ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΆΛΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΏΝ ΕΦΑΡΜΟΓΏΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ : ΝΑΛΠΑΝΤΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΚΟΓΙΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Εκπονηθείσα πτυχιακή απαραίτητη για την κτήση βασικού πτυχίου

2 Θεωρώ υποχρέωσή μου, να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον Καθηγητή μου και επιβλέποντα της πτυχιακής μου εργασίας κύριο Κόγια Παναγιώτη, για την συνεχή και συστηματική επιστημονική παρακολούθηση της εργασίας εκπόνησης της πτυχιακής μου εργασίας. Εξίσου υποχρέωσή μου θεωρώ να ευχαριστήσω τον προϊστάμενο του τμήματος κ. Αντωνιάδη Παντελή καθώς και τους καθηγητές κ. Μαγκαφά Λυκούργο και κ. Καρακουλίδη Κωνσταντίνο. Εκφράζω επίσης, τις ειλικρινείς μου ευχαριστίες σε όλο το επιστημονικό προσωπικό της σχολής Ηλεκτρολογίας του ΤΕΙ Καβάλας, για τις ολοκληρωμένες γνώσεις που μου παρείχαν κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Με εκτίμηση Ναλπάντης Χρήστος

3 Η εξοικονόμηση ενέργειας αποτελεί πρωταρχικό μέτρο για την προστασία του περιβάλλοντος αλλά και για τον περιορισμό της εκροής συναλλάγματος από την εθνική οικονομία προς εξασφάλιση της απαιτούμενης ποσότητας ρυπογόνων ορυκτών καυσίμων και κύρια του πετρελαίου. Η ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας είναι πολύ εμφανής στα ελληνικά κτίρια του οικιακού και τριτογενούς τομέα, όπου η χρήση των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων και συσκευών καλύπτει ένα ποσοστό 30% περίπου της συνολικής τελικής κατανάλωσης ενέργειας στη χώρα, με μέσο ετήσιο ρυθμό αύξησης 4% από τα μέσα της δεκαετίας του '70. Επιπλέον, η λειτουργία των κτιριακών ενεργειακών συστημάτων προκαλεί το 40% περίπου των συνολικών εκπομπών CO 2 στην ατμόσφαιρα, ενός αερίου που ευθύνεται για τη δημιουργία του "φαινομένου του θερμοκηπίου" στον πλανήτη. Όσον αφορά το βιομηχανικό τομέα, αν και η συνολική κατανάλωση ενέργειας τα τελευταία χρόνια παρουσιάζει ελαφριά κάμψη (κυρίως λόγω της ύφεσης σε ενεργειοβόρους βιομηχανικούς κλάδους), η συνεισφορά του στην τελική κατανάλωση ενέργειας είναι σημαντική (~ 25%). Η διαχρονική πορεία των ενεργειακών δεικτών είναι το αποτέλεσμα της γοργής βελτίωσης του βιοτικού επιπέδου στη χώρα μας σε συνδυασμό με τις, μέτριας συχνά ποιότητας, κατασκευαστικές πρακτικές στο κέλυφος και τις εγκαταστάσεις των κτιρίων. Οι δύο αυτές παράμετροι συναρτώνται με την έλλειψη μέχρι σήμερα ενός ολοκληρωμένου θεσμικού πλαισίου κινήτρων και κανονισμών ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων, όπως και ενός ρεαλιστικού εθνικού προγράμματος εξοικονόμησης ενέργειας, που θα αποσκοπούσαν στη βελτίωση της ποιότητας κατασκευής των κτιρίων και την ευαισθητοποίηση του χρήστη σε ενεργειακά θέματα. Η Ελλάδα, παρ' όλα αυτά, έχει ήδη δεσμευθεί, από τις αρχές της δεκαετίας του '90, για την προώθηση σχετικών θεσμικών, διοικητικών και οργανωτικών μέτρων, καθώς και των ενεργειακά αποδοτικών και περιβαλλοντικά φιλικών τεχνολογιών, μέσω της συμμετοχής της στις συμφωνίες, τις διακηρύξεις και τα προγράμματα της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Παγκόσμια Διάσκεψη Ρίο, Ευρωπαϊκά Προγράμματα SAVE, THERMIE,

4 ALTENER, Εθνικό Επιχειρησιακό Πρόγραμμα "ΕΝΕΡΓΕΙΑ" του Υπουργείου Ανάπτυξης, στα πλαίσια του Β' Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης, Σχέδιο Δράσης του Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. "ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2001" κ.ά.). Η εφαρμογή των παραπάνω συμφωνιών και προγραμμάτων αναμένεται να αποφέρει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, καθώς και τα οφέλη που αυτή συνεπάγεται.

5 1 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1 : ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΉ ΕΠΙΘΕΏΡΗΣΗ Εισαγωγή στην ενεργειακή επιθεώρηση Οφέλη από τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας στις βιομηχανίες και στα κτίρια Τύποι ενεργειακών επιθεωρήσεων (Συνοπτική, Εκτενής) Περιγραφή της γενικής διαδικασίας μιας ενεργειακής επιθεώρησης Τυπικά εργαλεία και χρονοδιαγράμματα ενεργειακών επιθεωρήσεων σε διάφορες εφαρμογές Σχεδιασμός μίας ενεργειακής επιθεώρησης Σχεδιασμός Αντικειμενικότητα, ανεξαρτησία και προσόντα του Ενεργειακού Επιθεωρητή Κριτήρια σχεδιασμού μιας ενεργειακής επιθεώρησης Προκαταρκτική ενεργειακή θεώρηση Προτεινόμενο έργο της επιθεώρηση ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Εισαγωγή Μεθοδολογία εκτίμησης παραμέτρων Τα φορητά όργανα μέτρησης Πρόγραμμα Μετρήσεων και Διαπίστευσης (Μ&Δ) Τυπικές μετρήσεις και όργανα Μέτρηση ηλεκτρικών παραμέτρων Μέτρηση θερμοκρασίας Μέτρηση παροχής Μέτρηση υγρασίας του αέρα Μετρήσεις καυσαερίων Μέτρηση του χρόνου λειτουργίας Error! Bookmark not defined.

6 Άλλες μετρήσεις ENEΡΓΕΙΑΚΉ ΑΝΆΛΥΣΗ ΚΑΙ ΤΕΚΜΙΡΊΩΣΗ Έκφραση της ενεργειακής κατανάλωσης Χρονολογικά διαγράμματα της Ενέργειας Εκτίμηση της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας Error! Bookmark not defined ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΔΡΑΣΗΣ Κριτήρια αξιολόγησης Error! Bookmark not defined Ενεργειακά και περιβαλλοντικά κριτήρια Error! Bookmark not defined Τεχνικά και λειτουργικά κριτήρια Οικονομικά και χρηματοδοτικά κριτήρια Error! Bookmark not defined Αναγκαιότητα της οικονομικής αξιολόγησης Error! Bookmark not defined. 1.6 Σχεδιασμός προγράμματος εξοικονόμησης ενέργειας 29 2 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 2 : ΕΞΟΙΚΟΝΌΜΗΣΗ ΕΝΈΓΕΙΑΣ ΜΈΣΩ ΘΕΡΜΟΜΌΝΩΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο και σημασία της θερμομόνωσης Οι θερμικές απώλειες και η προέλευσή τους ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ Βασικές έννοιες Οι βασικές αρχές ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ - ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ Θερμομονωτικά Υλικά Θερμομόνωση των δομικών στοιχείων - Κατασκευαστικές λύσεις 41

7 2.4 ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ Error! Bookmark not defined Επίλυση του προβλήματος της θερμομόνωσης Προσδιορισμός της θερμικής συμπεριφοράς δομικού στοιχείου Απαιτητή θερμομόνωση κτιρίων Επιθυμητή θερμοκρασία χώρων και θερμικές ζώνες της Ελλάδας Παραδοχές θερμοκρασιών χώρων στους υπολογισμούς των απωλειών Καθορισμός ορίων θερμικών απωλειών δομικών στοιχείων και κτιρίων Συμβολή της θερμομόνωσης κατά την καλοκαιρινή περίοδο Θερμομόνωση και οικονομία Επιλογή της κατάλληλης θερμομόνωσης Error! Bookmark not defined Κριτήρια επιλογής Error! Bookmark not defined. 2.6 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΚΑΙ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Error! Bookmark not defined Η μόνωση των σωλήνων Error! Bookmark not defined Μονωτικά κοχύλια Μονωτικές λουρίδες Η μόνωση των δεξαμενών ψυχρού και θερμού νερού 57 3 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 3 : ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή Βελτίωση του συντελεστή ισχύος Μετατροπές ηλεκτρικών κινητήρων 61

8 3.3.1 Αντικατάσταση με ενεργειακά αποδοτικούς κινητήρες Error! Bookmark not defined. 3.4 Υπολογισμοί εξοικονόμησης ενέργειας Error! Bookmark not defined. 3.5 Ενεργειακά αποδοτικός φωτισμός Εισαγωγή Ενεργειακά αποδοτικά συστήματα φωτισμού Συστήματα ελέγχου του φωτισμού Ποιότητα ηλεκτρικής ενέργειας Εισαγωγή Ολική αρμονική παραμόρφωση 76 4 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 4 : ΕΞΟΙΚΟΝΊΜΗΣΗ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΑΝΆΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΌΤΗΤΑΣ Error! Bookmark not defined. 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Error! Bookmark not defined Απώλειες ενέργειας στα συστήματα παραγωγής θερμότητας. Error! Bookmark not defined Οφέλη από τις εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας Error! Bookmark not defined. 4.2 Εναλλάκτες Θερμότητας Error! Bookmark not defined Ορισμός και είδος εναλλακτών Error! Bookmark not defined Θερμική ανάλυση των εναλλακτών θερμότητας Προβλήματα κατά τη χρήση των εναλλακτών θερμότητας Οικονομική θεώρηση ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Βιομηχανικές εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας Λέβητες συμπυκνώματος 97

9 4.3.3 Ανάκτηση θερμότητας από τον κλιματισμό 99 5 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 5 : ΕΞΟΙΚΟΝΌΜΗΣΗ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΨΎΞΗ Εισαγωγή Error! Bookmark not defined Συστήματα ψύξης Error! Bookmark not defined Η ψύξη και η χρήση της Error! Bookmark not defined. 5.2 Η Διαδικασία ψύξης Error! Bookmark not defined Απλές Αρχές Error! Bookmark not defined Μονοβάθμιο σύστημα ψύξης Error! Bookmark not defined Διβάθμιο σύστημα ψύξης Error! Bookmark not defined. 5.3 Κύρια Μέρη Ψυκτικού Συγκροτήματος Error! Bookmark not defined Συμπιεστές (Θετικού Εκτοπίσματος) Error! Bookmark not defined Κατηγορίες Συμπιεστών Error! Bookmark not defined Παλινδρομικοί Συμπιεστές Περιστροφικοί Συμπιεστές Error! Bookmark not defined Συμπιεστές Ελικοειδούς Μορφής (screw type) Error! Bookmark not defined Απόδοση συμπιεστή και απόδοση συστήματος Error! Bookmark not defined Υπολογισμός της Απόδοσης Συμπιεστή Error! Bookmark not defined.

10 5.3.3 Συμπυκνωτές Error! Bookmark not defined Γενικά Error! Bookmark not defined Κατάταξη Συμπυκνωτών Error! Bookmark not defined Εκτονωτικές Βαλβίδες Error! Bookmark not defined Γενικά Error! Bookmark not defined Είδη Εκτονωτικών Βαλβίδων Error! Bookmark not defined Εξατμιστές ή ψυκτικά στοιχεία Μέσα Ψύξης Error! Bookmark not defined. 5.4 Παράγοντες που επηρεάζουν την Απόδοση Error! Bookmark not defined Συντελεστής Συμπεριφοράς Error! Bookmark not defined Πρωτογενείς Παράμετροι Error! Bookmark not defined Ψυκτικά φορτία Error! Bookmark not defined Θερμοκρασία Εξάτμισης Error! Bookmark not defined Θερμοκρασία Συμπύκνωσης Error! Bookmark not defined Απόδοση του συμπιεστή Error! Bookmark not defined Ισχύς Βοηθητικού Εξοπλισμού Error! Bookmark not defined. 5.5 Ενεργειακή Πρόβλεψη - Ενεργειακή Καταγραφή Error! Bookmark not defined.

11 5.5.1 Ενεργειακές απώλειες συστήματος ψύξης Error! Bookmark not defined Ενεργειακή Καταγραφή (Energy Audit) Error! Bookmark not defined. 5.6 Προσδιορισμός Δυσλειτουργιών - Εξοικονόμηση Ενέργειας Error! Bookmark not defined Προσέγγιση Ανεύρεσης δυσλειτουργιών και αποκατάσταση Εκσυγχρονισμός της εγκατάστασης Error! Bookmark not defined Εύρεση και διάγνωση βλαβών Error! Bookmark not defined. 5.7 Υπολογισμός Του Ετήσιου Κόστους Error! Bookmark not defined Εξοπλισμός Ψυκτικού Συγκροτήματος Error! Bookmark not defined Ψυκτικά Φορτία Error! Bookmark not defined. 6 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 6 : ΚΑΥΣΗ ΛΈΒΗΤΕΣ ΦΟΎΡΝΟΙ ΚΛΊΒΑΝΟΙ Error! Bookmark not defined. 6.1 Καύση Error! Bookmark not defined Γενικά Error! Bookmark not defined Συντελεστής απόδοσης της καύσης Error! Bookmark not defined Ανάλυση Καυσαερίων Δυνατότητες Εξοικονόμησης Ενέργειας από την Καύση Error! Bookmark not defined Απώλειες Ενέργειας Error! Bookmark not defined Ορθολογική διαχείριση ενέργειας Error! Bookmark not defined.

