χεδιασμός και ολοκληρωμένη αξιολόγηση κτιρίων μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου

Transcript

1 Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Α.Π.Θ. 1 Επιστημονικό υνέδριο Κτίριο και Ενέργεια, Λάρισα, Οκτωβρίου 2011 χεδιασμός και ολοκληρωμένη αξιολόγηση κτιρίων μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου Δημήτριος Αναστασέλος Διδάσκων στο Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας jimanas@aix.meng.auth.gr

2 κοπός 2 Αναστασέλος Δ., (2009). ύστημα αξιολόγησης θερμομονωτικών λύσεων με έμφαση στις δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσής τους. Διδακτορική διατριβή, Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Ιούνιος. Ανάπτυξη εργαλείου για την ολοκληρωμένη μελέτη και αξιολόγηση των κτιρίων στη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Παράγοντες αξιολόγησης: Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Κατανάλωση ενέργειας Οικονομικό κόστος Θερμική άνεση Αναλυτικός υπολογισμός των παραγόντων αξιολόγησης στα επιμέρους στάδια του κύκλου ζωής ενός κτιρίου με τη χρήση κατάλληλων υπολογιστικών αλγορίθμων. Κατασκευή Φρήση Καθαίρεση Σελική διαχείριση

3 Πεδίο εφαρμογής 3 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43: Φρήση του εργαλείου σε κτίρια: Νεοαναγειρόμενα Τφιστάμενα Φρήση του εργαλείου για την αξιολόγηση: Επιμέρους θερμομονωτικών λύσεων Κουφωμάτων Εφαρμοζόμενων κατασκευαστικών πρακτικών Η/Μ συστημάτων Επιλογή ανά επιμέρους δομικό στοιχείο: Παραμετρική ανάλυση: ΘΛ Σύπος και πάχος ΘΤ ανά ΘΛ Πλαισίου Ταλοπίνακα Βέλτιστη θερμική προστασία κτιριακού κελύφους Βέλτιστη επιλογή Η/Μ συστημάτων

4 Μεθοδολογία υπολογισμού 4 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43: Κατανάλωση ενέργειας ECTIS i = ECC i + ECOHC i + ECDR i + ECWM i = n = t ij d ij ECC ij + ECOH i + ECOC i years j=1 n n + t ij d ij ECDR ij + t ij d ij ECWM ij j=1 j=1 1 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις EIATIS i = EIAC i + EIAOHC i + EIADR i + EIAWM i = n = t ij d ij EIAC ij + EIAOH i + EIAOC i years j=1 n n + t ij d ij EIADR ij + t ij d ij EIAWM ij j=1 j=1 Οικονομικό κόστος 2 CTIS i = CC i + COHC i + CDR i + CWM i = n n = t ij d ij CC ij + COH i + COC i years + t ij d ij CDR ij j=1 j=1 n + t ij d ij CWM ij 3 j=1

5 Μεθοδολογία υπολογισμού 5 Αναστασέλος Δ., (2009). ύστημα αξιολόγησης θερμομονωτικών λύσεων με έμφαση στις δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσής τους. Διδακτορική διατριβή, Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Ιούνιος. ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΚΑΣΑΚΕΤΗ ΔΟΜΙΚΟΤ ΣΟΙΥΕΙΟΤ, ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΛΙΚΩΝ ΜΕΣΑΦΟΡΑ ΤΛΙΚΩΝ ΤΝΘΕΗ j υλικά Για την κατασκευή του δομικού στοιχείου, ενεργειακού συστήματος i Κατανάλωση ενέργειας Οικονομικό κόστος Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Τπολογισμός ισοδύναμων εκπομπών των χαρακτηριστικών ανά κατηγορία επίπτωσης ρύπων Δεδομένα από: Παραγωγοί + Λογισμικό ΑΚΖ Σρέχουσες τιμές αγοράς + τοποθέτησης Παραγωγοί + Λογισμικό ΑΚΖ

6 Μεθοδολογία υπολογισμού 6 Αναστασέλος Δ., (2009). ύστημα αξιολόγησης θερμομονωτικών λύσεων με έμφαση στις δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσής τους. Διδακτορική διατριβή, Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Ιούνιος. ΣΑΔΙΟ ΦΡΗΗ Κρίσιμα μεγέθη αποτελούν: Διάρκεια της περιόδου χρήσης. Οι θερμογέφυρες που σχηματίζονται από την εφαρμογή συγκεκριμένων κατασκευαστικών λύσεων. Η επιλογή της μεθοδολογίας υπολογισμού της κατανάλωσης ενέργειας.

