημική ή άλλη επεξεργασία. Τις, η διαχείριση και η χρήση συμπιεσμένης βιομάζας σε μορφή pellet είναι εξαιρετικά εύκολη. Η ανακτώμενη ενέργεια από τη χρήση pellet κυμαίνεται μεταξύ 8kW- 500kW. Η αντιστοιχία με το πετρέλαιο είναι 2/1, δηλαδή 2kg pellets ισοδυναμούν με την καύση 1lt πετρελαίου, τόσο σε ενεργειακό, όσο και σε οικονομικό επίπεδο. Τα pellets αποτελούν το πιο καθαρό καύσιμο ως τις τις εκπομπές CO 2 και αιωρούμενων σωματιδίων PM x. EIKONA 2.7: Διάταξη χοάνης τροφοδοσίας σε καυστήρα pellet EIKONA 2.8: Εσωτερικό καυστήρα pellet

33 ΕΜΘΠΜ 32 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4: Πρότυπο ΕΝ (Vlachocostas et al 2013) Θρύμματα ξύλου- wood chips ΕΙΚΟΝΑ 2.9: Θρύμματα ξύλου Θρύμματα ξύλου, επονομαζόμενα και ως wood chips είναι μηχανικώς επεξεργασμένα κομμάτια ξύλου, με μέγεθος που ποικίλει από 1 έως 100 mm. Προκύπτουν από το τρόχισμα απορριφθέντων δασικών προϊόντων, βιομηχανικών υπό-προϊόντων, καυσόξυλων και ξύλου που ανακτάται από ξύλινα

34 ΕΜΘΠΜ 33 προϊόντα των οποίων η διάρκεια ζωής έχει λήξει. Πλεονέκτημα αποτελεί η εύκολη διάθεση τους και υπάρχουν πολλοί αυτοματισμοί συλλογής, φόρτωσης και αποθήκευσής τους. Σημαντικό μειονέκτημα είναι η ανεπαρκής δυνατότητα σωστού ελέγχου της ποιότητάς τους. Οι βαθμοί απόδοσης που επιτυγχάνονται είναι της τάξης των 30 kw- 200 kw. Τύποι καυσίµων εμπορίου Περιεκτικότητα σε υγρασία Περιεκτικότητα σε τέφρα Μπριγκέτες για κλειστές συσκευές Μπριγκέτες για ανοιχτές εστίες Ακατέργαστο ξύλο < 14 % < 14 % 12% - 25 % 4% - 12 % 3% - 8 % < 1,5 % Πτητικό υλικό 5% - 17 % 10% - 18 % 80% - 88 % Περιεκτικότητα σε υδρογόνο Περιεκτικότητα σε άνθρακα Περιεκτικότητα σε θείο Καθαρή (ελάχιστη) θερµογόνος δύναμη 2% - 4 % 2% - 4 % 4% - 7 % 70% - 90 % 65% - 85 % 35% - 45 % < 1,8 % < 1,8 % < 0,1 % 27000kJ/kg kj/kg 26000kJ/kg kj/kg 17000kJ/kg kj/kg ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Μερικές χώρες έχουν εθνικούς κανονισμούς για τον τύπο κα την ποιότητα των καυσίµων, οι οποίοι πρέπει να ικανοποιούνται σε αυτές. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5: Προδιαγραφές εμπορικών καυσίμων - Πρότυπο ΕΝ13229 (Vlachocostas et al 2013)

35 ΕΜΘΠΜ Εκπομπές ρύπων από τη θέρμανση εσωτερικών χώρων 3.1 Γενικά Σύμφωνα με έρευνα που διεξήχθη σε ευρωπαϊκές πόλεις κατά την περίοδο , περισσότερο από το 50% της ρύπανσης με βλαβερές για την υγεία ενώσεις άνθρακα, κατά τους χειμερινούς μήνες, προέρχεται από την οικιακή καύση βιομάζας σε τζάκια και σόμπες. Σύμφωνα με έρευνα που διεξήχθη στη Σουηδία, η οικιακή καύση ξύλου συνεισφέρει κατά 44%- 57% στις εκπομπές σωματιδίων με διάμετρο 25nm- 606 nm, κατά 36%- 82% στις εκπομπές PM 10, κατά 31%- 83% στις εκπομπές PM 1.0 κατά τη χειμερινή περίοδο. Σημειώνεται ότι η οικιακή καύση ξύλου είναι η κύρια πηγή εκπομπής πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων. Σύμφωνα με την ετήσια Έκθεση Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης στην Ευρώπη (ΕΕΑ Report 4/2012) οι εκπομπές βενζοπυρενίου (BaP) στην Ευρώπη αυξήθηκαν κατά 14% από το 2001 έως το Οι υψηλές συγκεντρώσεις BaP εντοπίζονται σε περιοχές όπου είναι κυρίαρχη η οικιακή καύση άνθρακα και ξύλου. Η έκθεση του πληθυσμού της Ευρώπης σε συγκεντρώσεις BaP πάνω από την τιμή- στόχο είναι σημαντική και διαδεδομένη στην κεντρική και ανατολική Ευρώπη. Πιο συγκεκριμένα, μεταξύ 20% και 29% του αστικού πληθυσμού στην ΕΕ εκτέθηκε σε συγκεντρώσεις πάνω από την τιμή-στόχο (1 ng/m 3 ) κατά την περίοδο Επιδράσεις των εκπεμπόμενων ρύπων στην ανθρώπινη υγεία Αιωρούμενα Σωματίδια- PM Τα αιωρούμενα σωματίδια (particulate matter) διαφόρων διαμέτρων, όπως τα PM 2.5, PM 10, PM 1.0, είναι εξαιρετικά επικίνδυνα, τόσο για την ανθρώπινη υγεία, όσο και για το περιβάλλον, τα οικοσυστήματα και το κλίμα στον πλανήτη. Σε ό,τι αφορά την ανθρώπινη υγεία, τα αιωρούμενα σωματίδια προκαλούν ή επιδεινώνουν τις καρδιαγγειακές παθήσεις και τις παθήσεις του πνεύμονα, παίζουν ρόλο σε καρδιακές αρρυθμίες, αυξάνουν τις πιθανότητες καρδιακής προσβολής, επηρεάζουν το κεντρικό νευρικό σύστημα, το αναπαραγωγικό σύστημα, ενώ προκαλούν και καρκίνο. Γενικά τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούν σημαντικό παράγοντα αύξησης της πρόωρης θνησιμότητας για τον άνθρωπο και αυτό τα καθιστά κυρίαρχη παράμετρο ενδιαφέροντος σε όλες τις μετρήσεις εκπομπών ρύπων σε σταθμούς μέτρησης ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Επιδημιολογικές μελέτες αποδίδουν στα αιωρούμενα σωματίδια τύπου PM τις πιο σοβαρές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Ακόμα και στις περιπτώσεις όπου οι συγκεντρώσεις κυμαίνονται κάτω από τα επιτρεπόμενα όρια, ο κίνδυνος για την υγεία παραμένει υπαρκτός. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει κάποια τιμή ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης αιωρούμενων σωματιδίων, στην οποία οι επιβλαβείς για τον άνθρωπο συνέπειες είναι απόλυτα μηδενικές.

36 ΕΜΘΠΜ 35 Τα σωματίδια PM 2.5 διεισδύουν στους πνεύμονες μέσω της εισπνοής. Η φυσική και χημική αλληλεπίδραση με τους ιστούς του πνεύμονα προκαλεί αρχικά ερεθισμούς και μακροπρόθεσμα σημαντικότερες βλάβες, όπως λοιμώξεις και καρκίνο. Όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια, τόσο βαθύτερα διεισδύουν στους πνεύμονες. Τα εισπνεόμενα αιωρούμενα σωματίδια εισχωρούν στους πνεύμονες, εγκλωβίζονται στα βρογχόλια και τις κυψελίδες των πνευμόνων και δεν μπορούν να εκδιωχθούν από το βλεννοκροσσωτό σύστημα καθαρισμού. Λόγω της μικρής διαμέτρου μπορούν να διαπεράσουν κυτταρικές μεμβράνες προκαλώντας οξειδωτικές βλάβες, τόσο σε πρωτεϊνικά υποστρώματα και λιπίδια, όσο και στο χρωμοσωμικό υλικό του πυρήνα (DNA) μέσω οξυγονούχων ελευθέρων ριζών. Ορισμένοι μηχανισμοί υποβοηθούνται από οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις των βαρέων μετάλλων, που είναι προσροφημένα στα σωματίδια, με το φυσιολογικό υπεροξείδιο του υδρογόνου των κυττάρων. Οι κυτταροτοξικές ιδιότητες των σωματιδίων επαυξάνονται λόγω του εγκλωβισμού στις κυψελίδες. Ως ξενοβιοτικές ουσίες ενεργοποιούν την αντίδραση των φαγοκυττάρων που εκκρίνουν χημειοτακτικές ουσίες και οξειδωτικές ενώσεις για να αντιμετωπίσουν την εισβολή. Οι φλεγμονές που σχηματίζονται με αυτόν τον τρόπο είναι βασικές αιτίες καρκινογένεσης. Άλλες επιβλαβείς δράσεις των σωματιδίων είναι η υπεροξείδωση λιπιδίων των κυτταρικών μεμβρανών που μπορεί να καταστεί αιτία σειράς αντιδράσεων και έναρξης της καρκινογένεσης. Προκαλούνται μεταλλάξεις στο DNA και παρεμποδίζονται οι επιδιορθωτικοί ενζυμικοί μηχανισμοί και η δράση των κατασταλτικών ογκογονιδίων. ΕΙΚΟΝΑ 3.1: Συγκριτική απεικόνιση μεγέθους PM σε σχέση με τρίχα μαλλιών και κόκκο άμμου (EPA) Η θνησιμότητα που οφείλεται στα αιωρούμενα σωματίδια σχετίζεται κατά το μεγαλύτερο ποσοστό με τα PM 2.5 που στην Ευρώπη αντιπροσωπεύουν το 40%- 80% της συνολικής συγκέντρωσης σωματιδίων στον ατμοσφαιρικό αέρα. Μακροχρόνια έκθεση σε Αιωρούμενα Σωματίδια συμβάλλει

37 ΕΜΘΠΜ 36 στον κίνδυνο εκδήλωσης καρδιακών και αναπνευστικών νοσημάτων, καθώς και καρκίνου του πνεύμονα. Η θνησιμότητα που συνδέεται με την ατμοσφαιρική ρύπανση είναι περίπου 15% έως 20% υψηλότερη στις πόλεις, όπου καταγράφονται υψηλά επίπεδα ρύπανσης σε σύγκριση με τις μη αστικές και λιγότερο πυκνοκατοικημένες περιοχές. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση, το μέσο προσδόκιμο ζωής εκτιμάται ότι θα είναι 8,6 μήνες χαμηλότερο, εξαιτίας της έκθεσης σε σωματίδια PM 2.5 που εκπέμπονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες (WHO, 2008). Όπως προαναφέρθηκε, σημαντική είναι και η περιβαλλοντική επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων καθώς επηρεάζουν τα οικοσυστήματα ευρύτερα. Τα ζώα επηρεάζονται κατά τον ίδιο τρόπο με τους ανθρώπους, ενώ επηρεάζεται και η ανάπτυξη των φυτών και οι διεργασίες των οικοσυστημάτων. Βλάβες μπορεί να προκληθούν μακροπρόθεσμα και στα κτίρια. Δευτερευόντως, από αισθητικής άποψης, τα αιωρούμενα σωματίδια ευθύνονται για τον περιορισμό της ορατότητας σε περιοχές όπου παρατηρούνται υψηλές συγκεντρώσεις τους στην ατμόσφαιρα. Τέλος, σε κλιματολογικό επίπεδο, η επίδραση ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων και τη σύνθεσή τους. Ορισμένα προκαλούν πτώση της θερμοκρασίας, ενώ άλλα αύξησή της. Επίσης, τα σωματίδια αποτελούν και παράγοντα μεταβολής των βροχοπτώσεων. Τέλος, εναπόθεσή τους σε επιφάνειες μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές στη λευκαύγεια, μέγεθος που εκφράζει στην κλιματολογία το μέτρο της ανακλαστικότητας μιας επιφάνειας ή ενός σώματος και μετράται ως ο λόγος της ανακλώμενης προς την προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην επιφάνεια ενός σώματος. ΕΙΚΟΝΑ 3.2: Νέφος αιθαλομίχλης στην περιοχή της Αθήνας, πηγή:

38 ΕΜΘΠΜ Βενζοπυρένιο- Benzo-a-Pyrene (BaP) Το Βενζοπυρένιο από πλευράς ανθρώπινης υγείας επισημαίνεται ως εξαιρετικά καρκινογόνος ρύπος, ενώ μπορεί να προκαλέσει οφθαλμικούς και ρινικούς ερεθισμούς, ενοχλήσεις στο λαιμό, καθώς και βρογχικές λοιμώξεις. Σε επίπεδο περιβάλλοντος και οικοσυστημάτων, το BaP είναι ιδιαίτερα επιβλαβές για τα υδάτινα οικοσυστήματα και τα πτηνά. Τέλος, σημαντική παράμετρο κινδύνου αποτελεί το γεγονός ότι το Βενζοπυρένιο δε διασπάται αλλά βιοσυσσωρεύεται. (European Environment Agency-EEA) Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOC) Οι Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOC) είναι οργανικές χημικές ουσίες που έχουν υψηλή πίεση ατμού σε κανονικές συνθήκες. Αποτελέσματα της υψηλής πίεσης ατμών είναι το χαμηλό σημείο ζέσεως, που προκαλεί εξάτμιση ή εξάχνωση και αποβολή στον ατμοσφαιρικό αέρα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα VOC είναι η φορμαλδεΰδη και το φαινυλοαιθυλένιο (Στυρένιο). Οι ενώσεις αυτές είναι επικίνδυνες για την ανθρώπινη υγεία και προκαλούν βλάβες και στο περιβάλλον, οι οποίες δεν είναι όλες άμεσες, αλλά μπορεί να εμφανίζονται και μακροπρόθεσμα. Οι επιπτώσεις στην υγεία περιλαμβάνουν βλάβες του αναπνευστικού συστήματος, αλλεργικές αντιδράσεις, βλάβες στα μάτια, τη μύτη, και το λαιμό, πονοκεφάλους, απώλεια συγκέντρωσης, ναυτία, παθήσεις του ήπατος, των νεφρών και του κεντρικού νευρικού συστήματος, καθώς και καρκινογενέσεις. (E.E.A.) Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο που εκπέμπεται λόγω της ατελούς καύσης των ορυκτών καυσίμων και των βιοκαυσίμων. Τα υψηλότερα επίπεδα συγκέντρωσης CO καταγράφονται σε αστικές περιοχές, συνήθως κατά τις ώρες κυκλοφοριακής αιχμής. Το μονοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο σώμα μέσω των πνευμόνων. Στο αίμα δεσμεύεται μέσω της αιμοσφαιρίνης. Η έκθεση σε CO μπορεί να μειώσει την ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου στο αίμα, μειώνοντας έτσι την επαρκή οξυγόνωση οργάνων και ιστών του ανθρώπινου σώματος. Οι πάσχοντες από καρδιαγγειακά νοσήματα είναι πιο ευαίσθητοι στην έκθεση σε CO. Σε εξαιρετικά υψηλά επίπεδα, το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να προκαλέσει σταδιακή και ανεπαίσθητη απώλεια των αισθήσεων και θάνατο. (E.E.A.) Οξείδια του Αζώτου (NO x ) Τα οξείδια του Αζώτου είναι δραστικά, τοξικά αέρια που παράγονται κατά τη διαδικασία της καύσης. Οι επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία αναφέρονται σε αλλαγές στη λειτουργία των πνευμόνων σε ευαίσθητες πληθυσμιακές ομάδες, ακόμα και με μικρή έκθεση, αύξηση κρουσμάτων βρογχίτιδας και γενικότερα περιστατικά πνευμονικών δυσλειτουργιών και λοιμώξεων. Σε επίπεδο περιβάλλοντος, η υπερβολική εναπόθεση δραστικού αζώτου μπορεί να οδηγήσει σε ευτροφισμό σε χερσαία και υδάτινα

39 ΕΜΘΠΜ 38 οικοσυστήματα. Η υπερβολική ποσότητα αζώτου μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές τα χερσαία και υδάτινα οικοσυστήματα, με πιο σημαντική τη μείωση της βιοποικιλότητας. Όπως συμβαίνει και με άλλους ρύπους, η έκταση και η φύση της επίπτωσης στην υγεία εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του επιπέδου και της διάρκειας της έκθεσης. (E.E.A.- Air quality in Europe report) 3.3 Συντελεστές εκπομπής για καύση ορυκτών καυσίμων Οι εκπομπές ρύπων από την καύση ορυκτών καυσίμων, κυρίως πετρελαίου, για θέρμανση εσωτερικών χώρων, εξαρτώνται από την ποιότητα και τη σύνθεση του καυσίμου, καθώς και από το μέγεθος και τον τύπο του λέβητα που χρησιμοποιείται, ενώ σημαντικό ρόλο παίζει και η τήρηση των προδιαγραφών συντήρησης του εξοπλισμού. Οι περιβαλλοντικές έρευνες των τελευταίων δεκαετιών έδειξαν ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση των αστικών περιοχών οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην καύση ορυκτών καυσίμων σε οικίες και επαγγελματικούς χώρους, σε συνδυασμό με την εκπομπή καυσαερίων από την κίνηση των οχημάτων. Οι αέριοι ρύποι και τα αιωρούμενα σωματίδια, όπως προαναφέρθηκε, μπορεί να έχουν άμεσες ή μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία. Τα σωματίδια είναι δυνατόν να εκπέμπονται σε στερεά ή σε υγρή φάση, δηλαδή ατμοί που συμπυκνώνονται στη συνέχεια σε σωματίδια ομογενούς ή ετερογενούς σύστασης. Οι σωματιδιακοί ρύποι που προέρχονται από συμπυκνώσεις ατμών από καύσεις άνθρακα ή πετρελαίου έχουν κατά μεγάλο ποσοστό ανόργανη σύσταση. Η μάζα που εκπέμπεται στα κλάσματα αεροδυναμικής διαμέτρου >0.3μm εξαρτάται από το είδος του χρησιμοποιούμενου καυσίμου. Καύσεις ελαφρύτερων κλασμάτων των υδρογονανθράκων παράγουν σημαντικά λιγότερα PM σε σχέση με τα βαρύτερα κλάσματα (μαζούτ, υπολείμματα). Γενικά, οι συντελεστές εκπομπής για το συγκεκριμένο κλάσμα διαμέτρων εξαρτώνται από το ποσοστό ατελών καύσεων καθώς επίσης και την περιεκτικότητα του καυσίμου σε αδρανή τέφρα. Τα PM που εκπέμπονται από καύσεις διυλισμένων κλασμάτων πετρελαίου αποτελούνται κυρίως από ανθρακούχα υποπροϊόντα της ατελούς καύσης και δεν σχετίζονται γενικά με την αδρανή συστατικά (τέφρα, όπως συμβαίνει στην περίπτωση του αργού πετρελαίου) ή την περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο. Ο θερμικός φόρτος του λέβητα μπορεί επίσης να επηρεάσει τις εκπομπές PM, ειδικά κατά την καύση βαρύτερων κλασμάτων πετρελαίου. Λέβητες στο 50% της συνολικής ισχύος εμφανίζουν εκπομπές ελαττωμένες κατά 30%-40%, με χρήση μαζούτ. Αντίθετα, η εξάρτηση από τον φόρτο είναι πολύ μικρότερη όταν χρησιμοποιούνται ελαφρύτερα κλάσματα. Στους πολύ χαμηλούς φόρτους (30% του μέγιστου) πολλές μονάδες αδυνατούν να διατηρήσουν κανονικές συνθήκες καύσης, με αποτέλεσμα οι σωματιδιακές εκπομπές να αυξάνουν σημαντικά.

40 ΕΜΘΠΜ 39 Εκπομπές οξειδίων του θειου Τα οξείδια του θείου (SO x ) εκπέμπονται κατά την καύση του πετρελαίου λόγω οξείδωσης του θείου που περιέχεται στο καύσιμο. Στην πλειοψηφία τους, έχουν τη μορφή διοξειδίου του θείου (SO 2 ). Οι εκπομπές αυτές εξαρτώνται σχεδόν αποκλειστικά από την περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο και επηρεάζονται ελάχιστα από το μέγεθος και την τεχνολογία του καυστήρα ή τις υπόλοιπες παραμέτρους του καυσίμου. Κατά μέσο όρο, 95% του περιεχόμενου θειου μετατρέπεται σε SO 2, 1%- 5% οξειδώνεται σε SO 3 και 1%-3% εκπέμπεται υπό μορφή θειούχων σωματιδίων. Στην περίπτωση του SO 3, παρατηρείται άμεση αντίδραση με τους υδρατμούς του περιβάλλοντος αέρα και των απαερίων της καύσης και σχηματισμός νέφους με υψηλή περιεκτικότητα σε θειικό οξύ H 2 SO 4. Εκπομπές οξειδίων του αζώτου Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟ x ) σχηματίζονται κατά τις διαδικασίες καύσης είτε μέσω δέσμευσης αζώτου από τον ατμοσφαιρικό αέρα (θερμικά ΝΟ x ) ή κατά την οξείδωση του αζώτου που περιέχεται δεσμευμένο στο καύσιμο (ΝΟ x καύσης). Με τον όρο NO x νοείται συνήθως ο συνδυασμός οξειδίου (ΝΟ) και διοξειδίου (ΝΟ 2 ) του αζώτου. Πειραματικές μετρήσεις έχουν δείξει ότι στις περισσότερες μονάδες εξωτερικής καύσης, πάνω από το 95% των εκπεμπόμενων ΝΟ x έχουν τη μορφή ΝΟ. Το υποξείδιο του αζώτου (Ν 2 Ο) δεν περιλαμβάνεται συνήθως στα NO x, αλλά συγκεντρώνει το ενδιαφέρον σαν αέριο θερμοκηπίου και σαν επιβλαβές για τη στιβάδα του όζοντος. Πειραματικές μετρήσεις θερμικού σχηματισμού NO x έδειξαν ότι η συγκέντρωσή του εξαρτάται εκθετικά από τη θερμοκρασία και είναι ανάλογη της συγκέντρωσης μοριακού αζώτου στην φλόγα, με την τετραγωνική ρίζα της συγκέντρωσης Ο 2 και τον χρόνο παραμονής στην περιοχή μέγιστης θερμοκρασίας. Όπως είναι αναμενόμενο, για πολλά είδη καυστήρων η παραγωγή NO x αυξάνει όσο αυξάνει η θερμοκρασία της φλόγας, η περίσσεια οξυγόνου και ο χρόνος παραμονής του εισερχόμενου αέρα στην περιοχή μέγιστης θερμοκρασίας. Για καυστήρες που χρησιμοποιούν σαν καύσιμο βαρύτερα κλάσματα, η συνεισφορά των NO x καύσης είναι η σημαντικότερη πηγή εκπομπών NO x. Τυπικά, 20% με 90% του αζώτου που είναι δεσμευμένο στο καύσιμο μετατρέπεται σε NO x. Αντίθετα, στους καυστήρες που χρησιμοποιούν ελαφρύτερα κλάσματα, όπως diesel θέρμανσης, ο κύριος μηχανισμός σχηματισμού NO x είναι η θερμική δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου. Για τους περισσότερους τύπους καυστήρων, υπάρχουν συγκεκριμένες παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν τις εκπομπές NO x. Η γεωμετρία της ανάφλεξης είναι μία σημαντική παράμετρος, καθώς οι καυστήρες με εφαπτομενική («γωνιακή») καύση εμφανίζουν χαμηλότερες εκπομπές. Συστήματα όπως ο περιορισμός περίσσειας αέρα, η ανακυκλοφορία απαερίων, η σταδιακή ανάφλεξη καθώς επίσης και συνδυασμοί τους μπορούν να μειώσουν σημαντικά τις εκπομπές NO x, σε ποσοστό από 5% έως 60%. Ο περιορισμός του φόρτου μπορεί επίσης να μειώσει τις εκπομπές κατά μισή με μία ποσοστιαία μονάδα για κάθε αντίστοιχη μείωση του φόρτου σαν ποσοστό της μέγιστης ισχύος.

