ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ, ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΛΛΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟΝ ΚΤΙΡΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΖΑΝΔΡΕΑ ΜΑΡΙΑΝΝΑ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: ΧΑΤΖΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΔΡΟΝΙΚΗ 2/3/2011 ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2011

2 Περιεχόμενα Πρόλογος 3 1.Εισαγωγή.4 2.Βιοκλιματική Αρχιτεκτονική Οι Τάσεις της Βιοκλιματικής Αρχιτεκτονικής Οι Στόχοι της Βιοκληματικής Αρχιτεκτονικής 7 3. Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Αρχαία Γνώση Βασικές Αρχές Βιοκλιματισμού Θερμική Άνεση Παράγοντες που επηρεάζουν τη Θερμική Άνεση Θερμική Άνεση σε παθητικά ηλιακά κτίρια Παθητική Ηλιακή Θέρμανση Συστήματα άμεσου ή απευθείας ηλιακού κέρδους Συστήματα έμμεσου ηλικού κέρδους Τοίχος μάζας και τοίχος Trombe Τοίχος νερού Οροφή νερού- Ηλιακή λίμνη Ηλιακοί Χώροι Ηλιακό Αίθριο Χωροθέτηση, σχήμα και προσανατολισμός του κτιρίου Το σχήμα του κτιρίου Προσανατολισμός και κλίση του κτιρίου Ειδικά συστήματα προστασίας του κελύφους και θερμικής προστασίας του κτιρίου Ηλιοπροστασία Σκίαστρα Σταθερά Σκίαστρα Κινητά Σκίαστρα Σκίαση από δέντρα Σκίαση από γειτονικά κτίρια Ειδικά Κρύσταλλα Ανακλαστικά Επιχρείσματα Φράγμα ακτινοβολίας Βλάστηση Φυτεμένα δώματα Φυσικός Αερισμός Φυσική Ψύξη Δροσισμός Ψύξη με εξάτμιση Ψύξη από το έδαφος Ψύξη από ακτινοβολία.57 1

3 8. Φωτισμός Φυσικός Φωτισμός και ευεξία ενοίκων Οπτική Άνεση Φυσικός Φωτισμός και εξοικονόμηση ενέργειας Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού Τελευταίες τεχολογίες για το φωτισμό 61 9.Δομικά Υλικά Δομικά υλικά και τοξικότητα Η Ραδιενέργεια στο χώρο του κτιρίου Σύνδρομο του άρρωστου κτιρίου Οικολογικά Υλικά Κριτήρια Επιλογής Υλικών Οικολογικά δομικά προϊόντα Οικολογικά Χρώματα Κατηγορίες PCM Τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας Απλοί τρόποι εξοικονόμησης ενέργειας στην κεντρική θέρμανση και στο κλιματισμό Γενικά Συμπεράσματα..73 Βιβλιογραφία

4 Ππρόλογος Στο 1ο κεφάλαιο, γίνεται μια εισαγωγή στην κατάσταση που επικρατεί στις μέρες μας σε σχέση με την κατανάλωση ενέργειας από τον κτιριακό τομέα και παρουσιάζεται η ανάγκη για εύρεση μεθόδων και τεχνικών για την αξιοποίηση φυσικών πηγών ενέργειας, λόγω της περιβαλλοντικής κρίσης που επικρατεί. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφεται η έννοια της βιοκληματικής αεχιτεκτονικής που στόχο έχει τη συνολική αξιοποίηση των θετικών κλιµατικών παραµέτρων. Στο 3ο κεφάλαιο αναφέρονται οι βασικές αρχές του βιοκλιματισμού, ο οποίος δεν αποτελεί γνώση σύγχρονη, αλλά υφίσταται από την αρχαιότητα. Στη συνέχεια, στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται η θερμική άνεση σε παθητικά ηλιακά κτιρια, ορίζεται η έννοια της καθώς και οι παράμετροι που την καθορίζουν. Στο 5ο κεφάλαιο, αναφέρονται τα βασικά ηλιακά παθητικά συστήματα, άμεσου και έμμεσου κέρδους,ενώ στο 6ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σπουδαιότητα της σωστής χωροθέτησης και του προσανατολισμού του κτιρίου. Στο κεφάλαιο 7ο, γίνεται παρουσίαση των μεθόδων θερμικής προστασίας του κελύφους. Περιγράφονται συστήματα σκιασμού για επίτευξη ηλιοπροστασίας, καθώς επίσης, οι μέθοδοι φυσικού αερισμού και δροσισμού, προκειμένου να μειωθούν τα θερμικά κέρδη του κτιρίου. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα της βλάστησης στα κτίρια, τόσο στον περιβάλλοντα χώρο, όσο και στις στέγες- φυτεμένα δώματα. Το 8ο κεφάλαιο, σχετίζεται με το φυσικό φωτισμό και τις τεχνικές αξιοποίησης του, αφού πρώτα γίνει αναφορά στην επίδραση του φυσικού φωτισμού τόσο στην εξοικονόμηση ενέργειας, όσο και στην οπτική άνεση και ευεξία των ενοίκων. Στο 9ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα προβλήματα των συμβατικών δομικών υλικών, όπως είναι η τοξικότητα και η ραδιενέργεια και παρουσιάζεται η σπουδαιότητα των οικολογικών. Τέλος, στο 10ο κεφάλαιο παρουσιάζονται απλοί τρόποι εξοικονόμησης ενέργειας στις κεντρικές θερμάνσεις και στα συστήματα κλιματισμού. 3

5 1.Εισαγωγή Είναι γνωστό και κοινά αποδεκτό στις μέρες μας, ότι η ορθή κατανάλωση ενέργειας είναι πρωταρχικής σημασίας. Τα αέρια του θερμοκηπίου, τα οποία είναι υπεύθυνα για την μόλυνση και υπερθέρμανση του πλανήτη, η αλλοίωση τη σύστασης των υδάτων και της ατμόσφαιρας, η εξάντληση των φυσικών πόρων, η διατάραξη των οικοσυστημάτων και τελικά η κλιματική αλλαγή του πλανήτη είναι τα θέματα που μας απασχολούν και καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε με στόχο να εξασφαλίσουμε ένα βιώσιμο μέλλον για τον πλανήτη. Κατά συνέπεια, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αύξηση του ενδιαφέροντος για την εύρεση εναλλακτικών μορφών ενέργειας, φιλικών προς το περιβάλλον. Παράλληλα, γίνεται προσπάθεια ενημέρωσης για τη σπουδαιότητα της εξοικονόμησης ενέργειας. Στο πλαίσιο της ανάγκης για εξοικονόμηση ενέργειας εντάσσεται και ο κτιριακός τομέας ο οποίος είναι υπεύθυνος για το 40% περίπου της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας [11], τόσο σε ευρωπαϊκό επίπεδο όσο και σε εθνικό. Δεδομένου ότι το 80% των κατοίκων της Ευρώπης κατοικούν πλέον σε πόλεις [8], η ανάγκη για κάλυψη των απαιτήσεων σε θέρμανση, ψύξη, φωτισμό και ζεστό νερό χρήσης αυξάνει συνεχώς. Εκτιμάται ότι τα καύσιμα για την παραγωγή της απαιτούμενης ενέργειας για τα κτίρια ευθύνονται για το 50% περίπου των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και κυρίως του CO2. Όσον αφορά την κατανάλωση ανά χρήση, την πρώτη θέση στις ενεργειακές απαιτήσεις κατέχει η θέρμανση των χώρων, αφού απορροφάει το 72% περίπου της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, παρόλο που η Ελλάδα έχει μεσογειακό κλίμα, άρα και λιγότερες απαιτήσεις σε θέρμανση το χειμώνα [9]. Δυστυχώς, τα ποσοστά αυτά έχουν αυξητική τάση λόγω της αύξησης της χρήσης μικροσυσκευών και κλιματιστικών. Συνεπώς, η κατασκευή περιβαλλοντικά και ενεργειακά αποδοτικών κτιρίων και η χρήση μεθόδων και τεχνικών για τη αξιοποίηση φυσικών πηγών ενέργειας στα κτίρια, είναι επιτακτική ανάγκη, μπροστά στην περιβαλλοντική κρίση που ολοένα εντείνεται. Σύμφωνα με μελέτες που έχουν διεξαχθεί, η εφαρμογή μεθόδων εξοικονόμησης ενέργειας στα ελληνικά κτίρια, θα επέφερε μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης για θέρμανση κατά 50%[9]. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός, η εφαρμογή ηλιακών παθητικών συστημάτων και η επιλογή των σωστών υλικών σε ένα κτίριο, είναι οι λύσεις για την κατασκευή ενεργειακά αποδοτικών κτιρίων. 4