7 Μεθοδολογία υπολογισμού 7 Αναστασέλος Δ., (2009). ύστημα αξιολόγησης θερμομονωτικών λύσεων με έμφαση στις δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσής τους. Διδακτορική διατριβή, Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Ιούνιος. ΣΑΔΙΟ ΦΡΗΗ Δυνατότητα επιλογής Θερμογέφυρες Αναλυτικός υπολογισμός Κατανάλωση ενέργειας Φρήση της, Φρήση ενσωματωμένης λογισμικού απλής μηνιαίας προσομοίωσης στο μεθόδου εργαλείο, απλής ωριαίας μεθόδου κατά EN13790 EnergyPlus, ΣΕΕ-ΚΕΝΑΚ TRNSYS, κτλ

8 Μεθοδολογία υπολογισμού 8 Αναστασέλος Δ., (2009). ύστημα αξιολόγησης θερμομονωτικών λύσεων με έμφαση στις δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσής τους. Διδακτορική διατριβή, Σμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Ιούνιος. ΣΑΔΙΟ ΚΑΣΕΔΑΥΙΗ ΣΕΛΙΚΗ ΔΙΑΦΕΙΡΙΗ ΚΑΘΑΙΡΔΣΗ ΤΔΛΙΚΗ ΓΙΑΧΔΙΡΙΣΗ ΠΛΗΡΗ ΚΑΣΕΔΑΦΙΗ ΕΠΙΛΕΚΣΙΚΗ ΑΠΟΔΟΜΗΗ Α Δπίπεδο απόφαζης ΔΙΑΘΕΗ (Μηχανική επεξεργασία, απόθεση, κτλ) ΑΝΑΚΣΗΗ Β Δπίπεδο απόφαζης ΑΝΑΚΤΚΛΩΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΗ

9 Εργαλείο ολοκληρωμένης αξιολόγησης 9 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43: Integrated Building Energy;Environmental;Economic Assessment Tool

10 Εργαλείο ολοκληρωμένης αξιολόγησης κτιρίων 10 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43:

11 Εφαρμογή σε κτίριο χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης 11 Κτίριο κατοικιών στην Κηφισιά, Ιδιοκτησία Κατασκευή: Κ. Μπάκαλας, Μελέτη: 2007 Αποπεράτωση: 2010 Η αρχική μελέτη προέβλεπε ουσιαστικά την ικανοποίηση των ορίων του Κ.Εν.Α.Κ., Δομικά στοιχεία με U i <= 0.50 W/m 2 K, Φρήση λογισμικού Α.Κ.Ζ: SimaPro, Μέθοδος περιβαλλοντικής αξιολόγησης: CML 2, Διαχωρισμός σε 47 θερμικές ζώνες, Φρήση λογισμικού προσομοίωσης: TRNSYS 16. Κουφώματα με U W =2.5 W/m 2 K, Περίοδος χρήσης: 50 χρόνια, Μέθοδος καθαίρεσης: Επιλεκτική αποδόμηση με ανακύκλωση υλικών.

12 Αρχική μελέτη 12 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43: Όρια <= 0.50 W/m 2 K, Κουφώματα με U W =2.5 W/m 2 K Α/Α Σοιχοποιία τοιχεία σκυροδέματος Δάπεδο επί εδάφους Οροφή 1 Double brick (SW) XPS XPS XPS 2 Double brick (XPS) XPS XPS XPS 3 Double brick (EPS) XPS XPS XPS 4 Double brick (SW) EPS XPS XPS 5 Double brick (SW) XPS XPS XPS 6 Double brick (SW) XPS ΕPS XPS 7 Double brick (SW) XPS ΦPS EPS 8 Double brick (SW) XPS XPS SW 9 Double brick (EPS) XPS EPS XPS 10 Double brick (EPS) XPS ΦPS INVERTED (XPS) 11 Double brick (SW) XPS ΦPS INVERTED (XPS) 12 Double brick (XPS) XPS ΦPS INVERTED (XPS) 13 ETICS (SW) ETICS (SW) EXTERNAL (XPS) SW 14 ETICS (XPS) ETICS (XPS) EXTERNAL (XPS) XPS 15 ETICS (EPS) ETICS (EPS) EXTERNAL (XPS) XPS 16 ETICS (SW) ETICS (SW) EXTERNAL (XPS) EPS 17 ETICS (XPS) ETICS (XPS) EXTERNAL (XPS) EPS 18 ETICS (EPS) ETICS (EPS) EXTERNAL (XPS) SW 19 ETICS (ΕPS) ETICS (ΕPS) EXTERNAL (XPS) INVERTED (XPS) 20 ETICS (ΦPS) ETICS (ΦPS) EXTERNAL (ΦPS) INVERTED (XPS)