41 ΕΜΘΠΜ 40 Σημειωτέον ότι το όφελος από την εφαρμογή των προαναφερθέντων τεχνικών μείωσης εκπομπών μειώνεται όσο μειώνεται το μέγεθος της μονάδας. Εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα Ο ρυθμός εκπομπής μονοξειδίου του άνθρακα (CO) καθορίζεται από την αποδοτικότητα των οξειδώσεων κατά την καύση του καυσίμου. Οι εν λόγω εκπομπές μπορούν να ελαχιστοποιηθούν μέσω ακριβούς ελέγχου των παραμέτρων της καύσης. Σε αρκετές περιπτώσεις, μια ανεπαρκώς συντηρημένη μονάδα που λειτουργεί εκτός των αποδεκτών παραμέτρων μπορεί να εκπέμπει CO σε ποσότητες κατά πολλές τάξεις μεγέθους πάνω από τις προβλεπόμενες από τον κατασκευαστή. Κατά κανόνα, οι μικρότερες και λιγότερο αποδοτικές μονάδες τείνουν να εκπέμπουν δυσανάλογα περισσότερο CO σε σχέση με τις μεγαλύτερες. Στις μονάδες αυτές, ο μεγαλύτερος λόγος επιφάνειας θερμοαπαγωγής προς τον όγκο της φλόγας επάγει χαμηλότερες θερμοκρασίες καύσης και, επομένως, χαμηλότερη απόδοση και υψηλότερη εκπομπή CO. Η παρουσία μονοξειδίου του άνθρακα στα καυσαέρια προκαλείται κυρίως από ατελή καύση του καυσίμου. Παράγοντες που ευνοούν την ατελή καύση είναι η απουσία επαρκούς οξυγόνου (O 2 ), η κακή ανάμιξη καυσίμου/αέρα, η κατάσβεση λόγω ψυχρών τοιχωμάτων, η μειωμένη θερμοκρασία καύση, ο μικρός χρόνος παραμονής και το μειωμένο φορτίο (που συνεπάγεται λιγότερο έντονη καύση). Γίνεται προφανές ότι οι συνθήκες που ευνοούν την εκπομπή CO είναι σε μεγάλο βαθμό αυτές που καταστέλλουν τις εκπομπές NO x, επομένως θα πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή σε μια ισορροπημένη εφαρμογή τους ώστε οι εκπεμπόμενες ποσότητες και των δύο ρύπων να διατηρούνται σε αποδεκτά επίπεδα. Εκπομπές οργανικών ουσιών. Κατά τις καύσεις εκπέμπονται ποσότητες οργανικών ουσιών, με ρυθμό που (όπως και στην περίπτωση του CO) εξαρτάται από την ποιότητα και την απόδοση της καύσης. Αναμενόμενα λοιπόν, οποιαδήποτε τεχνική επέμβαση που υποβιβάζει την απόδοση της καύσης, θα προκαλεί ανάλογη αύξηση των εκπομπών οργανικών ουσιών. Εκπομπές πτητικών οργανικών ενώσεων Οι ολικές οργανικές ενώσεις (ΤΟC) περιλαμβάνουν τις πτητικές οργανικές ενώσεις (Volatile Organic Compounds, VOC), της ημι-πτητικές ενώσεις και τις συμπυκνώσιμες οργανικές ενώσεις. Οι εκπομπές VOC αποτελούνται κυρίως από ατμοποιημένους υδρογονάνθρακες που δεν έχουν καεί. Πρόκειται για αλειφατικούς, οξυγονωμένους υδρογονάνθρακες ή αρωματικές ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους που στις θερμοκρασίες του απαερίου βρίσκονται σε αέρια μορφή. Σ' αυτούς περιλαμβάνονται τα αλκάνια, τα αλκένια, αλδεΰδες, καρβοξυλικά οξέα και υποκατεστημένοι αρωματικοί δακτύλιοι (βενζόλιο, τολουένιο, ξυλένιο και αιθυλοβενζόλιο). Οι εκπεμπόμενες μη-πτητικές οργανικές ενώσεις αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από πολυκυκλικές οργανικές ενώσεις, και συγκεκριμένα από την ομάδα των πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH). Η φορμαλδεΰδη σχηματίζεται και εκπέμπεται κατά την καύση υδρογονανθράκων και περιέχεται σε ατμοποιημένη φάση στα απαέρια της καύσης. Τα μόριά της υπόκεινται διαδοχικές οξειδώσεις και διάσπαση στις υψηλές θερμοκρασίες της καύσης και για αυτό το λόγο οι μεγαλύτερες και πιο αποδοτικές μονάδες (με υψηλότερες θερμοκρασίες θαλάμου καύσης και μεγαλύτερους

42 ΕΜΘΠΜ 41 χρόνους παραμονής του μίγματος) τείνουν να έχουν χαμηλότερες εκπομπές φορμαλδεΰδης σε σχέση με μικρότερες, λιγότερο αποδοτικές μονάδες. Εκ προοιμίου θα πρέπει να αναφερθεί ότι στην απογραφή εκπομπών που αξιοποιείται για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας, οι εκπομπές VOC από συστήματα οικιακής θέρμανσης αποτελούν μόλις το 1,4% των συνολικών εκπομπών VOC. Η ελάχιστη αυτή συμμετοχή αντισταθμίζει τη σχετικά μεγάλη αύξηση των συντελεστών εκπομπής για την συνολική εκπεμπόμενη μάζα των VOC, καθιστώντας έτσι εξαιρετικά δυσχερή την αποτίμηση μετρήσιμων διαφορών μεταξύ των εξεταζόμενων σεναρίων, γεγονός που περιγράφεται αναλυτικότερα στο 4 ο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας. Εκπομπές μετάλλων Η ποσότητα των μετάλλων που εισέρχεται στη μονάδα καύσης εξαρτάται, προφανώς, σχεδόν αποκλειστικά από τη σύσταση του καυσίμου. Συνεπακόλουθα, ο ρυθμός εκπομπής των ρύπων αυτών εξαρτάται από τη θερμοκρασία καύσης, τον μηχανισμό τροφοδοσίας και τη σύσταση του καυσίμου. Η θερμοκρασία καθορίζει τον βαθμό ατμοποίησης ενώσεων που περιέχονται στο καύσιμο και που μπορούν δυνητικά να απελευθερώσουν μέταλλα και σύμπλοκά τους, ενώ ο μηχανισμός τροφοδοσίας επηρεάζει το διαχωρισμό μεταξύ στερεού υπολείμματος που εκπέμπεται («ιπτάμενη τέφρα»-fly ash) στην ατμόσφαιρα (τέφρα) με υπόλειμμα που συγκεντρώνεται στο εσωτερικό του καυστήρα (καταπίπτουσα τέφρα-bottom ash). Τέλος, οι εκπομπές μετάλλων εξαρτώνται και από την ενδεχόμενη τεχνολογία κατακράτησης (φίλτρα) που εφαρμόζεται στη συγκεκριμένη εγκατάσταση. Μερικά μεταλλικά στοιχεία εμφανίζουν την τάση να συγκεντρώνονται σε συγκεκριμένα είδη παραγόμενου υπολείμματος, όπως στην ιπτάμενη, την κατακρατούμενη ή την καταπίπτουσα τέφρα, ενώ κάποια άλλα διαμερίζονται εξίσου μεταξύ των τριών ειδών. Το σύστημα ταξινόμησης κατά Baig et al (1981) επιχειρεί να ταξινομήσει τα στοιχεί σε τρεις κλάσεις: Κλάση 1: Στοιχεία που σχεδόν ισοκατανέμονται μεταξύ ιπτάμενης και καταπίπτουσας τέφρας και των οποίων η συγκέντρωση δεν μεταβάλλεται σημαντικά με το μέγεθος των σχηματιζόμενων σωματιδίων Κλάση 2: Στοιχεία που εμφανίζουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στα σωματίδια της ιπτάμενης τέφρας, σε σχέση με την καταπίπτουσα, ή που η συγκέντρωση τους αυξάνει όσο μειώνεται η διάμετρος των σωματιδίων Κλάση 3: Στοιχεία που εκπέμπονται στην αέρια φάση Με βάση τέτοιου είδους κατατάξεις, είναι δυνατόν να εκτιμηθεί η απόδοση τεχνικών ελέγχου των εκπομπών για διαφορετικά κλάσματα των εκπεμπόμενων μεταλλικών στοιχείων. Για παράδειγμα, αναφέρθηκε ότι αρκετές μέθοδοι περιορισμού των εκπομπών NO x υποβιβάζουν την μέγιστη θερμοκρασία της καύσης, ελαττώνοντας έτσι τον ρυθμό ατμοποίησης των πρόδρομων ενώσεων της Κλάσης 2, και κατά συνέπεια μειώνοντας τις συγκεντρώσεις τους στα εκπεμπόμενα λεπτόκοκκα PM. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων της Κλάσης 1 στο απαέριο θα παραμένουν, εντούτοις, σχετικά ανεπηρέαστες.

43 ΕΜΘΠΜ 42 Η χαμηλότερη διαθεσιμότητα οξυγόνου στον θάλαμο καύσης αναμένεται επίσης να επηρεάσει τις συγκεντρώσεις μετάλλων που έχουν την τάση να διαχωρίζονται σε διαφορετικά κλάσματα υπολείμματος. Μικρότερη διαθεσιμότητα Ο 2 ελαττώνει τον ρυθμό οξείδωσης των πτητικών μεταλλικών ενώσεων προς λιγότερο πτητικά οξείδια, με αποτέλεσμα οι ενώσεις της Κλάσης 2 να μην συμπυκνώνονται εύκολα καθώς διασχίζουν τα ψυχρότερα τμήματα της διάταξης. Το τελικό αποτέλεσμα είναι συμπύκνωση των μετάλλων σε μικρότερα σωματίδια και αύξηση των εκπομπών. Όπως και πριν, οι συγκεντρώσεις της Κλάσης 1 δεν πρόκειται να επηρεαστούν ιδιαίτερα. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1: Εκπεμπόμενοι ρύποι σε σχέση με άλλα καύσιμα κατά την καύση σε μονάδα ατμοπαραγωγής σε mg/mj εισαγόμενης θερμότητας καυσίμου Πηγή: Συμπλήρωμα Α στον «Κατάλογο των Εκπεμπόμενων στον Αέρα Ρύπων», 1986, Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος ΗΠΑ Τύπος καυσίμου Σωματίδια Οξείδια του Αζώτου Διοξείδιο του Θείου Μονοξείδιο του Άνθρακα Υδρογονάνθρακες Κάρβουνο Μαζούτ Ντήζελ Φ.Α , Συντελεστές εκπομπής για καύση ξυλείας- βιομάζας Η εκπομπή ρύπων από την οικιακή καύση βιομάζας εξαρτάται από ένα σύνολο παραγόντων όπως η συσκευή καύσης (τζάκι με ανοιχτή εστία, σόμπα, ενεργειακό τζάκι), η καύσιμη ύλη (ξύλο, συσσωμάτωμα ξύλου), η καμινάδα (σωστή κατασκευή, συντήρηση). Στο μεγαλύτερο μέρος τους, οι ρύποι που εκπέμπονται από τα τζάκια οφείλονται στις επικρατούσες συνθήκες ατελούς καύσης. Μεταξύ άλλων, περιλαμβάνουν αιωρούμενα σωματίδια (PM), στο μεγαλύτερο μέρος τους με διαμέτρους μικρότερες των 10μm, μονοξείδιο του άνθρακα (CO), οξείδια του θείου (SO x ), οξείδια του αζώτου (NO x ) και πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC). Κατά κανόνα, στα παραδοσιακά τζάκια οι ποσότητες εκπεμπόμενης άκαυτης ύλης είναι σημαντικά αυξημένες σε σχέση με άλλες διατάξεις καύσης (σόμπες, καυστήρες), λόγω απουσίας ελέγχου της ροής παρεχόμενου αέρα αλλά και οποιασδήποτε δευτερογενούς καύσης. Η τελευταία παίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο κατά την καύση ξυλείας, λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας (80% w/w) του ξύλου σε πτητικές ύλες. Μια οικογένεια ιδιαίτερα σημαντικών ρύπων που εκπέμπονται κατά την καύση ξύλου είναι οι λεγόμενοι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs), συμπεριλαμβανομένου και του γνωστού καρκινογόνου βενζοπυρενίου (BaP). Οι PAH σχηματίζονται κατά την καύση από ελεύθερες ρίζες που δημιουργούνται στην περιοχή της φλόγας, κυρίως σαν αποτέλεσμα της ατελούς καύσης. Οι αναγωγικές συνθήκες στην περιοχή απαγωγής των απαερίων

44 ΕΜΘΠΜ 43 ευνοούν στη συνέχεια τον σχηματισμό μεγαλύτερων αλυσίδων, που με τη σειρά τους μπορούν να σχηματίσουν πολύπλοκους υδρογονάνθρακες, όπως οι PAH. Είναι αξιοσημείωτο ότι κατά το μεγαλύτερο μέρος τους δεσμεύονται από τα εκπεμπόμενα σωματίδια καπνού, ενώ φαινόμενα εξάχνωσής τους παρατηρούνται σε πολύ μικρότερο βαθμό. Οι καύσεις σε οικιακές διατάξεις βιομάζας (τζάκια, σόμπες) παράγουν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ), μεθανίου (CH 4 ) και υποξειδίου του αζώτου (N 2 O). Το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα που περιέχεται στο καύσιμο μετατρέπεται σε CO 2 κατά την καύση, αλλά λόγω των συνθηκών καύσης (χαμηλή θερμοκρασία, περίσσεια αέρα) παρατηρείται εκπομπή μονοξειδίου του άνθρακα σε δυσανάλογα μεγάλο ποσοστό, σε σχέση με τους καυστήρες πετρελαίου. Η εκπομπή CO έχει βέβαια σαν αποτέλεσμα την ελαφρά μείωση του εκπεμπόμενου CO 2, σε σχέση με άλλα είδη καυσίμων και καύσεων. Θα πρέπει να σημειωθεί, βέβαια, ότι οι εκπομπές CO 2 καθαυτές δεν επιβαρύνουν το συνολικό ατμοσφαιρικό ισοζύγιο αερίων θερμοκηπίου, εφόσον αντισταθμίζονται από δέσμευση ατμοσφαιρικού CO 2 από παράλληλη καλλιέργεια βιομάζας, ανάπτυξη δασών κλπ. Οι εκπομπές υποξειδίου του αζώτου (N 2 O) καθορίζονται από μια πολύπλοκη σειρά αντιδράσεων και ο σχηματισμός του είναι γνωστό ότι εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Αν και η ακριβής εξάρτηση των εκπομπών από τις παραμέτρους καύσης δεν έχει μελετηθεί επαρκώς, περιμένουμε ότι οι εκπομπές N2O από διατάξεις μη-ελεγχόμενης καύσης βιομάζας (παραδοσιακά τζάκια/σόμπες) θα είναι σημαντικά υψηλότερες σε σχέση με ενεργειακά τζάκια και καυστήρες ελεγχόμενης ροής, εξαιτίας και πάλι της απουσίας ελέγχου στην παροχή αέρα και τις σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες καύσης. Οι εκπομπές μεθανίου (CH 4 ) και πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC) αυξάνονται κατά την καύση σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες ή σε συνθήκες που ευνοούν τις ατελείς καύσεις. Και πάλι, τα παραδοσιακά τζάκια και σόμπες εμφανίζουν σημαντικά αυξημένες συγκεντρώσεις σε σύγκριση με πιο σύγχρονες διατάξεις. Γενικά, οι συνθήκες που ευνοούν τις εκπομπές N 2 O ευνοούν και την εκπομπή CH 4 και VOC. Από τα παραπάνω καθίσταται προφανές, ότι η κύρια βελτίωση στις εκπομπές σωματιδιακών και αερίων ρύπων μπορεί να προέλθει μέσα από τη βελτίωση των συνθηκών καύσης. Η ποιότητα και αποδοτικότητα της καύσης σε τζάκια και σόμπες γενικά βελτιώνεται όσο αυξάνει ο ρυθμός καύσης η ένταση της φλόγας. Ένας τρόπος βελτίωσης προϋπαρχουσών εγκαταστάσεων είναι η προσθήκη μιας διάταξης δευτερεύουσας καύσης, όπου τα προϊόντας της πρωτογενούς καύσης διοχετεύονται και αναμιγνύονται με προθερμασμένο αέρα. Στον επόμενο πίνακα παρουσιάζονται συνοπτικά οι συντελεστές εκπομπής σωματιδίων για διαφορετικά είδη οικιακής καύσης. Από τις μέσες τιμές των συντελεστών εκπομπής για τα διαφορετικά είδη οικιακής καύσης προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα: Τα παραδοσιακά τζάκια με ανοιχτή εστία έχουν τριπλάσιες εκπομπές από τα σύγχρονα ενεργειακά τζάκια. Οι παραδοσιακές συμβατικές σόμπες ξύλου έχουν σχεδόν εξαπλάσιες εκπομπές από τις

45 ΕΜΘΠΜ 44 σύγχρονες σόμπες ξύλου και εικοσαπλάσιες εκπομπές από τις σύγχρονες σόμπες pellets. Τα κλασσικά τζάκια έχουν δεκαεπτά φορές μεγαλύτερες εκπομπές από τους σύγχρονους λέβητες pellet. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.2: Συντελεστές εκπομπής σωματιδίων από οικιακή καύση. (Vlachocostas et al, 2013) Τύπος εγκατάστασης θέρμανσης Συντελεστής εκπομπής (mg/mj) Ανοιχτά παραδοσιακά τζάκια Συμβατικές ξυλόσομπες Άλλες συμβατικές εστίες καύσης όπως τζάκια μεγάλης θερμικής μάζας & θερμαντήρες σάουνας Συμβατικοί λέβητες ξύλου χωρίς δοχείο αδράνειας με δοχείο αδράνειας Σύγχρονες ξυλόσομπες Σύγχρονοι λέβητες θρυμμάτων ξύλου ή καυσόξυλων Σόμπες και λέβητες pellet ΠΙΝΑΚΑΣ 3.3: Θερμογόνος δύναμη καυσίμων (Θέρμανση-Κλιματισμός, Β. Σελλούντος 2005) Καύσιμο Μέγιστη Θερμογόνος Δύναμη Ξύλο kj/kg kj/kg Φυσικό Αέριο kj/m 3 Πετρέλαιο kj/lt 3.5 Υπολογισμός χωρικά κατανεμημένων εκπομπών Γενικά Με τη χρήση εργαλείων χαρτογραφικής απεικόνισης και επεξεργασίας επιτυγχάνεται η κατά το δυνατόν πιο παραστατική απεικόνιση της ευρύτερης περιοχής του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης, που περιλαμβάνει τον κύριο Δήμο Θεσσαλονίκης και τους περιφερειακούς Δήμους. Τα κτίρια σημειώνονται με επιλεγμένο χρωματισμό ανάλογα με την κύρια χρήση τους, βάση της οποίας εκπονούνται στη συνέχεια οι υπολογισμοί του πλέγματος εκπομπών. Με βάση τα χαρτογραφικά δεδομένα που αφορούν στη χρήση, την ηλικία, καθώς και το ύψος των κτιρίων, πραγματοποιούνται οι υπολογισμοί, που όπως προαναφέρθηκε, λαμβάνουν υπόψη την ποσότητα βιομάζας θέρμανσης, τους συντελεστές εκπομπής για κάθε είδος και τη χωρική κατανομή της