6 2.Βιοκλιματική αρχιτεκτονική Οι παραινέσεις της ιστορίας, της γεωγραφίας, της οικολογίας και πρόσφατα η ενεργειακή κρίση συνέβαλαν στο να ξαναθυµίσουν στους αρχιτέκτονες ότι, πολύ συχνά, λείπει από το σχεδιασµό µια βασική παράµετρος: η ενέργεια. Η παράλειψη αυτή έχει βέβαια τις ιστορικές της ρίζες. Η σηµαντική ανάπτυξη των παραγωγικών δυνάµεων, κυρίως από τις αρχές του 19ου αιώνα, προϋπέθετε µια µαζική παραγωγή αγαθών και µια σηµαντική κατανάλωση ενέργειας στη βιοµηχανία. Το µοντέρνο βιοµηχανικό σύστηµα, πέρα από πολιτικά συστήµατα και διαφορές των θεσµών, στηρίχτηκε στην πεποίθηση ότι η φύση αποτελεί αστείρευτη πηγή, απ όπου µπορούµε να αντλούµε, χωρίς περιορισµούς, την απαραίτητη ενέργεια, έτσι ώστε η παραγωγή να τροφοδοτεί µια κίνηση διαρκή. Το κεφάλαιο φύση όµως δεν είναι αποκαταστάσιµο. Ο µεγάλος µύθος της απεριόριστης ανάπτυξης καταρρέει, δίνοντας τη θέση του σ ένα άλλο µύθο, το ίδιο µάταιο, εκείνον της κρίσης χωρίς διέξοδο. ιαπιστώνοντας αυτή την πραγµατικότητα, ο αρχιτέκτονας ανακαλύπτει τους λεπτούς, ανυποψίαστους δεσµούς που συνδέουν τα έργα του µε τα συστήµατα ενέργειας, από τα οποία και ο ίδιος είναι εξαρτηµένος, µέσα από µια δοµή πολιτική, που τον καθορίζει και τον συντηρεί. Η αλληλεξάρτηση ανάµεσα στα συστήµατα ενέργειας και τα πολεοδοµικά συστήµατα φαίνεται ότι είναι πολύ ισχυρή. Ο παράγοντας ενέργεια επηρεάζει όχι µόνο την αρχιτεκτονική του κτιρίου, αλλά και την πολεοδοµική οργάνωση, γενικότερα. Το κίνηµα της µοντέρνας αρχιτεκτονικής του τελευταίου αιώνα, είχε ιδιαίτερα επιµείνει στην αναδιοργάνωση της δοµής της πόλης, έτσι ώστε να διασφαλίζονται, παρά τις πυκνότητες, οι καλύτερες συνθήκες υγιεινής, που είναι άρρηκτα δεµένες µε την ποσότητα του ηλιασµού που δέχονται τα κτίρια. Η µοντέρνα αρχιτεκτονική, στον αγώνα της κατά του εκλεκτικισµού του 19ου αιώνα, αντικατέστησε την παλιά ρητορική της εξεζητηµένης διακόσµησης και της σπατάλης της ανθρώπινης ενέργειας, µε µια άλλη ρητορική, της αυστηρότητας, της απλότητας και της σπατάλης των φυσικών πηγών ενέργειας που δεν είναι λιγότερο επιζήµια. Ο άνθρωπος ζει σ ένα περιβάλλον, που δεν είναι µόνο το φυσικό, είναι το σύνολο του φυσικού και του χτισµένου περιβάλλοντος. Εάν δεχτούµε ότι, παράλληλα µε την οικολογία των φυσικών ισορροπιών υπάρχει και η οικολογία των τεχνητών ισορροπιών, το ίδιο αυστηρή, θα µπορούσαµε να προσανατολιστούµε σε µια λύση όχι τμηματική, αλλά συνολική για το περιβάλλον μας, για μια ποιοτική διέξοδο από τη σημερινή κρίση. 5

7 Η δοµή της πόλης αποτελεί µια σύνθεση συνυφασµένη από πολλούς παράγοντες. Η οργάνωση της αντανακλά πολιτικές και κοινωνικές τάσεις και επιλογές, καθώς και υλικοτεχνικές ανάγκες. Απ όλους αυτούς τους παράγοντες φαίνεται δύσκολο να αποµονωθούν ορισµένοι και να αναλυθεί η επίδρασή τους, όπως για παράδειγµα: οι παράγοντες ενέργεια και κλίµα. Ωστόσο έχει διαπιστωθεί ότι, η οργάνωση του ιστού της πόλης και η χωροθέτηση των κτιρίων µεταβάλλονται ανάλογα µε τις φιλικές ή εχθρικές κλιµατικές συνθήκες. Στα εύκρατα κλίµατα οι οικισµοί είναι ανοιχτοί. Η δοµή της πόλης αξιοποιώντας τις ευνοϊκές κλιµατικές συνθήκες, επιτρέπει µια διάταξη πιο ελεύθερη. Σε θερµές-ξηρές περιοχές, οι όγκοι των κτιρίων και οι κήποι χρησιµοποιούνται για το σκιασµό των δρόµων ή των ανοιχτών χώρων ζωής. Οι µονάδες της κατοικίας τοποθετούνται γύρω από κλειστές αυλές, έτσι ώστε µε τον όγκο τους να εξασφαλίζουν την άµυνα απέναντι στις κλιµατικές επιδράσεις. Η πολεοδοµική οργάνωση αντιµετωπίζει τη ζέστη µε την πυκνή δόµηση. Συµπεραίνεται λοιπόν, ότι εκεί που το φυσικό περιβάλλον είναι φιλικό, η µορφή της κατοικίας επικοινωνεί µε τον περίγυρό της, ενώ όπου οι κλιµατικές συνθήκες είναι εχθρικές, η µορφή κλείνει τις ευαίσθητες και επιβαρηµένες επιφάνειες, για να διατηρήσει τη θερµική της ισορροπία. Μέσα σ αυτά τα πλαίσια, των συσσωρευµένων κρίσεων της αρχιτεκτονικής, της οικολογίας, του ενεργειακού, αναπτύχθηκε µια έρευνα, αρχικά προσανατολισµένη προς την κατεύθυνση της εξοικονόµησης ενέργειας στα κτίρια. Αργότερα, στην προσπάθεια να εναρµονιστεί το κτίσµα µε το φυσικό περιβάλλον, οδηγήθηκε στη συνολική αξιοποίηση των θετικών κλιµατικών παραµέτρων. Σαν αποτέλεσµα προέκυψε η λεγόµενη βιοκλιµατική αρχιτεκτονική. 2.1 Oι τάσεις της Βιοκλιµατικής Αρχιτεκτονικής Μέχρι σήµερα, από την έρευνα που πραγµατοποιήθηκε διεθνώς και τις εφαρµογές, που έγιναν για την αξιοποίηση και εκµετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρµανση των κτιρίων, δύο τάσεις αποδείχνονται εφικτές µε προσέγγιση ριζικά διαφορετική: Α) Η πρώτη τάση χρησιµοποιεί την έρευνα της ηλιοτεχνικής, µε συστήµατα ενεργητικά και πρόσθετο µηχανολογικό εξοπλισµό. Η προβληµατική της θερµικής συµπεριφοράς του κτιρίου από την καθαρά τεχνολογική σκοπιά ακρωτηριάζει την αρχιτεκτονική σύλληψη, γιατί θεωρήθηκε ότι ανήκει αποκλειστικά στον τεχνολογικό τοµέα, εγκαταλείφθηκε από τους αρχιτέκτονες στους ειδικούς θερµικούς του κτιρίου, που δεν µπορούν να επέµβουν στην αρχιτεκτονική σύλληψη. Τα αποτελέσµατα, που προέκυψαν από τις ηλιακές εφαρµογές, κρίθηκαν αισθητικά όχι ικανοποιητικά, υπερβολικά φορµαλιστικά, λόγω των απαιτήσεων σε µεγάλες επιφάνειες συλλογής ηλιακής ενέργειας, τους συλλέκτες. Οι εφαρµογές της ηλιοτεχνικής οδήγησαν στη µετριότητα, όσον αφορά την ποιότητα της αρχιτεκτονικής, αλλά και στο θερµικό επίπεδο, µια και η απόδοση των πολύπλοκων εγκαταστάσεων δεν καλύπτει παρά το 25-30% των αναγκών σε ενέργεια. 6