12 6.2 Λέβητες Error! Bookmark not defined Αύξηση συντελεστή απόδοσης καύσης Error! Bookmark not defined Γενικά Error! Bookmark not defined Προσδιορισμός απόδοσης λέβητα Error! Bookmark not defined Δυνατότητες Εξοικονόμησης σε λέβητες Error! Bookmark not defined. 6.3 Κλίβανοι - Φούρνοι Error! Bookmark not defined Ορθολογική διαχείριση ενέργειας σε λέβητες Error! Bookmark not defined Επεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας σε λέβητες Error! Bookmark not defined Γενικά Error! Bookmark not defined Δυνατότητες Εξοικονόμησης σε κλιβάνους και φούρνους Error! Bookmark not defined Ορθολογική διαχείριση σε κλιβάνους και φούρνους Error! Bookmark not defined Επεμβάσεις μικρού κόστους σε κλιβάνους και φούρνους Error! Bookmark not defined Επεμβάσεις μεγάλης έκτασης σε κλιβάνους και φούρνους Error! Bookmark not defined. ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ : Ενεργειακή Καταγραφή και Προτεινόμενες Λύσεις σε Ξενοδοχειακή μοναδα στην Κρήτη 141 ΠΑΡΑΡΤΉΜΑΤΑ 154 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ

13 1 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1 : ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΉ ΕΠΙΘΕΏΡΗΣΗ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗ Οφέλη από τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας στις βιομηχανίες και στα κτίρια Η εφαρμογή μέτρων ενεργειακής αποδοτικότητας (Ε.Α.), σε κτίρια και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, μπορεί να αποδώσει οφέλη στα τρία παρακάτω διακριτά επίπεδα: - Οικονομικά οφέλη, τα οποία συμβάλλουν στη μείωση των λειτουργικών εξόδων ή στην αύξηση των κερδών της επιχείρησης. Αυτά πρέπει να αξιολογηθούν με βάση το κόστος της εφαρμογής των μέτρων ενεργειακής αποδοτικότητας. - Λειτουργικά οφέλη, τα οποία βοηθούν τη διαχείριση μιας βιομηχανικής μονάδας ή ενός κτιρίου να βελτιώσει τα επίπεδα άνεσης, ασφάλειας και αποδοτικότητας των εργαζομένων της (ή των ενοίκων του κτιρίου) ή, διαφορετικά, να βελτιώσει τη γενικότερη λειτουργία της. - Περιβαλλοντικά οφέλη - αυτά αφορούν κυρίως τη μείωση των εκπομπών του CO 2 ή/και άλλων ρύπων (αέρια θερμοκηπίου), τη μείωση των ενεργειακών αναγκών σε εθνικό επίπεδο και τη διατήρηση των φυσικών πόρων. Το καθένα από τα παραπάνω οφέλη αναμένεται να εκπληρωθεί σταδιακά και να έχει αθροιστική επίπτωση. Τα κύρια οφέλη μπορεί να γίνουν άμεσα αισθητά, προερχόμενα από μέτρα μηδενικού κόστους, ή μετά από μία εύλογη περίοδο, απαιτούμενη για την αποπληρωμή των όποιων επενδύσεων. Κάποια άλλα οφέλη μπορεί να γίνουν αισθητά αρκετά αργότερα, μετά από την υλοποίηση κάποιων μακροπρόθεσμων μέτρων Ε. Α. Σελίδα 1 από 154

14 1.1.2 Τύποι ενεργειακών επιθεωρήσεων (Συνοπτική, Εκτενής) Αναλόγως της πληρότητας των συλλεγόμενων στοιχείων, οι ενεργειακές επιθεωρήσεις διακρίνονται σε δύο τύπους, τις Συνοπτικές και τις Εκτενείς. Στις συνοπτικές ενεργειακές επιθεωρήσεις αποτιμάται η ενεργειακή κατανάλωση και τα σχετικά κόστη με βάση τους ενεργειακούς λογαριασμούς-τιμολόγια και μίας σύντομης αυτοψίας του χώρου. Καθορίζονται αρχικά κάποια μέτρ α νοικοκυρέματος ή/και μέτρα ελάχιστου κόστους με βραχυπρόθεσμη αποπληρωμή, καθώς επίσης προτείνεται ένας κατάλογος με άλλες δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας, οι οποίες συχνά απαιτούν σημαντικές επενδύσεις κεφαλαίου, στη βάση του κόστους - οφέλους. Οι εκτενείς - διαγνωστικές ενεργειακές επιθεωρήσεις απαιτούν την λεπτομερέστερη καταγραφή και ανάλυση των στοιχείων ενεργειακής κατανάλωσης και άλλων συναφών στοιχείων της επιθεωρούμενης μονάδας. Η ενεργειακή κατανάλωση αναλύεται στις επιμέρους τελικές χρήσεις της (π.χ. θέρμανση, ψύξη, διάφορες διεργασίες, φωτισμός, κ.λπ.) και παρουσιάζονται και αναλύονται οι διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν αυτές τις τελικές χρήσεις (π.χ. παραγωγική ικανότητα ή ικανότητα παροχής υπηρεσιών, κλιματικές συνθήκες, χαρακτηριστικά πρώτων υλών, κ.λπ.). Με αυτόν το τρόπο, προσδιορίζονται τόσο τα συνολικά οφέλη όσο και το αναλογούν κόστος των πιθανών επεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας που ικανοποιούν τα κριτήρια και τις απαιτήσεις των διαχειριστών της μονάδας. Παράλληλα, συντάσσεται ένας κατάλογος με τις δυνατές επεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας που απαιτούν την επένδυση σημαντικού κεφαλαίου για να πραγματοποιηθούν, αλλά και πληρέστερη συλλογή και επεξεργασία σχετικών στοιχείων, μαζί με μια αναλυτική εκτίμηση οφέλους - κόστους γι' αυτές. Σελίδα 2 από 154

15 1.1.3 Περιγραφή της γενικής διαδικασίας μιας ενεργειακής επιθεώρησης Η ενεργειακή επιθεώρηση βασίζεται στη δυνατότητα διακριτής εξέτασης των επιμέρους ενεργειακών εγκαταστάσεων-συστημάτων, αλλά και του κτιριακού κελύφους. Η πλήρης διαδικασία περιλαμβάνει τα ακόλουθα τρία στάδια καταγραφής και διάγνωσης: 1ο Στάδιο: Σχεδιασμός ενεργειακής επιθεώρησης - Συλλογή πρωτογενών στοιχείων και προκαταρκτική ανάλυση ενεργειακών δεδομένων. Στο στάδιο αυτό θα πρέπει αρχικά να συλλεχθούν πληροφορίες και δεδομένα σχετικά με την υφιστάμενη και παρελθούσα ενεργειακή εικόνα, την κατασκευή και τη χρήση του κάθε κτιρίου-μονάδας. Τα δεδομένα αυτά μπορούν να συλλεχθούν με τη βοήθεια ενός δομημένου συνοπτικού εντύπου-ερωτηματολογίου (βλ. Παράρτημα A), το οποίο συμπληρώνεται μετά την πρώτη επαφή του Υπεύθυνου για την εκτέλεση της ενεργειακής επιθεώρησης με τη διοικητική αρχή του κτιρίου-μονάδας, για την ανάθεση της εκτέλεσης της επιθεώρησης. Βάση για τη συμπλήρωση του εντύπου αυτού αποτελούν οι πληροφορίες που προέρχονται από τους τεχνικούς και διοικητικούς υπεύθυνους του κτιρίου-μονάδας, καθώς και τα υπάρχοντα σχετικά στοιχεία (λογαριασμοί και τιμολόγια καυσίμων, σχέδια, μελέτες και κατάλογοι αρχείου, καταγραφές μετρήσεων και ενδείξεων κ.λπ.). Η προκαταρκτική ανάλυση των συλλεχθέντων δεδομένων θα πρέπει να οδηγήσει στον προσδιορισμό της διαχρονικής τάσης και της μηνιαίας διακύμανσης της συνολικής κατανάλωσης και του κόστους ενέργειας στο εξεταζόμενο κτίριο-μονάδα, τα οποία αρχικά υποδηλώνουν το ενεργειακό του προφίλ. Έτσι, εκφράζεται για πρώτη φορά το γενικό ενεργειακό ισοζύγιο του κτιρίου-μονάδας. 2ο Στάδιο: Επιτόπια συνοπτική Ενεργειακή Επιθεώρηση Το στάδιο αυτό συνίσταται στον επιτόπιο ποιοτικό, κυρίως, έλεγχο του κελύφους και των Η/Μ εγκαταστάσεων του κτιρίου, καθώς και στην καταγραφή των κατασκευαστικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών των δομικών κατασκευών και του εξοπλισμού των εγκαταστάσεων σε ειδικό Σελίδα 3 από 154

16 έντυπο (βλ. Παράρτημα B). Η καταγραφή αυτή, σε συνδυασμό με ενδεικτικές στιγμιαίες μετρήσεις, βοηθά στον καλύτερο επιμερισμό των ενεργειακών χρήσεων και, επομένως, του ενεργειακού ισοζυγίου του κτιρίου. Η διαδικασία αυτή, σε συνδυασμό με τις προτάσεις του προηγούμενου σταδίου, συνεπάγεται τον τελικό προσδιορισμό των δυνατοτήτων εξοικονόμησης ενέργειας με μέτρα νοικοκυρέματος, καθώς και με επεμβάσεις χαμηλού κόστους και άμεσης εφαρμογής, που δεν απαιτούν ειδική οικονομική αξιολόγηση μέσω σχετικών ενεργειακών μελετών. 3ο Στάδιο: Επιτόπια λεπτομερής Ενεργειακή Επιθεώρηση Συνίσταται στη συλλογή (μέσω επιτόπιων αναλυτικών μετρήσεων) και την ανάλυση των απαραίτητων δεδομένων, καθώς και στην πλήρη εξέταση τμημάτων των ενεργειακών συστημάτων του κτιρίου-μονάδας, που θα επιτρέψουν τη σύνταξη του πλήρους τελικού ενεργειακού ισοζυγίου του Τυπικά εργαλεία και χρονοδιαγράμματα ενεργειακών επιθεωρήσεων σε διάφορες εφαρμογές Σε γενικές γραμμές, οι τυπικές απαιτήσεις για τη διενέργεια ενεργειακών επιθεωρήσεων μπορούν να συνοψιστούν ως εξής: - προσωπικό με σχετική γνώση και εμπειρία στο αντικείμενο, - διάθεση χρόνου για τη διενέργεια των δράσεων που απαιτούνται, - τεχνικός εξοπλισμός για τις απαραίτητες μετρήσεις, - οικονομική δυνατότητα για την κάλυψη των παραπάνω, καθώς επίσης για την υλοποίηση των όποιων προτάσεων, - τεχνικές και λειτουργικές πληροφορίες για τα κτίρια, τις εγκαταστάσεις ή τις παρεχόμενες υπηρεσίες. Ο χρόνος που απαιτείται για τη διενέργεια μίας ενεργειακής επιθεώρησης εξαρτάται από την διαθεσιμότητα ή μη των ενεργειακών στοιχείων, το μέγεθος της εγκατάστασης και την πολυπλοκότητα των συστημάτων-εξοπλισμού. Μία συνοπτική επιθεώρηση μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε λίγες μόνο ώρες για μία απλή εγκατάσταση για την Σελίδα 4 από 154

17 οποία υπάρχουν άμεσα διαθέσιμα στοιχεία. Σε πιο περίπλοκες περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστεί μία εβδομάδα (ή και παραπάνω) μόνο για την ανάλυση των λογαριασμών και των άλλων στοιχείων. Όσον αφορά τον μετρητικό εξοπλισμό, θα πρέπει να γίνει αντιληπτό ότι οι μετρήσεις είναι θεμελιώδεις για την κατανόηση των ενεργειακών ροών. Η χρήση των μετρήσεων και του σχετικού εξοπλισμού επιτρέπει τη διενέργεια μίας ποσοτικής ανάλυσης αφενός της ενεργειακής χρήσης, αφετέρου της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών. Με την ευχέρεια στην εφαρμογή και την εμπειρία στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων, αποκτώνται πολύ περισσότερες πληροφορίες σε σύγκριση με την απλή παρατήρηση των χώρων. Προσοχή επιβάλλεται στη χρήση σωστά βαθμονομημένων οργάνων για την λήψη αξιόπιστων πληροφοριών. 1.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗΣ Σχεδιασμός Ο όρος «ενεργειακή επιθεώρηση» χρησιμοποιείται γενικά για την περιγραφή μιας συστηματικής διαδικασίας που στοχεύει στην απόκτηση επαρκούς γνώσης γύρω από το προφίλ της ενεργειακής κατανάλωσης ενός κτιρίου ή μιας βιομηχανικής μονάδας. Σε μία ενεργειακή επιθεώρηση: κύριος στόχος είναι η εξοικονόμηση ενέργειας, το σημείο ενδιαφέροντος είναι η κατανάλωση της ενέργειας και οι αντίστοιχες δυνατότητες εξοικονόμησης, μπορεί να υπάρχουν και άλλες πτυχές προς θεώρηση (κατάσταση εξοπλισμού, περιβάλλον) αλλά το ενδιαφέρον εστιάζεται κυρίως στα ενεργειακά κέρδη, παράγονται αναφορές σχετικά με τα δυνατά μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας, το έργο που εκτελείται μπορεί να καλύψει όλες τις ενεργειακές χρήσεις μιας εγκατάστασης ή συγκεκριμένα περιορισμένα Σελίδα 5 από 154