13 Αρχική μελέτη - Αποτελέσματα 13 Anastaselos D., Oxizidis S., Papadopoulos A.M., (2011). Energy; environmental and economic optimization of thermal insulation solutions by means of an integrated decision support system, Energy and Buildings 43: Αποτελέσματα σε σχέση με μία συμβατική κατασκευή κατά Κ.Θ.Κ. Α/Α Θέρμανση Χύξη Κατανάλωση Περιβαλλοντική Θερμική υνολική (kwh/m 2 ) (kwh/m 2 Κόστος ) πρωτογενούς επίδοση άνεση επίδοση % 6.11% 2.53% -5.53% 4.06% 2.48% 3.09% % 5.56% 1.65% 0.00% 3.75% 2.30% 2.65% % 5.88% 2.42% -7.15% 4.18% 2.40% 1.69% % 6.24% 2.22% -6.02% 3.98% 2.52% 2.94% % 6.64% 2.63% -5.11% 4.22% 2.61% 3.25% % 6.80% 1.68% 0.00% 3.49% 2.63% 2.50% % 6.61% 3.07% -5.17% 4.54% 2.75% 3.56% % 6.24% 2.39% 0.00% 3.78% 2.66% 2.83% % 5.98% 3.07% -5.66% 4.43% 2.68% 3.45% % 5.91% 3.75% -5.30% 4.90% 2.88% 3.95% % 6.43% 4.46% -4.51% 5.65% 3.01% 4.62% % 6.20% 4.34% -4.01% 5.55% 2.93% 4.60% % 7.16% 6.63% -6.70% 6.46% 3.25% 5.53% % 7.71% 7.39% -4.93% 7.88% 3.42% 6.80% % 8.05% 8.60% -4.20% 8.35% 3.47% 7.41% % 7.01% 6.81% -6.59% 6.30% 3.23% 5.46% % 7.82% 7.98% -4.06% 8.39% 3.47% 7.33% % 8.29% 9.49% -3.03% 8.98% 3.52% 8.11% % 7.68% 8.81% -3.85% 8.92% 3.67% 7.89% % 8.08% 11.40% 0.21% 10.28% 3.88% 9.45%

14 Κατασκευή 14 ΣΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΕΛΤΥΟ: Προδιαγραφές Γερμανικού Κανονισμού U τοιχοποιίας <= 0.28 W/m 2 K. Κουφώματα με U w = 1.8 ~ 2.0 W/m 2 K. Μελέτη ηλιοπροστασίας των κουφωμάτων. Κατασκευαστική αρτιότητα. Σοποθέτηση υστήματος Εξωτερικής Θερμομόνωσης με αποτέλεσμα τον περιορισμό των θερμογεφυρών. Άριστη ενεργειακή συμπεριφορά κελύφους.

15 Κατασκευή Αποτελέσματα θερμογραφικού ελέγχου 15 ΣΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ

16 Κατασκευή Η/Μ συστήματα 16 ΣΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΣΗΜΑ ΘΕΡΜΑΝΗ: Λέβητας πετρελαίου χαμηλής θερμοκρασίας, Βαθμός απόδοσης σύμφωνα με τον κατασκευαστή 94%, Ορθή διαστασιολόγηση, Ενδοδαπέδια θέρμανση.

17 Κατασκευή Η/Μ συστήματα 17 ΣΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΣΗΜΑ ΧΤΞΗ: ύστημα mini VRV με EER=4.0. ΤΣΗΜΑ ΖΕΣΟΤ ΝΕΡΟΤ ΦΡΗΗ: Ξεχωριστός λέβητας πετρελαίου χαμηλής θερμοκρασίας: Βαθμός απόδοσης σύμφωνα με τον κατασκευαστή 94%. Για τεχνικούς λόγους δεν είναι δυνατή η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών για την παραγωγή ΖΝΦ.