8 Από οικονοµική άποψη, η εφαρµογή των ενεργητικών συστηµάτων εµπεριέχει πολλούς κινδύνους, γιατί απαιτείται προηγµένη τεχνολογία, µε µεγάλο κόστος αρχικής επένδυσης-ιδιαίτερα επιβαρηµένης για τη χώρα µας, προς το παρόν-καθώς και µεγάλο κόστος συντήρησης του µηχανολογικού εξοπλισµού, µε αµφισβητούµενη διάρκεια ζωής. Η ενεργειακή κρίση σήµανε τέλος στις απλουστευµένες λύσεις, όπου ο αρχιτέκτονας σχεδιάζει και ο θερµικός υπολογίζει, αντιµετωπίζοντας τις θερµικές ανάγκες του κτιρίου µε λύσεις ενισχυµένης θερµοµόνωσης. Κατά συνέπεια, η καθαρά τεχνολογική αντιµετώπιση του προβλήµατος ενέργεια και αρχιτεκτονική, ως προϊόν παράθεσης τεχνολογικών µεθόδων και επινοήσεων οδηγεί σε µια νόθα αρχιτεκτονική,µε αρκετά προβλήµατα αισθητικής και αµφισβητούµενης οικονοµικής απόδοσης. Β) Η δεύτερη τάση, αποδεσµευµένη σε µεγάλο βαθµό από τα σύγχρονα επιτεύγµατα της κατασκευαστικής τεχνολογίας για την εκµετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, αντιµετωπίζει το ζήτηµα της ενέργειας στο αρχικό στάδιο του σχεδιασµού και της σύλληψης του κτιρίου. Γιατί δεν πρόκειται µόνο για την αισθητική ή για ψευτοπρόβληµα ενσωµάτωσης των συλλεκτών, αλλά για µια ριζικά διαφορετική στάση. Θεωρεί την κατασκευή ένα ζωντανό, δυναµικό κέλυφος, που προσλαµβάνει και αξιοποιεί τους θετικούς κλιµατικούς παράγοντες-ηλιακή ακτινοβολία για τον χειµώνα, θαλάσσιες αύρες για το καλοκαίρι-ενώ αποφεύγει τις επιζήµιες κλιµατικές επιδράσεις-ψυχροί άνεµοι για τον χειµώνα, ηλιακή ακτινοβολία για το καλοκαίρι. Η έννοια της βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής αποτελεί ένα είδος σύνθεσης δεδοµένων, που είναι: το αρχιτεκτονικό πρόγραµµα, οι κλιµατικές συνθήκες της περιοχής, η τοποθεσία, η έννοια της θερµικής άνεσης, τα ντόπια υλικά και ο πολιτισµικοκοινωνικός περίγυρος. Κατά συνέπεια, το να χτίζουµε αρµονικά µε τον ήλιο ή πληρέστερα αρµονικά µε το κλίµα, τα ντόπια υλικά και τα παραδοσιακά χαρακτηριστικά του τόπου, έχει ως αποτέλεσµα µια αρχιτεκτονική τοπική, στενά δεµένη µε τα οικονοµικά, κοινωνικά, πολιτιστικά, κλιµατικά χαρακτηριστικά κάθε περιοχής.[3,15] 2.2 Oι στόχοι της βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής Άµεσος στόχος της βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής είναι: να προσφέρει στους χρήστες άνετο θερµικά εσώκλιµα, αξιοποιώντας τα ευνοϊκά στοιχεία του κλίµατος, εκλεκτικά, µε ρυθµίσεις στο κέλυφος της κατασκευής, έτσι ώστε να καταναλίσκεται η ελάχιστη, δυνατή απαιτούµενη, συµπληρωµατική ενέργεια. Για την εφαρµογή της βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής χρησιµοποιούνται µέθοδοι και συστήµατα παθητικά, που οι ένθερµοι υποστηρικτές τους περιγράφουν ως τεχνολογία χαµηλής επίδρασης, ήπιας ή παθητικής. Προκειµένου το κτίριο να λειτουργήσει βιοκλιµατικά, θα πρέπει να ικανοποιεί τις παρακάτω προϋποθέσειςβασικές αρχές συνολικής ανταπόκρισης στις κλιµατικές συνθήκες: 7

9 Να λειτουργεί: ως φυσικός, ηλιακός συλλέκτης ως αποθήκη θερµότητας ως παγίδα θερµότητας ως παγίδα φυσικού δροσισµού και αποθήκη ψύξης Εικόνα 1: Απεικόνιση Βιοκλιματικού Κελύφους [17] Ας εξετάσουµε λίγο πιο εµπεριστατωµένα τις προϋποθέσεις της βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής Προκειµένου να διασφαλίζεται η λειτουργία του κτιρίου ως φυσικού ηλιακού συλλέκτη, θα πρέπει να πληρούνται κάποιες βασικές αρχές-προϋποθέσεις που έχουν σχέση: 8

10 1) µε την κατάλληλη χωροθέτησή του 2) µε το σχήµα του 3) µε τον προσανατολισµό του 4) µε τον προσανατολισµό και το µέγεθος των ανοιγµάτων του 5) µε τη λειτουργική διάρθρωση των εσωτερικών του χώρων 6) µε το χρώµα των εξωτερικών επιφανειών του Όταν το κτίριο λειτουργεί ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης χρειάζεται ένα τρόπο για να συγκρατήσει αυτή τη θερµότητα, να την αποθηκεύσει, για να την επαναποδώσει στη διάρκεια της νύχτας. Όλα τα δοµικά υλικά απορροφούν και αποθηκεύουν θερµότητα, καθώς θερµαίνονται, το καθένα όµως σε διαφορετικό βαθµό και ποσότητα, ανάλογα µε την πυκνότητα (ρ) της µάζας του και την ειδική θερµότητα (c). Τα βαριά υλικά έχουν µεγαλύτερη πυκνότητα και κατά συνέπεια µεγαλύτερη ικανότητα για θερµική αποθήκευση. Η διαδικασία αποθήκευσης της θερµικής ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας πραγµατοποιείται µε τον αέρα, που θερµαίνεται γρηγορότερα και µε την κίνησή του µεταφέρει τη θερµότητα στα συµπαγή υλικά. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία (0) σ ένα γυάλινο άνοιγµα ακολουθεί την εξής πορεία: 1. ένα τµήµα της ακτινοβολίας ανακλάται 2. ένα τµήµα απορροφάται από το γυαλί και αποδίδεται προς τα έξω (2α) και προς τα µέσα (2β) 3. η ηλιακή ενέργεια, που µπαίνει µέσα, µετατρέπεται σε θερµότητα 4. ένα τµήµα της θερµικής ενέργειας ανακλάται από το δάπεδο 5. η µεγαλύτερη ποσότητα απορροφάται και αποθηκεύεται στο δάπεδο 6. η αποθηκευµένη θερµότητα επαναποδίδεται σταδιακά στο χώρο 7. η θερµότητα, που ανακλάται από το δάπεδο, κατά ένα τµήµα της απορροφάται και αποθηκεύεται στον τοίχο 8. ένα άλλο τµήµα της ανακλάται από τον τοίχο προς τον χώρο 9. µια ποσότητα της θερµότητας, που απορροφήθηκε από τον τοίχο, µεταφέρεται στον χώρο, ενώ, 10. µια άλλη ποσότητα µεταβιβάζεται προς άλλη κατεύθυνση, µε χαµηλότερη θερµοκρασία 9

11 11. αποτελεί το ποσό της θερµότητας, που συγκεντρώνεται στον εσωτερικό χώρο, ενώ, 12. ένα τµήµα της (12α) χάνεται µέσα από τον υαλοπίνακα, µε τη µορφή θερµικών απωλειών, και µια ποσότητα (12β) παραµένει µέσα στο χώρο. Αυτή αποτελεί και το χρήσιµο ηλιακό κέρδος, που µετατρέπεται σε θερµότητα. Εικόνα. 2 Ανάλυση της πορείας της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σ ένα γυάλινο άνοιγμα, διανομή και αποθήκευση στον εσωτερικό χώρο. Τα κτίρια χάνουν θερµότητα µε τρεις βασικούς τρόπους: µε αγωγιµότητα µέσα από τους τοίχους, στέγες-δωµάτια, δάπεδα, γυάλινα ανοίγµατα µε µεταφορά µε την κίνηση του αέρα, µέσα από τα ανοιχτά παράθυρα ή από τους αρµούς των κουφωµάτων µε ακτινοβολία, από το κέλυφος του κτιρίου, όταν οι εξωτερικές θερµοκρασίες είναι χαµηλότερες Για τον περιορισµό των θερµικών απωλειών από αγωγιµότητα, είναι αναγκαίο: 10

12 να προβλέπεται η κατάλληλη θερµοµόνωση στα συµπαγή στοιχεία, πράγµα που εξασφαλίζει τη µείωση του συντελεστή θερµοπερατότητας να προβλέπονται διπλά τζάµια, ιδιαίτερα για τα ανοίγµατα που βρίσκονται στους δυσµενείς προσανατολισµούς να προβλέπεται κινητή θερµική µόνωση των ανοιγµάτων για τη νυχτερινή προστασία [3, 4, 5, 10, 11, 15, 22] 3.Βιοκλιματικός Σχεδιασμός 3.1 Αρχαία Γνώση Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός δεν είναι σύγχρονη γνώση, αλλά αρχαία. Στα Απομνηνομεύματα του ιστορικού και φιλόσοφου Ξενοφώντα, μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι οι αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού ήταν ήδη γνωστές από το Σωκράτη. Συγκεκριμένο αναφέρει ο Ξενοφώντας για το Σωκράτη [1]: «Και όταν έλεγε ότι τα ίδια σπίτια είναι ωραία και χρήσιμα, νομίζω ότι δίδασκε με ποιο τρόπο πρέπει αυτά να χτίζονται. Εξέταζε το θέμα έτσι: «Πρέπει άραγε, όποιος πρόκειται να έχει κατάλληλη οικία να βρει τον τρόπο να την κάνει όσο το δυνατόν πιο ευχάριστη για την κατοίκηση και χρήσιμη;» Και όταν αυτό γινόταν παραδεκτό, συνέχιζε : «Είναι, λοιπόν, ευχάριστο να είναι δροσερή το καλοκαίρι και ζεστή το χειμώνα;» Και όταν συμφωνούσαν και σε αυτό, έλεγε: «Ο ήλιος λοιπόν στα σπίτια τα στραμμένα προς νότο λάμπει κάτω στα δωμάτια, ενώ το καλοκαίρι προχωρώντας πάνω από εμάς και από τις στέγες παρέχει σκιά. Επομένως, αν αυτά βέβαια είναι καλό να γίνονται έτσι, τα σπίτια που είναι στραμμένα προς το νότο πρέπει να χτίζονται ψηλότερα, για να μη μένει απέξω ο χειμωνιάτικος ήλιος, ενώ όσα βλέπουν προς βορά πρέπει να χτίζονται χαμηλότερα, για να μη δέρνονται από του κρύους ανέμους. Με μια λέξη, το σπίτι, στο οποίο μπορεί ο ιδιοκτήτης να βρει πολύ ευχάριστο καταφύγιο σε όλες τις εποχές και να τοποθετήσει ασφαλέστατα τα υπάρχοντά του, αυτή θα ήταν και η πιο ευχάριστη και όμορφη κατοικία» Στόχος από την αρχαιότητα, λοιπόν, ήταν τα σπίτια να εξασφαλίζουν μια αρμονική σχέση του ανθρώπου με το περιβάλλον. Ο Αριστοτέλης σημειώνει: «τα κύρια δωμάτια του σπιτιού δεν θερμαίνονταν μόνο από τις ακτίνες του ηλίου που περνούσαν στο εσωτερικό του από το χαγιάτι, αλλά ήταν και προστατευμένα από το βορρά για να κρατήσουν μακριά τους κρύους ανέμους» 11