18 τμήματα (συστήματα, εξοπλισμός) πολλών εγκαταστάσεων (= "οριζόντια επιθεώρηση"), Αντικειμενικότητα, ανεξαρτησία και προσόντα του Ενεργειακού Επιθεωρητή Οι όποιες προδιαγραφές για την καταλληλότητα των ενεργειακών επιθεωρητών πρέπει να λαμβάνουν υπόψη την καθιέρωση μίας νέας ειδικότητας, αυτής του διαπιστευμένου Ενεργειακού Επιθεωρητή, στον οποίο παρέχεται το δικαίωμα να εκτελεί ενεργειακές επιθεωρήσεις εφόσον είναι εγγεγραμμένος σε ειδικό μητρώο ενεργειακών επιθεωρητών. Οι ενεργειακές επιθεωρήσεις μπορούν να διακριθούν, για το λόγο αυτό, σε δύο κατηγορίες, λαμβάνοντας υπόψη το είδος των υπό επιθεώρηση συστημάτων και του εξοπλισμού, καθώς και τα αντίστοιχα ενεργειακά φορτία : Ηλεκτρικές Ενεργειακές Επιθεωρήσεις, του εξοπλισμού ή των συστημάτων που παράγουν, μετατρέπουν, μεταφέρουν, διανέμουν ή καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια ή για την επιθεώρηση ηλεκτρικών φορτίων. Θερμικές Ενεργειακές Επιθεωρήσεις, του εξοπλισμού ή των συστημάτων που παράγουν, μετατρέπουν, μεταφέρουν, διανέμουν ή καταναλώνουν θερμική ενέργεια, ή για την επιθεώρηση θερμικών φορτίων. Οι ενεργειακοί επιθεωρητές μπορούν να πιστοποιούνται και να καταχωρούνται σε μητρώα ξεχωριστά για τα ηλεκτρικά και τα θερμικά φορτία, ή ακόμη για την πλήρη επιθεώρηση μιας εγκατάστασης, η οποία περιλαμβάνει και τις δύο ανωτέρω κατηγορίες, πάντοτε ανάλογα με τα πιστοποιημένα προσόντα τους. Οι επιθεωρήσεις μπορούν, επίσης, να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθος (Ν) της συνολικής ηλεκτρικής ή θερμικής ισχύος της υπό επιθεώρηση εγκατάστασης. Θα πρέπει, λοιπόν, οι ενεργειακοί επιθεωρητές να κατατάσσονται και να καταγράφονται σε μητρώα κατά τον παραπάνω διαχωρισμό, σύμφωνα με συγκεκριμένα κριτήρια και εμπειρία. Η ύπαρξη Σελίδα 6 από 154

19 ενεργειακού επιθεωρητή τόσο για επιθεωρήσεις του ηλεκτρικού όσο και του θερμικού συστήματος, θα πρέπει να επιτρέπεται βάσει των προσόντων του. Για την καταρχήν εγγραφή ενός υποψήφιου ενεργειακού επιθεωρητή σε συγκεκριμένη κατηγορία και τάξη ενός μητρώου διαπιστευμένων ενεργειακών επιθεωρητών, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα προσόντα : Το είδος του βασικού πτυχίου της ανώτερης ή ανώτατης εκπαίδευσής του (π.χ. Δίπλωμα Μηχανολόγου - Ηλεκτρολόγου ή Ενεργειακού Μηχανικού, Πτυχίο Ενεργειακού Τεχνολόγου, κ.λπ.). Οι όποιες επίσημες μεταπτυχιακές σπουδές ή/και σεμινάρια εξειδίκευσης- κατάρτισης που έχει παρακολουθήσει, στους τομείς της εξοικονόμησης ενέργειας και της ενεργειακής επιθεώρησηςδιαχείρισης. Οι επίσημες μεταπτυχιακές σπουδές θα πρέπει να είναι σε επίπεδο Master of Science και τα σεμινάρια να είναι διάρκειας τουλάχιστον 300 ωρών. Η πιστοποιημένη εργασιακή εμπειρία στο πεδίο των ενεργειακών συστημάτων ή υπηρεσιών, και ειδικότερα σε θέματα σχετικά με την κατηγορία των επιθεωρήσεων στην οποία πρόκειται να εισαχθεί ο ενδιαφερόμενος Κριτήρια σχεδιασμού μιας ενεργειακής επιθεώρησης Προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι είναι δυνατό να διενεργηθεί μια αποδοτική ενεργειακή επιθεώρηση, με παράλληλη ελαχιστοποίηση του σχετικού κόστους, και λόγω της ποικιλίας των τύπων των επιθεωρήσεων, η όλη διαδικασία πρέπει να σχεδιάζεται έτσι ώστε να πληρούνται συγκεκριμένα κριτήρια. Κατά τη φάση του προγραμματισμού της ενεργειακής επιθεώρησης, πρέπει να καθορίζονται ή να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα θέματα: Συμμετοχή του προσωπικού: είναι θεμιτό το έργο να διευθύνεται από κάποιο άτομο με διευθυντική ή διοικητική ιδιότητα, ώστε να δοθεί κύρος στην ενεργειακή επιθεώρηση και τα αποτελέσματά της. Σελίδα 7 από 154

20 Οριοθέτηση της μονάδας ή του κτιρίου: Σε εγκαταστάσεις με πολλαπλά κτίρια, είναι συχνά προτιμητέο να καθορίζεται κάθε μεμονωμένο κτίριο που θα περιληφθεί στην επιθεώρηση, κυρίως δε εάν τα κτίρια διαφέρουν μεταξύ τους στην κατασκευή και τη χρήση τους. Βάθος της ενεργειακής επιθεώρησης: το βάθος της επιθεώρησης και η λεπτομέρεια των στοιχείων που θα περιληφθούν στην έκθεση εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα των πόρων και από την οριοθέτηση των προσδοκώμενων μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας. Χρονικός προγραμματισμός της επιθεώρησης: ο προσεκτικός συγχρονισμός των δράσεων μιας επιθεώρησης θα παράγει τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα. Πρόσβαση στις εγκαταστάσεις: υπάρχει το ενδεχόμενο επιβολής περιορισμών στο προσωπικό που διενεργεί την επιθεώρηση και στην εργασιακή πρακτική. Απαιτήσεις από τις εκθέσεις: Οι διαδικασίες έκθεσης των αποτελεσμάτων πρέπει να λαμβάνονται υπόψη ήδη από τα αρχικά στάδια. Πρέπει να σημειωθεί ότι, κανονικά η προσπάθεια που πρέπει να καταβληθεί για την αποτίμηση των καταγραφών και την προετοιμασία της τελικής έκθεσης είναι εξίσου μεγάλη με αυτή που καταβάλλεται για τη διενέργεια της επιτόπιας καταγραφής στους χώρους που υφίστανται επιθεώρηση Προκαταρκτική ενεργειακή θεώρηση Τα στοιχεία που αφορούν την κατανάλωση ενέργειας και το παραγωγικό δυναμικό μιας μονάδας, όπου αυτά είναι διαθέσιμα, είναι απαραίτητα σε όλες τις επιθεωρήσεις, μέχρι την πιο απλή. Για το λόγο αυτό, η συλλογή και ο έλεγχος των στοιχείων κατανάλωσης και παραγωγής θα πρέπει να ξεκινάει από τη στιγμή που αποφασίζεται η επιθεώρηση. Για όσο πιο μεγάλη περίοδο υπάρχουν στοιχεία, τόσο το καλύτερο για τη διαδικασία της επιθεώρησης. Σελίδα 8 από 154

21 Είναι σκόπιμο να συμπληρωθεί ένα έντυπο-ερωτηματολόγιο (Παράρτημα Α) με τα εξής στοιχεία: Γενικές πληροφορίες για το κτίριο Στοιχεία κατανάλωσης και κόστους ενέργειας των τελευταίων πέντε (5) ετών Καθεστώς Ενεργειακής Διαχείρισης και τυχόν υπάρχοντα μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας. Επιπλέον, πρέπει να συλλεχθούν τα ακόλουθα υποστηρικτικά στοιχεία : Λογαριασμοί και τιμολόγια αγοράς ενέργειας (ηλεκτρικού, καυσίμων) για την περίοδο ελέγχου και για τα 4 προηγούμενα (ή/και επόμενα) έτη. Σχέδια και μελέτες για το κτίριο και τις Η/Μ ενεργειακές εγκαταστάσεις του. Κατασκευαστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του βασικού εξοπλισμού. Κλιματικά δεδομένα περιόδων ενεργειακής ανάλυσης για την περιοχή. Τυχόν υπάρχοντα έγγραφα αρχείου με καταγραφές από υπάρχοντες μετρητές ή θεωρητικές εκτιμήσεις της ενεργειακής κατανάλωσης στο κτίριο Προτεινόμενο έργο της επιθεώρησης Σε γενικές γραμμές, το έργο μιας ενεργειακής επιθεώρησης δύναται να περιλαμβάνει τα ακόλουθα: (α) Το αντικείμενο, τους στόχους και τα κριτήρια της επιθεώρησης. (β) Την οριοθέτηση των μονάδων, των εγκαταστάσεων και των κτιρίων του προς επιθεώρηση συγκροτήματος. (γ) Την περιγραφή των καθηκόντων και των σταδίων της επιθεώρησης. (δ) Τον προσδιορισμό εκείνων των μονάδων ή τμημάτων του φορέα που θεωρούνται υψηλότερης προτεραιότητας. Σελίδα 9 από 154

22 (ε) Τον προσδιορισμό των προτύπων και μεθόδων που θα χρησιμοποιηθούν στην επιθεώρηση. Πρέπει να γίνεται σαφής αναφορά τόσο στα πρότυπα αυτά, όσο και στους διάφορους κανονισμούς. (στ) Τον καθορισμό των τμημάτων ή των ατόμων του φορέα που θα συνεργαστούν με τον επιθεωρητή για τη διενέργεια της επιθεώρησης. (ζ) Τον προσδιορισμό μελετών, στοιχείων και πηγών για τη συλλογή των δεδομένων αναφοράς. (η) Την ανάλυση του χρόνου εκτέλεσης των καθηκόντων της επιθεώρησης. (θ) Τον προσδιορισμό των μελών της ομάδας του επιθεωρητή. (ι) Τις όποιες απαιτήσεις εμπιστευτικότητας 1.3 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Εισαγωγή Ένας από τους κεντρικούς στόχους της Ενεργειακής Επιθεώρησης, και δη της εκτενούς, είναι η διαμόρφωση ενεργειακών προτύπων τα οποία αφορούν την κατανάλωση αναφοράς ή την ειδική κατανάλωση αναφοράς ή τον βαθμό απόδοσης αναφοράς για τις επιμέρους εγκαταστάσεις και συσκευές. Για την διαμόρφωση των προτύπων απαιτείται η σωστή μέτρηση και εκτίμηση ενός πλήθους παραμέτρων οι οποίοι δύναται να κατηγοριοποιηθούν ως ακολούθως: α) Παρεχόμενη ενέργεια τελικής χρήσης στο συγκρότημα, όπως η ηλεκτρική ενέργεια και τα καύσιμα. Για την περίπτωση των στερεών καυσίμων περιλαμβάνεται η μέτρηση της θερμογόνου δύναμης, της υγρασίας, της τέφρας, του σταθερού άνθρακα και των πτητικών ουσιών. β) Ροή, μετατροπή και διαρροή ενέργειας στις επιμέρους παραγωγικές και κτιριακές εγκαταστάσεις όπως οι ροές και διαρροές του ατμού, του Σελίδα 10 από 154

23 θερμού νερού, της ηλεκτρικής ενέργειας, της θερμικής ακτινοβολίας και του πεπιεσμένου αέρα γ) Ενεργειακές συνθήκες λειτουργίας των παραγωγικών εγκαταστάσεων και των κτιριακών χώρων, όπως οι μέσες τιμές και η διακύμανση της θερμοκρασίας, της υγρασίας, των πιέσεων, της ταχύτητας των ρευστών και του φωτισμού. Εδώ επίσης περιλαμβάνεται και η μέτρηση των ωρών λειτουργίας και της συχνότητας διακοπής δ) Ροές πρώτων υλών, ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων όταν τα μεγέθη αυτά συσχετίζονται ευθέως με τις ενεργειακές ροές. Εδώ περιλαμβάνονται οι μετρήσεις βάρους, του αριθμού των παραγόμενων τεμαχίων και της σύστασης υλικών ε) Μετρήσεις λειτουργίας και συντήρησης, ειδικότερα για περιπτώσεις όπου η προληπτική συντήρηση συνδέεται ευθέως με την κατανάλωση ενέργειας. Η ακρίβεια και η προβλεπτική ικανότητα του ενεργειακοοτύπου επηρεάζεται ευθέως από δύο πηγές σφαλμάτων: Τα σφάλματα μέτρησης-εκτίμησης μίας παραμέτρου. Κάθε αβεβαιότητα ως προς τα ποσοτικά ή ποιοτικά δεδομένα βάσει των οποίων αναπτύσσεται το πρότυπο, οδηγεί σε αβάσιμες προβλέψεις εξοικονόμησης. Τα σφάλματα που προκύπτουν από την ίδια την δομή του ενεργειακού προτύπου, λόγω επιλογής μη κατάλληλης μαθηματικής συνάρτησης ή λόγω παράλειψης σημαντικών παραγόντων από τον τύπο του προτύπου Μεθοδολογία εκτίμησης παραμέτρων Η εκτίμηση των ενεργειακών ή παραγωγικών παραμέτρων γίνεται με βάση κυρίως μετρητικές μεθόδους. Για κάθε υπό εκτίμηση παράμετρο επιλέγεται μία κατάλληλη μετρητική μέθοδος η οποία δύναται να περιλάβει μία ή περισσότερες μετρήσεις του ιδίου ή διαφορετικών φυσικών μεγεθών. Σελίδα 11 από 154