46 ΕΜΘΠΜ 45 δραστηριότητας. Ο υπολογισμός της χωρικής κατανομής αποσκοπεί στη σύνταξη ενός χάρτη χωρικά διακριτοποιημένων εκπομπών υπό μορφή καννάβου, που θα τροφοδοτηθεί στη συνέχεια στο μοντέλο διασποράς. Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζεται η μεθοδολογία εκτίμησης και χωρικής κατανομής των εκπομπών, με βάση την υπόθεση της υποκατάστασης θερμαντικής ισχύος οικιακών συστημάτων θέρμανσης από καύσεις βιομάζας. Αρχικά γίνεται εφαρμογή εργαλείων γεωχωρικής απεικόνισης προκειμένου να υπολογιστεί ο συντελεστής υποκατάστασης σε επίπεδο κτιρίου. Στη συνέχεια, οι συντελεστές υποκατάστασης εισάγονται στον κάνναβο του υπολογιστικού μοντέλου χρησιμοποιώντας το γραφικό περιβάλλον του Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα (ΣΔΠΑ) που έχει αναπτυχθεί από το Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής για λογαριασμό του Οργανισμού Ρυθμιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης. Η λειτουργικότητα και η διεπαφή χρήστη του εν λόγω συστήματος περιγράφονται αναλυτικά στην παράγραφο Μεθοδολογία εκτίμησης εκπομπών από καύσεις βιομάζας σε συστήματα οικιακής θέρμανσης Δεδομένα εισόδου Κατά τη διεξαγωγή των υπολογισμών για την εκτίμηση των εκπομπών από καύσεις βιομάζας θέρμανσης χρησιμοποιήθηκαν στα υπολογιστικά μοντέλα ως δεδομένα εισόδου τα εξής στοιχεία: Χρησιμοποιούνται οι χάρτες εκπομπών, χωρικής ανάλυσης 1 1km, για κάθε ρύπο και κάθε κατηγορία πηγής εκπομπής. Τα στοιχεία ορογραφίας και χρήσης γης για την περιοχή υπολογισμών διατίθενται με χωρική ανάλυση ανάλογη με αυτήν του πλέγματος των υπολογισμών. Τα αναγκαία στοιχεία της ορογραφίας έχουν ληφθεί σε ηλεκτρονική μορφή από το παγκόσμιο ψηφιακό μοντέλο ορογραφίας (DEM) SRTM3, οριζόντιας ανάλυσης 90 m (URL1). Τα στοιχεία χρήσεων γης προέκυψαν με βάση τον αναθεωρημένο χάρτη Corine/CLC2006, οριζόντιας ανάλυσης 100 m (URL2). Για τον προσδιορισμό της χωρικής κατανομής εκπομπών, ως πρωτογενή δεδομένα εισόδου χρησιμοποιήθηκαν χάρτες χρήσεων, σε επίπεδο κτιρίου και οικοδομικού τετραγώνου, από την Εθνική Στατιστική Υπηρεσία Ελλάδος, για το Δήμο Θεσσαλονίκης στην αρχική του έκταση, πριν την υλοποίηση του προγράμματος «Καλλικράτης». Πιο συγκεκριμένα, οι χάρτες αυτοί παρείχαν τα εξής δεδομένα: i. Εμβαδόν κάτοψης κτιρίου ii. iii. iv. Ύψος κτιρίου Μόνιμος και προσωρινός πληθυσμός κτιρίου Περίοδος κατασκευής (πριν το 1960, , , 1990 ή μεταγενέστερα) v. Αριθμός πυλωτών ανά οικοδομικό τετράγωνο

47 ΕΜΘΠΜ 46 vi. vii. viii. ix. Αριθμός κτιρίων με αποκλειστική χρήση ανά οικοδομικό τετράγωνο Αριθμός κτιρίων με μερική χρήση ανά οικοδομικό τετράγωνο Αριθμός κτιρίων αποκλειστικής χρήσης κατοικίας ανά οικοδομικό τετράγωνο Αριθμός κτιρίων μεικτής χρήσης με κύρια χρήση κατοικίας x. Αριθμός κτιρίων μεικτής χρήσης με δευτερεύουσα χρήση κατοικίας xi. Στατιστικά στοιχεία από επαγγελματικούς φορείς, που οδηγούν σε ποσοστό υποκατάστασης του πετρελαίου από βιοκαύσιμα, περίπου στο 70% Χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα κτιρίων και οικοδομικών τετραγώνων, που προσπελάστηκαν από τη βάση γεωχωρικών δεδομένων, υπό μορφή ArcGIS Shapefiles. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε χωρική συνένωση (spatial join) μεταξύ των θεματικών επιπέδων κτιρίων και οικοδομικών τετραγώνων, προκειμένου να συνδυαστούν τα δεδομένα ηλικίας κατασκευής και χρήσης των κτιρίων. Για την επεξεργασία και οπτικοποίηση των γεωχωρικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό γεωγραφικής πληροφορίας (GIS) ανοιχτού κώδικα, OpenEV (Walter et al. 2002) ΕΙΚΟΝΑ 3.4: Χρήσεις κατοικίας στην πόλη της Θες/νίκης (Papadopoulos et al 2012) Πράσινο χρώμα: Κύριες, μικτές ή αποκλειστικές χρήσεις κατοικίας σε ποσοστό μεγαλύτερο του 50% του οικοδομικού τετραγώνου. Γαλάζιο χρώμα: Κύριες, μικτές ή αποκλειστικές χρήσεις κατοικίας σε ποσοστό μικρότερο του 50% του οικοδομικού τετραγώνου.

48 ΕΜΘΠΜ Παραδοχές που έγιναν κατά τη διεξαγωγή των υπολογισμών α) Οι θερμικές ανάγκες των κτιρίων στην περιοχή ενδιαφέροντος δε μεταβλήθηκαν σημαντικά στο χρονικό διάστημα όπου παρατηρήθηκε υποκατάσταση της δραστηριότητας καύσης πετρελαίου από καύσεις βιομάζας. Ο βαθμός υποκατάστασης εκτιμήθηκε αποκλειστικά με βάση το μέσο ύψος δόμησης (μονοκατοικίες έναντι πολυκατοικιών), τις χρήσεις των κτιρίων (οικιακή έναντι επαγγελματικής), καθώς και το έτος κατασκευής τους (ηλικία κτιρίων). Ενδεχόμενη εξάρτησή της από δημογραφικές και κοινωνικό-οικονομικές παραμέτρους δεν εξετάστηκε. Οι συνθήκες καύσης και επομένως το εύρος των συντελεστών εκπομπής για όλα τα είδη των καυσίμων προέκυψαν βιβλιογραφικά, θεωρώντας στατιστικά αμελητέες τις πιθανές αποκλίσεις λόγω κακής ποιότητας καυσίμων ή/και πλημμελώς συντηρημένων εγκαταστάσεων. Τέλος, όσον αφορά ειδικές κατηγορίες επαγγελματικών χώρων, όπου λαμβάνει χώρα δραστηριότητα καύσης υπολειμμάτων ξυλείας ή ευρύτερα βιομάζας, θεωρούνται εξαιρετικά μικρής συμμετοχής και εντάσσονται στις στατιστικά αδιάφορες παραμέτρους, που δεν επηρεάζουν το στόχο και τα τελικά συμπεράσματα. Β)Μέσος αριθμός διαμερισμάτων ανά κτίριο. Ο μέσος αριθμός διαμερισμάτων σε ένα συγκεκριμένο κτίριο μπορεί να γίνει υποθέτοντας μια μέση επιφάνεια κάλυψης ανά διαμέρισμα που ανέρχεται κατά μέσο όρο περίπου στα 80 m 2 και ένα συνολικό συντελεστή κάλυψης, περίπου ίσο με 0,8, με δεδομένο ότι το ποσοστό κάλυψης υφίσταται μια μείωση από τα δομικά στοιχεία του διαμερίσματος. Γ) Μέσο ύψος κάθε ορόφου των κτιρίων. Στα περισσότερα κτίρια του πολεοδομικού συγκροτήματος, όπως και ευρύτερα στα κτίρια και τα οικοδομικά συγκροτήματα, το ύψος κάθε ορόφου μαζί με τα ενδιάμεσα δομικά στοιχεία σκυροδέματος ισούται περίπου με 3m. Η παράμετρος του ύψους κάθε ορόφου είναι σημαντική για τον προσδιορισμό του συνολικού μέσου ύψους κάθε κτιρίου. Δ) Διείσδυση φυσικού αερίου και συνεισφορά του στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Η χρήση φυσικού αερίου επιβαρύνει λιγότερο το περιβάλλον, καθώς οι εκπομπές ρύπων κινούνται σε χαμηλότερα επίπεδα συγκριτικά με τα λοιπά συμβατικά καύσιμα σε εγκαταστάσεις θέρμανσης εσωτερικών χώρων. Η καύση του δημιουργεί χαμηλότερη ρύπανση, συμβάλλει περιορισμένα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, παράγοντας μικρότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα σε σχέση με το πετρέλαιο και δεν προκαλεί όξινη βροχή, καθώς δεν περιέχει θείο. Συμβάλλει, λοιπόν, στην προστασία του περιβάλλοντος, για την οποία έχουμε δεσμευτεί και διεθνώς ως χώρα, στα πλαίσια των σχετικών ευρωπαϊκών οδηγιών για τα ανώτατα όρια εκπομπών και συγκεντρώσεων των διαφόρων ρύπων στην ατμόσφαιρα. (Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας). Η διείσδυση του Φ.Α. στον τομέα της οικιακής θέρμανσης τα τελευταία χρόνια εμφανίζει αυξητική τάση, σύμφωνα με στοιχεία των Δημοσίων Επιχειρήσεων Αερίου, όμως εξακολουθεί να κινείται σε χαμηλά ποσοστά σε σχέση με εκείνα της χρήσης λεβήτων πετρελαίου. Αυτό οδηγεί στην παραδοχή ότι το ποσοστό υποκατάστασης με συστήματα αερίου θα πρέπει να θεωρηθεί σχετικά μικρό.

49 ΕΜΘΠΜ 48 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.1: Κατανάλωση φυσικού αερίου για το έτος 2008, Πηγή: Τ.Ε.Ε.-Δ.Ε.Π.Α. ε) Υποκατάσταση πετρελαίου από βιομάζα. Η υποκατάσταση πετρελαίου από βιομάζα αφορά στις χρήσεις αποκλειστικής κατοικίας ή μεικτής χρήσης με κύρια χρήση κατοικίας, δηλαδή όχι για κύρια επαγγελματική χρήση, για την οποία θεωρήθηκε κυρίως υποκατάσταση από ηλεκτρικές συσκευές θέρμανσης, όπως κλιματιστικά συστήματα. Στ) Οι συντελεστές εκπομπής, δηλαδή η εκπεμπόμενη μάζα των ρύπων ανά μονάδα ισχύος των συστημάτων κεντρικής θέρμανσης που χρησιμοποιούν πετρέλαιο, δε μεταβάλλονται σημαντικά με τη θερμογόνο ισχύ. Αυτό σημαίνει πρακτικά, ότι οι συντελεστές εκπομπής είναι ίδιοι, ανεξαρτήτως μεγέθους χώρου και ενεργειακών αναγκών, δηλαδή όμοιοι είτε μελετάται ένα μικρό διαμέρισμα που θερμαίνεται με ένα μικρό λέβητα, είτε μια μεγάλη μονοκατοικία που απαιτεί πολλαπλάσια ισχύ για να πετύχει τον επιθυμητό βαθμό απόδοσης. Ο συντελεστής εκπομπής για κάθε τύπο καυσίμου διαμορφώνεται από τη διεργασία της καύσης που λαμβάνει χώρα κατά τη λειτουργία του και εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την ποιότητα του καυσίμου και τις τεχνικές προδιαγραφές του εξοπλισμού και όχι από το μέγεθος της εγκατάστασης, τις ώρες λειτουργίας ή το μέγεθος του θερμαινόμενου χώρου. Η ποσότητα εκπεμπόμενων ρύπων σε απόλυτο αριθμό μάζας προς μονάδα ισχύος, προκύπτει ως συνδυασμός της καιόμενης ποσότητας καυσίμου και του συντελεστή εκπομπής που διέπει τη συγκεκριμένη καύση Προσδιορισμός βαθμού υποκατάστασης Με βάση τον τελικό χάρτη γεωχωρικών δεδομένων κτιρίων, ακολουθήθηκε η παρακάτω μεθοδολογία για τον υπολογισμό ενός μέσου βαθμού υποκατάστασης καύσεων πετρελαίου από καύσεις βιομάζας, θεωρώντας ότι η απαιτούμενη θερμογόνος ισχύς δεν μεταβλήθηκε σημαντικά:

50 ΕΜΘΠΜ 49 α) Για τις μονοκατοικίες (ύψος κτιρίου <1,5 ορόφους) Ανεξαρτήτως έτους κατασκευής, θεωρήθηκε υποκατάσταση από τζάκια σε ποσοστό 35% Ανεξαρτήτως έτους κατασκευής, θεωρήθηκε υποκατάσταση από σόμπες σε πρόσθετο ποσοστό 35% β) Για τις πολυκατοικίες (ύψος κτιρίου >=1.5 ορόφους) Για τις κατασκευές μετά το 1985 (ολόκληρη η κλάση και το 50% της κλάσης ) θεωρήθηκε υποκατάσταση από τζάκια 45% και πρόσθετο 25% από σόμπες Για τις κατασκευές πριν το 1985 (όλα τα υπόλοιπα κτίρια) θεωρήθηκε υποκατάσταση 35% από τζάκια και 35% από σόμπες. Για κάθε ένα από τα κελιά υπολογίστηκε ένα μέσο ποσοστό υποκατάστασης, βάσει της πυκνότητας κτηρίων. Το ποσοστό υποκατάστασης υπολογίστηκε βάσει του πληθυσμού θερμαντικών πηγών βιομάζας ανά κελί, με δεδομένο ότι η επιφάνεια κάθε κατοικίας (άρα και οι θερμικές ανάγκες) θεωρήθηκε σταθερή. Με βάση τα υπάρχοντα δεδομένα, η τροποποίηση στον βαθμό υποκατάστασης επηρεάζει συνολικά 37 από τα 3840 κελιά. ΕΙΚΟΝΑ 3.5: Πλέγμα εκπομπών Χωρική κατανομή εγκαταστάσεων θέρμανσης Στις εικόνες 3.4 και 3.5 απεικονίζεται η χωρική κατανομή των εγκαταστάσεων θέρμανσης (τζάκια και σόμπες ξύλου), που συμμετέχουν στην υποκατάσταση των λεβήτων πετρελαίου κατά τα ποσοστά των σεναρίων που εξετάζονται μέσω των μοντέλων υπολογισμού. Σε ό,τι αφορά τα τζάκια, παρατηρείται σχετικά μικρή πυκνότητα κατανομής, με το μεγαλύτερο ποσοστό των κτιρίων σχεδόν σε όλο το πολεοδομικό συγκρότημα να διαθέτει από μηδέν (0) έως πέντε

51 ΕΜΘΠΜ 50 (5) τζάκια ανά κτίριο. Τα εν λόγω κτίρια επισημαίνονται με μπλε και πράσινο χρώμα στο σχετικό χάρτη. Πιο συγκεκριμένα, το ιστορικό κέντρο της Θεσσαλονίκης εμφανίζει την πιο «αραιή» συγκέντρωση τζακιών (μπλε χρώμα), με τα περισσότερα κτίρια να μη διαθέτουν τζάκια ή να διαθέτουν έως ένα, γεγονός που οφείλεται κατά βάση στην παράμετρο της παλαιότητας των κατασκευών, ενώ προχωρώντας προς τα ανατολικά και τα δυτικά του πολεοδομικού συγκροτήματος, όπου έχουμε νεότερες κτιριακές υποδομές και οικισμούς, παρατηρείται μια μικρή αύξηση της συχνότητας, περί τα 5 τζάκια ανά κτίριο (πράσινο χρώμα). Κτίρια με περισσότερα τζάκια (πορτοκαλί και κόκκινο χρώμα) παρατηρούνται σε ελάχιστο βαθμό και σχεδόν εξ ολοκλήρου στις προαναφερθείσες περιοχές εκτός του ιστορικού κέντρου, όπου οι οικισμοί και τα οικοδομικά συγκροτήματα είναι μικρότερης ηλικίας. Μια ανάλογη ποσοστιαία συμπεριφορά παρατηρείται και στις σόμπες, οι οποίες εμφανίζουν σχεδόν την ίδια πυκνότητα κατανομής, με μεγαλύτερη όμως παρουσία σε απόλυτο αριθμό, καθώς αποτελούν συσκευές θέρμανσης που δεν καταλαμβάνουν όγκο, ενώ η εγκατάστασή τους προϋποθέτει ελάχιστες δομικές μετατροπές του χώρου για τον οποίο προορίζονται. Έτσι, στο ιστορικό κέντρο της Θεσσαλονίκης παρατηρείται και πάλι έντονα το μπλε χρώμα, που αντιστοιχεί σε διασπορά ίση περίπου με 0 έως 10 σόμπες ανά κτίριο, ενώ εμφανίζονται περισσότερα κτίρια που διαθέτουν έως 20 σόμπες. Παρατηρείται δηλαδή μια ελαφρώς αυξημένη συχνότητα του πράσινου χρώματος στο ιστορικό κέντρο, σε σχέση με την αντίστοιχη παρατήρηση για τα τζάκια στην ίδια περιοχή. Και εδώ, οι νεότεροι οικισμοί, κυρίως στα ανατολικά, εμφανίζουν μεγαλύτερη πυκνότητα σε σόμπες, ενώ γενικά καταγράφονται περισσότερα κτίρια στις κατηγορίες 20 έως 60 (πορτοκαλί και κόκκινο). ΕΙΚΟΝΑ 3.3: Δορυφορική κάτοψη της ευρύτερης περιοχής Θεσσαλονίκης. Πηγή: Google earth

52 ΕΜΘΠΜ 51 ΕΙΚΟΝΑ 3.4: Τζάκια ανά κτίριο στην πόλη της Θεσσαλονίκης

53 ΕΜΘΠΜ 52 ΕΙΚΟΝΑ 3.5: Σόμπες ανά κτίριο στην πόλη της Θεσσαλονίκης

54 ΕΜΘΠΜ Το Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα Σ.Δ.Π.Α. Εγκατάσταση συστήματος διαχείρισης ποιότητας αέρα για την ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης με δυνατότητα πρόγνωσης πραγματικού χρόνου και 24ωρου και προηγμένες δυνατότητες κατάρτισης σεναρίων εκπομπών (Τελική έκθεση, ΕΜΘΠΜ, 12/2012) Γενική περιγραφή Η ισχύουσα κοινοτική οδηγία για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα στην Ευρώπη (2008/50/EC) ενθαρρύνει τη χρήση μαθηματικών μοντέλων ως εργαλείων εκτίμησης και διαχείρισης της ποιότητας αέρα. Επιπλέον, απαιτεί την έγκαιρη και έγκυρη πληροφόρηση του κοινού όσον αφορά στα επίπεδα συγκεντρώσεων των αέριων ρύπων που υπόκεινται σε θεσπισμένα νομοθετικά πλαίσια. Τα Συστήματα Διαχείρισης της Ποιότητας Αέρα (ΣΔΠΑ) τα οποία βασίζονται σε μοντέλα διασποράς και χημικού μετασχηματισμού των αέριων ρύπων αλλά και σε υποστηρικτικά εργαλεία για την κατάρτιση σεναρίων εκπομπών, αποτελούν πρόσφορη λύση που παρέχει ολοκληρωμένες δυνατότητες πρόβλεψης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε συγκεκριμένες περιοχές. Προς αυτήν την κατεύθυνση, στα πλαίσια του προγράμματος «Εγκατάσταση Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα για την Ευρύτερη Περιοχή της Θεσσαλονίκης με Δυνατότητα Πρόγνωσης Πραγματικού Χρόνου και 24ώρου και Προηγμένες Δυνατότητες Κατάρτισης Σεναρίων Εκπομπών» πραγματοποιήθηκε η υλοποίηση, για λογαριασμό του Οργανισμού Ρυθμιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης (ΟΡ.ΘΕ.)., ενός συστήματος, το οποίο συμπεριλαμβάνει δύο ανεξάρτητες καταστάσεις λειτουργίας, την εκτίμηση σε πραγματικό χρόνο και την πρόβλεψη 24ώρου, της ποιότητας αέρα σε ολόκληρη την ευρύτερη περιοχή ευθύνης του ΟΡ.ΘΕ. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών του συστήματος είναι προσβάσιμα μέσω μιας φιλικής προς τον χρήστη ιστοσελίδας. Στις αρχές του 2013 ξεκίνησε η δοκιμαστική λειτουργία του συστήματος στις ιστοσελίδες και του Οργανισμού Ρυθμιστικού και του Παρατηρητηρίου Αειφορίας και Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης (ΠΑΠΘ) Περιγραφή του Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα Ο βασικός στόχος του Σ.Δ.Π.Α. είναι η έγκυρη ενημέρωση κάθε ενδιαφερόμενου για την ποιότητα αέρα στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας (Π.Κ.Μ.) και στην Ευρύτερη Περιοχή της Θεσσαλονίκης (Ε.Π.Θ.). Ο πολίτης θα έχει τη δυνατότητα πληροφόρησης σε πραγματικό χρόνο, μέσω μίας εύχρηστης διεπιφάνειας του υπολογιστή. Επιπρόσθετα, ο σχεδιασμός του Σ.Δ.Π.Α. υποστηρίζει τη δημιουργία σεναρίων με στόχο την υποστήριξη των αρχών στη λήψη αποφάσεων σχετικά με τον στρατηγικό σχεδιασμό για τον περιορισμό των επιπέδων ρύπανσης, καθώς και τη διαχείριση εκτάκτων καταστάσεων που σχετίζονται με υψηλά επίπεδα ρύπανσης. Συγκεκριμένα, κατά τη διαδικασία δημιουργίας ενός σεναρίου, ο εξουσιοδοτημένος χρήστης του Ο.Ρ.ΘΕ. χρησιμοποιεί κατάλληλο λογισμικό με στόχο τη δημιουργία του επιθυμητού σεναρίου εκπομπών εντός της περιοχής ενδιαφέροντος. Στη συνέχεια, μέσω κατάλληλης διαδικτυακής υποδομής, το συγκεκριμένο σενάριο τροφοδοτείται στο σύστημα, ώστε να χρησιμοποιηθεί κατά τους υπολογισμούς των επιπέδων