13 3.2 Βασικές Αρχές Βιοκλιματισμού Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός λαμβάνει υπόψη μια σύνθεση δεδομένων που αφορούν τις κλιματικές συνθήκες μιας περιοχής, την τοποθεσία, την θερμική και οπτική άνεση των ενοίκων, για το σχεδιασμό και την κατασκευή κτιρίων και χώρων αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια, αλλά και τα φυσικά φαινόμενα του κλίματος. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός που έχει ως βασικά στοιχεία τα ηλιακά παθητικά συστήματα, συμβάλλει στον περιορισμό της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων και στην ανάδειξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ηλιακής ενέργειας). Στοχεύει, δηλαδή, στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην προσαρμογή των κτιρίων στο περιβάλλον τους. [4, 5, 10, 11, 22]. 4.Θερμική άνεση Ως θερμική άνεση, ορίζεται η κατάσταση εκείνη κατά την οποία ο εγκέφαλος εκφράζει ικανοποίηση όσον αφορά στο θερμικό περιβάλλον. Διαφορετικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι σε συνθήκες καλής θερμικής άνεσης το άτομο δεν επιθυμεί καμία θερμική αλλαγή στο περιβάλλον του, διότι δεν αισθάνεται ανεπιθύμητη ζέστη, ούτε ανεπιθύμητο κρύο. Η εσωτερική θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος είναι σταθερή και κάθε θερμότητα που δημιουργείται από αυτό πρέπει να αποβάλλεται. Για το λόγο αυτό, συνθήκες βέλτιστης θερμικής άνεση έχουμε όταν η παραγωγή εσωτερικής θερμοκρασίας εξισώνεται με τις θερμικές απώλειες του σώματος. Η ισορροπία μεταξύ αυτών των παραμέτρων καθορίζει τις συνθήκες θερμικής άνεσης η οποία εξαρτάται από ένα συνδυασμό φυσικών, οργανικών και περιβαλλοντικών παραμέτρων. [3, 5, 6, 10, 22]. 12

14 Εικόνα 3: Θερμική Άνεση 4.1 Παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμική άνεση Το σώμα μετατρέπει την τροφή σε ενέργεια. Ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει αυτό εξαρτάται σημαντικά από τη στάθμη δραστηριότητας. Η ενέργεια που παράγεται κατά τη μετατροπή αποβάλλεται από το σώμα ως θερμότητα ή χρησιμοποιείται για εξωτερική εργασία. Η αίσθηση άνεσης εξαρτάται σε ένα μεγάλο βαθμό από την ευκολία με την οποία το σώμα είναι ικανό να πετύχει μια ισορροπία μεταξύ της παραγωγής ενέργειας και θερμικού κέρδους από τη μία και την απώλεια θερμότητας από την άλλη, ώστε η εσωτερική θερμοκρασία του σώματος να διατηρείται γύρω στους 37 ο C. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την άνεση μπορούν να χωριστούν σε προσωπικές μεταβλητές (όπως η δραστηριότητα και η ένδυση) και σε περιβαλλοντικές μεταβλητές (όπως η θερμοκρασία του αέρα, η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας, η ταχύτητα του αέρα). Αυτή η δεύτερη ομάδα εξαρτάται άμεσα από το σχεδιασμό του κτιρίου και τα συστήματα ψυξης και θέρμανσης αυτού. Οι πιο πάνω παράγοντες που επηρεάζουν την άνεση (μαζί με την αποτελεσματική θερμοκρασία ένα συνδυασμό της θερμοκρασίας του αέρα και της μέσης θερμοκρασίας ακτινοβολίας) εξετάζονται με περισσότερες λεπτομέρειες στις παραγράφους που ακολουθούν. Δραστηριότητες Η τιμή μεταβολισμού είναι το ποσό της ενέργειας που παράγεται στη μονάδα του χρόνου κατά τη μετατροπή της τροφής. Επηρεάζεται από το βαθμό δραστηριότητας και εκφράζεται σε mets, τα οποία είναι watts ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας του σώματος. Ένα (1) met είναι η τιμή μεταβολισμού ενός καθιστού ατόμου που 13

15 αναπαύεται, δηλαδή 58W/M^2. H μέση επιφάνεια του σώματος ενός ενήλικα είναι περίπου 1,8 m^2. Ενδυση Η ένδυση παρέχει στον άνθρωπο θερμική μόνωση από το περιβάλλον του. Η θερμική αυτή μόνωση μπορεί να εκφραστεί σε m^2k/w ή σε μονάδες clo. Ένα (1) clo είναι περίπου η θερμική αντίσταση ενός χειμερινού κοστουμιού, δηλαδή m^2k/w. Θερμοκρασία του αέρα Πρόκειται για τη θερμοκρασία ξηρού βολβού του αέρα του χώρου στον οποίο βρίσκεται το άτομο και είναι ιδιαίτερα σημαντική διότι το μεγαλύτερο ποσοστό της θερμότητας που χάνεται από το ανθρώπινο σώμα μεταφέρεται στον αέρα. Αξιοσημείωτο είναι ότι η μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του επιπέδου του πατώματος και του ταβανιού (δηλαδή η διαφορά θερμοκρασίας που αντιλαμβάνεται το άτομο μεταξύ των ποδιών και του κεφαλιού του αντίστοιχα)πρέπει να είναι μέχρι 3 ο C. Η δε θερμοκρασία δαπέδου συνίσταται να κυμαίνεται μεταξύ ο C. Μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας Η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας (tr) είναι μια μέση θερμοκρασία των επιφανιών που περιβάλλουν το χώρο.περιλαμβάνει το φαινόμενο της ηλιακής ακτινοβολίας που παρατηρείται και έχει σημαντική επίπτωση στην ανθρώπινη άνεση ως θερμοκρασία του αέρα. Η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας συνήθως προσδιορίζεται με τη χρήση ενός σφαιρικού θερμομέτρου, δηλαδή ένα μαυρο σφαιρικό κέλυφος με ένα θερμικό αισθητήρα στο κέντρο της σφαίρας. Η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας υπολογίζεται από τη θερμοκρασία της σφαίρας, τη θερμοκρασία και την ταχύτητα του αέρα. Καθώς οι εσωτερικές επιφάνειες των εξωτερικών κτιρίων ενός κακομονωμένου κτιρίου είναι συνήθως ψυχρότερες από αυτές ενός ομοίου καλομονωμένου κτιρίου, οι θερμοκρασίες του αέρα του καλομονωμενου κτιριού μπορεί να διατηρηθούν χαμηλότερα από αυτές του κακομονωμένου κτιρίου, για το ίδιο επίπεδο άνεσης. Οι επιφάνειες των παραθύρων δέχονται μεγάλες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Έτσι, η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας κοντά σε αυτές τις επιφάνειες μπορεί να είναι χαμηλότερη ή ψηλότερη από ό,τι στον υπόλοιπο χώρο. Ψυχρές επιφάνειες (όπως το τζάμι ενός μεγάλου παραθύρου το χειμώνα) μπορούν επίσης να προκαλέσουν δυσφορία εξαιτίας της ασύμμετρης ακτινοβολίας. Ένα άτομο που είναι κατευθείαν εκτεθυμένο στην ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να αντιμετωπίσει μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας πολύ ψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα. Για παράδειγμα, η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας μπορεί να είναι ακόμα και 25 ο C, μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία του αέρα για ένα καθιστό άτομο του οποίου το σώμα είναι πλήρως εκτεθειμένο στη μέγιστη ηλιακή ακτονοβολία. Γι αυτό, η έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία σε κλειστό χώρο μπορεί εύκολα να προκαλέσει δυσφορία. Αυτή μπορεί να γίνει εντονότερη με την ασσυμετρία μεταξύ της εκτεθειμένης πλευράς και της πλευρας που είναι στη σκιά.. 14