24 Ο επιθεωρητής είναι δυνατόν να κάνει χρήση ισοζυγίων μάζας και ενέργειας, προκειμένου να απλοποιεί κατά το δυνατόν τις απαιτούμενες μετρήσεις, χωρίς να μειώνεται η απαιτούμενη ακρίβεια. Οι μετρήσεις αυτές θα πρέπει να επαναληφθούν για τουλάχιστον 3 φορές προκειμένου να ληφθούν υπόψη τυχόν φαινόμενα έλλειψης θερμοδυναμικής ισορροπίας ή σφάλματος μέτρησης. Εφόσον κρίνεται αναγκαίο, ο επιθεωρητής δύναται να χρησιμοποιεί νομογραφήματα, υπολογιστικές μεθόδους και κώδικες Η/Υ αναγνωρισμένου κύρους και ευρείας εφαρμογής (π.χ. χρήση κωδίκων για την εκτίμηση των απωλειών ενέργειας μέσω θερμών τοιχωμάτων ή καυσαερίων, βάσει μετρήσεων θερμοκρασίας). Τα μεθοδολογικά αυτά εργαλεία, οι πηγές τους και ο αναμενόμενος βαθμός ακρίβειάς τους, θα πρέπει να αναφέρονται σαφώς από τον επιθεωρητή Τα φορητά όργανα μέτρησης Με βάση τις απαιτήσεις και τα κριτήρια της επιθεώρησης, ο επιθεωρητής καταστρώνει ένα πρόγραμμα μετρήσεων, αξιοποιώντας τόσο τα εγκατεστημένα μετρητικά όργανα όσο και φορητά. Το πρόγραμμα των μετρήσεων καταστρώνεται κατά την διάρκεια της επιθεώρησης και, επομένως, είναι κατά κανόνα σύντομης διάρκειας. Για τον λόγο αυτό οι μετρήσεις της επιθεώρησης γίνονται σε στιγμιαία και όχι σε εποχιακή ή ετήσια βάση. Στην πραγματικότητα οι μετρήσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επιθεώρησης αφορούν την ισχύ και όχι την ενέργεια αυτή καθεαυτή. Η ισχύς ορίζεται ως η ενέργεια στην μονάδα του χρόνου και αποτελεί ένα "στιγμιαίο" μέγεθος, η μέτρηση του οποίου διαρκεί από μερικά δευτερόλεπτα έως λίγα λεπτά. Οι πλέον συνήθεις μετρήσεις που γίνονται κατά τη διάρκεια της επιθεώρησης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα μεγέθη: Παροχές υγρών ή αερίων καυσίμων. Ηλεκτρικές μετρήσεις (τάση, ένταση, ισχύς και συντελεστής ισχύος). Θερμοκρασίες ρευστών και στερεών επιφανειών. Πιέσεις ρευστών σε σωλήνες, κάμινους ή δοχεία (συμπεριλαμβανομένων των μετρήσεων κενού). Σελίδα 12 από 154

25 Συστάσεις και εκπομπές καυσαερίων (CO 2, CO, O 2, καπνός). Σχετική Υγρασία. Εντάσεις φωτισμού. Ο επιθεωρητής πρέπει να προσδιορίζει εξ' αρχής τον κατάλογο των διατιθέμενων προς χρήση φορητών οργάνων ή των οργάνων που ενδεχομένως θα απαιτηθούν για την ολοκλήρωση της επιθεώρησης Πρόγραμμα Μετρήσεων και Διαπίστευσης (Μ&Δ) Ένα πρόγραμμα Μ&Δ περιλαμβάνει αναλυτική περιγραφή των απαιτούμενων οργάνων, των απαιτούμενων μετρήσεων, των τυπικών συνθηκών λειτουργίας και των μεθόδων ανάλυσης των μετρητικών δεδομένων. Η διάρκεια ενός τέτοιου προγράμματος Μ&Δ πρέπει να είναι αρκετή ώστε να εξασφαλίζεται μία ακριβής απεικόνιση της μέσης κατανάλωσης ενέργειας σε μία εγκατάσταση πριν και μετά τη λήψη μέτρων εξοικονόμησης. Η διάρκεια αυτή εξαρτάται από τη φύση του έργου εξοικονόμησης. Τα ετήσια ανηγμένα έξοδα του προγράμματος Μ&Δ δεν θα πρέπει να υπερβαίνουν το 20% της διαπιστούμενης οικονομικής ωφέλειας από τη λήψη των συναφών μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας. Κανονικά θα πρέπει να είναι της τάξης του 5 με 10%. Τα ακόλουθα συστήματα ενεργειακής παρακολούθησης (Ε.Π.) διαφέρουν ως προς το επίπεδο κάλυψης των ενεργειακών καταμετρήσεων: Σύστημα που καλύπτει το κτίριο ως γενικό σύνολο (μοναδική περιοχή καταμετρήσεων) με βάση υφιστάμενους γενικούς μετρητές, λογαριασμούς και τιμολόγια αγοράς ηλεκτρισμού και καυσίμων (ένα κέντρο ενεργειακής καταμέτρησης). Σύστημα που καλύπτει το κτίριο ως γενικό σύνολο (μοναδική περιοχή καταμετρήσεων) με βάση πολλές επιμέρους υπομετρήσεις (πολλά κέντρα ενεργειακής καταμέτρησης). Σελίδα 13 από 154

26 Σύστημα που καλύπτει ξεχωριστά κάποια ή κάθε ενεργειακή εγκατάσταση ενός κτιρίου (πολλές περιοχές καταμετρήσεων) με βάση υφιστάμενους γενικούς μετρητές, λογαριασμούς και τιμολόγια αγοράς ηλεκτρισμού και καυσίμων (ένα κέντρο ενεργειακής καταμέτρησης). Σύστημα που καλύπτει ξεχωριστά κάποια ή κάθε ενεργειακή εγκατάσταση ενός κτιρίου (πολλές περιοχές καταμετρήσεων) με βάση πολλές επιμέρους υπομετρήσεις (πολλά κέντρα ενεργειακής καταμέτρησης) για το κάθε ενεργειακό σύστημα-περιοχή καταμέτρησης. Ανάλογα, τώρα, με το κατά πόσο αυτοματοποιημένες είναι οι ενεργειακές καταμετρήσεις, τα συστήματα ενεργειακής παρακολούθησης διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Χειροκίνητο σύστημα Ημιαυτόματο σύστημα Αυτόματο σύστημα Ο ακόλουθος Πίνακας παρουσιάζει τον διαθέσιμο εξοπλισμό, τα χαρακτηριστικά και το κόστος διαφόρων τύπων συστημάτων Ενεργειακής Παρακολούθησης (Ε.Π.). Σελίδα 14 από 154

27 Εξοπλισμός Βάση Παρακολούθησης Χαρακτηριστικά Κόστος Οπτική ένδειξη της στιγμιαίας -Κυκλικής διατομής ή γραμμικά. Χαμηλό Ενδεικτικά τιμής της μετρούμενης -Συχνά υπάρχει ψηφιακή ένδειξη Όργανα μεταβλητής Προειδοποιητές Οπτικό και/ή ακουστικό σήμα, -Θέση συναγερμού Χαμηλό που υποδεικνύει ότι η -Θέση ομαλής λειτουργίας προς μετρούμενη μεταβλητή -Θέση οπτικής ένδειξης εν σιωπή Μέσο βρίσκεται επάνω ή κάτω από -Θέση ελέγχου εξοπλισμού μία τιμή ρύθμισης (set point) Ολοκληρωτές Οπτική ένδειξη της "συνολικής" τιμής της μετρούμενης μεταβλητής που διέρρευσε τον μετρητή Γραμμογράφοι Παραγωγή γραφήματος μεταβολής της μετρούμενης μεταβλητής συναρτήσει του χρόνου -Πληκτρολόγιο τύπου μετρητή Χαμηλό -Χειροκίνητη επαναφορά -Αυτόματη επαναφορά -Διακοπτική δράση -Στρογγυλό διάγραμμα Χαμηλό -Διάγραμμα σε ταινία προς -Πολλαπλές ακίδες Μέσο -Μεταβλητή χρονική βάση Καταγραφικό Παραγωγή πολλαπλών -Πολλαπλές είσοδοι σημάτων -Μέσο Δεδομένων αναλογικών και ψηφιακών Αναλογικό και Ψηφιακά σήματα -προς καταγραφών σε χαρτί ή Αποθήκευση δεδομένων Υψηλό ηλεκτρονικά μέσα Σύστημα BEMS Η βάση καταμέτρησης -Μεγαλύτερο όγκο και ταχύτερη Υψηλό προσομοιάζει με του μεταφορά και επεξεργασία καταγραφικού δεδομένων -Δυνατότητα προηγμένου προγραμματισμού -Καλύτερη παρουσίαση αποτελεσμάτων Πίνακας Σελίδα 15 από 154

28 1.3.5 Τυπικές μετρήσεις και όργανα Στη συνέχεια ακολουθεί επισκόπηση των κυριότερων μετρητικών οργάνων τα οποία χρησιμοποιούνται τόσο ως φορητοί όσο και ως σταθεροί μετρητές σε διατάξεις Μ&Δ. Έμφαση δίνεται στις διατάξεις εκείνες που παρέχουν ηλεκτρικό σήμα εξόδου, το οποίο δύναται να συνδεθεί με σύστημα Η/Υ για την επιτήρηση των μετρήσεων και τη συλλογή των δεδομένων Μέτρηση ηλεκτρικών παραμέτρων Για τις μετρήσεις των ηλεκτρικών παραμέτρων απαιτούνται τα ακόλουθα όργανα: Αμπερόμετρο :Μετρά το ρεύμα που "τραβάνε" συσκευές και κινητήρες. Βολτόμετρο :Μετρά την τάση ή την πτώση τάσης στο δίκτυο ή ηλεκτρικά κυκλώματα. Βατόμετρο :Μετρά την στιγμιαία ζήτηση ισχύος σε κινητήρες-συσκευές ή την απόδοση ισχύος από τις ηλεκτρογεννήτριες. Μετρητής συνφ: Μετρά τον συντελεστή ισχύος ή ελέγχει τα συστήματα διόρθωσης. Πολύμετρο: Μετρά όλα τα ανωτέρω. Όλα τα ανωτέρω όργανα είναι συνήθως φορητά. Τοποθετούνται με δαγκάνες πάνω στα καλώδια και δύναται να διαθέτουν καταγραφικό. Μετρήσεις καταναλώσεων ηλεκτρικής ισχύος και ενέργειας θα πρέπει να γίνεται σε όλα τα ενεργοβόρα τμήματα και εγκαταστάσεις. Οι μετρήσεις των ηλεκτρικών μεγεθών μπορούν να διεξαχθούν με τη χρήση ενός σύνθετου οργάνου, του αναλυτή ηλεκτρικής ισχύος (βλ. Σχήμα 1.3.1). Εφ' όσον επιτευχθεί η σωστή συνδεσμολογία του αναλυτή ηλεκτρικής ισχύος στον ηλεκτρικό πίνακα, οι μετρήσεις διαβάζονται στην οθόνη του οργάνου. Σελίδα 16 από 154

29 Σχήμα Αναλυτής ηλεκτρικής ισχύος Μέτρηση θερμοκρασίας Η θερμοφωτογράφηση ή θερμοδιάγνωση χρησιμοποιείται κλασικά ως μέθοδος για τον εντοπισμό των σημείων θερμικής απώλειας στα κτίρια. Οι θερμικές απώλειες στα κτίρια μπορούν να χωριστούν στις παρακάτω κατηγορίες: απώλειες από το περίβλημα του κτιρίου, απώλειες από ανοίγματα που προκαλούν αερισμό, απώλειες από αποθήκες και δίκτυα μεταφοράς ρευστών (νερού, αέρα, ατμού κ.λπ.). Σελίδα 17 από 154

30 Σχήμα Θερμογραφική κάμερα Η αρχή της θερμογραφίας στηρίζεται στο γεγονός ότι κάθε σώμα, λόγω της θερμοκρασίας του, εκπέμπει θερμική (υπέρυθρη) ακτινοβολία, η οποία εξαρτάται αποκλειστικά από τη θερμοκρασία του σώματος και από το συντελεστή εκπεμπτικότητας (emmissivity) της επιφάνειάς του. Η ένδειξη της θερμοκρασίας του σώματος εξαρτάται από ορισμένους συντελεστές της κάμερας, αλλά και από το συντελεστή εκπομπής της επιφάνειας του σώματος και το χρωματισμό του. Προτείνονται τα ακόλουθα για τη διεξαγωγή των επιτόπιων μετρήσεων: Βαθμονόμηση Μέτρηση της επιφανειακής θερμοκρασίας Μέτρηση της θερμοκρασίας του αέρα Μέτρηση παροχής Η επιλογή του μετρητή πρέπει να γίνεται προσεκτικά με βάση το είδος του ρευστού, τις προσμίξεις και τις διαβρωτικές ουσίες, το εύρος διακύμανσης των ταχυτήτων και τα διαθέσιμα κονδύλια. Οι συνθήκες αισθητήρες παροχής δύναται να καταταχθούν ως ακολούθως: α) Μετρητές διαφορικής πίεσης (τύπου διάτρητου διαφράγματος, σωλήνα Venturi ή σωλήνα Pilot) Σελίδα 18 από 154