55 ΕΜΘΠΜ 54 ατμοσφαιρικής ρύπανσης, οι οποίοι ακολούθως θα υποστηρίξουν τη διαδικασία λήψης αποφάσεων που αφορούν στις πιθανές επιδράσεις του εξεταζόμενου σεναρίου στην ποιότητα του αέρα. Η λειτουργία του συστήματος βασίζεται στη χρήση μετεωρολογικών μαθηματικών μοντέλων (MEMO) και μοντέλων διασποράς και χημικού μετασχηματισμού των ρύπων (MARS-aero). Το Σ.Δ.Π.Α. υλοποιεί ένα ευρύ πεδίο λειτουργιών που σχετίζονται με τη διεξαγωγή προβλέψεων πραγματικού χρόνου και προγνώσεων 24ώρου, καθώς και με τη δημιουργία και διεξαγωγή σεναρίων για τον υπολογισμό της ποιότητας αέρα στην Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης και στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας. Ο σχεδιασμός του συστήματος επιτρέπει την αυτόματη συλλογή όλων των δεδομένων εισόδου, την εκτέλεση των μοντέλων ποιότητας αέρα, όσο και την ενημέρωση της ιστοσελίδας του Ο.Ρ.ΘΕ. με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Τα δεδομένα μετεωρολογίας που απαιτούνται στα πλαίσια της μελέτης σεναρίων εκπομπών παρέχονται για έναν αριθμό αντιπροσωπευτικών ημερών, οι οποίες επιλέχθηκαν με βάση τις συνοπτικές μετεωρολογικές καταστάσεις της περιοχής Στο τέλος των υπολογισμών λαμβάνει χώρα αυτόματη επεξεργασία των αποτελεσμάτων και παράγονται χάρτες συγκεντρώσεων, χρονοσειρές και στατιστικοί δείκτες, οι οποίοι γίνονται διαθέσιμοι στους εξουσιοδοτημένους χρήστες του ΟΡ.ΘΕ.. Το υλοποιούμενο ΣΔΠΑ αποτελεί βελτίωση των δυνατοτήτων παλαιότερου συστήματος που είχε αναπτυχθεί και εγκατασταθεί από το Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής (ΕΜΘΠΜ) στον ΟΡ.ΘΕ., προσαρμοσμένο στις σύγχρονες ανάγκες αποτίμησης και πρόγνωσης της ποιότητας αέρα στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στη συνέχεια περιγράφεται το λειτουργικό τμήμα του συστήματος που χρησιμοποιήθηκε για την εισαγωγή των σεναρίων εκπομπών οι οποίες εξετάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Οι λειτουργίες του συστήματος που αφορούν στον έλεγχο και στην εκτέλεση των υπολογισμών διασποράς βάσει των σεναρίων εκπομπών, περιγράφονται στο κεφάλαιο Διαδικασία δημιουργίας σεναρίου εκπομπών Το Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα μπορεί να εγκατασταθεί εύκολα σε προσωπικό υπολογιστή, ενώ παρέχει αρκετές δυνατότητες κατάρτισης σεναρίων εκπομπών μέσω ενός εύχρηστου καταλόγου επιλογών. Πιο συγκεκριμένα, δίνεται η δυνατότητα να δημιουργηθούν νέα σενάρια εκπομπών, για παράδειγμα οδικής κυκλοφορίας, καθώς και να συντεθούν ολοκληρωμένα σενάρια εκπομπών με χρήση εκπομπών και από άλλες κατηγορίες πηγών, όπως η κεντρική θέρμανση και η βιομηχανία. Επιπλέον, δίνεται η δυνατότητα να πραγματοποιηθούν συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών σεναρίων, οι οποίες εμφανίζονται υπό μορφή γραφικών παραστάσεων. Ο χρήστης έχει την ευχέρεια να δημιουργήσει νέο σενάριο, ή να χρησιμοποιήσει κάποιο από τα ήδη διαθέσιμα στο αρχείο του συστήματος, επιλέγοντας από τον σχετικό κατάλογο. Οι εκπομπές από την πηγή ενδιαφέροντος μπορούν να σχηματοποιηθούν, τόσο υπό μορφή πλέγματος/ καννάβου (grid) όσο και υπό διανυσματική μορφή (vector map). Μπορούν να επιλεγούν όσες από τις πηγές ρύπανσης είναι

56 ΕΜΘΠΜ 55 επιθυμητές προκειμένου να δημιουργηθεί η συνολική βάση απογραφής εκπομπών αερίων ρύπων της περιοχής ενδιαφέροντος. Αφού επιλεχτούν τα ενεργοποιούμενα σενάρια για κάθε κατηγορία πηγών, μπορεί να δημιουργηθεί η τελική βάση απογραφής εκπομπών του εξεταζόμενου σεναρίου. Επίσης, κατά τη διάρκεια της παραγωγής των τελικών αρχείων του σεναρίου, εμφανίζεται στην οθόνη του χρήστη μια ράβδος προόδου (progress bar) η οποία παρέχει πληροφορία σχετικά με το ποσοστό των ολοκληρωμένων κάθε στιγμή υπολογισμών Διεπαφή για τη διαχείριση της βάσης δεδομένων εκπομπών Η διεπαφή χρήστη του ΣΔΠΑ παρέχει αρκετές δυνατότητες κατάρτισης σεναρίων εκπομπών μέσω ενός εύχρηστου καταλόγου επιλογών που απεικονίζεται στη συνέχεια. Πιο συγκεκριμένα, ο χρήστης έχει την ευχέρεια να δημιουργήσει νέα σενάρια εκπομπών οδικής κυκλοφορίας, καθώς και να συνθέσει ολοκληρωμένα σενάρια εκπομπών χρησιμοποιώντας εκπομπές από σενάρια οδικής κυκλοφορίας όσο και από άλλες κατηγορίες πηγών, όπως η κεντρική θέρμανση και η βιομηχανία. Επιπλέον, έχει τη δυνατότητα να πραγματοποιήσει συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών σεναρίων, οι οποίες εμφανίζονται υπό μορφή γραφικών παραστάσεων, μέσω της εφαρμογής Comparisons. ΕΙΚΟΝΑ 3.6: Κεντρικό μενού διεπαφής χρήστη για την κατάρτιση σεναρίων εκπομπών. Για παράδειγμα, όσον αφορά στις εκπομπές από την οδική κυκλοφορία ή την κεντρική θέρμανση, ο χρήστης έχει την ευχέρεια να δημιουργήσει νέο σενάριο ή να χρησιμοποιήσει κάποιο από τα ήδη διαθέσιμα στο αρχείο του συστήματος. Το σύστημα παρέχει προκαθορισμένες τιμές για την κατανομή τεχνολογιών οικιακής θέρμανσης, για κάθε σενάριο πoυ είναι διαθέσιμο στο αρχείο. Ο εξουσιοδοτημένος χρήστης έχει τη δυνατότητα να πραγματοποιήσει τροποποιήσεις στα διαθέσιμα σενάρια. Πιο συγκεκριμένα, ο χρήστης μπορεί να διαφοροποιήσει τους συντελεστές εκπομπής ανά κατηγορία επιφέροντας έτσι μεταβολές στις εκπομπές καύσεων θέρμανσης χώρων που υπολογίζονται από το σύστημα. Επιπρόσθετα, ο χρήστης μπορεί να σχηματοποιήσει τις σχετικές εκπομπές τόσο υπό μορφή καννάβου (grid) όσο και σε

57 ΕΜΘΠΜ 56 διανυσματική μορφή (vector map). Στo Σχήμα 3.2 παρουσιάζεται η λειτουργία της διεπαφής μέσω της οποίας λαμβάνει χώρα η δημιουργία των σεναρίων εκπομπών. Για τη σύνθεση της συνολικής βάσης απογραφής εκπομπών απαιτείται από τον χρήστη η ενεργοποίηση του επιθυμητού σεναρίου για την κάθε κατηγορία εκπομπών, μέσα από τη λειτουργία Select Sources του αρχικού καταλόγου επιλογών. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει όσες από τις πηγές ρύπανσης επιθυμεί προκειμένου να δημιουργήσει τη συνολική βάση απογραφής εκπομπών αερίων ρύπων της περιοχής. Επομένως, προκειμένου να συνυπολογισθούν οι εκπομπές συγκεκριμένης πηγής ρύπανσης κατά τη σύνθεση της βάσης απογραφής εκπομπών θα πρέπει η πηγή αυτή να έχει επιλεγεί από τον χρήστη. Κατά τη λειτουργία ενεργοποίησης κάθε κατηγορίας εκπομπών, το σύστημα διακρίνει συνολικά 14 πηγές ρύπανσης και παρέχει στο χρήστη τη δυνατότητα τροποποίησης των εκπομπών ανά πηγή ρύπανσης και κυψελίδα (ή ζώνη) των πλεγμάτων υπολογισμού. Επιλέγοντας κάποια από τις πηγές εμφανίζεται νέος κατάλογος επιλογών. Στην περίπτωση που ο χρήστης επιθυμεί τον συνυπολογισμό των εκπομπών από το συγκεκριμένο τομέα (sector) δραστηριότητας κατά τη σύνθεση της βάσης απογραφής εκπομπών, θα πρέπει να επιλέξει κάποιο από αυτά. Η επιλογή και ενεργοποίηση του αρχείου γίνεται μέσω της επιλογής Set. Μετά από την ενέργεια αυτή ακολουθεί μήνυμα επιβεβαίωσης ( The selected Scenario is now active ), το οποίο εμφανίζεται στο σχετικό πεδίο. Με την επιλογή του αρχείου εκπομπών ενεργοποιούνται αυτόματα οι επιλογές Edit Grid και Gridded Graph. Η πρώτη χρησιμοποιείται για την τροποποίηση και τη γραφική απεικόνιση των εκπομπών ρύπων που αντιστοιχούν στο επιλεγμένο αρχείο εκπομπών. Η απεικόνιση έχει τη μορφή καννάβου και αντιστοιχεί στο πυκνό πλέγμα υπολογισμού (οριζόντια διακριτότητα 1 1 km 2 ). Η δεύτερη επιλογή Gridded Graph χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των εκπομπών σε μορφή καννάβου. Επισημαίνεται ότι απεικονίζεται το αρχείο/σενάριο που έχει επιλεγεί μέσω της εντολής Select Traffic Scenario. Εάν το αρχείο έχει προηγουμένως τροποποιηθεί μέσω της εντολής Edit Grid, προφανώς απεικονίζονται και οι σχετικές τροποποιήσεις. ΣΧΗΜΑ 3.2: Επιλογή τομέα δραστηριότητας και παράθυρο μεταβολών καννάβου εκπομπών

58 ΕΜΘΠΜ 57 Τέλος, αφού ο χρήστης επιλέξει τα σενάρια που θα ενεργοποιηθούν για κάθε κατηγορία πηγών, μπορεί να δημιουργήσει την τελική βάση απογραφής εκπομπών του σεναρίου, ενεργοποιώντας την εφαρμογή E.I. Compilation. Όπως φαίνεται και στο (Σχήμα 3.3), για τη δημιουργίας της τελικής μορφής των σεναρίων απαιτείται από τον χρήστη η καταχώρηση διευκρινιστικών στοιχείων για το συγκεκριμένο σενάριο μέσω της συμπλήρωσης του σχετικού πεδίου Comment. Το σχόλιο αποθηκεύεται και εμφανίζεται στο πεδίο επιλογής του σεναρίου εκπομπών που θα χρησιμοποιηθεί για την εφαρμογή των μοντέλων, και δε θα πρέπει να υπερβαίνει σε μήκος τους 60 χαρακτήρες. Επίσης, κατά τη διάρκεια της παραγωγής των τελικών αρχείων του σεναρίου, εμφανίζεται στην οθόνη του χρήστη μια ράβδος προόδου (progress bar) η οποία του παρέχει την πληροφορία σχετικά με το ποσοστό των υπολογισμών που έχει ολοκληρωθεί. ΣΧΗΜΑ 3.3: Τελικό στάδιο σύνθεσης των εκπομπών των σεναρίων.

59 ΕΜΘΠΜ Εκτίμηση επιβάρυνσης στην ποιότητα του αέρα 4.1 Γενικά Ο περιορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από εκπομπές σωματιδίων προϋποθέτει συνδυασμό κατάλληλων μέτρων ώστε να επιτυγχάνεται ισόρροπη μείωση της υπόβαθρης ρύπανσης και της πρόσθετης ρύπανσης που παρατηρείται σε σημεία αιχμής. Προϋπόθεση για την επιλογή του κατάλληλου συνδυασμού εφικτών παρεμβάσεων αποτελεί η διαθεσιμότητα κατάλληλης αλληλουχίας υπολογιστικών προτύπων, «μοντέλων», που να περιγράφουν επαρκώς τη συναρτησιακή σχέση ανάμεσα στις πηγές ρύπων και τις επιδράσεις στους αποδέκτες. Η σημασία της επιτυχημένης εφαρμογής των μοντέλων αυτών είναι προφανής, καθώς με τον τρόπο αυτό, εκτός από τη μελέτη της υπάρχουσας κατάστασης, μπορούν να ληφθούν υπόψη και να αποτιμηθούν μια σειρά από στρατηγικές αντιρρύπανσης, ξεκινώντας από διεθνείς δεσμεύσεις σε επίπεδο χώρας, όπως η Οδηγία για τα Εθνικά Ανώτατα Όρια Εκπομπών, επεμβάσεις που αφορούν στις πηγές ρύπανσης της ευρύτερης αστικής περιοχής, όπως η εισαγωγή και χρήση του φυσικού αερίου σε κτίρια οικιακής και εμπορικής χρήσης, νέα έργα στο σύστημα μεταφορών και καταλήγοντας σε επεμβάσεις με άμεση επίδραση στα σημεία αιχμής, όπως για παράδειγμα τον περιορισμό της κυκλοφορίας οχημάτων παλαιάς τεχνολογίας σε συγκεκριμένα σημεία της πόλης. Τα επίπεδα ρύπανσης σε σημεία αιχμής εξαρτώνται άμεσα από τις τοπικές εκπομπές ρύπων, ωστόσο στη διαμόρφωσή τους συνεισφέρει και το σύνολο των πηγών της ευρύτερης αστικής περιοχής, με χαρακτηριστικά παραδείγματα τη συνολική κυκλοφορία, τη βιομηχανία, τη θέρμανση, που ουσιαστικά προσδιορίζουν τη λεγόμενη «υπόβαθρη ρύπανση». Με τον όρο αυτό υπονοούνται τα επίπεδα ρύπανσης που επικρατούν σε ευρύτερες περιοχές μιας πόλης επιβαρύνοντας μεγάλο μέρος του πληθυσμού της. Οι συγκεντρώσεις ρύπων σε σημεία αιχμής μπορεί μεν να είναι πολύ υψηλότερες, με δυνητικά όμως πολύ πιο περιορισμένη δυσμενή επίδραση λόγω του μικρού αριθμού αποδεκτών που εκτίθενται σε αυτές. Με δεδομένες τις τοπογραφικές και μετεωρολογικές ιδιαιτερότητες κάθε περιοχής, για την λεπτομερή και αξιόπιστη περιγραφή τόσο του πεδίου ροής όσο και της διασποράς και μετασχηματισμού των ρύπων στην περιοχή αυτή, επιλέγεται το μη-υδροστατικού μοντέλο μεσοκλίμακας ΜΕΜΟ για προσομοιώσεις πεδίων ροής ανέμου, ενώ για προσομοιώσεις διασποράς και χημικού μετασχηματισμού ρύπων επιλέγεται το τρισδιάστατο φωτοχημικό μοντέλο διασποράς MARS/aero. Το μοντέλο ΜΕΜΟ (Mesoscale Model), το οποίο αναπτύχθηκε από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης, μαζί με το μοντέλο MARS/ aero (Model for the Atmospheric Dispersion of Reactive Species and aerosols), αποτελούν τις δύο κύριες συνιστώσες του συστήματος μοντέλων European Zooming Model (ΕΖΜ). Το συγκεκριμένο σύστημα μοντέλων ανήκει στην κατηγορία των μοντέλων που σχεδιάστηκαν για να περιγράψουν φαινόμενα μεταφοράς στην ατμόσφαιρα σε τοπική έως περιφερειακή κλίμακα.

60 ΕΜΘΠΜ Ευρωπαϊκές οδηγίες και όρια συγκεντρώσεων ρύπων για αστικές περιοχές Γενικά Στα πλαίσια της προσπάθειας για περιορισμό και πρόληψη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ), μέσω των οδηγιών για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα, θεσπίζει οριακές τιμές και τιμές στόχους για όλους τους εκπεμπόμενους στην ατμόσφαιρα ρύπους. Οι οριακές τιμές αναφέρονται σε εκείνα τα επίπεδα συγκεντρώσεων πάνω από τα οποία είναι επιστημονικά τεκμηριωμένη η συσχέτιση με την εμφάνιση επιβλαβών επιπτώσεων, τόσο στον ανθρώπινο πληθυσμό, όσο και στο περιβάλλον και πιο συγκεκριμένα σε φυτείες, οικοσυστήματα, κτίρια, ενώ οι τιμές στόχοι αναφέρονται σε επιθυμητά επίπεδα που όταν δεν ξεπερνιούνται προλαμβάνονται και αποφεύγονται μακροπρόθεσμα οι επιβλαβείς επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Βάσει της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας, μια οριακή τιμή είναι νομικά δεσμευτική από την ημερομηνία έναρξης ισχύος της, ενώ υπόκειται στο μέγιστο αριθμό υπερβάσεων που επιτρέπεται από τη νομοθεσία για τον εκάστοτε ρύπο. Αντίθετα, μία τιμή στόχος πρέπει να επιτευχθεί εντός ενός προκαθορισμένου χρονικού διαστήματος. Κατά την έναρξη ισχύος της, μια τιμή στόχος υπόκειται σε ένα όριο ανοχής όσον αφορά στον αριθμό των υπερβάσεων, το οποίο μειώνεται ανά συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, έως ότου μηδενιστεί σε καθορισμένη ημερομηνία. Κατά συνέπεια, μια τιμή στόχος είναι λιγότερο αυστηρή από μια οριακή τιμή. Στις οριακές τιμές συμπεριλαμβάνονται το όριο ενημέρωσης, πάνω από το οποίο η βραχύχρονη έκθεση εγκυμονεί κινδύνους για τις ιδιαίτερα ευαίσθητες ομάδες του ανθρώπινου πληθυσμού, το όριο συναγερμού, πάνω από το οποίο η βραχύχρονη έκθεση δημιουργεί για τον εν γένει πληθυσμό κινδύνους για τη δημόσια υγεία και στο οποίο τα κράτη-μέλη λαμβάνουν άμεσα μέτρα, καθώς και το ανώτερο και το κατώτερο όριο εκτίμησης. Τα δύο τελευταία όρια καθορίζουν ποιες τεχνικές εκτίμησης ποιότητας αέρα θα χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των επιπέδων ρύπανσης σε κάθε περίπτωση. Επίσης, καθορίζουν και τον ελάχιστο απαιτούμενο αριθμό σταθμών μέτρησης σε σχέση με την πληθυσμιακή κατανομή για κάθε ζώνη ή πληθυσμό. Στον Πίνακα 2.1 παρατίθενται οι ορισμοί που εμφανίζονται στις Οδηγίες 1999/30/EΚ, 2000/69/EΚ, 2002/3/EΚ Περιγραφή Οδηγίας Πλαισίου και σχετικών Θυγατρικών Οδηγιών Οι βασικές οδηγίες που συνθέτουν το νομικό πλαίσιο που έχει θεσπιστεί τόσο από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο, όσο και από το Ευρωκοινοβούλιο, σχετικά με την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα μέχρι και το Δεκέμβριο του 2007 παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα:

61 ΕΜΘΠΜ 60 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1: Ορολογία ατμοσφαιρικής ρύπανσης Χαρακτηρισμός Αέρας περιβάλλοντος Ρύπος Πρόδρομες ουσίες όζοντος (Ο 3 ) Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOC) Ζώνη Οικισμός Επίπεδο Τιμή Στόχος Όριο Συναγερμού Όριο Ενημέρωσης Περιθώριο Ανοχής Ανώτερο Όριο Εκτίμησης Κατώτερο Όριο Εκτίμησης Εκτίμηση Ορισμοί Ο εξωτερικός αέρας της τροπόσφαιρας. Κάθε ουσία η οποία διοχετεύεται αμέσως ή εμμέσως από τον άνθρωπο στον αέρα του περιβάλλοντος και ενδέχεται να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία ή/και στο περιβάλλον στο σύνολό του. Ουσίες οι οποίες συμβάλλουν στη δημιουργία Ο 3 σε επίπεδο εδάφους. Όλες οι οργανικές ενώσεις ανθρωπογενούς και βιογενούς προέλευσης εκτός από το μεθάνιο, οι οποίες είναι ικανές να παράγουν φωτοχημικά οξειδωτικά μέσω αντιδράσεων με οξείδια του αζώτου παρουσία ηλιακού φωτός. Οριοθετημένο από τα κράτη-μέλη τμήμα του εδάφους τους Ζώνη με συγκέντρωση πληθυσμού άνω των κατοίκων ή, όταν η συγκέντρωση πληθυσμού είναι μικρότερη ή ίση με κατοίκους, με πυκνότητα πληθυσμού ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο η οποία να δικαιολογεί, κατά τη γνώμη των κρατών μελών, την ανάγκη εκτίμησης και διαχείρισης της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος. Συγκέντρωση ενός ρύπου στον αέρα του περιβάλλοντος ή η εναπόθεσή του σε μια επιφάνεια σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Επίπεδο που καθορίζεται με σκοπό τη μακροπρόθεσμη αποφυγή επιβλαβών επιδράσεων στην ανθρώπινη υγεία ή/και το εν γένει περιβάλλον και πρέπει να επιτευχθεί, όπου είναι δυνατόν, εντός δεδομένης χρονικής περιόδου. Επίπεδο πέραν του οποίου υπάρχει κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία, ακόμη και αν η έκθεση είναι βραχύχρονη. Επίπεδο πέραν του οποίου η βραχύχρονη έκθεση εγκυμονεί για ιδιαίτερα ευαίσθητες ομάδες του πληθυσμού κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και στο οποίο απαιτούνται ενημερωμένες πληροφορίες. Ποσοστό της οριακής τιμής κατά το οποίο επιτρέπεται να γίνεται υπέρβασή της. Επίπεδο κάτω του οποίου επιτρέπεται η χρήση ενός συνδυασμού μετρήσεων και τεχνικών προσομοίωσης για την εκτίμηση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος. Επίπεδο κάτω του οποίου επιτρέπεται η χρήση μόνον τεχνικών προσομοίωσης ή αντικειμενικής εκτίμησης για την εκτίμηση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος. Κάθε μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση, τον υπολογισμό, την πρόβλεψη ή την εκτίμηση του επιπέδου ενός ρύπου στον αέρα του περιβάλλοντος.