16 Ταχύτητα του αέρα Η ταχύτητα του αέρα έχει επίπτωση στην απώλεια θερμότητας του σώματος με μεταφορά. Αέρας με μεγαλύτερη ταχύτητα θα φαίνεται ψυχρότερος. Γι αυτό είναι σημαντικό οι ταχύτητες να διατηρούνται χαμηλά το χειμώνα ώστε η θερμική άνεση να παρατηρείται στο χαμηλότερο επίπεδο θερμοκρασίας. Οι καθιστοί άνθρωποι είναι ιδιαίτερα αυαίσθητοι σε ρεύματα, δηλ. ανεπιθύμητο τοπικό κρύο. Προσεκτικός σχεδιασμός των κλιματιστικών μηχανημάτων είναι αναγκαίος ώστε να αποφευχθούν μεγάλες ταχύτητες αέρα. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην τοποθέτηση και το μέγεθος των εξαγωγών. Παλιά κτίρια με ρωγμές και μεγάλες ψυχρές επιφάνειες και χώροι μεγάλου ύψους δημιουργούν ανεπιθύμητες μορφές ρευμάτων αέρα. Υγρασία του αέρα Σε μέσες θερμοκρασίες αέρα ( μεταξύ ο C ) και κάτω από σταθερές συνθήκες παραμονής ( δηλαδή όταν ένα άτομο μένει στον ίδιο χώρο για πολύ ώρα ), η υγρασία του αέρα έχει μικρή επίπτωση στη θερμική αίσθηση. Αύξηση της σχετικής υγρασίας κατά 10% θα έχει το ίδιο αποτέλεσμα με αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κατά 0,3 ο C. Σε συνθήκες μετακίνησης (δηλαδή όταν ένα άτομο βγαίνει έξω από ένα κτίριο ή μετακινείται από ένα χώρο σε ένα άλλο με διαφορετική υγρασία ), πάντως, η θερμική επίδραση της αλλαγής στην υγρασία μπορεί να είναι 2-3 φορές μεγαλύτερη. Σε θερμό περιβάλλον ( δηλαδή > 30 ο C), το φαινόμενο της αλλαγής στην υγρασία μπορεί να έχει σημαντική επίπτωση στη θερμική άνεση. Παρόλο που στις περισσότερες περιπτώσεις που αντιμετωπίζονται στα κτίρια η υγρασία του αέρα έχει μία μέση θερμική επίπτωση, υπάρχουν κάποιοι λόγοι για τους οποίους θα πρέπει να αποφεύγονται οι υψηλές στάθμες υγρασίας. Υψηλές στάθμες μπορεί, για παράδειγμα, να δημιουργήσουν προβλήματα μούχλας, σκόρου,στατικού ηλεκτρισμού και ξηρών βλενογόννων υμένων. Η διατήρηση της σχετικής υγρασίας ανάμεσα στα 30% με 60% θα περιορίσει τέτοια προβλήματα.[12,13,16] Δρώσα θερμοκρασία Η θερμοκρασία του αέρα και η μέση θερμοκρασία ακτινοβολίας συχνά λαμβάνονται ως μια παράμετρος, γνωστή ως η αντιληπτή ή δρώσα θερμοκρασία. Για μικρές ταχύτητες ανέμου ( δηλαδή. <0,2m/s), η δρώσα θερμοκρασία είναι ο μέσος όρος της θερμοκρασίας του αέρα και της μέσης θερμοκρασίας ακτινοβολίας. [16] Δείκτες μέσης ψήφου (PMV) και εκατοστιαίου ποσοστού δυσαρεστημένων (PPD) που προβλέπονται Η συνδυασμένη επίπτωση των παραπάνω παραμέτρων στην άνεση των ανθρώπων περιγράφεται στο διεθνές πρότυπο θερμικής άνεσης, ISO7730 [20]. Μια προσέγγιση του πόσο θερμό ή ψυχρό μπορεί θα είναι ένα συγκεκριμένο 15

17 περιβάλλον επιτυγχάνεται με το υπολογισμό της Μέσης Ψήφου (PMV) που προβλέπεται. Αυτός είναι ένας δείκτης που προβλέπει τη μέση τιμή των ψήφων μιάς μεγάλης ομάδας ανθρώπων στην εξής κλίμακα επτά σημείων θερμικής αίσθησης: +3 πολύ θερμό +2 θερμό +1 λίγο θερμό 0 ουδέτερο -1 ελαφρά ψυχρό -2 ψυχρό -3 πολύ ψυχρό Ο δείκτης μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά και μπορεί να υπολογιστεί εύκολα με τη χρήση ενός μικρού προγράμματος ηλεκτρονικού υπολογιστή που βρίσκεται στο Παράρτημα της Μεθόδου Μελέτης. Μπορεί επίσης να καθοριστεί κατευθείαν από τους πίνακες του ISO7730[20] Σχήμα 1. Ο δείκτης Εκατοστιαίου Ποσοστού Δυσαρεστημένων (PPD) ως συνάρτηση του Δείκτη Μέσης Ψήφου (PMV) που προβλέπεται. 16

18 Όπως φαίνεται παραπάνω ο δείκτης PMV προβλέπει τη μέση τιμή των ψήφων για επαρκή θερμοκρασία ενός μεγάλου αριθμού ατόμων εκτεθειμένων στο ίδιο περιβάλλον. Υπάρχουν, πάντως σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων ατόμων και έτσι οι ψήφοι του καθενός κυμαίνονται γύρω από τη μέση τιμή. Γι αυτό είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε το ποσοστό των ατόμων σε μια ομάδα που πιθανώς θα αισθάνονται ψύχος ή θα θερμένονται σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Αυτό μπορεί να βρεθεί με τη χρήση του δείκτη Εκατοστιαίου Δυσαρεστημένων που προβλέπονται (PPD). Υπάρχει μια άμεση σχέση μεταξύ του PPD και του PMV ( Σχήμα 1 ). Το ISO7730 συνιστά ο PPD να είναι <10%. Αυτό αντιστοιχεί στο -0,5<PMV<+0,5 [23]. Τοπική έλλειψη άνεσης Η θερμική άνεση προϋποθέτει ικανοποίηση με το θερμικό περιβάλλον. Δεν είναι αρκετό για το σώμα ως σύνολο να νιώθει θερμική ουδετερότητα, όπως αυτή ορίζεται από τους δείκτες PMV και PPD. Επιπλέον είναι αναγκαίο να μην υπάρχει μέρος του σώματος που να αισθάνεται έλλειψη άνεσης λόγω χαμηλής ή υψηλής θερμοκρασίας. Η τοπική έλλειψη άνεσης πρέπει να αποφεύγεται. Τα άτομα που κάθονται είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην τοπική έλλειψη άνεσης, ενώ άτομα με πιο μεγάλο βαθμό δραστηριότητας δε θα παραπονούνταν. Η τοπική έλλειψη άνεσης μπορεί να προκληθεί από πολύ θερμό ή πολύ ψυχρό δάπεδο, από μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της κεφαλής των άκρων των ποδιών, από ασυμμετρία ακτινοβολίας όταν ένα μέρος του σώματος είναι θερμό και ένα άλλο ψυχρό, ή από ρεύματα αέρα. Η ασσυμετρία στην ακτινοβολία μπορεί να προκληθεί από άμεση έκθεση στο ηλιακό φώς. Παρατηρείται επίσης κοντά σε περιοχές με μεγάλα παράθυρα. Τα ρεύματα (δηλαδή τοπική ψύξη που προκαλείται από την κίνηση αέρα) είναι η πιο κοινή μορφή τοπικής έλλειψης άνεσης. Ταχύτητες αέρα κάτω από 0.5m/s μπορεί να προκαλέσουν έλλειψη άνεσης. Είναι κατά συνέπεια σημαντικό να διατηρούνται χαμηλές οι ταχύτητες του αέρα. Ποσοτικές μονάδες για την τοπική έλλειψη άνεσης δίνονται στο ISO7730[20]. 17

19 4.2 Θερμική άνεση σε παθητικά ηλιακά κτίρια Τα ίδια βασικά κριτήρια για τη θερμική άνεση εφαρμόζονται ανεξάρτητα αν η βασική ανάγκη είναι για θέρμανση η ψύξη. Πάντως, τα παθητικά ηλιακά κτίρια έχουν ορισμένα ειδικά χαρακτηριστικά τα οποία τα ξεχωρίζουν από τα συμβατικά κτίρια. Σε παθητικά ηλιακά κτίρια που λειτουργούν ελεύθερα η θερμοκρασία μπορεί να εμφανίζει διακύμανση στη διάρκεια της ημέρας. Η θερμότητα αποθηκεύεται στο περίβλημα του κτιρίου την ημέρα που υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία και η θερμότητα που αποθηκεύεται εκλύεται τη νύχτα, όταν πέφτει η θερμοκρασία. Σ ένα παθητικό ηλιακό κτίριο, επίσης, μπορεί να υπάρχουν, για παράδειγμα, σημαντικές διαφορές μεταξύ των χώρων που βλέπουν βόρεια και αυτών που βλέπουν νότια, ανάλογα με τη λειτουργεία. Το ISO7730 [20] είναι βασισμένο σε μελέτες που έγιναν υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης. Πάντως, πρόσφατα έγινε εκτεταμένη έρευνα για να εξετάστουν οι ανθρώπινες αντιδράσεις στις θερμικές μεταβολές που συμβαίνουν στα παθητικά ηλιακά κτίρια.[21]. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι κατά τη διάρκεια σταθερής αύξησης ή ελλάτωσης θερμοκρασίας με αλλαγές μέχρι και 5Κ την ώρα οι άνθρωποι νιώθουν το θερμικό περιβάλλον όπως ακριβώς και κάτω από συνθήκες σταθερής κατάστασης. Κατά τη διάρκεια κλιμακωτών μεταβολών της λειτουργικής θερμοκρασίας, όπως αυτές που συμβαίνουν όταν οι άνθρωποι περπατούν από τις βορινές προς νότιες πλευρές, αυτές γίνονται αμέσως αντιλυπτές. Σε αλλαγές προς υψηλότερες θερμοκρασίες, αισθάνονται αμέσως τη μεταβολή της αίσθησης της σταθερής κατάστασης. Για αλλαγές προς χαμηλότερες θερμοκρασίες, το νέο περιβάλλον αρχικά φαίνεται πιο ψυχρό από τη σταθερή κατάσταση. Μετά ακολουθεί μια σταδιακή επαναφορά στη σταθερή κατάσταση.[21] 18