31 β) Παρεμβαλλόμενοι μετρητές (τύπου μεταβλητής διατομής, θετικής μετατόπισης, στροβίλου ή δινομετρητή) γ) Μη παρεμβαλλόμενοι μετρητές (τύπου υπερήχων, μαγνητικού μετρητή) δ) Μετρητές μάζας (τύπου μετρητές μάζας Coriolis ή στροφορμής). Ως φορητοί μετρητές συνήθως χρησιμοποιούνται οι σωλήνες Pilot και οι μη παρεμβαλλόμενοι μετρητές Μέτρηση υγρασίας του αέρα Οι μετρήσεις υγρασίας γίνονται κατά κανόνα με θερμόμετρα ξηρού και υγρού βολβού. Είναι ιδιαίτερα χρονοβόρες και απαιτούν προσοχή κατά την προετοιμασία. Πρόσφατα έχουν αναπτυχθεί ηλεκτρονικοί μετρητές οι οποίοι έχουν μεν ταχεία απόκριση, περιορίζονται δε σε θερμοκρασίες μέχρι 60 βαθμών Κελσίου. Πιο συγκεκριμένα, σήμερα χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα όργανα: α. Ψυχρόμετρο β. Κυψέλη χλωριούχου λιθίου γ. Υμοασιόυετρο με αισθητήρα ρητίνης εναλλαγής ιόντων (pope type) δ. Ψηφιακό Υγρασιόμετρο ε. Θέρμο-υγρογράφος Μετρήσεις καυσαερίων Σήμερα είναι διαθέσιμοι ηλεκτρονικοί αναλυτές καυσαερίων οι οποίοι επιτρέπουν την ταχεία μέτρηση όλων των ανωτέρω παραμέτρων, υπολογίζοντας ταυτόχρονα και τον βαθμό απόδοσης της καύσης. Σελίδα 19 από 154

32 Σχήμα Αναλυτής καυσαερίων Οι αναλυτές καυσαερίων που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό του δείκτη αιθάλης των καυσαερίων είναι ηλεκτρονικά όργανα πλήρως αυτοματοποιημένα οπότε, τοποθετώντας το ειδικό χάρτινο φίλτρο στο ακροστοιχείο δειγματοληψίας του αναλυτή καυσαερίων, λαμβάνεται κατευθείαν η μέτρηση του δείκτη αιθάλης. Η πλησιέστερη σε βαθμό μαυρίσματος προς την κηλίδα της αιθάλης επιφάνεια της κλίμακας σύγκρισης, δίνει το δείκτη αιθάλης Μέτρηση του χρόνου λειτουργίας Σε πολλές περιπτώσεις είναι απαραίτητη η συνεχής μέτρηση των ωρών λειτουργίας καθώς και των χρονικών περιόδων λειτουργίας μίας συσκευής ή εγκατάστασης. Στη δεύτερη περίπτωση απαιτείται και η χρήση καταγραφικού. Η μέτρηση αυτή γίνεται για λόγους κυρίως προσδιορισμού της εξοικονομούμενης ενέργειας. Γι' αυτό οι μετρητές Σελίδα 20 από 154

33 αυτοί είναι από τους πρώτους που προτείνει ο επιθεωρητής, ως μέτρο για την αναβάθμιση του υφιστάμενου μετρητικού συστήματος Άλλες μετρήσεις Άλλες συνήθεις μετρήσεις που πραγματοποιούνται κατά το στάδιο της επιθεώρησης είναι: α) Οι μετρήσεις της έντασης φωτισμού β) Οι μετρήσεις των Συνολικά Διαλυμένων Στερεών (Total Dissolved Solids - TDS) στο νερό του λέβητα γ) Οι μετρήσεις πίεσης (στατικής ή ολικής) των ρευστών δ) Οι μετρήσεις για την ανίχνευση της κατάστασης των ατμοπαγίδων Τέλος, υπάρχουν μετρήσεις που χρειάζονται για τον ακριβή προσδιορισμό των ενεργειακών απωλειών, οι οποίες όμως αρκετά συχνά δεν γίνονται κατά την διαδικασία της ενεργειακής επιθεώρησης, όπως είναι οι ακόλουθες: α) Μέτρηση συντελεστή θερμοπερατότητας β) Μετρήσεις απωλειών αερισμού Οι βασικότερες μετρήσεις στον τομέα αυτό περιλαμβάνουν: Μετρήσεις του ολικού ηλιακού ακτινοβολισμού Ανεμολογικές μετρήσεις Άλλες μετρήσεις ενδιαφέροντος, οι οποίες περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος ξηρού βολβού, την υγρασία ή θερμοκρασία υγρού βολβού 1.4 ENEΡΓΕΙΑΚΉ ΑΝΆΛΥΣΗ ΚΑΙ ΤΕΚΜΙΡΊΩΣΗ Έκφραση της ενεργειακής κατανάλωσης Οι καταναλισκόμενες ποσότητες ενέργειας σε ένα κτίριο ή μια βιομηχανική μονάδα εκφράζονται με βάση τις φυσικές μονάδες μέτρησής τους (π.χ. kg, ton, lit, m 3, kwh κ.λπ.). Επίσης, οι διαφορετικές μορφές καταναλισκόμενης ενέργειας μπορούν να εκφραστούν σε μια ενιαία μονάδα ενέργειας, το GJ, με βάση τους συντελεστές μετατροπής που Σελίδα 21 από 154

34 δίνονται στο Παράρτημα Γ. Οι συντελεστές αυτοί εκφράζουν τη θερμογόνο δύναμη κάθε μορφής καυσίμου. Για την έκφραση της κατανάλωσης ενέργειας σε μηνιαία βάση, και αν δεν υπάρχει η σχετική πληροφορία, θα πρέπει να γίνεται χρονικός καταμερισμός των ποσοτήτων ενέργειας που αναγράφονται στα τιμολόγια προμήθειάς της (της ΔΕΗ, για πετρέλαιο, υγραέριο κ.λπ.). Αυτός μπορεί να γίνεται είτε με απλή μέθοδο (γραμμική παρεμβολή ή προέκταση), είτε με συναρτήσεις χρονολογικής συσχέτισης της καταναλισκόμενης ενέργειας με άλλες χρονοσειρές, όπως το μέγεθος παραγωγής, η εξωτερική θερμοκρασία κ.λπ. Ο ενεργειακός επιθεωρητής πρέπει να επιλέγει τη μέθοδο χρονικού καταμερισμού που θα χρησιμοποιήσει μετά από κατάλληλη αιτιολόγηση Χρονολογικά διαγράμματα της Ενέργειας Το χρονολογικό διάγραμμα κατανάλωσης ενέργειας από μία βιομηχανική μονάδα ή ένα κτιριακό συγκρότημα παριστάνει γραφικά την ισχύ μιας μορφής ενέργειας ως συνάρτηση του χρόνου, για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Κατασκευάζεται με βάση τα στοιχεία που καταγράφονται στους μετρητές παροχής (ηλεκτρικής ενέργειας, πετρελαίου, καυσίμων αερίων, κ.λπ.). Παρέχει άμεση πληροφόρηση και επιτρέπει κάποιες πρώτες εκτιμήσεις για τον τρόπο και τους κύριους τομείς χρήσης της ενέργειας, σε ωριαία, ημερήσια, μηνιαία, αλλά και εποχιακή βάση. Κατά τη διάρκεια των εκτεταμένων επιθεωρήσεων θα πρέπει να κατασκευάζονται χρονοδιαγράμματα κατανάλωσης ενέργειας για όλους τους διαθέσιμους μετρητές και τουλάχιστον για τις ακόλουθες περιπτώσεις: την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας σε ωριαία βάση, την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας σε ημερήσια βάση, την κατανάλωση καυσίμων σε ημερήσια βάση. Όταν η επιθεώρηση αποσκοπεί στον εντοπισμό των δυνατοτήτων μείωσης των αιχμών κατανάλωσης της μονάδας, κρίνεται σκόπιμη η Σελίδα 22 από 154

35 κατασκευή του χρονο-διαγράμματος του τυπικού ημερήσιου (ή μηνιαίου) συντελεστή φορτίου, ο οποίος ορίζεται ως ο λόγος του γινομένου του ηλεκτρικού φορτίου αιχμής επί το σύνολο των ωρών της μέρας (ή του μήνα) προς την αντίστοιχη κατανάλωση ενέργειας.. Κατ' αρχήν προσδιορίζονται τα ακόλουθα: Η διαχρονική πορεία-τάση του κόστους και της ποσότητας της καταναλισκόμενης ενέργειας Η αναλυτική μηνιαία διακύμανση της κατανάλωσης ενέργειας του τελευταίου έτους Η μηνιαία ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος, από την ανάλυση του τιμολογίου της ΔΕΗ Οι ειδικές καταναλώσεις καυσίμων και ηλεκτρισμού - ενεργειακοί δείκτες κτιρίου, στη μορφή kwh ανά m 2 ή m 3 ωφέλιμου χώρου, kwh ανά μονάδα προϊόντος- παρεχόμενης υπηρεσίας (μελέτες γραφείου, πωλούμενες συσκευές, τυπικό γεύμα) ή ανά μονάδα εξοπλισμού υποστήριξής της (κρεβάτι, τραπέζι, H/Y), kwh/άτομο (κάτοικο, εργαζόμενο) Στη συνέχεια πρέπει να πραγματοποιηθούν οι ακόλουθες εργασίες: Σύγκριση των ενεργειακών δεικτών με ενεργειακούς στόχους - δείκτες ομοειδών κτιρίων πρότυπης κατασκευής και/ή ορθολογικής χρήσης της ενέργειας, όπως αυτοί έχουν προκύψει από μετρήσεις ή θεωρητικούς υπολογισμούς για δείγμα κτιρίων διαφόρων κατηγοριών. Συσχέτιση των μηνιαίων ενεργειακών καταναλώσεων με αντίστοιχες παραμέτρους κλίματος (π.χ. Βαθμοημέρες) ή/και το καταγεγραμμένο μηνιαίο πλήθος προϊόντων παροχής υπηρεσιών. Η συσχέτιση αυτή θα επιτρέψει καταρχήν την θεωρητική πρόβλεψη των καταναλώσεων με δεδομένα στοιχεία κλίματος και χρήσης του κτιρίου και, στη συνέχεια, την σύγκριση αυτών των προβλέψεων με τις καταγεγραμμένες μελλοντικά τιμές της κατανάλωσης. Κατανομή του ενεργειακού κόστους ανά καύσιμο και σύγκριση του συνολικού ενεργειακού κόστους με άλλες ετήσιες δαπάνες στο κτίριο/μονάδα Σελίδα 23 από 154

36 Με βάση την εποπτική παρατήρηση του μηνιαίου προφίλ της ενεργειακής κατανάλωσης ενός κτιρίου ή συγκροτήματος, είναι δυνατό να προσδιορισθούν καταρχήν τα διάφορα σκέλη της κατανάλωσης, άρα και τα φορτία βάσης και αιχμής, ήτοι τα: Τα ανεξάρτητα των κλιματολογικών συνθηκών (σταθερά στο χρόνο) σκέλη (π.χ. τα φορτία ανελκυστήρων, αντλιών σταθερού όγκου, εξοπλισμού γραφείου, μαγειρικής και του ζεστού νερού χρήσης) Τα εξαρτώμενα από τις κλιματολογικές συνθήκες σκέλη (π.χ. τα φορτία θέρμανσης και κλιματισμού χώρων) Τα εξαρτώμενα από χρονικές στιγμές και ιδιαιτερότητες χρήσης του κτιρίου σκέλη (π.χ. φορτία που σχετίζονται με το άνοιγμα των παραθύρων, την απόκριση του συστήματος θέρμανσης/κλιματισμού σε αλλαγές των συνθηκών κατοίκησης, τον προγραμματισμό λειτουργίας των ενεργειακών συστημάτων) Επομένως, μπορεί να γίνει μία πρώτη κατανομή της κατανάλωσης ενέργειας ανά χρήση, με βάση τα έως εκείνη τη στιγμή δεδομένα, άρα να προσδιορισθεί το αρχικό ενεργειακό ισοζύγιο ηλεκτρισμού και καυσίμων. Η ποσοτικοποίηση των πιθανών "μαύρων περιοχών" στα ισοζύγια αυτά, δηλαδή τα όποια άγνωστα ακόμα τμήματα (π.χ. ενεργειακή χρήση για ζεστό νερό, φωτισμό, συσκευές), μπορούν να γίνει αργότερα, μετά τις ενεργειακές καταγραφές που θα ακολουθήσουν στο στάδιο της επιτόπιας ενεργειακής επιθεώρησης, βελτιώνοντας έτσι την εικόνα των ενεργειακών ισοζυγίων Εκτίμηση της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας Στα πλαίσια της διαδικασίας μιας ενεργειακής επιθεώρησης, η εμπειρία της παρελθούσης χρήσης ενός κτιρίου ή μιας βιομηχανικής μονάδας αποτελεί την πιο αξιόπιστη και ακριβή βάση για την πρόβλεψη των μελλοντικών απαιτήσεών του/της Μία προσεγγιστική ταξινόμηση των διαθέσιμων μεθόδων οδηγεί στις παρακάτω κατηγορίες: Σελίδα 24 από 154