62 ΕΜΘΠΜ Η Οδηγία 96/62/ΕΚ (Οδηγία Πλαίσιο) του ΕΣ για τον προσδιορισμό και τη διαχείριση της ποιότητας αέρα περιβάλλοντος (OJ L 296, , p. 55). 2. Η απόφαση 97/101/ΕΚ του ΕΣ επέβαλε την αμοιβαία ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων από δίκτυα και μεμονωμένους σταθμούς μέτρησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης εντός των κρατών-μελών. (OJ L 35, , p. 14). 3. Η Οδηγία 1999/30/ΕΚ του ΕΣ αποτέλεσε την Πρώτη Θυγατρική Οδηγία και σχετίζεται με τις οριακές τιμές για το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), τα οξείδια του αζώτου (NO x ), τα αιωρούμενα σωματίδια (ΡΜ) και το μόλυβδο (Pb) στον αέρα του περιβάλλοντος (OJ L 163, , p. 41). 4. Η Οδηγία 2000/69/ΕΚ του Ευρωκοινοβουλίου και του ΕΣ αποτέλεσε τη Δεύτερη Θυγατρική Οδηγία και αναφέρεται στις οριακές τιμές για το βενζόλιο (C 6 Η 6 ) και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) στον αέρα του περιβάλλοντος. (OJ L 313, , p. 12). 5. Η Οδηγία 2002/3/ΕΚ του Ευρωκοινοβουλίου και του ΕΣ αναφέρεται στο όζον (O 3 ) της τροπόσφαιρας. Αυτή αποτέλεσε την Τρίτη Θυγατρική Οδηγία και όρισε τιμές στόχους και μακροχρόνιους στόχους για τη συγκέντρωση του O 3 στον αέρα, το οποίο αποτελεί ένα δευτερεύον ρύπο. Επίσης, η συγκεκριμένη Οδηγία περιγράφει τις απαιτήσεις ελέγχου που σχετίζονται με VOC και νιτρικά οξέα στον αέρα, ουσίες που αποτελούν προδρόμους του O 3 (OJ L 67, , p.14). 6. Η Οδηγία 2004/107/ΕΚ του Ευρωκοινοβουλίου και του ΕΣ αναφέρεται στο αρσενικό (As), το κάδμιο (Cd), τον υδράργυρο (Hg), το νικέλιο (Ni) και τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAH) στον αέρα του περιβάλλοντος. Αυτή αποτέλεσε την Τέταρτη Θυγατρική Οδηγία (OJ L 23, , p.3). 7. Η απόφαση 2004/461/ΕΚ της ΕΕ έθεσε επί τάπητος ένα ερωτηματολόγιο με στόχο την καθιέρωση ετήσιων αναφορών στην εκτίμηση ποιότητας αέρα σύμφωνα με τις Οδηγίες 96/62/ΕΚ και 1999/30/ΕΚ του ΕΣ και των οδηγιών 2000/69/ΕΚ και 2002/3/ΕΚ του Ευρωκοινοβουλίου και του ΕΣ (OJ L 156, , p. 78). 8. Η Οδηγία 85/2003/ΕΚ του ΕΣ για τα όρια ποιότητας αέρα όσον αφορά στα επίπεδα ΝΟ 2 (OJ L 87, , p.1) Ανώτερο και κατώτερο όριο εκτίμησης Δύο βασικά μεγέθη με σημαντικές εφαρμογές στην προσπάθεια μελέτης και ελέγχου της ποιότητας του αέρα είναι το ανώτερο και κατώτερο όριο εκτίμησης. Η γνώση της τιμής τους είναι επιβεβλημένη, τόσο γιατί καθορίζουν ποιες τεχνικές εκτίμησης ποιότητας αέρα επιτρέπεται να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των επιπέδων ρύπανσης σε κάθε περίπτωση, όσο και λόγω του ότι καθορίζουν τον ελάχιστο αριθμό σταθμών μέτρησης που απαιτείται σε σχέση με την πληθυσμιακή συγκέντρωση της εκάστοτε ζώνης ή πληθυσμού. Σύμφωνα με τις Θυγατρικές Οδηγίες 1999/30/ΕΚ, 2000/69/ΕΚ και 2002/3/ΕΚ, τα όρια εκτίμησης για κάθε ρύπο υπολογίζονται με βάση τα ποσοστά που αναφέρονται ακολούθως (πίνακες ).

63 ΕΜΘΠΜ 62 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2: Όρια για την ποιότητα αέρα σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Νομοθεσία. Ρύπος SO 2 NO 2 PM 10 (1) PM 10 (2) Όριο Στόχος 350 μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 24 φορές ανά έτος 125 μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 3 φορές ανά έτος 200 μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 18 φορές ανά έτος Περίοδος Αναφοράς 1 ώρα Θεσμοθέτη ση-έναρξη Ισχύος 1999/30/Ε Κ 1/1/2005 Περιθώριο Ανοχής 150μg/m 3 (43%) κατά την έναρξη ισχύος, μειούμενο από την 1/1/2001 και κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/ ώρες» Κανένα 1 ώρα 1999/30/Ε Κ 1/1/ % κατά την έναρξη ισχύος, μειούμενο από την 1/1/2001και κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/ μg/m 3 1 έτος»» 50 μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 35 φορές ανά έτος 24 ώρες 40 μg/m 3 1 έτος 50 μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 7 φορές ανά έτος 24 ώρες 20 μg/m 3 1 έτος Pb 0,5 µg/m³ 1 έτος CO 10 mg/m 3 Κυλιόμεν ο 8ωρο C 6 Η 6 5 μg/m 3 1 έτη O μg/m 3 να μην υπερβαίνεται πάνω από 25 ημέρες ανά έτος για διάστημα 3 ετών Κυλιόμεν ο 8ωρο As 6 ng/m 3 1 έτος Cd 5 ng/m 3 1 έτος Ni 20 ng/m 3 1 έτος PAH 1 ng/m3 1 έτος 1999/30/Ε Κ 1/1/ /30/Ε Κ 1/1/ /30/Ε Κ 1/1/ /30/Ε Κ 1/1/ /30/E Κ 12/5/ /69/Ε Κ 1/1/ /69/Ε Κ Προθεσμία : 1/1/ /3/ΕΚ 1/1/ /107/Ε Κ 1/1/ /107/Ε Κ 1/1/ /107/Ε Κ 1/1/ /107/Ε Κ 1/1/ % κατά την έναρξη ισχύος, μειούμενο από την 1/1/2001και κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/ % κατά την έναρξη ισχύος, μειούμενο από την 1/1/2001και κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/2005. Θα υπολογιστεί βάσει δεδομένων και θα είναι ισοδύναμο με την οριακή τιμή του Σταδίου 1. 50% την 1/1/2005, μειούμενο κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/ % κατά την έναρξη ισχύος, μειούμενο από 1/1/2001και κατόπιν κάθε 12 μήνες κατά ίσο ετήσιο ποσοστό ώστε να φθάσει το 0% την 1/1/2005 ή 1/1/2010 για ορισμένες χώρες. 6mg/m 3 (60%) κατά την 13/12/2000, μειούμενο την 1/1/2003 και κατόπιν ανά δωδεκάμηνο κατά 2 mg/m 3, μέχρι μηδενισμού του την 1/ μg/m 3 (100%) κατά την 13/12/2000, μειούμενο την 1/1/2006 και κατόπιν ανά δωδεκάμηνο κατά 1μg/m 3, μέχρι μηδενισμού του την 1/ Οι υπερβάσεις των ανώτερων και κατώτερων ορίων εκτίμησης πρέπει να προσδιορίζονται με βάση τις τιμές συγκεντρώσεων κατά τη διάρκεια των προηγούμενων πέντε ετών, εφόσον υπάρχουν επαρκή δεδομένα. Υπέρβαση του ορίου εκτίμησης τεκμαίρεται σε περίπτωση κατά την οποία έχουν σημειωθεί υπερβάσεις τουλάχιστον κατά τα τρία από τα πέντε τελευταία έτη. Σε περίπτωση που τα διαθέσιμα

64 ΕΜΘΠΜ 63 στοιχεία αφορούν διάστημα μικρότερο της πενταετίας, εντούτοις τα κράτη-μέλη έχουν τη δυνατότητα να συνδυάζουν προγράμματα μετρήσεων σύντομης διάρκειας (καμπάνιες) σε τοποθεσίες που αποτελούν, με μεγάλη πιθανότητα, τυπικά παραδείγματα αυξημένων επιπέδων ρύπανσης, βάσει στοιχείων καταγραφής εκπομπών και προσομοιώσεων για τον προσδιορισμό των υπερβάσεων των ΑΟΕ και ΚΟΕ. ΑΟΕ ΚΟΕ Προστασία της υγείας ΠΙΝΑΚΑΣ 4.3: ΑΟΕ και ΚΟΕ για το SO 2. 60% της 24ωρης οριακής τιμής (75 μg/m 3, των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση περισσότερες από 3 φορές ανά ημερολογιακό έτος) 40% της 24ωρης οριακής τιμής (50 μg/m 3, των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση περισσότερες από 3 φορές ανά ημερολογιακό έτος) Προστασία οικοσυστήματος 60% της χειμερινής οριακής τιμής 1 (12 μg/m 3 ) 40% της χειμερινής οριακής τιμής (8 μg/m 3 ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4.4: ΑΟΕ και ΚΟΕ για το NO 2 και τα NO x. Ωριαία οριακή τιμή για την προστασία της ανθρώπινης υγείας (ΝΟ 2 ) ΑΟΕ 70% της οριακής τιμής 140 μg/m 3, χωρίς υπέρβαση περισσότερες φορές από 18 ανά ημερολογιακό έτος) ΚΟΕ 50% της οριακής τιμής 100 μg/m 3, χωρίς υπέρβαση περισσότερες φορές από 18 ανά ημερολογιακό έτος) Ετήσια οριακή τιμή για την προστασία της ανθρώπινης υγείας (ΝΟ 2 ) 80% της οριακής τιμής (32 μg/m 3 ) 65% της οριακής τιμής (26 μg/m 3 ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5: ΑΟΕ και ΚΟΕ για τα PM. Μέση τιμή 24ωρου ΑΟΕ 60% της οριακής τιμής 30 μg/m 3, χωρίς υπέρβαση περισσότερες από 7 φορές ανά ημερολογιακό έτος) ΚΟΕ 40% της οριακής τιμής (20 μg/m 3, χωρίς υπέρβαση περισσότερες από 7 φορές ανά ημερολογιακό έτος) Ετήσια οριακή τιμή για την προστασία της χλωρίδας και πανίδας (ΝΟ x ) 80% της οριακής τιμής για την προστασία της βλάστησης 2 (24 μg/m 3 ) 65% της οριακής τιμής (19,5 μg/m 3 ) Μέση ετήσια τιμή 70% της οριακής τιμής (28 μg/m 3 ) 50% της οριακής τιμής (20 μg/m 3 ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4.6: ΑΟΕ και ΚΟΕ για Pb, C 6 Η 6 και CO. Ρύπος Pb Βενζόλιο CO Περίοδος Μέσος όρος Ετήσια μέση τιμή Ετήσια μέση τιμή Αναφοράς 8ώρου ΑΟΕ 70% της οριακής τιμής (0,35 70% της οριακής τιμής (3,5 70% της οριακής μg/m 3 ) μg/m 3 ) τιμής (7 μg/m 3 ) ΚΟΕ 50% της οριακής τιμής (0,25 40% της οριακής τιμής (2 50% της οριακής μg/m 3 ) μg/m3) τιμής (5 μg/m 3 ) 1 Αναφέρεται στην περίοδο 1 Οκτωβρίου - 31 Μαρτίου για κάθε έτος και ισούται με 20 μg/m 3 σύμφωνα με την Οδηγία 1999/30/ΕΚ. 2 Αναφέρεται σε ένα ημερολογιακό έτος και ισούται με 30 μg/m 3 σύμφωνα με την Οδηγία 1999/30/ΕΚ.

65 3 ώρες 400 μg/m 3 3 ώρες 500 μg/m 3 Περίοδος μέσου όρου Τιμή Επιτρεπόμενες υπερβάσεις Περιθώριο ανοχής Έτος έναρξης εφαρμογής Ανώτερη Κατώτερη Τιμή Ημερομηνία Περίοδος Τιμή ορίου ΕΜΘΠΜ 64 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.7: ΑΟΕ και ΚΟΕ για As, Cd, Ni και BaP. Ρύπος As Cd Ni BaP ΑΟΕ 60% της τιμής 60% της τιμής στόχου (3 70% της τιμής 60% της τιμής στόχου (3,6 ng/m 3 ) ng/m 3 ) στόχου (14 ng/m 3 ) στόχου (0,6 ng/m 3 ) ΚΟΕ 40% της τιμής 40% της τιμής στόχου (2 50% της τιμής 40% της τιμής στόχου (2,4 ng/m 3 ) ng/m 3 ) στόχου (10 ng/m 3 ) στόχου (0,4 ng/m 3 ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4.8: Σύνοψη των οριακών τιμών, των τιμών στόχων καθώς και των ορίων εκτίμησης, ενημέρωσης και συναγερμού για την ποιότητα αέρα με βάση την κοινοτική οδηγία όσον αφορά την προστασία της ανθρώπινης υγείας. Οριακή τιμή ή τιμή στόχος Όριο εκτίμησης Μακροπρόθ. στόχος Όριο ενημέρωσης και συναγερμού Ρύπος SO 2 NO 2 Βενζόλιο CO Ώρα Ημέρα Ώρα Ημέρα Έτος Μέγιστος ημερήσιος 8-ωρος μ.ο. 350 μg/m % (150 μg/m 3 ) 125 μg/m 3 3 Κανένα μg/m % το 2000 έως 0% το % το 2000 έως 0% το Κανένα Κανένα μg/m μg/m % το 2005 έως 0% το mg/m % μg/m3 140 mg/m3 32 μg/m3 3.5 μg/m3 7 mg/m3 50 μg/m μg/m 3 26 μg/m 3 2 μg/m 3 5 mg/m 3 PM 10 PM 2.5 Ημέρα Έτος Έτος 50 μg/m % μg/m % μg/m % το μg/m3 28 μg/m3 17 μg/m3 25 μg/m 3 20 μg/m 3 12 μg/m 3 25 μg/m

66 3 ώρες 120 μg/m μg/m 3 Δεν καθορίζεται 1 ώρα ΕΜΘΠΜ μg/m 3 0 έως 0% το Pb Έτος 0.5 μg/m μg/m μg/m 3 As Έτος 6 ng/m ng/m3 2.4 ng/m 3 Cd Έτος 5 ng/m ng/m3 2 ng/m 3 Ni Έτος 20 ng/m ng/m3 10 ng/m 3 B(a)P Έτος 1 ng/m ngm -3 ng/m 3 Μέγιστος ημερήσιος 180 μg/m 3 O 3 8-ωρος μ.ο. Μέση τιμή τριετίας μg/m Εναρμόνιση Ελληνικής Νομοθεσίας με το Ευρωπαϊκό Δίκαιο Το κομμάτι της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας όσον αφορά στην ποιότητα αέρα το οποίο έχει εναρμονιστεί με το Ελληνικό Δίκαιο συνοψίζεται στις παρακάτω αποφάσεις (μέχρι και το Φεβρουάριο του 2008): 1. Κοινή Υπουργική Απόφαση (ΚΥΑ) 3277/209/2000, ΦΕΚ 180/Β/ για την εκτίμηση και διαχείριση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος (Οδηγία 1996/62/ΕΚ). 2. Πράξη Υπουργικού Συμβουλίου (ΠΥΣ) 34/ , ΦΕΚ125/Α/ για τις οριακές τιμές SO 2, NO x, PM και Pb, στον αέρα του περιβάλλοντος (Οδηγία 1999/30/ΕΚ). 3. ΚΥΑ 9238/332, ΦΕΚ 405Β/ για τις οριακές τιμές C 6 Η 6 και CO στον αέρα του περιβάλλοντος (Οδηγία 2000/69/ΕΚ). 4. ΚΥΑ ΗΠ 38638/2016, ΦΕΚ 1334Β/ σχετικά με το Ο 3 στον ατμοσφαιρικό αέρα (Οδηγία 2002/3/ΕΚ). 5. ΥΑ ΗΠ 22306/1075/Ε103/2007 σχετικά με το As, το Cd, τον Hg, το Ni και τους PAH στον ατμοσφαιρικό αέρα (Οδηγία 2004/107/ΕΚ). 6. ΚΥΑ ΗΠ 11764/653, ΦΕΚ 327Β/ σχετικά με την πρόσβαση του κοινού στην περιβαλλοντική πληροφόρηση (Οδηγία 2003/4/ΕΚ).

67 ΕΜΘΠΜ 66 Ένα ιδιαίτερα σημαντικό ζήτημα που ανακύπτει κατά την ενσωμάτωση της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας για την ποιότητα αέρα στο Ελληνικό Δίκαιο είναι ότι σε όλες σχεδόν τις προαναφερθείσες Υπουργικές Αποφάσεις και Πράξεις δεν καθίσταται σαφές το ποιος ακριβώς είναι ο υπεύθυνος για τη λήψη μέτρων και την ενημέρωση του κοινού. Χαρακτηριστικά, στην ΠΥΣ 34/ , ΦΕΚ125/Α/ , Άρθρο 7, παρ. 2 αναφέρεται ότι όσον αφορά στους ρύπους SO 2, NO x, PM και Pb οι αρμόδιες αρχές είναι οι καθ ύλην αρμόδιες για την εκπόνηση και την εφαρμογή σχεδίων ή προγραμμάτων με στόχο την επίτευξη σύγκλισης με τις οριακές τιμές εντός της προκαθορισμένης προθεσμίας στις ζώνες και τους οικισμούς, χωρίς να αναφέρεται σε κάποιο σημείο ποιοι φορείς θεωρούνται ως αρμόδιες αρχές. Ένα παράδειγμα που αξίζει να σημειωθεί είναι αυτό του Δήμου Θεσσαλονίκης, με την υπ αριθμόν 899/2003 απόφασή του οποίου στις 21/4/2003 αποδέχτηκε ομόφωνα και ενέκρινε τις προτάσεις της Επιτροπής της ΠΚΜ για τον καθορισμό ορίων και τη λήψη μέτρων σε περίπτωση εκδήλωσης επεισοδίου ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην ΕΠΘ, με συγκεκριμένες τροποποιήσεις τις οποίες εισηγήθηκε η Διεύθυνση Περιβάλλοντος ΚΜ (Τμ. Περιβάλλοντος) του Δήμου. ΠΚΜ ΕΕ ΠΙΝΑΚΑΣ 4.9: Σύγκριση των ορίων της πρότασης της ΠΚΜ με αυτά της ΕΕ. Ρύπος NO 2 SO 2 PM 10 O μg/m μg/m 3 90 μg/m 3 για 3 για 3 ημερήσιος συνεχόμενες συνεχόμενες μέσος όρος ώρες ώρες Όριο Ενημέρωσης Όριο Συναγερμού Όριο Ενημέρωσης Όριο Συναγερμού 360 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 450 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 110 μg/m 3 ημερήσιος μέσος όρος (*) (*) (*) 400 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 500 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 180 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 240 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες 180 μg/m 3 για 3 συνεχόμενες ώρες (*) 240 μg/m 3 για 1 ώρα (*) Από τις Οδηγίες 99/30/ΕΚ, 2002/3/ΕΚ δεν προκύπτουν συγκεκριμένα Όρια Ενημέρωσης και Συναγερμού. Όσον αφορά στις τροποποιήσεις του Δήμου Θεσσαλονίκης πάνω στα όρια που προτάθηκαν από την ΠΚΜ, αυτές σχετίζονταν κυρίως με τα Όρια Ενημέρωσης και Συναγερμού για τα PΜ 10. Συγκεκριμένα, στην προαναφερθείσα απόφαση προτείνεται η αύξηση του ορίου συναγερμού στα 150 μg/m 3 τουλάχιστον, με την αιτιολογία ότι τα όρια συναγερμού και επιφυλακής για τα ΡΜ 10 βρίσκονται πολύ κοντά (110 μg/m 3 και 90 μg/m 3, αντίστοιχα) και ως εκ τούτου έχουν προκύψει προβλήματα σχετικά με τις παρατηρούμενες υπερβάσεις.

68 ΕΜΘΠΜ 67 Το πιο αξιοσημείωτο, όμως, γεγονός για τη συγκεκριμένη απόφαση είναι ότι ξεκινάει να υφίσταται κατάσταση συναγερμού όσον αφορά τα ΡΜ 10 έπειτα από υπέρβαση 7 συνεχών ημερών του Ορίου Συναγερμού και με πρόβλεψη δυσμενών μετεωρολογικών συνθηκών για τις επόμενες ημέρες, ενώ λήψη μέτρων προβλέπεται την ένατη μέρα από την στιγμή που παρουσιάστηκε η υπέρβαση. Αυτό το γεγονός σε συνδυασμό με τα αυθαίρετα όρια συναγερμού που προτάθηκαν από την ΠΚΜ οδηγεί στο συμπέρασμα ότι έχουν υπάρξει ή πρόκειται να υπάρξουν στο μέλλον δυσμενείς καταστάσεις για την ανθρώπινη υγεία (σύμφωνα με τα θεσπισμένα από την ΕΕ όρια) στις οποίες ο τοπικός μηχανισμός θα παραμένει αδρανής εξαιτίας της εν λόγω απόφασης της ΠΚΜ του Δήμου Θεσσαλονίκης. 4.3 Εφαρμογή συστήματος υπολογιστικών μοντέλων για την εκτίμηση συνεισφοράς στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις Αντιπροσωπευτικές ημέρες και μετεωρολογικές καταστάσεις Λόγω των υψηλών απαιτήσεων σε υπολογιστικό χρόνο των μοντέλων, οι προσομοιώσεις των συγκεντρώσεων αερίων ρύπων όσον αφορά στο κομμάτι των σεναρίων ποιότητας αέρα πραγματοποιούνται για ένα συγκεκριμένο αριθμό επιλεγμένων ημερών, οι οποίες θεωρούνται αντιπροσωπευτικές ενός τυπικού έτους. Πιο συγκεκριμένα, οι εν λόγω ημέρες αντιπροσωπεύουν διαφορετικές μετεωρολογικές συνθήκες πάνω από την περιοχή ενδιαφέροντος και, ως εκ τούτου, παρέχουν διαφορετικά πεδία όσον αφορά στις κύριες μετεωρολογικές παραμέτρους. Λαμβάνοντας υπόψη το ποσοστό εμφάνισης κάθε μιας από τις αντιπροσωπευτικές ημέρες, καθίσταται δυνατή η ανασύνθεση ενός τυπικού έτους. Κατ αυτόν τον τρόπο, μπορεί να εκτιμηθεί η χωρική κατανομή της ποιότητας αέρα και, ακολούθως, ο εντοπισμός των υπερβάσεων των θεσπισμένων οριακών τιμών. Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε για την επιλογή των αντιπροσωπευτικών μετεωρολογικών συνθηκών βασίστηκε στην ταξινόμηση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας συνοπτικής κλίμακας πάνω από την ευρύτερη περιοχή της ανατολικής Μεσογείου (Sfetsos et al, 2005). Με βάση την εν λόγω ταξινόμηση, διακρίνονται επτά συνοπτικές κατηγορίες ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας που αντιπροσωπεύουν διαφορετικές μετεωρολογικές συνθήκες πάνω από την εξεταζόμενη περιοχή, οι οποίες είναι στατιστικά διακριτές. Για τη μελέτη κατάταξης συνοπτικών καταστάσεων χρησιμοποιήθηκε σαν έτος αναφοράς το Στη συνέχεια, περιγράφονται οι συγκεκριμένες κατηγορίες, ενώ παράλληλα γίνεται και αναφορά στο ρόλο που ενδέχεται να διαδραματίζουν στην εμφάνιση υψηλών επιπέδων ρύπανσης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης.