20 Σχήμα 2. Η βέλτιστη θερμοκρασία εφαρμογής ως συνάρτηση της δραστηριότητας και της ένδυσης. Οι σκιασμένες ή ασκίαστες ζώνες δείχνουν τις περιοχές άνεσης (+_Δt) γύρω από τη βέλτιστη θερμοκρασία, στις οποίες το 80% και παραπάνω των ενοίκων αναμένεται να βρεί τις θερμικές συνθήκες παραδεκτές (η σχετική υγρασία είναι 50%). Για στάθμες σταθερής ένδυσης, το έυρος της θερμοκρασίας άνεσης είναι σχετικά μικρό (Σχημα 2). Πάντως, αν τα άτομα είναι διαθετειμένα να αλλάζουν την ένδυση τους κατά τη διάρκεια της ημέρας, τότε μπορεί να γίνει αποδεκτό ένα πολύ μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας. Καλή χρήση αυτής της ιδιότητας μπορεί να γίνει στα παθητικά ηλιακά κτίρια. Οι διαφορές μεταξύ των θερμικών απαιτήσεων των ατόμων πρέπει να λειφθούν υπόψη. Ο δείκτης PMV προβλέπει καταστάσεις που να ικανοποιούν την πλειοψηφία. Πάντως, σε χώρους που κατέχονται από λίγα μόνο άτομα, είναι στοιχειώδες να μπορούν να τροποποιηθούν οι θερμικές συνθήκες από τον κάθε ένοικο. Μερικά άτομα προτιμούν σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες ή είναι προετοιμασμένα να δεχτούν μια μικρή έλλειψη άνεσης προκειμένου να εξοικονομήσουν χρήματα και ενέργεια. Στις περπτώσεις αυτές συνιστάται μια μελέτη με δυνατότητα προσαρμογής που θα ικανοποιεί τις προσωπικές απαιτήσεις. Τα ρεύματα μπορεί να προκαλέσουν συχνά προβλήματα σε χώρους με μεγάλα παράθυρα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, η θερμική μεταφορά προς τα κάτω, κατά μήκος των ψυχρών επιφανειών, μπορεί να προκαλέσει έλλειψη άνεσης εξαιτίας της κίνησης του αέρα. Δίπλα ή τριπλά τζάμια και παράθυρα με μέτριο ύψος θα 19

21 περιορίσουν αυτά τα προβλήματα. Θερμαντικές πηγές κάτω από τα παράθυρα μπορούν επίσης να αντιμετωπίσουν τα ρεύματα. Το ίδιο ψυχρό τζάμι που προκαλέι τα ρεύματα μπορεί επίσης να προκαλέσει ( σε μικρότερη έκταση ) έλλειψη άνεσης εξαιτίας ασύμμετρης ακτινοβολίας. Οι χειρότερες περιπτώσεις ασύμμετρης ακτινοβολίας, πάντως, συμβαίνουν όταν τα άτομα σε ένα κτίριο βρίσκονται εκτεθειμένα στην άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Τέτοιες καταστάσεις είναι συνήθως παραδεκτές μόνο για ένα μικρό χρονικό διάστημα. Σε παθητικά ηλιακά κτίρια, το πάτωμα συχνά χρησιμοποιείται για θερμική αποθήκευση και γι αυτό η θερμοκρασία του μπορεί να μεταβάλεται σημαντικά. Παρ όλο που γενικά αυτό δε δημιουργεί προβλήματα, θερμοκρασίες πάνω από 29 ο C και κάτω από 19 ο C μπορεί να προκαλέσουν παράπονα για πόδια που είναι πολύ θερμά ή πολύ ψυχρά.[23] 5. Παθητική ηλιακή θέρμανση Εικόνα 4: Hλιακά Παθητικά Συστήματα [17] Πρόκειται για συστήματα που παρέχουν στο κτίριο θέρμανση και δροσισμό από την εκμετάλλευση των φυσικών πηγών ενέργειας, καθώς και των στοιχείων απορρόφησης ενέργεια. Καθημερινά, η γη δέχεται από τον ήλιο μια εντυπωσιακή ποσότητα θερμότητας που αποβάλλεται προς τον ουρανό κυρίως μέσω της νυχτερινής επανακτινοβολίας. Για την επίτευξη μιας ικανοποιητικής θερμικής άνεσης μέσα σε 20

22 ένα κτίριο, με ταυτόχρονο περιορισμό της χρήση συμβατικών πηγών, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε πηγές φυσικής ενέργειας (ηλιακή ακτινοβολία, εξωτερικός αέρας, εσωτερικά κέρδη), καθώς και κατάλληλα στοιχεία απορρόφησης (όπως είναι ο ουρανός, ο εξωτερικός αέρας, οι υγρές επιφάνειες και η βλάστηση). Η θερμική εκμετάλλευση στα παθητικά κτίρια γίνεται, εκτός από τον τρόπο του σχεδιασμού του, την τοποθέτηση, προσανατολισμό, τη μορφή του, κλπ. με τη χρήση παθητικών ηλιακών συστημάτων τα οποία συγκεντρώνουν, αποθηκεύουν, μεταδίδουν, και διαχέουν θερμότητα,και αποτελούν μέρη των αρχιτεκτονικών στοιχείων. Σε γενικές γραμμές, τα αρχιτεκτονικά και δομικά στοιχεία που ρυθμίζουν τη θερμική συμπεριφορά ενός κτιρίου είναι: Τα γυάλινα ανοίγματα και ο εξοπλισμός τους Οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης που λειτουργούν ως συλλέκτες θερμότητας Τα προσαρτημένα θερμοκήπια Οι προσαρτημένες ηλιακές καμινάδες Η εφαρμογή κατάλληλης γεωμετρίας σκιάστρων Η δημιουργία ενεργειακής σκεπής Τα κατάλληλα δομικά στοιχεία (μονώσεις, χρώματα, κονιάματα, υαλοπίνακες, στοιχεία τοιχοποιίας) Η διαμόρφωση του εξωτερικού περιβάλλοντος χώρου (βλάστηση) Όταν σε ένα κτίριο η ροή της θερμότητας γίνεται, λοιπόν, με φυσικό τρόπο, δηλαδή μέσω αγωγής, μεταφοράς και ακτινοβολίας και η ηλιακή ενέργεια συνεισφέρει πάνω από το μισό της ολικής εξωτερικής ενέργειας που απαιτείται για θέρμανση, το κτίριο θεωρείται σαν ηλιακή παθητική κατασκευή. Τα παθητικά συστήματα συνεισφέρουν θετικά στις θερμικές απαιτήσεις του κτιρίου σε ψυχρό καιρό, ενώ σε θερμές περιόδους, αποτρέπουν τη διείσδυση του θερμού εξωτερικού αέρα και περιορίζουν τα εσωτερικά κέρδη, ώστε να εξασφαλίζουν αποδεκτές θερμικές καταστάσεις για τους ενοίκους. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους από θερμική άποψη, χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Α. Συστήματα άμεσου ή απευθείας ηλιακού κέρδους: 1. Κατάλληλη θερμική μάζα (χρήση υλικών υψηλής θερμοχωρητικότητας), σε συνδυασμό με συστήματα θερμικής προστασίας (θερμομόνωση κελύφους, διπλοί υαλοπίνακες) και την απαιτούμενη ηλιοπροστασία για τους καλοκαιρινούς μήνες 2. Κατάλληλα προσανατολισμένα ανοίγματα 21

23 Β. Συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους: 1. Ηλιακοί τοίχοι οι οποίοι αποτελούνται από τοιχοποιία συνδυαζόμενη με υαλοστάσιο που τοποθετείται εξωτερικά Μπορεί να πρόκειται για αμόνωτο τοίχο τοίχος ηλιακής συλλογής και θερμικής αποθήκευσης- ή θερμομονωμένο τοίχο με θυρίδες- θερμοσιφωνικό πανέλο. Στην κατηγορία αυτή είναι: Τοίχοι μάζας Trombe Τοίχος Βarra Constantini Τοίχοι νερού Θερμοσιφωνικό πανέλο Οροφή νερού 2. Στα συστήματα αυτά ανήκουν και οι χώροι θερμικής αποθήκευσης: Θερμοκήπια, προσαρτημένα στη νότια όψη του κτηρίου Hλιακά αίθρια Γ. Συστήματα απομονωμένου ηλιακού κέρδους, όπου η συλλέκτρια επιφάνεια της ηλιακής ενέργειας, διαχωρίζεται από το χώρο της θερμικής αποθήκευσης. Πρόκειται για μικτά συστήματα που ονομάζονται υβριδικά και βασίζονται στη φυσική ροή κάποιου ρευστού (π.χ. του αέρα). Σε αυτά τα συστήματα, χρησιμοποιούνται κάποια απλά μηχανικά μέσα για την μεταφορά της θερμότητας (π.χ. ανεμιστήρες) [2, 4, 10, 11, 22]. Εικόνα 5: Συστήματα άμεσου κέρδους [18] 22