37 - διαδικασίες απλού μέτρου, οι οποίες χρησιμοποιούν μόνο ένα μέτρο, π.χ. τις ετήσιες βαθμοημέρες, - απλοποιημένες μέθοδοι πολλαπλών μέτρων, οι οποίες είναι περισσότερο ακριβείς αφού σ' αυτές χρησιμοποιούνται περισσότερες πληροφορίες, όπως είναι π.χ. ο αριθμός των ωρών που απαιτούνται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας (αλλιώς: μέθοδος "bin"), και - λεπτομερείς μέθοδοι προσομοίωσης, με τις οποίες διεξάγονται υπολογισμοί ενεργειακών ισοζυγίων σε ωριαία βάση για μία δεδομένη περίοδο ανάλυσης, η οποία συνήθως είναι ένα έτος. 1.5 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΔΡΑΣΗΣ Κριτήρια αξιολόγησης Φτάνοντας στο στάδιο αυτό της επιθεώρησης, ο ενεργειακός επιθεωρητής έχει ήδη διαμορφώσει ένα προκαταρκτικό κατάλογο Δυνατοτήτων Εξοικονόμησης Ενέργειας (ΔΕΕ), με βάση τα αποτελέσματα της αυτοψίας, των αναλύσεων και των μετρήσεων. Ο κατάλογος αυτός διαμορφώνεται σύμφωνα με τους στόχους και τα κριτήρια της επιθεώρησης. Οι εξεταζόμενες ΔΕΕ αξιολογούνται ενεργειακά, σύμφωνα με τις διαδικασίες και απαιτήσεις οι οποίες προβλέπονται από τον εκάστοτε «Κανονισμό των Ενεργειακών Επιθεωρήσεων». Στη συνέχεια, εξετάζονται τα κριτήρια και οι διαδικασίες για μία συνολική αξιολόγηση και ιεράρχηση των προτεινόμενων επεμβάσεων ή, γενικότερα, των Μέτρων Εξοικονόμησης Ενέργειας (ΜΕΕ). Τα κριτήρια αξιολόγησης αφορούν τα ενεργειακά, τεχνικά, λειτουργικά, περιβαλλοντικά, οικονομικά και χρηματοδοτικά χαρακτηριστικά των εξεταζόμενων μέτρων. Τα βασικότερα κριτήρια, τα οποία συνήθως αποτελούν και αντικείμενο της επιθεώρησης είναι τα ενεργειακά και τα οικονομικά.πέραν των κριτηρίων που περιλαμβάνονται Σελίδα 25 από 154

38 στους όρους της επιθεώρησης, ο επιθεωρητής πρέπει να λαμβάνει υπόψη και τα διάφορα κριτήρια των διαθέσιμων χρηματοδοτικών προγραμμάτων, όπως τυχόν προγράμματα οικονομικής ενίσχυσης, ειδικά προγράμματα παροχής δανείων, τους όρους διάθεσης των επιχειρηματικών κεφαλαίων, κ.λπ. Τα κριτήρια αυτά πρέπει πάντα να συνυπολογίζονται όταν στους όρους της επιθεώρησης περιλαμβάνεται ως δράση και η ανάλυση χρηματοδότησης των προτεινόμενων ΜΕΕ Ενεργειακά και περιβαλλοντικά κριτήρια Τα ενεργειακά και περιβαλλοντικά κριτήρια που θα πρέπει να εξετάζονται για τα ΜΕΕ που προτείνονται στο τέλος μιας ενεργειακής επιθεώρησης περιλαμβάνουν: α) Την ετήσια ποσότητα εξοικονομούμενων καυσίμων (εκφρασμένη σε φυσικές ποσότητες και σε ισοδύναμη θερμότητα). β) Την ετήσια ποσότητα εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας (σε kwh). γ) Το ετήσιο οικονομικό όφελος από την εξοικονόμηση ενέργειας (ή λόγω των μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας που ελήφθησαν). δ) Την εξομάλυνση της μηνιαίας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος, εκφραζόμενη ως μείωση του συντελεστή ηλεκτρικού φορτίου. Επίσης, τα ετήσια οικονομικά οφέλη από την εξομάλυνση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Τα ανωτέρω οικονομικά οφέλη συνδέονται στενά με τα τιμολόγια ενέργειας και τις διακυμάνσεις των σχετικών τιμών. Γι' αυτό όλα τα ενεργειακά κριτήρια θα πρέπει να εκφράζονται τόσο σε ενεργειακές όσο και σε οικονομικές μονάδες. Εξάλλου, τα προγράμματα οικονομικής υποστήριξης των επενδύσεων εξοικονόμησης ενέργειας συνήθως περιλαμβάνουν τα ακόλουθα πρόσθετα κριτήρια: ε) Την ετήσια υποκατάσταση υγρών και δη εισαγόμενων καυσίμων. στ) Την ετήσια ιδιοπαραγωγή ενέργειας μέσω συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (CHP) ή από τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Σελίδα 26 από 154

39 ζ) Την ετήσια μείωση των εκπομπών των κυριότερων αέριων και υγρών ρύπων, εκφραζόμενη είτε απολύτως είτε ανηγμένη ανά μονάδα παραγωγής Τεχνικά και λειτουργικά κριτήρια Όλες οι προτεινόμενες επεμβάσεις ή μέτρα θα πρέπει να στηρίζονται σε τεχνικές ή/και τεχνολογίες οι οποίες χαρακτηρίζονται από τεχνική ωριμότητα και αξιόπιστη λειτουργία (δηλ. να είναι δοκιμασμένες). Τα κυριότερα κριτήρια αξιολόγησης αυτού του είδους περιλαμβάνουν: α) Την αξιοπιστία λειτουργίας. Αξιολογείται η ωριμότητα της τεχνολογίας και οι προηγούμενες εφαρμογές της. β) Την τεχνολογική στάθμη και ετοιμότητα του δικτύου τεχνικής υποστήριξης σε τοπικό επίπεδο. γ) Τη διαθεσιμότητα λειτουργίας σε ετήσια βάση. Αξιολογούνται οι παρεχόμενες εγγυήσεις για τον ελάχιστο αριθμό ωρών λειτουργίας σε ετήσια βάση, καθώς και το πρόγραμμα της συντήρησης και των διακοπών λειτουργίας. δ) Τις δαπάνες λειτουργίας και συντήρησης, συγκριτικά με τις αντίστοιχες δαπάνες πριν την λήψη του μέτρου εξοικονόμησης ενέργειας. ε) Το χρόνο προσαρμογής και πλήρους απόδοσης του μέτρου. Αξιολογούνται επίσης οι απαιτήσεις για εκπαίδευση του προσωπικού Οικονομικά και χρηματοδοτικά κριτήρια Τα οικονομικά κριτήρια αποτελούν τα συνήθη κριτήρια για την οριοθέτηση του έργου της επιθεώρησης και την αξιολόγηση των επιμέρους επεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας. Αυτά περιλαμβάνουν: α) Το ύψος των απαιτούμενων κεφαλαίων για την κάλυψη των δαπανών υλοποίησης του μέτρου. β) Την οικονομική απόδοση της επένδυσης. Αξιολογείται το ετήσιο όφελος ως προς τη δαπάνη υλοποίησης του μέτρου. Το ετήσιο όφελος περιλαμβάνει όχι μόνο τα καθαρά οφέλη από τη μειωμένη χρήση ενέργειας, αλλά και τα οφέλη (ή την επιβάρυνση) από τις Σελίδα 27 από 154

40 ενδεχόμενες μεταβολές των δαπανών λειτουργίας και συντήρησης. Πολλές φορές, επίσης, περιλαμβάνει και τα οφέλη από την μείωση των εκπομπών ρύπων, εφόσον οι εκπομπές αυτές συμβάλλουν άμεσα ή έμμεσα στη διαμόρφωση των λειτουργικών εξόδων. γ) Το ύψος της χρηματοδότησης από τρίτους. Αξιολογείται η δυνατότητα τυχόν χρηματικής υποστήριξης η οποία είναι δυνατόν να διατίθεται από αντίστοιχα εθνικά ή/και κλαδικά προγράμματα. Επίσης, αξιολογείται η δυνατότητα συνεισφοράς άλλου επιχειρηματικού κεφαλαίου στη χρηματοδότηση του μέτρου (χρηματοδότησης από τρίτους) Αναγκαιότητα της οικονομικής αξιολόγησης Για να είναι ένα έργο ενεργειακής επέμβασης οικονομικά αξιόλογο, η απαιτούμενη αρχική του επένδυση πρέπει να είναι χαμηλότερα από το άθροισμα των ποσών εξοικονόμησης που προκύπτουν από τη μείωση των λειτουργικών εξόδων κατά τη διάρκεια ζωής του έργου. Εξάλλου, η διάρκεια ζωής μιας επέμβασης σ' ένα ενεργειακό σύστημα συνήθως εκτείνεται σε αρκετά έτη. Επομένως, είναι σημαντικό να συγκρίνονται με σωστό τρόπο τα έξοδα και τα οφέλη των διαφόρων χρηματικών ποσών κατά τη διάρκεια της ζωής του έργου, αφού ένα ορισμένο ποσόν χρημάτων στην αρχή του έτους έχει μικρότερη αξία στο τέλος του ίδιου έτους και ακόμα μικρότερη αγοραστική δύναμη μετά το πέρας δύο ετών. Για την εκτίμηση της οικονομικής απόδοσης των έργων ενεργειακών επεμβάσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν αρκετά εργαλεία αξιολόγησης. Η βασική αρχή όλων αυτών των εργαλείων πρέπει να στηρίζεται στη σύγκριση μεταξύ των εναλλακτικών λύσεων και των καθαρών προσόδων καθ' όλη την διάρκεια του έργου. Σελίδα 28 από 154

41 1.6 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εφόσον προβλέπεται στους όρους της επιθεώρησης, ο ενεργειακός επιθεωρητής καταστρώνει ένα πρόγραμμα δράσης για την έγκαιρη υλοποίηση των προτεινόμενων μέτρων, με βάση τις αρχές του χρονικού προγραμματισμού. Ο σχεδιασμός γίνεται κατά φάση υλοποίησης και περιλαμβάνει: τους στόχους και τα μέτρα προς υλοποίηση της κάθε φάσης, το χρονοδιάγραμμα της κάθε φάσης, την απαιτούμενη οργάνωση και τον προϋπολογισμό των δαπανών υλοποίησης, την οριοθέτηση του τρόπου παρακολούθησης των εργασιών, την οριοθέτηση της μεθοδολογίας παρακολούθησης / μέτρησης ή αξιολόγησης των αποτελεσμάτων της κάθε φάσης. Κατά τον καθορισμό των ενεργειακών στόχων της κάθε φάσης, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η εξοικονόμηση ενέργειας η οποία αναμένεται να επέλθει από την προηγούμενη φάση υλοποίησης. Κατά συνέπεια, οι στόχοι της κάθε φάσης θα πρέπει να τίθενται αναφορικά με την αντικειμενική κατανάλωση της προηγούμενης φάσης, και όχι την αρχική κατάσταση. Σύνηθες κριτήριο οριοθέτησης των στόχων είναι ότι η κάθε φάση πρέπει να διασφαλίζει σημαντικά οφέλη προς την επιχείρηση, τα οποία να δικαιολογούν αφενός την δαπάνη υλοποίησης της δαπάνης, αφετέρου τη συνέχιση του προγράμματος εξοικονόμησης ενέργειας. Τέλος, για το σχεδιασμό του προγράμματος δράσης θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη: α) η ιεράρχηση των μέτρων, όπως αυτή προκύπτει από την επιθεώρηση, β) η συνεργασία των μέτρων μεταξύ τους, καθώς και με άλλους στόχους της επιχείρησης, γ) το επίπεδο οργάνωσης και οι τεχνικές δυνατότητες της επιχείρησης να υλοποιήσει κάθε προτεινόμενο μέτρο ή ομάδα μέτρων, Σελίδα 29 από 154

42 δ)οι οικονομικές δυνατότητες της επιχείρησης για την αυτοχρηματοδότηση επενδύσεων εξοικονόμησης ενέργειας, έναντι άλλων προτεραιοτήτων αυτής Σελίδα 30 από 154

43 2 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 2 : ΕΞΟΙΚΟΝΌΜΗΣΗ ΕΝΈΓΕΙΑΣ ΜΈΣΩ ΘΕΡΜΟΜΌΝΩΣΗΣ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο και σημασία της θερμομόνωσης Με την πρόβλεψη θερμομόνωσης στις κτιριακές κατασκευές παίρνονται τα κατάλληλα μέτρα για την παρεμπόδιση της διαφυγής της θερμικής ενέργειας από ένα χώρο προς την ατμόσφαιρα ή ένα άλλο, ψυχρότερο γειτονικό χώρο Υπό συνθήκες οικονομικά προσιτές, μια καλή θερμική μόνωση πρέπει να εξασφαλίζει: Την υγιεινή, άνετη κι ευχάριστη διαβίωση, χωρίς να διαταράσσεται το θερμικό ισοζύγιο του ανθρώπινου σώματος και να προκαλούνται σοβαρές θερμικές αλληλοεπιδράσεις κρύου ή ζέστης ανάμεσα σ' αυτό και στο χώρο που το περιβάλλει. Το θερμικό ισοζύγιο είναι αυτό που κυρίως καθορίζει το αίσθημα άνεσης του ανθρώπινου οργανισμού. Την οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας, με τον περιορισμό των θερμικών απωλειών των εσωτερικών χώρων. Τον περιορισμό του αρχικού κόστους κατασκευής της εγκατάστασης του συστήματος κεντρικής θέρμανσης ή κλιματισμού. Την αποφυγή των προβλημάτων που μπορεί να προκαλέσουν οι αυξομειώσεις της θερμοκρασίας, όπως είναι η διάρρηξη των σωληνώσεων του νερού από τον παγετό, η αποκόλληση κατασκευών από την επίδραση των υδρατμών κ.λπ. Την ταυτόχρονη προστασία από τους θορύβους, αφού τα περισσότερα από τα θερμομονωτικά υλικά είναι και ηχομονωτικά. Έτσι μία μελέτη θερμομόνωσης θεωρείται απόλυτα σωστή όταν η θερμική και ηχητική μόνωση συνδυάζονται σε μία και μόνη κατασκευή. Τη βελτίωση της προστασίας του περιβάλλοντος γενικότερα, αφού ελαττώνοντας την ποσότητα των εκλυόμενων καυσαερίων μειώνεται αντίστοιχα, η ρύπανση της ατμόσφαιρας. Σελίδα 31 από 154