18 [kg] Εφαρμογή σε κτίριο χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης - Αποτελέσματα 18 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΚΤΚΛΟΤ ΖΨΗ ΤΜΥΨΝΑ ΜΕ ΣΟ ib3at ενάριο Θέρμανση (kwh/m 2 ) Χύξη (kwh/m 2 ) Κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας (GJ) Περιβαλλοντική Επίδοση (pt) Θερμική Άνεση (PPD) υνολική επίδοση (pt) Κ.Εν.Α.Κ , Τφιστάμενο , Διαφορά 52.97% 43.28% 32.04% 40.78% 12.07% 36.98% CO 2 Footprint 1,000, ,000 Περιορισμός κατά 600, , % στη διάρκεια του 200,000 κύκλου ζωής 0 Κ.Εν.Α.Κ Υφιστάμενο

19 Εφαρμογή σε κτίριο χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης - Αποτελέσματα 19 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΤΜΥΨΝΑ ΜΕ ΣΟ ΣΕΕ ΚΕΝΑΚ Κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση: 6.5 kwh/m 2 Κατανάλωση ενέργειας για ψύξη: 4.3 kwh/m 2 Κατανάλωση ενέργειας για Ζ.Ν.Φ.: 15.3 kwh/m 2 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΛΑΗ: ύμφωνα με την τελευταία έκδοση του ΣΕΕ-ΚΕΝΑΚ: Αν τοποθετήσω 3m 2 ηλιακούς συλλέκτες για ΖΝΦ: Β+ Α

20 υμπεράσματα 20 Αναλυτική περιγραφή και εφαρμογή ενός εργαλείου το οποίο αναπτύχθηκε για την ολοκληρωμένη αξιολόγηση των κτιρίων στη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Σο εργαλείο περιλαμβάνει τέσσερις κύριους παράγοντες αξιολόγησης, την κατανάλωση ενέργειας, τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, το οικονομικό κόστος και τη θερμική άνεση. Σα στάδια του κύκλου ζωής αποτελούν η κατασκευή, η χρήση, η καθαίρεση και η τελική διαχείριση. Ο υπολογισμός πραγματοποιείται με τη χρήση αναλυτικών αλγορίθμων οι οποίοι αναπτύχθηκαν. Οι αλγόριθμοι παρέχουν τη δυνατότητα, ανάλογα με το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα, είτε να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα, είτε να συνδυαστούν μεταξύ τους.

21 υμπεράσματα 21 Δημιουργία βάσεων δεδομένων με στοιχεία τα οποία προέρχονται από τον ελληνικό βιομηχανικό και κατασκευαστικό τομέα. Η σύνδεση των αλγορίθμων σε συνδυασμό με την ενσωμάτωση των βάσεων δεδομένων οδήγησαν στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου Εργαλείου Τποστήριξης της Λήψης Αποφάσεων - ib3at. Σο ib3at μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ως σύνολο, είτε τμήματα αυτού, από πλήθος διαφορετικών χρηστών και για την επίτευξη διαφορετικών σκοπών. Δυνατότητα προσθήκης στο ib3at νέων δομικών υλικών, θερμομονωτικών λύσεων, κουφωμάτων, Η/Μ συστημάτων, παραγόντων αξιολόγησης + Δυνατότητα συνεργασίας και ενσωμάτωσης εξειδικευμένων λογισμικών ενεργειακής προσομοίωσης και Α.Κ.Ζ. = Διαμόρφωση πλήρους επεκτάσιμου εργαλείου. Επιτυχής εφαρμογή του ib3at στην πράξη.

22 υμπεράσματα 22 Πλέον είναι εφικτή η διερεύνηση μιας εκτεταμένης σειράς ερωτημάτων, όπως: Ποιο θερμομονωτικό υλικό είναι περισσότερο φιλικό προς το περιβάλλον; Ποια κατασκευαστική λύση πρέπει να επιλέξω σε νεοαναγειρόμενα κτίρια; Σι κουφώματα πρέπει να τοποθετήσω έτσι ώστε αφενός μεν να έχω τη μικρότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας, αφετέρου να ελαχιστοποιήσω τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις; Αξίζει να επενδύσω σε υψηλής απόδοσης Η/Μ συστήματα; Θέλω να κατασκευάσω ένα κτίριο μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου. Πώς θα τα καταφέρω; Θέλω να ελαχιστοποιήσω το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των κτιρίων ενός οικοδομικού τετραγώνου στο κέντρο της Αθήνας. Σι πρέπει να κάνω;