24 5.1 Συστήματα άμεσου ή απευθείας ηλιακού κέρδους Απαιτήσεις: Οι βασικές απαιτήσεις για ένα σύστημα άμεσου κέρδους είναι: μια μεγάλη νότια επιφάνεια με τζάμι με ένα χώρο διαβίωσης αμέσως πίσω από το τζάμι. Η θερμική μάζα μπορεί να είναι στην οροφή και/ή στο δάπεδο και/ή στους τοίχους. Η έκταση και η χωρητικότητα τους θα πρέπει να είναι κατάλληλα κατανεμημένη και τοποθετημένη για ηλιακή έκθεση και αποθήκευση. Ένα μέσο μόνωσης πρέπει να προστατεύει τη μάζα θερμικής αποθήκευσης από τις εξωτερικές κλιματικές συνθήκες. Για την πρώτη απαίτηση, μια κατάλληλη επιφάνεια κατακόρυφου τζαμιού, συχνά διπλού για ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών, προσανατολίζεται νότια ώστε να δέχεται τη μέγιστη ωφέλιμη ακτινοβολία, περιορίζοντας το ηλιακό κέρδος το καλοκαίρι. Στη βόρεια Ευρώπη, τριπλό τζάμι, κινητή μόνωση που εφαρμόζεται τη νύχτα στο διπλό τζάμι, ή χαμηλής εκπομπής συνυστώνται για το ηλιακό άνοιγμα ώστε να αποφεύγονται εκτεταμένες απώλειες θερμότητας. Πολλά σύγχρονα κτίρια έχουν μεγάλα παράθυρα με νότιο προσανατολισμό, αλλά συχνά η έλλειψη κατάλληλης θερμικής αποθήκευσης ή η συμπεριφορά των ενοίκων ( για παράδειγμα η χρήση παραθυροφύλλων για την ελλάτωση της ακτινοβολίας) αποτρέπει την πλήρη αξιοποίηση του ηλιακού κέρδους. Αντίστροφα, εμπορικά κτίρια με μεγάλες επιφάνειες τζαμιών μπορεί να υποφέρουν από υπερβολικό ηλιακό κέρδος και, αν δεν παρέχεται επαρκής σκίαση, να χρειάζεται πρόσθετη ψύξη. Εξίσου σημαντική είναι η επιλογή του συστήματος θέρμανσης και ο έλεγχος του, που και τα δύο μπορεί να έχουν σημαντική απόδοση ενός συστήματος άμεσου κερδους.[2,4,10,18] 23

25 Σχήμα 3. Γενικοί τύποι παθητικών ηλιακών συστημάτων 24

26 Παραλλαγές: Πέρα από αυτές τις βασικές απαιτήσεις υπάρχει μια σειρά από παραλλαγές και ελέγχους που παρέχουν έναλλακτικές λύσεις για τα συστήματα άμεσου κέρδους. Οι πιο κοινές ποικιλίες είναι στη θέση της θερμικής μάζας. Η καλύτερη θέση της θερμικής μάζας εξαρτάται από τους φυσικούς νόμους ροής της θερμότητας με ακτινοβολία και μεταφορά, Μεταξύ αυτών των περιορισμών η πρωτεύουσα αποθύκευση μπορεί να έχει διάφορες μορφές: στο δάπεδο,σε ελεύθερη μάζα μέσα στο χώρο, στην οροφή ή σε εσωτερικούς τοίχους ή σε μεμονωμένους εξωτερικούς τοίχους. Η διανομή ή η συγκέντρωση της θερμικής μάζας παρέχει την πρώτη υποδιαίρεση των παθητικών τύπων άμεσου κέρδους. Και οι δύο υποδιαιρέσεις έχουν συσκευές με νότιο προσανατολισμό αλλά διαφέρουν στον τρόπο διαχείρησης του ηλιακού φωτός, όταν αυτό εισέρχεται στο κτίριο. Ο ένας επιτρέπει στο ηλιακό φως να πέσει σε μια συγκεκριμένη επιφάνεια θερμικής μάζας και ο άλλος διαχέει η ανακλά το ηλιακό φως έτσι ώστε να διανέμεται σε μια μεγάλη επιφάνεια θερμικής μάζας. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται ώστε να αποφεύγεται οπτική έλλειψη άνεσης από τη θάμβωση. Η χρήση τζαμιού διάχυσης, παραθυροφύλλων, η ανάκλασης από μια ανοιχτόχρωμη επιφάνεια πίσω από ένα διαφανές τζάμι, θα έχουν ως αποτέλεσμα τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται σε όλο το χώρο. Πάντως, τέτοιες συσκευές πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο πάνω από τη στάθμη του οφθαλμού ώστε να αποφεύγεται η θάμβωση. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της θερμότητας ποικίλουν και μπορεί να είναι σκυρόδερμα, τούβλα και κεραμικά, νερό και άλλα υγρά, είτε μόνα τους είτε σε ποικιλία συνδυασμών.[5, 6,19]. Ελεγχοι: Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα και η χρησιμότητα του άμεσου κερδους και των άλλων παθητικών συστημάτων, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη διάφοροι τρόποι ελέγχου. Οι μεγάλες επιφάνειες τζαμιού που απαιτούνται στα κτίρια άμεσου κέρδους μπορεί να οδηγήσουν σε ακραίες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στο χώρο διαβίωσης. Στο χώρο πρέπει να εγκατασταθεί επαρκής θερμική μάζα ώστε να απορροφά και να αποθηκεύει την περίσσεια ενέργειας και να μετριάζει αυτές τις διακυμάνσεις. Για την πρόληψη υπερθέρμανσης, συνήθως απαιτείται σκίαση για τα τζάμια που έχουν όψη προς το νότο. Το μεγάλο ύψος του ήλιου κατά το θέρος επιτρέπει ώστε τα προστεγάσματα να παρέχουν συχνά επαρκή σκίαση σε νότια κατακόρυφα τζάμια. Συστήματα εξαγωγής και οπές αερισμού βοηθούν στη διατήρηση των εσωτερικών χώρων σε δροσερή κατάσταση όταν κατά το θέρος οι θερμοκρασίες είναι υψηλές. Για την αποφυγή ανεπιθύμητων απωλειών θερμότητας το χειμώνα, ή κατά τη νύχτα, είναι αναγκαία η μόνωση που να παρέχει χαμηλή τιμή Κ(U) για την επιφάνεια με τα τζάμια. Η μόνωση των υαλοστασιών, με τη μορφή κινητών πλαισίων, κουρτινών και παραθυροφύλλων μπορει να δειχτεί ικανοποιητική για να αποφεύγονται ανεπιθύμητες απώλειες θερμότητας. Η κινητή μόνωση μπορεί επίσης να αποτρέψει την υπερθέρμανση, στην αρχή ή στο τέλος της περιόδου θέρμανσης. Χωρίς αυτές τις ενέργειες ελέγχου, ένα παθητικό σύστημα μπορεί να 25

27 προξενήσει σημαντική έλλειψη άνεσης που να οφείλεται στις απώλειες του χειμώνα, και της άνοιξης και του φθινοπώρου. Εικόνα 6: Λειτουργία Θερμικής Μάζας [19] Πλεονεκτήματα: To άμεσο κέρδος αποτελεί το πιο απλό ηλιακό σύστημα θέρμανσης και μπορει να είναι αυτό που κατασκευάζεται πολύ εύκολα. Σε πολλές περιπτώσεις επιτυγχάνεται απλά με την αναδιάταξη των παραθύρων. Οι μεγάλες επιφάνειες υαλοστασιών όχι μόνο δέχονται την ηλιακή ακτινοβολία, αλλά επίσης επιτρέπουν υψηλές στάθμες ούδέτερου φυσικού φωτισμού και καλές οπτικές συνδέσεις με το εξωτερικό περιβάλλον. Τα τζάμια αποτελούν φθηνό δομικό υλικό, που έχει μελετηθεί ιδιαίτερα, και ειναι ετοιμοπαράδοτα. Το όλο σύστημα μπορεί να αποτελέι μια από πιο φθηνές μεθόδους ηλιακής θέρμασης χώρου. 26

28 Μειoνεκτήματα : Μεγάλες επιφάνειες με τζάμι μπορεί να προκαλέσουν θάμβωση κατά την ημέρα και απώλεια της ιδιωτικότητας κατά τη νύχτα. Η υπεριώδης ακτινοβολία του ηλιακού φωτός αλλοιώνει τα υφάσματα και τις φωτογραφίες. Αν χρησιμοποιούνται μεγάλες επιφάνειες με τζάμι, απαιτείται μεγάλη ποσότητα θερμικής μάζας για να προσαρμόζει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και μπορεί να αποβεί δαπανηρή κατασκευή αν η μάζα δεν εξυπηρετεί κάποιο κατασκευαστικό σκοπό. Κτίρια με πολυ καλή μόνωση θα χρειαστούν μικρότερες επιφάνειες με τζάμια και πιο λίγες θερμικές μάζες. Ακόμη και με θερμική μάζα, θα παρατηρούνται ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Νυχτερινή μόνωση του ηλιακού ανοίγματος αποτελεί κανονικά μια ανάγκη στα Βόρεια Ευρωπαϊκά κλίματα και μπορεί να είναι δαπανηρή. Τζάμια ειδικής επεξεργασίας μπορεί να περιιορίσουν τις απώλειες θερμότητας όλες τις εποχές.[2,6,20] Εικόνα 7: Είσοδος της ηλιακής ακτινοβολίας μέσα από τζάμι [17] 27