44 2.1.2 Οι θερμικές απώλειες και η προέλευσή τους Θερμικές απώλειες προκαλούνται σε ένα κτίριο από τη μετάδοση της θερμότητας του αέρα ενός εσωτερικού χώρου προς την ατμόσφαιρα ή προς ψυχρότερους γειτονικούς χώρους ή/και αντίστροφα. Είναι γνωστό ότι, ανάμεσα σε δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες, προκαλείται μια συνεχής ροή θερμότητας από το θερμότερο προς το ψυχρότερο. Έτσι, οι θερμικές απώλειες δεν νοούνται μόνο για την απώλεια της ζέστης ενός χώρου το χειμώνα αλλά και της δροσιάς το καλοκαίρι, όταν ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι θερμότερος. Αυτή η ροή θερμότητας είναι αδύνατο να εμποδιστεί τελείως και μπορεί, μόνο, να περιοριστεί ως προς την ένταση και τη διάρκεια της. Αυτό είναι κατορθωτό μόνο όταν υπάρχει έλεγχος των θερμικών απωλειών. Η μείωση των θερμικών απωλειών των εσωτερικών χώρων ενός κτιρίου, έχει ως συνέπεια τη μείωση της κατανάλωσης των καυσίμων που τροφοδοτούν τα διάφορα τεχνητά συστήματα θέρμανσης-ψύξης. Η μείωση αυτή μπορεί να είναι σημαντική, αρκεί η θερμομόνωση να εφαρμόζεται με βάση μια σωστή μελέτη και τις ακριβείς προδιαγραφές που καθορίζουν τις ιδιότητες και τον τρόπο σύνθεσης των υλικών κατασκευής της. 2.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ Βασικές έννοιες Θερμομόνωση κτιρίου ή κατασκευής: Με τη θερμομόνωση κτιρίου ή κατασκευής επιδιώκεται να μειωθεί η ταχύτητα ανταλλαγής θερμότητας μέσα από τα τοιχώματα που χωρίζουν περιοχές ή χώρους διαφορετικής θερμοκρασίας. Η θερμομόνωση συνίσταται από ένα σύνολο κατασκευαστικών στοιχείων (υλικών, μελετών, διαδικασιών και μεθόδων κατασκευής) και συνδέεται άμεσα με το κόστος κατασκευής και λειτουργίας των κτιρίων, τμημάτων θερμικών μηχανών και πολλών βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Σελίδα 32 από 154

45 Μετάδοση θερμότητας με αγωγή: Αυτή βασίζεται στην ιδιότητα των μορίων των υλικών σωμάτων να προσλαμβάνουν θερμότητα από γειτονικά μόρια υψηλότερης θερμοκρασίας και να μεταδίδουν τη θερμότητά τους σε γειτονικά μόρια χαμηλότερης θερμοκρασίας Μετάδοση θερμότητας με μεταφορά: Αυτή βασίζεται στη δυνατότητα μεταβίβασης της θερμότητας σε υγρά ή αέρια σώματα μέσω της μετακίνησης των θερμών μορίων. Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία: Αυτή συμβαίνει μεταξύ στερεών σωμάτων που διαχωρίζονται από αέρα και μεταδίδεται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ειδική θερμότητα (c): Έτσι ονομάζεται η ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για να υψωθεί η θερμοκρασία της μονάδας μάζας ενός υλικού κατά 1 o C. Οι μονάδες της ειδικής θερμότητας είναι το 1 kcal/kg o C ή 1 Wh/kg K. Θερμοχωρητικότητα (Q): Έτσι ονομάζεται η ικανότητα ενός κατασκευαστικού στοιχείου να αποθηκεύει, κατά τη θέρμανσή του, ποσότητες θερμότητας. Η θερμοχωρητικότητα υπολογίζεται από τη σχέση: Q=m cat, όπου m είναι η μάζα του στοιχείου, c η ειδική θερμότητά του και ΔΤ η διαφορά θερμοκρασίας, ενώ μετράται σε kcal. Συντελεστής θερμοχωρητικότητας (W): Εκφράζει την ποσότητα της ενέργειας που αποθηκεύεται σε 1 m 2 στοιχείου κατασκευής, όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του στοιχείου και του αέρα που το περιβάλλει είναι 1 o C. Οι μονάδες του συντελεστή αυτού είναι τα: kcal/m 2 o C. Χιλιοθερμίδα ορίζεται η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για να ανέβει η θερμοκρασία 1 λπ-pou νερού κατά 1 0 C, ειδικότερα από τους 14.5 o C στους 15.5 o C. Επίσης, προκειμένου να συσχετισθεί η Χιλιοθερμίδα με τα μεγέθη του Διεθνούς Συστήματος (S.I.), ισχύει ότι: 1kcal = J ή 1kcal = Wh Σελίδα 33 από 154

46 Θερμογέφυρα: Είναι το τμήμα ενός κατασκευαστικού στοιχείου του οποίου η ποιότητα θερμομόνωσης είναι σημαντικά κατώτερη από τη μέση τιμή θερμομόνωσης του συνόλου του στοιχείου. Υγρασία: Είναι η περιεκτικότητα (κατά βάρος ή στα % μέρη) μιας ουσίας σε νερό. Ειδικά για τον αέρα, υγρασία είναι η περιεκτικότητά του σε νερό με τη μορφή υδρατμών. Αυτή εξαρτάται από τη δυνατότητα απόληψης ποσοτήτων νερού (ελεύθερες επιφάνειες νερού ή υγρά σώματα στο χώρο, και εκτεθειμένα σε ρεύματα αέρα, ανθρώπινες εκπνοές και ιδρώτας) από τον αέρα, από τη θερμοκρασία και την πίεση του αέρα, καθώς και από την επιφανειακή θερμοκρασία των τοιχωμάτων ή άλλων αντικειμένων στο χώρο). Σημείο δρόσου (ts): Είναι η θερμοκρασία στην οποία αρχίζει η υγροποίηση του υδρατμού του αέρα όταν αυτός ψύχεται (σε 0). Απόλυτη υγρασία (w): Είναι η ποσότητα υδρατμών (σε gr) που περιέχεται στη μονάδα όγκου του αέρα και, συνήθως, μετράται σε gr/m 3. Σημείο κορεσμού ή μέγιστη υγρασία (w s ): Είναι η μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει 1 m 3 αέρα, σε ορισμένη θερμοκρασία του συστήματος αέρας - χώρος και σε δεδομένη πίεση (ατμοσφαιρική). Το σημείο κορεσμού εκφράζεται συνήθως σε gr/m 3. Σχετική υγρασία του αέρα (φ): Ο λόγος της περιεκτικότητας υδρατμού στον αέρα σε καθορισμένη θερμοκρασία προς τη μέγιστη δυνατή περιεκτικότητα υδρατμού στη θερμοκρασία αυτή, επί τοις εκατό. Δηλαδή: φ = w(gr/m 3 )/ws(gr/m 3 )i00% ή φ = P/Ps 100% (οι ορισμοί των Ρ και Ps δίνονται στη συνέχεια). Μερική πίεση υδρατμών (P): Είναι η πίεση που προκαλείται από τα μόρια του υδρατμού που βρίσκονται μέσα σε αέρια μάζα και είναι ανάλογη της ποσότητας των υδρατμών που περιέχονται στη μονάδα όγκου του αέρα. Σελίδα 34 από 154

47 Μερική πίεση κορεσμένων υδρατμών (Ps): Είναι η πίεση των υδρατμών στο σημείο κορεσμού. Αυτή εξαρτάται από την πίεση και τη θερμοκρασία του αέρα. Στις πιέσεις περιβάλλοντος, με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει ευθέως ανάλογα και η πίεση κορεσμένων υδρατμών. Διάχυση υδρατμών: Έτσι χαρακτηρίζεται η διείσδυση των υδρατμών στο εσωτερικό ενός υλικού, μιας ουσίας ή ενός δομικού ή άλλου στοιχείου, λόγω της ανάπτυξης διαφορετικών πιέσεων ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του υλικού, του χώρου ή μεταξύ των δύο πλευρών ενός τοιχώματος. Φράγμα υδρατμών: Αυτό είναι λεπτό στρώμα υλικού μεγάλης αντίστασης υδατοδιαφυγής (π.χ. φύλλο αλουμινίου, PV0, πισσόχαρτου, γυαλιού, στρώμα πλαστικού χρώματος κ.ά.) που τοποθετείται στη θερμότερη πλευρά των χώρων αυξημένης υγρασίας για να εμποδίζει τους υδρατμούς να εισχωρήσουν και να ψυχθούν στο εσωτερικό του δομικού στοιχείου ή του τοιχώματος. Σελίδα 35 από 154

48 Σελίδα 36 από 154

49 Σχήμα 2.1. Σχηματική απεικόνιση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας και της μεταβολής του σε σχέση με την πυκνότητά του υλικού Σελίδα 37 από 154

50 2.2.2 Οι βασικές αρχές Οι βασικές αρχές της θερμομόνωσης, από τις οποίες εξαρτάται η μελέτη και η σωστή εφαρμογή της σε ένα κτιριακό έργο, είναι: α. Η θερμομονωτική ικανότητα, δηλαδή η αντίσταση θερμοδιαφυγής (1/Λ) των στοιχείων κατασκευής. Αυτή εξαρτάται από τις ιδιότητες των βασικών υλικών που συνθέτουν μια κατασκευή θερμομόνωσης, δηλαδή: τη θερμική τους αγωγιμότητα (συντελεστής λ), την περιεκτικότητά τους σε υγρασία και το πάχος τους β. Ο βαθμός διαπερατότητας του αέρα των στοιχείων κατασκευής, που εξαρτάται από: Το είδος της κατασκευής που διαμορφώνει το περίβλημα ενός χώρου. Την επιφάνεια των κουφωμάτων και τον τρόπο συναρμογής τους. Μεγάλες ποσότητες θερμότητας χάνονται από τις πόρτες και τα παράθυρα μιας όψης, ανάλογα με το μέγεθος των υαλοπινάκων και τον τρόπο κατασκευής τους. γ. Η θερμοχωρητικότητα (Q) των στοιχείων της κατασκευής, που συμβάλλει στον περιορισμό της ταχύτητας μεταβολής της αρχικής κατάστασης της θερμοκρασίας. Ανάλογα με τη θέση της μόνωσης (στην εξωτερική ή εσωτερική επιφάνεια) οι τοίχοι και οι οροφές ενεργούν ως: Συσσωρευτές θερμότητας, όταν η θερμική μόνωση τοποθετείται στην εξωτερική τους επιφάνεια. Στην περίπτωση αυτή, συσσωρεύουν επί ένα μεγάλο χρονικό διάστημα τη θερμότητα, για να την αποβάλλουν και πάλι με ακτινοβολίαι Φράγμα προστασίας, όταν η θερμική μόνωση τοποθετείται στην εσωτερική τους επιφάνεια, στις περιπτώσεις που δεν ενδιαφέρει η διάρκεια αποθέρμανσης ή απόψυξης των χώρων (θέατρα, εκκλησίες κ.λπ.) αλλά, αντίθετα η προστασία των κατασκευών από τη θερμότητα ή την ψύξη που αναπτύσσεται μέσα στους χώρους αυτούς. Σελίδα 38 από 154

51 δ. Οι τιμές των συντελεστών θερμικής αγωγιμότητας και αντίστασης θερμοδιαφυγής των διαφόρων υλικών που συγκροτούν μια κατασκευή. Οι τιμές αυτές είναι παγκόσμια αποδεκτές (βλ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α, Πίκακας 1), όπως τις έχει καθορίσει ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO), και αφορούν: τη θερμική αγωγιμότητα (λ) των πιο συνηθισμένων οικοδομικών υλικών και την αντίσταση θερμοδιαφυγής (1/Λ) των στρωμάτων αέρος, ανάλογα με το πάχος τους. ε. Οι απαιτήσεις θερμομόνωσης που επιβάλλει ο Κανονισμός Θερμομόνωσης. Αυτές αφορούν τον καθορισμό: των ελάχιστων θερμοκρασιών χώρων, για τις οποίες εξασφαλίζονται άνετες συνθήκες διαβίωσης μέσα στους χώρους ενός κτιρίου, ανάλογα με τη χρήση τους (βλ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α, Πίκακας 2), των ορίων θερμικών απωλειών των στοιχείων κατασκευής, ώστε ο τελικός συντελεστής θερμοπερατότητας (km) να μην ξεπερνά ορισμένες τιμές (βλ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α, Πίκακας 3), των ορίων των θερμικών απωλειών κτιρίων, ώστε ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας (km) να μην ξεπερνά τις τιμές που καθορίζει ο Κανονισμός, ανάλογα με τις ζώνες (α, Β και Γ) θερμομονωτικών απαιτήσεων στις οποίες έχει διαιρεθεί η χώρα μας (βλ. Κεφάλαιο 4 και ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α, Πίκακας 4) και της οικονομικά βέλτιστης θερμομόνωσης, ώστε να μειώνονται σημαντικά οι δαπάνες θέρμανσης, αλλά και να αποφεύγονται άσκοπες δαπάνες υπερβολικής θερμικής προστασίας. 2.3 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ - ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ Θερμομονωτικά Υλικά Τα θερμομονωτικά υλικά οφείλουν τη μονωτική τους ιδιότητα, κατά κύριο λόγο, στην ύπαρξη σε αυτά μεγάλου αριθμού πολύ μικρών πόρων Σελίδα 39 από 154