69 ΕΜΘΠΜ 68 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.10: Συνοπτική περιγραφή κύριων τύπων καιρού στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Τύπος καιρού Ποσοστό Χαρακτηριστική εμφάνισης ημέρα Ποιότητα αέρα Ανοιχτός αντικυκλώνας 26% 2/10 Μέτρια Ασθενής βορειοανατολική ροή 7% 23/1 Κακή Θαλάσσια αύρα 22% 4/6 Καλή Νοτιοδυτική ροή 12% 11/8 Μέτρια Ισχυρή βορειοδυτική ροή 8% 13/9 Καλή Ζωνική ροή 2% 8/10 Μέτρια Κλειστός αντικυκλώνας 23% 24/11 Κακή Τα μοντέλα μετεωρολογίας και διασποράς του ΣΔΠΑ. Η λειτουργία του ΣΔΠΑ που παρουσιάστηκε στο Κεφάλαιο 3 βασίζεται στη χρήση μετεωρολογικών μαθηματικών μοντέλων (MEMO) και μοντέλων διασποράς και χημικού μετασχηματισμού των ρύπων (MARS-aero). Το Σ.Δ.Π.Α. υλοποιεί ένα ευρύ πεδίο λειτουργιών που σχετίζονται με τη διεξαγωγή προβλέψεων πραγματικού χρόνου και προγνώσεων 24ώρου, καθώς και με τη δημιουργία και διεξαγωγή σεναρίων για τον υπολογισμό της ποιότητας αέρα στην Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης και στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας Το μετεωρολογικό μοντέλο ΜΕΜΟ Το ΜΕΜΟ είναι ένα τρισδιάστατο, μη-υδροστατικό, προγνωστικό μοντέλο μεσοκλίμακας για την προσομοίωση των πεδίων ροής του ανέμου και των συγκεντρώσεων χημικά αδρανών ρύπων σε τοπική έως περιφερειακή κλίμακα, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα πολλαπλών ένθετων πλεγμάτων (Moussiopoulos et al., 1993; Kunz and Moussioρoulos, 1995). Στα πλαίσια των υπολογισμών του, επιλύονται οι εξισώσεις της διατήρησης της μάζας, της ορμής και βαθμωτών ποσοτήτων όπως της δυνητικής θερμοκρασίας, της τυρβώδους κινητικής ενέργειας και της απόλυτης υγρασίας. Οι βασικές εξισώσεις επιλύονται σε σύστημα συντεταγμένων που ακολουθεί το ανάγλυφο του εδάφους και η αριθμητική επίλυση βασίζεται σε διακριτοποίηση δευτέρου βαθμού που εφαρμόζεται σε μη ομοιόμορφα, μετατοπισμένα πλέγματα. Η τυρβώδης διάχυση περιγράφεται από ένα μοντέλο τύρβης μίας εξισώσεως και στο ύψος αεροδυναμικής τραχύτητας χρησιμοποιείται η θεωρία ομοιότητας. Οι διαδικασίες θέρμανσης/ψύξης της ατμόσφαιρας λόγω ακτινοβολίας προσομοιώνονται από ένα αριθμητικό σχήμα που βασίζεται στην μέθοδο συντελεστών εκπομπής για ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος και σε μια πολυεπίπεδη μέθοδο για ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος (Moussioρoulos, 1987). To MEMO έχει ήδη επιτυχώς χρησιμοποιηθεί σε πληθώρα εφαρμογών τόσο στην Ευρώπη, όσο και αλλού. Από τις περιοχές στις οποίες εφαρμόστηκε, ενδεικτικά αναφέρονται η πόλη του Μεξικού, η κοιλάδα του Ρήνου και οι περιοχές της Βασιλείας, του Γκράτζ, της Βαρκελώνης, της Λισσαβόνας, της

70 ΕΜΘΠΜ 69 Μαδρίτης, του Μιλάνου, του Λονδίνου, της Κολωνίας, της Λυών, της Χάγης, της Αθήνας και της Θεσσαλονίκης. Η αρχική έκδοση του μη-υδροστατικού μοντέλου μεσοκλίμακας ΜΕΜΟ αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερο το ΜΕΜΟ εγκαταστάθηκε και χρησιμοποιήθηκε σε πολλά ερευνητικά ινστιτούτα της Ευρώπης. Πρόσφατα το ΜΕΜΟ επιλέχθηκε ως ένα από τα κύρια μοντέλα του EURAD Zooming Model (EZM) για να χρησιμοποιηθεί για την εξευγενισμένη μοντελοποίηση της μεταφοράς και χημικού μετασχηματισμού των ρύπων σε επιλεγμένες Ευρωπαϊκές περιοχές στα πλαίσια του προγράμματος EUROTRAC (EUROTRAC, 1992). Σήμερα, περαιτέρω ανάπτυξη του ΜΕΜΟ πραγματοποιείται στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης και στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Παρακάτω παρουσιάζεται σε σύντομες γραμμές μια πλήρης περιγραφή του ΜΕΜΟ, ενώ περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν και αλλού (Moussiopoulos 1989, Flassak 1990, Moussiopoulos et al. 1993) Δεδομένα εισόδου α) Τοπογραφία και είδος επιφάνειας Για την εφαρμογή του μοντέλου MEMO απαιτείται ένα αρχείο που περιέχει το ύψος της ορογραφίας σε κάθε σημείο του πλέγματος (i, j) με i = 2,,IM+1 και j = 2,,JM+1, όπου IM και JM είναι ο αριθμός των σημείων του πλέγματος στην x- και y- διεύθυνση αντίστοιχα. Παρακάτω καθορίζονται οι τύποι επιφάνειας, οι οποίοι πρέπει να αποθηκεύονται ως ποσοστό πάνω στο πλέγμα χρήσεων γης. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.11: Τύποι επιφάνειας 1 νερό (water) 2 άγονο έδαφος (arid land) 3 μικρή βλάστηση (few vegetation) 4 γεωργικές εκτάσεις (farmland) 5 δασικές εκτάσεις (forest) 6 ημιαστική περιοχή (suburban area) 7 αστική περιοχή (urban area) Η ορογραφία είναι το μέσο ύψος πάνω από το επίπεδο της θάλασσας για κάθε κελί (i, j) σε μέτρα. Στα πλαίσια λειτουργίας του ΣΔΠΑ, τα στοιχεία ορογραφίας και χρήσης γης της περιοχής υπολογισμών διατίθενται με χωρική ανάλυση ανάλογη με αυτήν του πλέγματος των υπολογισμών. Τα αναγκαία στοιχεία της ορογραφίας έχουν ληφθεί σε ηλεκτρονική μορφή από το παγκόσμιο ψηφιακό μοντέλο ορογραφίας (DEM) SRTM3, οριζόντιας ανάλυσης 90 m (URL1). Τα στοιχεία χρήσεων γης προέκυψαν με βάση τον αναθεωρημένο χάρτη Corine/CLC2006, οριζόντιας ανάλυσης 100 m (URL2)

71 ΕΜΘΠΜ 70 β) Μετεωρολογικά δεδομένα Για την επίλυση αυτών των εξισώσεων απαιτούνται πληροφορίες για την αρχική κατάσταση σε όλη την περιοχή και για την ανάπτυξη όλων των σχετικών ποσοτήτων στα πλευρικά όρια. 1) Αρχική κατάσταση: Για την παραγωγή αρχικής κατάστασης για το προγνωστικό μοντέλο, εφαρμόζεται ένα διαγνωστικό μοντέλο (Kunz, 1991) που χρησιμοποιεί μετρήσεις θερμοκρασίας και ανέμου. Τα δεδομένα θερμοκρασίας και ανέμου παρέχονται από: α) επιφανειακές μετρήσεις, δηλ. απλές μετρήσεις απευθείας πάνω από την επιφάνεια του εδάφους (όχι απαραίτητες), β) αέριες ραδιοβολίσεις, δηλ. ραδιοβολίσεις που περιέχουν πολλές (ή τουλάχιστον δυο) μετρήσεις σε διαφορετικά υψομετρικά επίπεδα από μια σταθερή γεωγραφικά θέση (είναι απαραίτητη τουλάχιστον μια ραδιοβόλιση θερμοκρασίας και ταχύτητας ανέμου) 2) Χρονοεξαρτώμενες οριακές συνθήκες: Οι πληροφορίες για τις ποσότητες στα πλευρικά όρια μπορούν να είναι επιφανειακές μετρήσεις και αέριες ραδιοβολίσεις. Επομένως, μια λέξη κλειδί και ο χρόνος στον οποίο δίνονται οι οριακές συνθήκες πρέπει να εμφανίζονται στην αρχή του συνόλου των δεδομένων. Για τη δημιουργία των αρχικών συνθηκών που απαιτεί το ΜΕΜΟ για την έναρξη των υπολογισμών του, το ΣΔΠΑ συγκεντρώνει κατακόρυφες κατανομές των βασικών μετεωρολογικών παραμέτρων (μέτρο και διεύθυνση ανέμου, θερμοκρασία, κλπ.), οι οποίες γίνονται διαθέσιμες από το Παγκόσμιο Σύστημα Προβλέψεων (Global Forecast System GFS). Με το πέρας κάθε 3ώρου, το σύστημα τροφοδοτείται με ενημερωμένα κατακόρυφα προφίλ. Μέσω μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας, το σύστημα ενημερώνει τη βάση δεδομένων του από τους διακομιστές του GFS ανά έξι ώρες, δηλαδή με συχνότητα αντίστοιχη αυτής των υπολογισμών του GFS. Σε κάθε επανάληψη της διαδικασίας παρέχονται στη βάση δεδομένα για βάθος χρόνου 72 ωρών, τα οποία αποθηκεύονται κωδικοποιημένα σε κατάλληλη δυαδική μορφή. Σε περίπτωση που για κάποιο διάστημα δεν καταστεί δυνατή η πρόσβαση του συστήματος στους διακομιστές του GFS, ο σχεδιασμός της βάσης δεδομένων παρέχει τη δυνατότητα για να συνεχιστεί ομαλά η λειτουργία του συστήματος. Στην Εικόνα 4.1 απεικονίζεται το πλέγμα σημείων εντός και πλησίον της υπολογιστικής περιοχής όπου λαμβάνονται τα κατακόρυφα προφίλ.

72 ΕΜΘΠΜ 71 ΕΙΚΟΝΑ 4.1: Χρησιμοποιούμενο πλέγμα σημείων GFS εντός της υπολογιστικής περιοχής. Εναλλακτικά, υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν δεδομένα από τις διεξαγόμενες σε όλα τα αεροδρόμια ραδιοβολήσεις για να δημιουργηθούν οι αρχικές συνθήκες του ΜΕΜΟ. Τα απαιτούμενα στοιχεία ορογραφίας και χρήσης γης της περιοχής για την οποία διεξάγονται οι υπολογισμοί έχουν ληφθεί από δορυφορικούς χάρτες υψηλής ανάλυσης και έχουν επεξεργασθεί, για να προσαρμοστούν στη χωρική ανάλυση του πλέγματος υπολογισμών Δεδομένα εξόδου Τα αποτελέσματα των υπολογισμών του μοντέλου MEMO παρέχονται υπό μορφή αρχείων που περιέχουν τα τρισδιάστατα πεδία βαθμωτών και διανυσματικών μεγεθών για κάθε ώρα της προσομοίωσης. Συγκεκριμένα, στην περίπτωση συνδυασμένης εφαρμογής με το μοντέλο διασποράς MARS-aero,, το ΜΕΜΟ παρέχει ωριαία τρισδιάστατα πεδία για τις μεταβλητές u, v, w, T, Q, k. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.12: Υπόμνημα μεταβλητών μοντέλου ΜΕΜΟ u v w T Q k συνιστώσα ταχύτητας ανέμου στη διεύθυνση x συνιστώσα ταχύτητας ανέμου στη διεύθυνση y συνιστώσα ταχύτητας ανέμου στη διεύθυνση z δυνητική θερμοκρασία σχετική υγρασία τυρβώδης κινητική ενέργεια Το μοντέλο διασποράς και χημικού μετασχηματισμού MARS-aero Το Οϋλεριανό τρισδιάστατο φωτοχημικό μοντέλο διασποράς MARS-aero (Moussioρoulos et al., 1995) χρησιμοποιείται για την προσομοίωση των φυσικών και χημικών διεργασιών μετασχηματισμού και της διασποράς των αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας ως αρχικές και συνοριακές

73 ΕΜΘΠΜ 72 συνθήκες μετεωρολογικά πεδία που προέρχονται από τη χρήση του μοντέλου ΜΕΜΟ. Η όλη διαδικασία επίλυσης ελέγχεται από το συνολικό σφάλμα. Το σφάλμα αυτό δεν επιτρέπεται να υπερβαίνει δεδομένη τιμή η οποία προσδιορίζεται σε συνδυασμό με το επιθυμητό κατώφλι ακριβείας για τις συγκεντρώσεις των βασικών ρύπων (π.χ. ΝΟ 2, O 3, PM 10 ). Η αρθρωτή δομή του μοντέλου επιτρέπει τη χρήση οποιουδήποτε από τέσσερις διαθέσιμους χημικούς μηχανισμούς για την προσομοίωση των χημικών αντιδράσεων της αέριας φάσης. Για την επιλογή του κατάλληλου μηχανισμού χημικών αντιδράσεων θα πρέπει να συνεκτιμάται η μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στις σταθερές του μηχανισμού. Επιπλέον, η επιλογή του χημικού μηχανισμού εξαρτάται από την ακρίβεια της απογραφής εκπομπών ρύπων, τη χρονική και χωρική διακριτότητα των εκπομπών αυτών, καθώς και την επιθυμητή ανάλυση στον επιμερισμό των υδρογονανθράκων. Το μοντέλο MARS-aero έχει τη δυνατότητα υπολογισμού δευτερογενών ανόργανων και οργανικών σωματιδίων. Το MARS/AERO μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με οποιονδήποτε μηχανισμό χημικών αντιδράσεων συνεκτιμώντας τη μεταβλητότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στις σταθερές του μηχανισμού. Ήδη στο μοντέλο έχουν ενσωματωθεί τέσσερις διαφορετικοί μηχανισμοί χημικών αντιδράσεων: ο απλουστευμένος φωτοχημικός μηχανισμός ΚOREM (περιλαμβάνει 20 αντιδρώντα στοιχεία σε 39 αντιδράσεις) και οι πιο πολύπλοκοι μηχανισμοί EMEP (περιλαμβάνει 66 αντιδρώντα στοιχεία σε 136 αντιδράσεις), RACM (περιλαμβάνει 72 αντιδρώντα στοιχεία σε 234 αντιδράσεις) και CBM-IV (περιλαμβάνει 47 αντιδρώντα στοιχεία σε 92 αντιδράσεις). Στα πλαίσια του ΣΔΠΑ που εφαρμόστηκε για τους υπολογισμούς της παρούσας εργασίας, χρησιμοποιήθηκε ο χημικός μηχανισμός EMEP. Για την εφαρμογή του μοντέλου MARS-aero απαιτούνται ως δεδομένα εισόδου τα ακόλουθα: α) Τα μετεωρολογικά πεδία που προκύπτουν ως αποτελέσματα της εφαρμογής του προγνωστικού μετεωρολογικού μοντέλου ΜΕΜΟ. β) Στοιχεία ορογραφίας και χρήσης γης της περιοχής υπολογισμών, τα οποία παρέχονται από τις ίδιες πηγές που χρησιμοποιούνται για το μοντέλο μετεωρολογίας ΜΕΜΟ (παράγραφος ). γ) Στοιχεία εκπομπών ρύπων με χωρική ανάλυση όμοια αυτής του πλέγματος των υπολογισμών τα οποία προέρχονται από την εφαρμογή του συστήματος σύνθεσης βάσης απογραφής δεδομένων. δ) Συγκεντρώσεις υποβάθρου για τους κυριότερους ρύπους, οι οποίες είναι απαραίτητες ως αρχικές και συνοριακές συνθήκες για τη λειτουργία του μοντέλου. Για τη δημιουργία των αρχικών και συνοριακών συνθηκών που απαιτούνται κατά τους υπολογισμούς του MARS-aero χρησιμοποιούνται δεδομένα συγκεντρώσεων που παρέχονται από μοντέλα μεγαλύτερης κλίμακας, ενώ υπάρχει η δυνατότητα χρήσης δεδομένων από μετρήσεις των επιπέδων αερίων ρύπων, αν και όποτε αυτές γίνονται διαθέσιμες στο σύστημα. Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζεται σχηματικά η διαδικασία προεπεξεργασίας και αφομοίωσης των δεδομένων εισόδου των δύο μοντέλων από τo ΣΔΠΑ.

74 ΕΜΘΠΜ 73 ΣΧΗΜΑ 4.1: Προεπεξεργασία και αφομοίωση δεδομένων στο ΣΔΠΑ. (Moussiopoulos et al) Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των πλεγματικών περιοχών των μοντέλων MEMO και MARS-aero κατά την επιχειρησιακή τους εφαρμογή για την περιοχή της Θεσσαλονίκης συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα: ΠΙΝΑΚΑΣ 4.13: Γεωμετρικά χαρακτηριστικά των μοντέλων ΜΕΜΟ και MARS-aero. Μοντέλο Περιοχή Κάλυψης Πλήθος Κελιών (X,Y,Z) Χωρική Διακριτότητα Διαστάσεις Πλέγματος ΜΕΜΟ, MARS aero MEMO, MARS aero ΠΚΜ 50, 50, 25 4 km km 2 ΕΠΘ 50, 50, 25 1 km km 2 Παρακάτω απεικονίζονται ενδεικτικά οι περιοχές κάλυψης των δύο πλεγμάτων (Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, ΠΚΜ και Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης, ΕΠΘ) που χρησιμοποιούνται από τα μοντέλα κατά την επιχειρησιακή τους λειτουργία (εικόνα 4.2).

75 ΕΜΘΠΜ 74 ΕΙΚΟΝΑ 4.2: Πλέγματα για τις περιοχές Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας και Ευρύτερης Περιοχής Θεσσαλονίκης Δεδομένα εξόδου του μοντέλου ΜΑRS-aero Tα βασικά αρχεία εξόδου που παράγονται από το μοντέλο MARS-aero είναι τα εξής: 1. Ένα αρχείο για το πακέτο γραφικών UNIZ Η έξοδος ξεκινάει με την εκτύπωση του τίτλου της προσομοίωσης. Ακολουθεί μια λίστα από παραμέτρους, με πρώτη τον αριθμό των διανυσματικών και βαθμωτών μεγεθών που έχουν αποθηκευτεί, το μέγεθος του πεδίου σε σημεία πλέγματος και το μέγεθος του πλέγματος στις διευθύνσεις x και y. Στη συνέχεια εκτυπώνονται τα ύψη των κέντρων των κυψελίδων του πλέγματος σε συντεταγμένες που ακολουθούν το ανάγλυφο του εδάφους και η ορογραφία. Το επόμενο τμήμα γράφεται ανάλογα με το χρονικό βήμα που έχει δοθεί και περιέχει τη ροή του ανέμου και τις συγκεντρώσεις προκαθορισμένων στοιχείων σε όλα τα υπολογιστικά επίπεδα. 2. Ένα αρχείο όπου αποθηκεύονται οι επιφανειακές συγκεντρώσεις Στο αρχείο αυτό αποθηκεύονται οι επιφανειακές συγκεντρώσεις όλων των στοιχείων ανά προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα. 3. Ένα αρχείο με επιφανειακές συγκεντρώσεις σε επιλεγμένες θέσεις του πλέγματος Εδώ εκτυπώνεται η ημερήσια διακύμανση προκαθορισμένων στοιχείων σε συγκεκριμένες θέσεις. Στην αρχή γράφεται ο αριθμός των θέσεων και των στοιχείων που ακολουθούν στο επόμενο τμήμα. Έπειτα εκτυπώνονται οι θέσεις των σταθμών σε σημεία του πλέγματος και οι δείκτες αναγνώρισης

76 ΕΜΘΠΜ 75 των σταθμών. Η επόμενη γραμμή εμπεριέχει τα ονόματα των στοιχείων. Ακολουθεί η εντολή FORTRAN που υποδηλώνει μορφή με την οποία αποθηκεύονται τα δεδομένα. Τέλος το τμήμα που ακολουθεί περιέχει τις συγκεντρώσεις επιφανείας για τα καθορισμένα στοιχεία, στις συγκεκριμένες θέσεις ανά προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα. 4. Ένα αρχείο με κατακόρυφα προφίλ συγκεντρώσεων σε επιλεγμένες θέσεις του πλέγματος Στο αρχείο αυτό αποθηκεύονται τα κατακόρυφα προφίλ προκαθορισμένων στοιχείων σε συγκεκριμένες θέσεις. Στην αρχή γράφεται ο αριθμός των θέσεων, των στοιχείων και τα ύψη των κατακόρυφων επιπέδων. Το επόμενο τμήμα περιέχει τα κατακόρυφα προφίλ των συγκεντρώσεων για τα καθορισμένα στοιχεία και τη διαχυτότητα σε καθορισμένες θέσεις ανά προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα. Στην περίπτωση του ΣΔΠΑ, τα περιεχόμενα των παραπάνω αρχείων εξόδου οπτικοποιούνται αυτόματα κατά τη διαδικασία υπολογισμού του σεναρίου εκπομπών και γίνονται διαθέσιμα στον τελικό χρήστη με τη μορφή εμβαδικών διαγραμμάτων (χαρτών συγκεντρώσεων) και γραφικά απεικονισμένων χρονοσειρών Περιγραφή της διαδικασίας προσομοίωσης σεναρίων ποιότητας αέρα μέσω της διεπαφής του ΣΔΠΑ Έναρξη εφαρμογής Μία σημαντική λειτουργία του συστήματος είναι η υποστήριξη των εξουσιοδοτημένων χρηστών στην αποτίμηση και διαχείριση της ποιότητας αέρα της Θεσσαλονίκης. Το ΣΔΠΑ παρέχει τη δυνατότητα ποσοτικοποιημένης εκτίμησης της απόδοσης μέτρων αντιρρύπανσης και των επιπτώσεων δομικών/αστικών παρεμβάσεων, μέσω της δημιουργίας και εφαρμογής σεναρίων εκπομπών. Οι σχετικές λειτουργίες του συστήματος υπάγονται στην περιοχή των εξουσιοδοτημένων χρηστών και αποτελούνται από τις ακόλουθες επιλογές: «Νέο Σενάριο»: η λειτουργία αυτή επιτρέπει τη δημιουργία προσαρμοσμένων σεναρίων εκπομπών και, ακολούθως, της διεξαγωγής προσομοιώσεων διασποράς σε περιοχές ενδιαφέροντος που ορίζονται από το χρήστη. «Αποτελέσματα Σεναρίων»: μέσω της συγκεκριμένης σελίδας γίνονται διαθέσιμα υπό μορφή χαρτών και διαγραμμάτων ποιότητας αέρα τα αποτελέσματα όλων των σεναρίων που έχουν διεξαχθεί επιτυχώς έως την τρέχουσα στιγμή. «Διαχείριση Σεναρίων»: η συγκεκριμένη εφαρμογή παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου της προόδου των διεξαγόμενων σεναρίων, καθώς και λήψης πληροφοριών όσον αφορά στο σύνολο των σεναρίων, είτε αυτά έχουν ολοκληρωθεί είτε βρίσκονται σε εξέλιξη.