29 5.2 Συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους: Εικόνα 8 : Τοίχος Μάζας [17] Εικόνα 9: Τοίχος Trombe 28

30 Τα συστήματα αυτά, εκμεταλλεύονται την ηλιακή ακτινοβολία σύμφωνα με την εξής αλληλουχία: ήλιος συλλογή αποθήκευση θέρμανση 5.3 Τοίχος μάζας και τοίχος Τrombe Στα συστήματα με τοίχο μάζας και τοίχο Trombe η θερμική μάζα συσσώρευσης των κτιρίων είναι ένας νότιος τοίχος κτισμένος ή από σκυρόδερμα, με τζάμι στην εξωτερική επιφάνεια για να περιοριστούν οι απώλειες θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον. Η διαφορά μεταξύ ενός τοίχου μάζας (εικόνα 17) και ενός τοίχου Trombe (εικόνα 18) είναι ότι ο τελευταίος έχει οπές αερισμού στο επάνω και κάτω μέρος που επιτρέπουν στον αέρα να κυκλοφορεί διαμέσου αυτών στο χώρο που θερμένεται. Το σύστημα του τοίχου Trombe πήρε το όνομά του από την πρωτοπωριακή εργασία του Felix Trombe κει του Jacques Michel στο Odeillo της Γαλλίας. Τα στοιχεία που απαιτούνται για τα συστήματα τοίχου μάζας και τοίχου Trombe είναι ένας συλλέκτης με τζάμι που έχει μεγάλη επιφάνεια και βλέπει στο νότο, με θερμική μάζα συσσώρευσης ακριβώς από πίσω του. Νέα υλικά, όπως διαφανής μόνωση, μπορεί να είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τις εφαρμογές του τοίχου Trombe. Στην ποικιλία των υλικών συσσώρευσης περιλαμβάνονται, σκυρόδερμα, πέτρα και σύνθετα υλικά από τούβλα και τσιμεντόλιθους. Η ηλιακή ακτινοβολία πέφτει στον τοίχο μάζας και απορροφάται από τον τοίχο από αυτόν θερμαίνοντας την επιφάνεια του. Η θερμότητα αυτή, με τη μορφή προοδευτικής αύξησης θερμοκρασίας, μεταφέρεται μέσα από τον τοίχο στην εσωτερική επιφάνεια με συναγωγή, από όπου ακτινοβολείται και διαχέεται στο χώρο διαβίωσης. Η χρονική απόκλιση και η απόσβεση του θερμικού κύματος σε αυτή τη μεταφορά εξαρτάται από τον τύπο και το πάχος του υλικού αποθήκευσης που έχει επιλεγεί. Η χρονική απόκλιση είναι περίπου 18 λεπτά για 10 mm σκυρόδερμα. Πάχος τοίχου μεγαλύτερο από 100 mm δεν αυξάνει σημαντικά τη συναγωγή θερμότητας στο χώρο διαβίωσης. Ο τοίχος Τrombe επιτρέπει επίσης τη διανομή της θερμότητας που συλλέγεται με φυσική κυκλοφορία. Ο αέρας στον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ τζαμιού και μάζας συσσώρευσης μπορεί να φτάσει την υψηλή θερμοκρασία των 60 ο C σε ανέφελες ημέρες. Με τη χρήση ανοιγμάτων ή οπών εξαερισμού στην κορυφή και τη βάση της μάζας συσσώρευσης, ο θερμός αέρας ανεβαίνει και εισέρχεται στο χώρο διαβίωσης, και ταυτόχρονα έλκει τον ψυχρό αέρα του χώρου από τις κάτω οπές στο χώρο του συλλέκτη. Οι θυρίδες θα πρέπει να ελέγχονται με φραγές, ώστε να προσλαμβάνεται η αντίστροφη κλυκλοφορία τη νύχτα, που μπορεί να περιορίσει την αποτελεσματικότητα του τοίχου Τrombe και των συστημάτων μέχρι 10% περίπου. Τα μέσα αποθήκευσης, διανομής και μόνωσης του τοίχου από τον εξωτερικό αέρα επηρεάζουν τη λειτουργική απόδοση του τοίχου Τrombe και των συστημάτων τοίχου μάζας. [2, 6, 7, 20, 27, 28,39]. 29

31 Εικόνα 10: Τοίχος Trombe [20]. Ελεγχοι: Οι έλεγχοι για τη λειτουργία του τοίχου Τrombe είναι σημαντικοί. Για τη βέλτιστη απόδοση το χειμώνα, είναι αναγκαίο να μειωθεί η άσκοπη απώλεια θερμότητας προς τον ουρανό τη νύχτα ή τις συννεφιασμένες μέρες. Αυτό μπορεί να γίνει με εξωτερικά μονωμένα παραθυρόφυλλα, με τη βελτίωση του συντελεστή μόνωσης του υαλοστασίου ( διπλό τζάμι ή τζάμι που αντανακλά τη θερμότητα ή με τη χρήση διαφανούς μόνωσης ) και με την εφαρμογή επιλεκτικής βαφής, με υψηλό δείκτη απορροφητικότητας της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά μικρό δείκτη εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας, στην επιφάνεια της τοιχοποιίας. Το θέρος, η ανεπιθύμητη θέρμανση της μάζας συσσώρευσης μπορεί να αποτραπεί με τη χρήση προστεγασμάτων, κλείσιμο της εξωτερικής μόνωσης ή με τη χρήση εξωτερικών οπών αερισμου. Σε μερικά κλίματα, ο τοίχος Τrombe μπορεί να χρησιμοποιηθεί το θέρος ως ηλιακή καμινάδα. Μ ε τον τρόπο αυτό, η συνεχής κίνηση του αέρα βγάζει από την κατοικία, φέρνοντας συνήθως για αερισμό πιο δροσερό αέρα από τη βόρεια πλευρά της. Στα κλίματα της Βόρειας Ευρώπης, στα μέσα του χειμώνα, όπου η ηλιακή ενέργεια την ημέρα είναι ανεπαρκής για να θερμάνει τον τοίχο, η υψηλή τιμή Κ(U) του τοίχου μάζας Τrombe, μπορεί να έχει δυσμενή επίπτωση στη θέρμανση. Με τον τοίχο Τrombe είναι μερικές φορές δυνατό να μονωθεί η μάζα συσσώρευσης, έτσι ώστε να είναι θερμικά απομονωμένη από το σύστημα, και να χρησιμοποιηθεί τότε το ηλιακό άνοιγμα και τα ρυθμιστικά ανοίγματα εξαερισμού για να σχηματίσουν ένα συλλέκτη με μονωμένο τοίχο. Στον τοίχο Τrombe μπορεί να τοποθετηθούν παράθυρα για να παρέχουν φώς και θέα. [40] 30

32 Πλεονεκτήματα: Τα πλεονεκτήματα του τοίχου Trombe είναι ότι: Δε δημιουργείται πρόβλημα θάμβωσης ή φθοράς των υφασμάτων από την υπεριώδη ακτινοβολία, ενώ εξασφαλίζεται η ιδιωτικότητα των ενοίκων Οι διακυμάνσεις θερμοκρασίας στο χώρο διαβίωσης είναι πιο χαμηλές από αυτές που εμφανίζονται στα συστήματα άμεσου κέρδους Ο χρόνος απόκλισης μεταξύ της απορρόφησης της ηλιακής ενέργειας και της διανομής της θερμικής ενέργειας στο χώρο διαβίωσης μπορεί να αποτελεί πλεονέκτημα για τη θέρμανση κατά τη νύχτα ( και όχο την εσπέρα) Είναι απλός στο σχεδιασμό του Έχει μικρό σχετικά κόστος, ώστε να προσαρμόζεται στην οικονομική κατάσταση του ενδιαφερομένου Συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας και μπορεί να εφαρμοστεί πολύ εύκολα στα ήδη υπάρχοντα κτίρια. Μειονεκτήματα: Μειονεκτήματα του θεωρούνται τα εξής: Η εξωτερική επιφάνεια του τοίχου Τrombe είναι σχετικά θερμή καθώς η συναγωγή της ενέργειας μέσα από τον τοίχο είναι βραδεία Οι έλεγχοι που αναφέρθηκαν παραπάνω μπορεί να είναι δαπανηροί. Απαιτουνται δύο νότιοι τοίχοι, ο ένας με τζάμι και ο άλλος μάζας, με προφανές κόστος και μειονεκτήματα χώρου. Έλλειψη άνεσης κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να προκληθεί είτε στο τέλος της περιόδου θέρμανσης από τον υπερθερμασμένο αέρα που προέρχεται από τον τοίχο Τrombe ή κατά τα θερμά δειλινά από την ανεξέλεγκτη θερμική ακτινοβολία από τις εσωτερικές επιφάνειες και των δυο τύπων. Τα φαινόμενα αυτά μπορεί να περιοριστούν με αερισμό. Η ανάγκη για επαρκή θερμική μάζα πρέπει να εξισισορροπηθεί με τις απαιτήσεις για θέα από το χώρο διαβίωσης και για φυσικό φωτισμό. Ο τοίχος Τrombe πρέπει να σχεδιαστεί με δυνατότητα προσπέλασης για να καθορίζονται τα τζάμια του. 31