77 ΕΜΘΠΜ Νέο σενάριο Σε αυτήν τη σελίδα ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει ένα νέο σενάριο ποιότητας αέρα. Ο σχεδιασμός και η εφαρμογή των σεναρίων πραγματοποιείται μέσα από μια σειρά από διαδοχικά βήματα. Στη σελίδα εμφανίζεται ο χάρτης της περιοχής της Θεσσαλονίκης και οι επιλογές για τον καθορισμό του ονόματος του σεναρίου και του μεγέθους της περιοχής ισχύος του. Αρχικά, ζητείται από τον χρήστη να ορίσει το όνομα του σεναρίου που πρόκειται να δημιουργήσει συμπληρώνοντας το πεδίο «Όνομα Σεναρίου». ΣΧΗΜΑ 4.2: Σελίδα δημιουργίας νέου σεναρίου ποιότητας αέρα. Στη συνέχεια, ο χρήστης χρειάζεται να επιλέξει το κέντρο της περιοχής των υπολογισμών του νέου σεναρίου. Η ρύθμιση αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε μέσω της συμπλήρωσης του πεδίου «Γεωγραφικό Μήκος/Πλάτος», είτε με τη χρήση ενός κατάλληλου δείκτη (pointer). Στην πρώτη περίπτωση, ο χρήστης ορίζει τις γεωγραφικές συντεταγμένες του κέντρου της περιοχής στο αντίστοιχο πεδίο, χρησιμοποιώντας τέσσερα δεκαδικά ψηφία, τόσο για το γεωγραφικό μήκος όσο και για το γεωγραφικό πλάτος. Στην περίπτωση που ο χρήστης χρησιμοποιήσει τον δείκτη για να καθορίσει το κέντρο της περιοχής εξέτασης του σεναρίου, τότε χρειάζεται να επιλέξει το σημείο που επιθυμεί επάνω στον χάρτη που εμφανίζεται στην οθόνη του. Κατ αυτόν τον τρόπο, θα εμφανιστούν αυτόματα οι συντεταγμένες του σημείου που επέλεξε στο πεδίο «Γεωγραφικό Μήκος/Πλάτος», με ακρίβεια τεσσάρων δεκαδικών ψηφίων. Στη συνέχεια, ο χρήστης πρέπει να καθορίσει το μέγεθος του υπολογιστικού πλέγματος του σεναρίου, με κατάλληλη επιλογή από τον σχετικό κατάλογο «Μέγεθος Περιοχής». Λόγω περιορισμών που σχετίζονται με την υπολογιστική υποδομή των σεναρίων, οι διαθέσιμες επιλογές είναι πέντε (30 χιλιόμετρα, 50 χιλιόμετρα, 60 χιλιόμετρα, 72 χιλιόμετρα, 200 χιλιόμετρα). Έπειτα από τον

78 ΕΜΘΠΜ 77 καθορισμό του κέντρου και του μεγέθους της περιοχής εξέτασης του σεναρίου, η περιοχή εμφανίζεται επάνω στον χάρτη της οθόνης. Πιέζοντας το πλήκτρο «Επόμενο» ο χρήστης μεταβαίνει στο επόμενο στάδιο της δημιουργίας του σεναρίου. Ο χρήστης οδηγείται στη σελίδα όπου θα επιλεγεί το σενάριο εκπομπών που θα χρησιμοποιηθεί στους υπολογισμούς ποιότητας αέρα του σεναρίου. Στη σελίδα αυτή εμφανίζεται αρχικά ένας συγκεντρωτικός πίνακας με τα χαρακτηριστικά του νέου σεναρίου (Όνομα Σεναρίου, Γεωγραφικό Μήκος/Πλάτος, Μέγεθος Περιοχής) (Σχήμα 4.3). Σε περίπτωση που ο χρήστης θελήσει να αλλάξει κάποια από τις παραμέτρους του σεναρίου, μέσω της επιλογής «Προηγούμενο» έχει τη δυνατότητα να επιστρέψει στο πρώτο στάδιο της δημιουργίας των σεναρίων και να πραγματοποιήσει τις τροποποιήσεις που επιθυμεί. ΣΧΗΜΑ 4.3 Επιλογή σεναρίου εκπομπών Στη συνέχεια, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να επιλέξει το σενάριο εκπομπών που θα χρησιμοποιηθεί στους υπολογισμούς ποιότητας αέρα από τον κατάλογο «Σενάριο Εκπομπών», ο οποίος περιλαμβάνει το σύνολο των σεναρίων εκπομπών που έχουν ολοκληρωθεί με βάση τη μεθοδολογία σύνθεσης βάσης απογραφής εκπομπών, που περιγράφεται αναλυτικά στην προηγούμενη ενότητα της έκθεσης. Παράλληλα με το όνομα του σεναρίου εκπομπών, παρέχονται και βασικές πληροφορίες, όπως ο χρήστης που το δημιούργησε, η ημερομηνία δημιουργίας του και το έτος αναφοράς του σεναρίου, ώστε να διευκολύνεται η επιλογή του κατάλληλου σεναρίου. Έπειτα από την επιλογή του σεναρίου εκπομπών, ο χρήστης ενεργοποιεί τη διαδικασία των υπολογισμών, μέσω της λειτουργίας «Εκκίνηση». Οι υπολογισμοί ποιότητας αέρα κάθε σεναρίου απαιτούν 8-10 ώρες για να ολοκληρωθούν, και μετά τον επιτυχή τερματισμό των υπολογισμών, τα αποτελέσματα του σεναρίου γίνονται διαθέσιμα στη σελίδα «Αποτελέσματα Σεναρίων». Με την εκκίνηση της προσομοίωσης, το σύστημα αποδίδει έναν κωδικό αριθμό στη διαδικασία (PID, Process ID), ενώ στην οθόνη εμφανίζεται το μήνυμα ότι το σενάριο ξεκίνησε επιτυχώς. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να παρακολουθήσει την πρόοδο της προσομοίωσης κάθε σεναρίου από την μπάρα προόδου στη στήλη κατάσταση της σελίδας «Διαχείριση Σεναρίων».

79 ΕΜΘΠΜ Αποτελέσματα Σεναρίων Στη σελίδα «Αποτελέσματα Σεναρίων» εμφανίζονται τα αποτελέσματα όλων των σεναρίων που έχουν ολοκληρωθεί. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται υπό μορφή χαρτών ποιότητας αέρα για ολόκληρη την περιοχή εξέτασης του κάθε σεναρίου. Επίσης, μέσω κατάλληλης διαδικτυακής εφαρμογής ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει χρονοσειρές και να υπολογίσει στατιστικούς δείκτες για κάθε σημείο της περιοχής των υπολογισμών του σεναρίου που θα επιλέξει. Ο εξουσιοδοτημένος χρήστης μπορεί να επιλέξει το σενάριο για το οποίο επιθυμεί να δει τα αποτελέσματα από τον σχετικό κατάλογο «Προβολή Αποτελεσμάτων Σεναρίου» (Σχήμα 4.4) που θα εμφανιστεί στην οθόνη του. Για κάθε σενάριο που θα επιλεχθεί, εμφανίζονται στην οθόνη κάποια στοιχεία που περιλαμβάνουν το όνομα του σεναρίου, τον χρήστη που το δημιούργησε, την ημερομηνία εκτέλεσής του, το κέντρο και το μέγεθος της εξεταζόμενης περιοχής και το αρχείο εκπομπών που χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή του. Η λειτουργία «Πεδίο συγκεντρώσεων» παρέχει στον χρήστη τη δυνατότητα να επιλέξει τον ρύπο για τον οποίο θα εμφανιστεί ο χάρτης ποιότητας αέρα στην οθόνη του. ΣΧΗΜΑ 4.4 Προβολή αποτελεσμάτων σεναρίου

80 ΕΜΘΠΜ 79 Από τις τέσσερις επιλογές που υπάρχουν στο πάνω μέρος του χάρτη (Χάρτης, Δορυφόρος, Υβριδικός, Έδαφος) ο χρήστης μπορεί να καθορίσει το background που προτιμά να εμφανίζεται πίσω από τον χάρτη ποιότητας αέρα. δείκ της ΣΧΗΜΑ 4.5: Καθορισμός προτιμώμενου background Μέσω της επιλογής Fullscreen παρέχεται στον χρήστη η δυνατότητα να αυξήσει το μέγεθος του χάρτη ποιότητας αέρα, ενώ μέσω της κλίμακας που εμφανίζεται ακριβώς κάτω από την επιλογή Fullscreen ο χρήστης μπορεί να καθορίσει τη διαφάνεια του χάρτη ποιότητας αέρα σε σχέση με τον αντίστοιχο χάρτη (google map) που υπάρχει ως background. Η λειτουργία Zoom παρέχει τη δυνατότητα εστίασης σε συγκεκριμένο τμήμα της περιοχής υπολογισμού, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό δείκτη για την οριοθέτηση της περιοχής εστίασης. Με τα πλήκτρα + και - που βρίσκονται πάνω από την επιλογή Zoom, ο χρήστης μπορεί να αυξήσει ή να μειώσει την εστίαση της εικόνας που έχει επιλέξει να εμφανίζεται στην οθόνη του. Με τα τέσσερα βέλη που υπάρχουν πάνω από τα κουμπιά «+» και «-» ο χρήστης μπορεί να πλοηγηθεί προς όποια από τις αντίστοιχες κατευθύνσεις επιθυμεί επάνω στον χάρτη (google map) που υπάρχει στο background της εικόνας. Επίσης, μέσω ενός κατάλληλου δείκτη (pointer) ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να πλοηγηθεί εντός του χάρτη ποιότητας αέρα και να δημιουργήσει χρονοσειρές για έξι ρύπους (NO 2, O 3, PM 10, PM 2.5, CO και Βενζόλιο) για όποιο σημείο εντός της περιοχής υπολογισμού επιθυμεί. Παράλληλα με τις χρονοσειρές, παράγεται ένας πίνακας με συγκεντρωτικά στατιστικά στοιχεία (προβλεπόμενη ετήσια μέση τιμή, προβλεπόμενη ετήσια μέγιστη τιμή, προβλεπόμενος ετήσιος αριθμός υπερβάσεων) για τον ρύπο που έχει επιλεγεί μέσω του καταλόγου «Πεδίο Συγκεντρώσεων». Σε περίπτωση που χρήστης επιλέξει σημείο εκτός της περιοχής των υπολογισμών, τότε στις θέσεις των διαγραμμάτων και του πίνακα εμφανίζεται η ένδειξη Μη Διαθέσιμο. Οι ακριβείς συντεταγμένες του σημείου που επιλέγεται από τον χρήστη εμφανίζονται στο πεδίο

81 ΕΜΘΠΜ 80 «Γεωγραφικό Μήκος/Πλάτος» με ακρίβεια τεσσάρων δεκαδικών ψηφίων. Επιπρόσθετα, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει τις συντεταγμένες του σημείου για το οποίο επιθυμεί να δημιουργηθούν τα διαγράμματα και οι πίνακες, συμπληρώνοντας το πεδίο «Γεωγραφικό Μήκος/Πλάτος», με ακρίβεια τεσσάρων δεκαδικών ψηφίων. Σε αντίθετη περίπτωση, θα εμφανιστούν αποτελέσματα για το κέντρο της περιοχής των υπολογισμών του σεναρίου. 4.4 Αποτελέσματα υπολογισμών διασποράς Μελετώμενα σενάρια Με τη βοήθεια της διεπαφής χρήστη του Σ.Δ.Π.Α., μελετήθηκαν τρία σενάρια για τον υπολογισμό και την εκτίμηση των εκπομπών από εγκαταστάσεις θέρμανσης στην ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης Σενάριο βασικής κατάστασης Το σενάριο αυτό αφορά στην κατάσταση που ίσχυε χρονικά πριν το 2011, οπότε και σημειώθηκε η πρώτη τάση υποκατάστασης του πετρελαίου με άλλους τύπους καυσίμων. Έως το 2011 θεωρήθηκε 0% υποκατάσταση, καθώς η οικιακή θέρμανση με λέβητες πετρελαίου αποτελούσε το πιο διαδεδομένο είδος εγκατάστασης θέρμανσης εσωτερικών χώρων. Σε αυτό το σενάριο χρησιμοποιείται η βάση δεδομένων εκπομπών που αναπτύχθηκε και χρησιμοποιείται από το ΣΔΠΑ σε επιχειρησιακή βάση (Moussiopoulos et al 2009, Moussiopoulos et al 1996) Σενάριο υποκατάστασης σε ποσοστό 60% Στο συγκεκριμένο σενάριο θα θεωρείται υποκατάσταση του πετρελαίου με βιοκαύσιμα σε ποσοστό 60%. Με τη χρήση των μοντέλων εκπομπών, θα διεξάγονται οι υπολογισμοί, με δεδομένο ότι το 60% των εγκαταστάσεων οικιακής θέρμανσης με λέβητες πετρελαίου υποκαταστάθηκε με αντίστοιχες εγκαταστάσεις βιοκαυσίμων, δηλαδή τζάκια, σόμπες, ή λέβητες ξύλου Σενάριο υποκατάστασης σε ποσοστό 70% Έχοντας ωστόσο ως ευρύτερο στόχο την ταυτόχρονη εκτίμηση και της μακροπρόθεσμα ενδεχόμενης επιβάρυνσης της ποιότητας του αέρα σε περίπτωση που η σημερινή, παρατηρούμενη υποκατάσταση αυξηθεί, κρίθηκε σκόπιμη η απευθείας διεξαγωγή των υπολογισμών με ένα τρίτο σενάριο, το οποίο εισάγει στο μοντέλο το προαναφερθέν ποσοστό υποκατάστασης αυξημένο στο 70%. Εκτός από τη διεξαγωγή συμπερασμάτων για την πιθανή μελλοντική εξέλιξη της κατάστασης, η υιοθέτηση του χειρότερου σεναρίου ενισχύει την ορθότητα των παραδοχών και των αποτελεσμάτων της μελέτης Αποτελέσματα υπολογισμών για κάθε σενάριο Μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις σεναρίου βασικής κατάστασης Με τη βοήθεια της μεθόδου σύνθεσης, στα πλαίσια της διεπαφής του ΣΔΠΑ και λαμβάνοντας υπόψη τις αντιπροσωπευτικές ημέρες και τις αντίστοιχες μετεωρολογικές συνθήκες πάνω από την περιοχή ενδιαφέροντος, υπολογίσθηκαν τα μέσα ετήσια πεδία συγκεντρώσεων στην ευρύτερη περιοχή

82 ΕΜΘΠΜ 81 Θεσσαλονίκης, για τους ρύπους που παρουσιάζονται σχηματικά στις ακόλουθες παραγράφους. Οι προσομοιώσεις βασίζονται στις αντιπροσωπευτικές ημέρες, δηλαδή εκτελέσθηκαν τα μοντέλα MEMO και MARS-aero για επτά 24ωρες περιόδους. Τα μέσα ημερήσια πεδία συγκεντρώσεων που υπολογίστηκαν για κάθε ημέρα σταθμίζονται με κατάλληλους συντελεστές και το σταθμισμένο άθροισμα εξάγει μια προσέγγιση των μέσων ετήσιων συγκεντρώσεων Οξείδια Αζώτου NO x σε μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις 1)Τα ΝΟ x παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 100μg/m 3, η οποία παρατηρείται στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης. Μέτριες και ελαφρώς υψηλές συγκεντρώσεις εμφανίζονται κατανεμημένες ομοιόμορφα στο σύνολο του πολεοδομικού συγκροτήματος, εκτεινόμενες τόσο προς τα ανατολικά όσο και προς τα δυτικά, στην ευρύτερη περιοχή από τη Σίνδο έως τη Θέρμη και την Περαία Αιωρούμενα σωματίδια PM 10 σε μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις 2)Τα PM 10 παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 280μg/m 3, με το χωρικό μέγιστο να παρατηρείται κυρίως στα δυτικά της Θεσσαλονίκης, στην περιοχή της Σίνδου. Οι μέτριες και ελαφρώς αυξημένες συγκεντρώσεις παρατηρούνται δυτικά του κέντρου, ενώ στις ανατολικές συνοικίες και στους ανατολικούς περιφερειακούς δήμους οι συγκεντρώσεις κινούνται σε χαμηλά επίπεδα. ΣΧΗΜΑΤΑ

83 ΕΜΘΠΜ Αιωρούμενα σωματίδια PM 2.5 σε μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις 3)Τα PM 2.5 παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 210μg/m 3, με το μέγιστο του πλουμίου να εντοπίζεται χωρικά κυρίως στα δυτικά της Θεσσαλονίκης, στην περιοχή της Σίνδου. Η κατανομή των συγκεντρώσεων στο πολεοδομικό συγκρότημα ακολουθεί την ίδια μορφή με την αντίστοιχη των PM 10 που περιγράφεται παραπάνω VOCs Βενζόλιο σε μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις 4)Οι πτητικές οργανικές ενώσεις παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση 12μg/m 3, η οποία παρατηρείται στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης και στις περιοχές βόρεια αυτού. Οι μέτριες και ελαφρώς υψηλές συγκεντρώσεις περιορίζονται στην κύρια έκταση της πόλης, με έμφαση στα δυτικά και δεν επεκτείνονται σημαντικά στα ανατολικά προάστια. Η μορφή του πλουμίου πόλης οδηγεί στο συμπέρασμα ότι κύρια συνεισφέρουσα πηγή για τον εν λόγω ρύπο είναι η οδική κυκλοφορία. ΣΧΗΜΑΤΑ Αξιολόγηση αποτελεσμάτων ετήσιων συγκεντρώσεων βασικού σεναρίου Παρατηρούμε ότι οι υψηλότερες συγκεντρώσεις ακολουθούν με ακρίβεια το περίγραμμα του πολεοδομικού συγκροτήματος, εκτεινόμενες κατά μήκος μιας νοητής γραμμής από το βορρά προς το νότο. Το φαινόμενο αυτό είναι εντονότερο για τα οξείδια του αζώτου (NO x ), των οποίων ο χάρτης συγκεντρώσεων «αγκαλιάζει» ομοιόμορφα ολόκληρο το πολεοδομικό συγκρότημα της

84 ΕΜΘΠΜ 83 Θεσσαλονίκης, γεγονός που οφείλεται κυρίως στην ούτως ή άλλως υψηλή περιεκτικότητα του ατμοσφαιρικού αέρα σε άζωτο, που κατά τη διάρκεια των περισσότερων ανθρωπογενών καύσεων προσφέρεται άφθονο ως αντιδρών προς οξείδωση και σχηματισμό ρύπων. Αντίθετα, τα αιωρούμενα σωματίδια PM 10 και PM 2.5, εμφανίζονται εντονότερα στα δυτικά του κέντρου της Θεσσαλονίκης και ειδικά στα δυτικά προάστια και τη βιομηχανική περιοχή της Σίνδου, με τις μέγιστες συγκεντρώσεις να κινούνται σε εύρος 170 μg/m 3 έως 220 μg/m 3 για τα PM 2.5 και 230 μg/m 3 έως 290 μg/m 3 για τα PM 10. Το ισχυρό αυτό πλούμιο που εμφανίζεται δυτικότερα, με εντοπισμένο μέγιστο πάνω από την βιομηχανική περιοχή της Σίνδου, οφείλεται στην παρουσία βιομηχανικών μονάδων, τις οποίες το μοντέλο διασποράς αντιμετωπίζει ως υπερυψωμένες σημειακές πηγές. Απεναντίας, η απουσία βιομηχανικών μονάδων από τις περιοχές ανατολικά του πολεοδομικού συγκροτήματος, δικαιολογεί την απουσία χωρικά εντοπισμένων μεγίστων για όλους τους ρύπους, με εξαίρεση τα οξείδια του αζώτου, που όπως προαναφέρθηκε, διασπείρονται ομοιόμορφα στο σύνολο της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης. Τέλος, οι συγκεντρώσεις πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC), περιορίζονται στην κύρια έκταση της πόλης της Θεσσαλονίκης, με το αντίστοιχο πλούμιο να παρουσιάζει μέγιστο στο κέντρο της πόλης και σε μικρή ακτίνα γύρω από αυτό και αισθητά λιγότερο στις υπόλοιπες περιοχές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κύρια προέλευση αυτών των ρύπων είναι η κυκλοφορία των οχημάτων, η οποία προφανώς είναι εντονότερη στην περιοχή του κέντρου και επιβαρύνει πολλαπλάσια την ατμόσφαιρα κατά τις ώρες κυκλοφοριακής αιχμής Συγκεντρώσεις κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο βασικής κατάστασης Για την εκτίμηση των συγκεντρώσεων κατά τη χειμερινή περίοδο, όπου η συνεισφορά των εκπομπών από καύσεις θέρμανσης χώρων παίζει σημαντικό ρόλο, αποτιμήθηκαν τα αποτελέσματα του υπολογισμός διασποράς διάρκειας 24 ωρών για την αντιπροσωπευτική ημέρα της 24 ης Νοεμβρίου. Η ημέρα αυτή, όπως φαίνεται στον πίνακα αντιπροσωπευτικών ημερών και μετεωρολογικών καταστάσεων, χαρακτηρίζεται από κλειστό αντικυκλώνα, με γενικό χαρακτηρισμό της ποιότητας αέρα ως «κακής». Ημέρες με παρόμοιες δυσμενείς μετεωρολογικές συνθήκες αντιπροσωπεύουν το 23% του συνόλου των ημερών του έτους, δηλαδή συνολικά 84 ημέρες (εγχειρίδιο χρήσης του ΣΔΠΑ που χρησιμοποιεί ο Ο.Ρ.ΘΕ.). Στα πλαίσια του στόχου της παρούσας εργασίας, που είναι η εκτίμηση της επιβάρυνσης της ποιότητας του αέρα από εγκαταστάσεις θέρμανσης, είναι προφανές ότι θα πρέπει να ληφθούν υπόψη με αυξημένη βαρύτητα οι υπολογισμοί εκπομπών για τη χειμερινή περίοδο, κατά την οποία λαμβάνουν χώρα οι αντίστοιχες καύσεις λεβήτων, τζακιών και σομπών. Η ποσοστιαία συμμετοχή των χειμερινών εκπομπών στη διαμόρφωση του ετήσιου πεδίου συγκεντρώσεων είναι μικρή και μετριάζει τις συγκεντρώσεις που οφείλονται σε καύσεις συστημάτων θέρμανσης. Απεναντίας, ο υπολογισμός αποκλειστικά των χειμερινών εκπομπών για κάθε σενάριο, οδηγεί σε ασφαλέστερα και πιο συγκεκριμένα συμπεράσματα, εστιασμένα στο βασικό θέμα της παρούσας εργασίας.

85 ΕΜΘΠΜ Οξείδια Αζώτου - ΝΟ x κατά τη χειμερινή περίοδο για το βασικό σενάριο 5)Τα NO x παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 180μg/m 3, η οποία παρατηρείται στο ιστορικό κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης και στις δυτικότερες περιοχές. Οι μέτριες και ελαφρώς υψηλές συγκεντρώσεις παρατηρούνται τόσο στα δυτικά, όσο και στα ανατολικά του κέντρου, ενώ δεν επεκτείνονται σημαντικά στα ανατολικά και δυτικά προάστια Αιωρούμενα σωματίδια PM 10 κατά τη χειμερινή περίοδο στο βασικό σενάριο 6)Τα PM 10 παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 180μg/m 3, η οποία παρατηρείται εξαιρετικά έντονα στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης και στις περιοχές βόρεια και δυτικά αυτού, καθώς και στα δυτικά προάστια και τη Βι. Πε. Σίνδου. Οι μέτριες και ελαφρώς υψηλές συγκεντρώσεις παρατηρούνται τόσο στα δυτικά, όσο και στα ανατολικά του κέντρου, ενώ δεν επεκτείνονται σημαντικά στα ανατολικά προάστια, πέραν της Καλαμαριάς. ΣΧΗΜΑΤΑ

86 ΕΜΘΠΜ Αιωρούμενα σωματίδια PM 2.5 στη χειμερινή περίοδο του βασικού σεναρίου 7)Τα PM 2.5 παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 130μg/m 3, η οποία παρατηρείται εξαιρετικά έντονα στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης και στις περιοχές βόρεια και δυτικά αυτού, καθώς και στα δυτικά προάστια και τη Βι. Πε. Σίνδου. Η διασπορά τους στο πολεοδομικό συγκρότημα ακολουθεί το ίδιο μοτίβο με τα PM 10 που περιγράφονται παραπάνω VOC Βενζόλιο κατά τη χειμερινή περίοδο στο βασικό σενάριο 8)Οι πτητικές οργανικές ενώσεις παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση 16μg/m 3, η οποία παρατηρείται στο κέντρο του πολεοδομικού συγκροτήματος και στις δυτικότερες περιοχές, έως την περιοχή της Σίνδου. Στα ανατολικά οι συγκεντρώσεις δεν ξεπερνούν τα 12μg/m 3 και δεν επεκτείνονται στους ανατολικούς, προαστιακούς δήμους. Το πλούμιο πόλης στο μεγαλύτερο μέρος του εξακολουθεί να αποδίδεται στη συνεισφορά της οδικής κυκλοφορίας. ΣΧΗΜΑΤΑ Αξιολόγηση αποτελεσμάτων χειμερινής περιόδου βασικού σεναρίου Είναι προφανές ότι η λειτουργία των συστημάτων κεντρικής θέρμανσης προκαλεί κατακόρυφη αύξηση των παρατηρούμενων συγκεντρώσεων πάνω από το πολεοδομικό συγκρότημα. Οι ρύποι οξειδίων του αζώτου ΝΟ x κυμαίνονται από 112 μg/m 3 έως 184μg/m 3, ενώ η αντίστοιχη συγκέντρωση στο ετήσιο πεδίο κυμαίνεται σε εύρος 65μg/m 3 έως 100μg/m 3. Αντίστοιχα, τα αιωρούμενα σωματίδια

87 ΕΜΘΠΜ 86 εμφανίζουν ανάλογη αύξηση. Οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC) δεν εμφανίζουν αξιόλογη μεταβολή ανάμεσα στις ετήσιες και τις χειμερινές συγκεντρώσεις για το βασικό σενάριο. Ένας ακόμα παράγοντας που συνεισφέρει σε ιδιαίτερα αυξημένες συγκεντρώσεις σε αυτήν τη μελετώμενη περίπτωση είναι οι δυσμενείς μετεωρολογικές συνθήκες, όπως φαίνεται και στον πίνακα αντιπροσωπευτικών ημερών και μετεωρολογικών καταστάσεων. Ειδικότερα, η συγκεκριμένη ημέρα του έτους χαρακτηριζόταν από κλειστό αντικυκλώνα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός πολύ ασθενούς συνοπτικού πεδίου. Η κατηγορία αυτή χαρακτηρίζεται όπως και στην περίπτωση του ανοιχτού αντικυκλώνα από ανέμους μεταβλητής διεύθυνσης, γενικά αίθριο καιρό αλλά με μεγάλη πιθανότητα σχηματισμού χειμερινής νυχτερινής αναστροφής και θεωρείται ευνοϊκή για την εμφάνιση σχετικά υψηλών επιπέδων ρύπανσης, με τη διαφορά να έγκειται στο γεγονός ότι οι άνεμοι είναι ακόμη χαμηλότερης έντασης, με επακόλουθο την επικράτηση συνθηκών άπνοιας, η οποία επιτείνει τις δυσμενείς συνθήκες ποιότητας αέρα στην περιοχή εξέτασης. Συνεπώς, η εν λόγω κατηγορία καιρού οδηγεί κατά κανόνα σε αρκετά υψηλά επίπεδα ρύπανσης. ΕΙΚΟΝΑ 4.3: Κλειστός αντικυκλώνας (Εγχειρίδιο χρήσης ΣΔΠΑ- ΕΜΘΠΜ 2013) Μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις σεναρίου υποκατάστασης σε ποσοστό 70% Με την ίδια μέθοδο σύνθεσης στα πλαίσια του ΣΔΠΑ, υπολογίστηκαν τα μέσα ετήσια πεδία συγκεντρώσεων για τους 4 εξεταζόμενους ρύπους. Όπως προαναφέρθηκε, το σενάριο υποκατάστασης

88 ΕΜΘΠΜ 87 θεωρεί υποκατάσταση των συστημάτων θέρμανσης που καίνε πετρέλαιο με συστήματα βιομάζας, σε ποσοστό 70% Οξείδια Αζώτου - NO x σε ετήσιες συγκεντρώσεις για το σενάριο 70% 9)Τα οξείδια του αζώτου κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο το πολεοδομικό συγκρότημα, με υψηλές συγκεντρώσεις άνω των 60μg/m 3 τόσο στα δυτικά, όσο και στα ανατολικά, ενώ στις πιο κεντρικές περιοχές ανέρχονται στη μέγιστη τιμή συγκέντρωσης 100μg/m Αιωρούμενα σωματίδια PM 10 σε ετήσιες συγκεντρώσεις για το σενάριο 70% 10)Τα PM 10 συγκεντρώνονται περισσότερο στα δυτικά και ιδιαίτερα στη Βι. Πε. Σίνδου, με τιμές άνω των 230μg/m 3, ενώ οι μέτριες συγκεντρώσεις των περίπου 170 μg/m 3 180μg/m 3 εμφανίζονται κεντρικά του πολεοδομικού συγκροτήματος και είναι ελάχιστες στα ανατολικά τμήματα. ΣΧΗΜΑΤΑ

89 ΕΜΘΠΜ Αιωρούμενα σωματίδια PM 2.5 σε ετήσιες συγκεντρώσεις για το σενάριο 70% 11)Τα PM 2.5 παρουσιάζουν μέγιστη συγκέντρωση της τάξεως των 220 μg/m 3, η οποία παρατηρείται κυρίως στα δυτικά της Θεσσαλονίκης, στην περιοχή της Σίνδου. Η κατανομή των συγκεντρώσεων στο πολεοδομικό συγκρότημα ακολουθεί την ίδια μορφή με την αντίστοιχη των PM 10 που περιγράφεται παραπάνω VOCs Βενζόλιο σε ετήσιες συγκεντρώσεις για το σενάριο 70% 12)Οι πτητικές οργανικές ενώσεις, με κύριο εκπρόσωπο το βενζόλιο, συγκεντρώνονται εντονότερα κεντρικά και δυτικά του πολεοδομικού συγκροτήματος, με μέγιστες τιμές εκπομπών πάνω από 9μg/m 3. Στα ανατολικά τμήματα, το πλούμιο εμφανίζει τοπικά μέγιστα ίδιου μεγέθους, ωστόσο σε μικρότερη έκταση. Οι προαστιακές περιοχές στα ανατολικά εμφανίζουν χαμηλές τιμές συγκέντρωσης. Το πλούμιο πόλης στο μεγαλύτερο μέρος του εξακολουθεί να αποδίδεται στη συνεισφορά της οδικής κυκλοφορίας. ΣΧΗΜΑΤΑ Αξιολόγηση αποτελεσμάτων ετήσιων συγκεντρώσεων σεναρίου υποκατάστασης σε ποσοστό 70% Παρατηρούμε ότι η γενική μορφή του πλουμίου ετήσιων συγκεντρώσεων δεν παρουσιάζει πολλές μεταβολές σε σχέση με το αντίστοιχο της βασικής κατάστασης, λόγω της χαμηλής συμμετοχής των

90 ΕΜΘΠΜ 89 χειμερινών εκπομπών στις ετήσιες συγκεντρώσεις. Για την ακριβέστερη απεικόνιση της επιβάρυνσης που εισάγει το σενάριο υποκατάστασης, υπολογίστηκαν πεδία διαφορών για τις συγκεντρώσεις πάνω από την περιοχή μελέτης, για κάθε ρύπο. Τα πεδία διαφορών εμφανίζονται στα παρακάτω διαγράμματα Αποτελέσματα υπολογισμών πεδίων διαφορών για τις ετήσιες συγκεντρώσεις Οξείδια Αζώτου - NO x 13)Οι ετήσιες συγκεντρώσεις οξειδίων του αζώτου εμφανίζονται να διατηρούνται σταθερές, συγκριτικά με τις αντίστοιχες ετήσιες συγκεντρώσεις του βασικού σεναρίου, καταγράφοντας σχεδόν μηδενικές μειώσεις. Το γεγονός αυτό οφείλεται στις πολύ μικρές μεταβολές στους συντελεστές εκπομπής οξειδίων του αζώτου από καύσεις βιομάζας, σε σχέση με αυτές των καύσεων πετρελαίου Αιωρούμενα σωματίδια PM 10 14)Οι συγκεντρώσεις PM 10 εμφανίζουν αυξητική τάση συγκριτικά με τις αντίστοιχες ετήσιες συγκεντρώσεις του βασικού σεναρίου, καταγράφοντας αυξήσεις, έως και κατά 60μg/m 3. Το μέγιστο του πλουμίου εμφανίζεται στο κέντρο της πόλης και ανατολικά αυτού. ΣΧΗΜΑΤΑ

91 ΕΜΘΠΜ Αιωρούμενα σωματίδια PM )Αντίστοιχη αύξηση καταγράφεται μεταξύ των δύο σεναρίων και για τις ετήσιες συγκεντρώσεις των PM 2.5, που εμφανίζονται να αυξάνονται έως και κατά 50μg/m 3. ΣΧΗΜΑ VOC Βενζόλιο Η παράθεση του συγκεκριμένου σχήματος κρίθηκε άσκοπη, καθώς οι διαφορές σε VOC σε όλη την έκταση του χάρτη συγκεντρώσεων προέκυψαν σχεδόν μηδενικές. Επιπροσθέτως θα πρέπει να επισημανθεί ότι στην χρησιμοποιούμενη απογραφή εκπομπών, οι εκπομπές VOC από συστήματα οικιακής θέρμανσης αποτελούν μόλις το 1,4% των συνολικών εκπομπών VOC. Η ελάχιστη αυτή συμμετοχή αντισταθμίζει τη σχετικά μεγάλη αύξηση των συντελεστών εκπομπής για τη συνολική εκπεμπόμενη μάζα VOC, καθιστώντας έτσι εξαιρετικά δυσχερή την αποτίμηση μετρήσιμων διαφορών μεταξύ των εξεταζόμενων σεναρίων. Μια ακριβέστερη προσέγγιση θα προϋπέθετε τον εξαρχής υπολογισμό ρυθμών εκπομπής από καύσεις βιομάζας για μεμονωμένες, χαρακτηριστικές ομάδες οργανικών ενώσεων, που παρουσιάζουν ιδιαίτερο επιδημιολογικό ενδιαφέρον, όπως για παράδειγμα πολυκυκλικούς, αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να επιχειρηθεί μετά από κάποιον ακριβέστερο υπολογισμό της συνολικής δραστηριότητας καύσεων βιομάζας και να υλοποιηθεί ως μελλοντική επέκταση και εμβάθυνση της παρούσας εργασίας.

92 ΕΜΘΠΜ Μέση ημερήσια διακύμανση συγκεντρώσεων σε χαρακτηριστικά σημείααποδέκτες Τα τυπικά προφίλ ημερήσιας διακύμανσης δείχνονται για τις θέσεις των σταθμών όπου έχουν πραγματοποιηθεί πρόσφατα μετρήσεις. Οι σταθμοί μέτρησης AUTH και Triandria βρίσκονται στο κτίριο Δ της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ. και στην περιοχή της Τριανδρίας, αντίστοιχα. Οι διακυμάνσεις των ετήσιων συγκεντρώσεων απεικονίζονται στα παρακάτω σχήματα.

93 ΕΜΘΠΜ 92 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ : Μέση ημερήσια διακύμανση συγκεντρώσεων ρύπων σε διάρκεια ενός έτους Αποδέκτης Τύπος Θέση Γεωγραφικές συντεταγμένες Σ τ α θ μ ό ς Μ έ τ ρ η σ η ς Μήκος Πλάτος Τριανδρία Αστικός Υποβάθρου Δώμα οικοδομής 22, o 40, o ΑΠΘ Αστικός Υποβάθρου Δώμα κτιρίου Δ Πολυτ. Σχολής 22,57359 o 40, o ΠΙΝΑΚΑΣ 4.14: Ακριβής θέση κάθε σημείου- αποδέκτη Αξιολόγηση αποτελεσμάτων υπολογισμών πεδίων διαφορών για τις ετήσιες συγκεντρώσεις κάθε σεναρίου Η επίδραση της υποκατάστασης συστημάτων πετρελαίου με συστήματα βιομάζας εμφανίζεται σχετικά μετριασμένη λόγω της χαμηλής συμμετοχής των χειμερινών εκπομπών στο σύνολο της ετήσιας εκπεμπόμενης μάζας ρύπων. Για το λόγο αυτό, το ενδιαφέρον της αξιολόγησης εστιάζεται στα αποτελέσματα της σύγκρισης των πεδίων που αφορούν αποκλειστικά στις χειμερινές συγκεντρώσεις. Η σύγκριση των ετήσιων εκπομπών εμφανίζει την ίδια ανά περίπτωση ρύπουαυξητική ή μειωτική τάση, όμως σε αμελητέο βαθμό Συγκεντρώσεις κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο υποκατάστασης 70% Όπως και στο σενάριο βασικής κατάστασης, έτσι και στο σενάριο υποκατάστασης των εγκαταστάσεων θέρμανσης που χρησιμοποιούν πετρέλαιο σε ποσοστό 70%, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί ειδικά για τη χειμερινή περίοδο, κατά την οποία λαμβάνουν χώρα όλες οι

94 ΕΜΘΠΜ 93 δραστηριότητες καύσης για οικιακή θέρμανση. Έτσι και εδώ χρησιμοποιήθηκε η αντιπροσωπευτική ημέρα της 24 ης Νοεμβρίου, που εμφανίζει κλειστό αντικυκλώνα και ποιότητα αέρα που γενικά χαρακτηρίζεται ως «κακή» Οξείδια Αζώτου - NO x κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο 70% 16)Τα οξείδια του αζώτου στο σενάριο αυτό συγκεντρώνονται πιο έντονα στο κέντρο του πολεοδομικού συγκροτήματος, με μέγιστες συγκεντρώσεις σε εύρος 146 μg/m 3 έως 183 μg/m 3. Η κατανομή που αντιστοιχεί στα αμέσως χαμηλότερα επίπεδα εμφανίζεται ομοιόμορφη σε όλη την περιοχή γύρω από το σημείο μεγίστου. Στα ανατολικά προάστια παρατηρείται τοπικά μια μέτρια συγκέντρωση, που τοποθετείται γεωγραφικά στην περιοχή της Θέρμης Αιωρούμενα σωματίδια PM 10 κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο 70% 17)Τα σωματίδια PM 10 συγκεντρώνονται κυρίως στο κέντρο και στα δυτικά του πολεοδομικού συγκροτήματος, με μέγιστη τιμή στα 275 μg/m 3. Η περιοχή της Σίνδου εμφανίζει μεν υψηλές συγκεντρώσεις, σταθερά πάνω από τα 170 μg/m 3, εντούτοις το χωρικό μέγιστο του πλουμίου έχει μετατοπιστεί προς το κέντρο της πόλης και καλύπτει μεγάλο μέρος του πολεοδομικού συγκροτήματος. Οι περιοχές ανατολικότερα της Καλαμαριάς δεν πλήττονται ιδιαίτερα.. ΣΧΗΜΑΤΑ

95 ΕΜΘΠΜ Αιωρούμενα σωματίδια PM 2.5 κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο 70% 18)Αντίστοιχη συμπεριφορά με τα PM 10 εμφανίζουν, ως προς τη γεωγραφική διασπορά τους και τα PM 2.5. Οι μέγιστες συγκεντρώσεις σε απόλυτο αριθμό φθάνουν τα 200 μg/m VOCs Βενζόλιο κατά τη χειμερινή περίοδο στο σενάριο 70% 19)Οι πτητικές οργανικές ενώσεις VOCs, εμφανίζουν μέγιστη συγκέντρωση στα 16μg/m 3 και κατανέμονται γεωγραφικά σε όλο το πολεοδομικό συγκρότημα, αλλά ιδιαίτερα στα κεντρικά και δυτικά ΣΧΗΜΑΤΑ Αξιολόγηση αποτελεσμάτων χειμερινής περιόδου για το σενάριο υποκατάστασης πετρελαίου με βιομάζα σε ποσοστό 70% Όπως και για το σενάριο βασικής κατάστασης, έτσι και για το σενάριο υποκατάστασης, οι υπολογισμοί των πεδίων συγκεντρώσεων αποκλειστικά για τη χειμερινή περίοδο, κατά την οποία

96 ΕΜΘΠΜ 95 λειτουργούν τα συστήματα οικιακής θέρμανσης, φανερώνουν αύξηση της συγκέντρωσης των περισσότερων εξεταζόμενων ρύπων. Ήδη από τα πεδία απόλυτων συγκεντρώσεων γίνεται εμφανής η σημαντικότατη συνεισφορά της υποκατάστασης στην αύξηση των συγκεντρώσεων, που στην περίπτωση των PM φτάνει το 50% ενώ για τα VOC η αντίστοιχη αύξηση είναι μικρή. Τα ΝΟ x διατηρούνται σχεδόν σταθερά, γεγονός που οφείλεται κυρίως στην πολύ μικρή διαφορά ανάμεσα στο συντελεστή εκπομπής για καύσεις πετρελαίου σε σχέση με τον αντίστοιχο συντελεστή για καύσεις βιομάζας ξυλείας. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι η αύξηση της χρήσης βιομάζας για θέρμανση δεν προκαλεί μεταβολές στα επίπεδα ΝΟ x στην ατμόσφαιρα. Η επιβάρυνση εστιάζεται κυρίως στα αιωρούμενα σωματίδια, τα οποία όπως προαναφέρθηκε, αυξάνονται κατακόρυφα. Για την ακριβέστερη και αμεσότερη απεικόνιση της επιβάρυνσης που προκαλούν τα συστήματα καύσης βιομάζας για θέρμανση, υπολογίστηκαν &kappa