52 (κυψελίδων) που περιέχουν παγιδευμένο αέρα. Ο ακίνητος αέρας παρουσιάζει τη μικρότερη γνωστή τιμή θερμικής αγωγιμότητας (λ=0.02 kcal/hm o C). H παρουσία σημαντικού αριθμού κυψελίδων αέρα στο εσωτερικό ενός υλικού έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση μικρού φαινομένου βάρους, που είναι ένα δεύτερο κοινό χαρακτηριστικό των θερμομονωτικών υλικών. Οι θερμομονωτικές ιδιότητες ενός υλικού επηρεάζονται από τη θερμοκρασία και την υγρασία. Το θέμα της αντοχής τους σε φορτία, ειδικά, πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη στην περίπτωση που το θερμομονωτικό δομικό υλικό ανήκει στα φέροντα στοιχεία της οικοδομής (π.χ. θερμομονωτικά τούβλα). Τα μονωτικά υλικά χαρακτηρίζονται ως: Ανόργανα ή οργανικά ανάλογα με την προέλευση και τη σύστασή τους. Φυσικής προέλευσης ή τεχνητά, ανάλογα με το βαθμό επεξεργασίας που υφίστανται πριν διατεθούν στην κατανάλωση Ανοικτών ή κλειστών κυψελών ή πόρων αέρα. Μεγάλου ή μικρού φαινομένου βάρους, δηλ. διακρίνονται σε βαριά (π.χ. ελαφρό σκυρόδεμα φαινομένου ειδικού βάρους από 400 μέχρι 800 kg/m 3 ) και σε ελαφρά (π.χ. υαλοβάμβακας φαινομένου ειδικού βάρους 120 kg/m 3 ). Τα θερμομονωτικά υλικά, ανάλογα με την ανόργανη ή οργανική προέλευσή τους και την επεξεργασία που υφίστανται πριν από τη χρήση τους, διαχωρίζονται κατά τον τρόπο που φαίνεται στον ακόλουθο Πίνακα (Πίνακας 2 2). Σελίδα 40 από 154

53 Πίνακας 2.2. Διαχωρισμός των θερμομονωτικών υλικών ανάλογα με την προέλευση και την επεξεργασία που υφίστανται Τύποι Θερμομονωτικών Υλικά Υλικών Ανόργανα φυσικά Αμίαντος, κίσσηρης Ανόργανα τεχνητά Βερμικουλίτης, υαλοβάμβακας, σκωριόμαλλο, περλίτης, κυψελοειδές γυαλί, μονωτικά τούβλα, ορυκτοβάμβακας Οργανικά φυσικά Φυσικός φελλός, πλάκες τύρφης, καλάμια, πλάκες αχύρου, γιούτα Οργανικά τεχνητά Επεξεργασμένος φελλός, διογκωμένος φελλός, ξυλόμαλλο, καουτσούκ, συνθετικά πλαστικά, πολυουρεθάνη, πολυστερίνη, PVC, φαινολικά μονωτικά Σκυροδέματα φυσικά Κισσηρόδεμα, σκωριόδεμα, αμιαντοσκυρόδεμα Σκυροδέματα τεχνητά Αερομπετόν, κυψελομπετόν Θερμομόνωση των δομικών στοιχείων - Κατασκευαστικές λύσεις Πριν καταφύγει κανείς σε οποιεσδήποτε βοηθητικές οικοδομικές κατασκευές για τον έλεγχο των θερμικών απωλειών πρέπει, κατά το σχεδιασμό, να έχει υπόψη του τους βασικότερους παράγοντες που τις προκαλούν κυρίως. Τέτοιοι παράγοντες είναι: Ο προσανατολισμός και η θέση του κτιρίου μέσα στον περιβάλλοντα χώρο. Έτσι όσο περισσότερο εκτεθειμένο είναι ένα κτίριο στους ανέμους τόσο μεγαλύτερες απώλειες θερμότητας εμφανίζει. Το μέγεθος των επιφανειών του εξωτερικού περιβλήματος, του φλοιού δηλαδή του κτιρίου. Το πόσο εκτεθειμένοι στο ύπαιθρο είναι οι διάφοροι χώροι του κτιρίου. Σελίδα 41 από 154

54 Τα εξωτερικά κουφώματα, τα οποία, ανάλογα με το μέγεθος, τον αριθμό και τη θέση τους στις όψεις ενός κτιρίου, επηρεάζουν τη ροή της θερμότητας. Η κατασκευή της θερμομόνωσης ενός κτιριακού έργου πρέπει να εκτελείται με ορισμένες προϋποθέσεις που τις καθορίζουν: η μελέτη θερμομόνωσης, η θέση της επιφάνειας που πρόκειται να προστατευτεί και η θέση της μονωτικής στρώσης μέσα στο σύνθετο δομικό στοιχείο (εσωτερικά ή εξωτερικά). Το θέμα της θερμομόνωσης, όμως, δεν πρέπει να εξετάζεται ανεξάρτητα από αυτό της υγροπροστασίας. Στο παρακάτω σχήμα (Σχήμα 2) παρουσιάζονται οι κυριότερες επιδράσεις στις οποίες υπόκειται ένα πλευρικό τοίχωμα στο εξωτερικό και το εσωτερικό ενός κτιρίου. Στα σχήματα του Παραρτήματος Β παρουσιάζονται ενδεικτικά σχηματικά ή φωτογραφικά ορισμένες κατασκευαστικές λύσεις (διαδοχή στρώσεων και υλικών) θερμομόνωσης δομικών στοιχείων. Σελίδα 42 από 154

55 Σχήμα 2.2. Οι επιδράσεις που δέχεται ένα πλευρικό τοίχωμα εσωτερικά και εξωτερικά Σελίδα 43 από 154

56 2.4 ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ Επίλυση του προβλήματος της θερμομόνωσης Ο στόχος της θερμομόνωσης των κτιρίων είναι: -η εξοικονόμηση ενέργειας, -η δημιουργία της θερμοκρασίας που εξασφαλίζει θερμική άνεση, -η αποφυγή μεγάλων θερμικών συστολών και διαστολών των δομικών στοιχείων και -η αποφυγή συμπύκνωσης υδρατμών μέσα στο δομικό στοιχείο. Για την επίτευξη της βέλτιστης δυνατής θερμομόνωσης ακολουθούνται οι εξής διαδικασίες: Προσδιορισμός και αξιολόγηση της θερμικής συμπεριφοράς του δομικού στοιχείου, δηλαδή: -των 1/Λ και k των δομικών στοιχείων, του km(w+f) της εξωτερικής επιφάνειας ορόφου και του k m της συνολικής εξωτερικής επιφάνειας του κτιρίου, -των θερμικών απωλειών Q ενός δομικού στοιχείου, της θερμοκρασίας των διαδοχικών στρώσεων (σε περίπτωση σύνθετου στοιχείου), -της θερμοκρασίας της εσωτερικής επιφάνειας, προκειμένου να αξιολογηθεί ο βαθμός θερμομόνωσης και άνεσης, και των αλλαγών που προκαλούνται στο μήκος, λόγω των θερμοκρασιακών αλλαγών. Προσδιορισμός και αξιολόγηση της συμπεριφοράς του δομικού στοιχείου κατά την ύπαρξη υδρατμών από τους εσωτερικούς χώρους, δηλαδή: -προσδιορισμός και αξιολόγηση της επιφανειακής συμπύκνωσης (δρόσος) και -εκτίμηση της πιθανότητας συμπύκνωσης υδρατμών στον πυρήνα του δομικού στοιχείου και των αποδεχόμενων ορίων της. Σελίδα 44 από 154

57 2.4.2 Προσδιορισμός της θερμικής συμπεριφοράς δομικού στοιχείου H θερμοδιαφυγή Λ (βλ. Πίνακα 1) μέσα από ένα δομικό στοιχείο εκτιμάται ως εξής:λ^/d (1) όπου λ είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας και d το πάχος του υλικού σε μέτρα. Αντίστοιχα, η αντίσταση θερμοδιαφυγής R υπολογίζεται ως:r=1/a = d/λ (2) Για τον υπολογισμό του συντελεστή θερμοπερατότητας k, λαμβάνονται υπόψιν και οι αντιστάσεις της θερμικής μετάβασης 1/aa και 1/αί της εξωτερικής και εσωτερικής επιφάνειας του δομικού στοιχείου, αντίστοιχα, δηλαδή:k = (1/ai+ 1/Λ + 1/aa) -1 (3) όπου: aa: Η αντίσταση θερμικής μετάβασης της εξωτερικής επιφάνειας. αμ Η αντίσταση θερμικής μετάβασης της εσωτερικής επιφάνειας. Τέλος, για τον υπολογισμό της αντίστασης θερμοπερατότητας 1/k, η προηγούμενη σχέση γράφεται: 1/k = 1/ai + 1/Λ + 1/aa ή Ro = Ri + Ir + Ra (3.α) όπου: Ro = 1/k, 1/ai = Ri, 1/aa = Ra και Ir = d^1 + d2/λ2 + + dn/an, όταν υπάρχουν παραπάνω από μία στρώσεις υλικών 1,2 n. Η αντίσταση θερμοπερατότητας (1/k) χρησιμοποιείται προκειμένου να καθοριστεί η διαδρομή της θερμότητας μέσα στο δομικό στοιχείο. Στην περίπτωση ύπαρξης μικτών δομικών στοιχείων, χρησιμοποιείται ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας km = (F1k + F2k Fnkn )/ F ouvoa (4) όπου F και k, αντίστοιχα, υποδηλώνουν την επιφάνεια και το συντελεστή θερμοπερατότητας των διαφορετικών δομικών στοιχείων. Η επιφάνεια του κτιριακού περιβλήματος, από όπου προκαλούνται συνήθως οι θερμικές ανταλλαγές, είναι: F=Fw + Ff + Fd + Fg + Fdl (5) όπου: Fw: Επιφάνεια εξωτερικών τοιχωμάτων. Σελίδα 45 από 154

58 Ff: Επιφάνεια ανοιγμάτων (παράθυρα, πόρτες, μπαλκονόπορτες). Fd: Επιφάνεια οροφής που διαχωρίζει χώρους διαμονής προς τα πάνω από την εξωτερική ατμόσφαιρα - θερμομονωμένη στέγη ή επιφάνεια οροφής κάτω από μη θερμομονωμένη στέγη. Fg: Επιφάνεια δαπέδου, εάν δεν συνορεύει με τον εξωτερικό αέρα (εάν πρόκειται για μη κατοικημένο υπόγειο, όπου ως Fg θεωρείται η επιφάνεια οροφής του υπογείου). Fdi_: Επιφάνεια οροφής που διαχωρίζει χώρους διαμονής προς τα κάτω από τον εξωτερικό αέρα (δάπεδο πάνω από πιλοτές). Για να υπολογιστεί ο συντελεστής θερμοπερατότητας μόνο για την εξωτερική τοιχοποιία ενός ορόφου χρησιμοποιείται η σχέση: km(w+f) = (kwwfw + kpff )/(Fw + Ff) (6) όπου, σύμφωνα με τον ισχύοντα κανονισμό θερμομόνωσης (ΠΔ362/79), πρέπει km(w+f) 1.6. Ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας για όλο το εξωτερικό κτιριακό περίβλημα, υπολογίζεται ως εξής: km = (kwfw + kpff ko Fd ke Fg + kolfol )/F (7) όπου οι διάφορες επιφάνειες Fw, Ff, Fd, Fg, Fdl καθορίστηκαν προηγούμενα και (8) kw, kf, ko, kol, ke είναι oi αντίστοιχοι συντελεστές θερμοπερατότητας. Ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας km εκτιμάται από τις απώλειες θερμότητας Q T σε kcal/h ή w ανά 1 m 2 της εξωτερικής επιφανείας του κτιρίου και ανά βαθμό διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του εσωτερικού και εξωτερικού αέρα (βλ. Πίνακα 1): k m = Q T / FAT Η μέγιστη τιμή του συντελεστή km καθορίζεται κάθε φορά σε σχέση με την κλιματική ζώνη και τη μορφή του κτιρίου, η οποία εκφράζεται από το λόγο F/V, όπου F η συνολική επιφάνεια περιβλήματος και V ο όγκος του κτιρίου. Στην περίπτωση σύνθετου δομικού στοιχείου, μπορεί να υπολογιστεί και η μέση τιμή της θερμοδιαφυγής του Am, ως εξής: Am = αϊ Λι + α2 Λ α η Λ η (9) όπου αι+α2+.. +α η είναι η εκατοστιαία αναλογία συμμετοχής των διαφορετικών Σελίδα 46 από 154

59 κατασκευαστικών στοιχείων στη συνολική διατομή του δομικού στοιχείου, δηλαδή: αι+α2+ + α η = 100% Απαιτητή θερμομόνωση κτιρίων Επιθυμητή θερμοκρασία χώρων και θερμικές ζώνες της Ελλάδας Η απαιτούμενη για την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής άνεσης θερμοκρασία των διάφορων χώρων παρουσιάζεται στον Πίνακα 3 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α. Οι θερμοκρασίες ειδικών κατηγοριών κτιρίων (θεάτρων, εργοστασίων, νοσοκομείων, εκκλησιών κ.λπ.) καθορίζονται μετά από μελέτη των ειδικών συνθηκών και απαιτήσεων κατά περίπτωση. Από την άλλη, η Ελλάδα παρουσιάζει μια ποικιλία κλίματος και αυτός είναι ο λόγος που, σύμφωνα με το Κανονισμό θερμομόνωσης, χωρίζεται σε τρεις κλιματικές ζώνες (βλέπε χάρτη στο Σχήμα 2.3). Η ζώνη Α χαρακτηρίζεται από ήπιο κλίμα και τα κτίρια που βρίσκονται σε αυτήν έχουν μεγαλύτερες ανάγκες σε ψύξη και λιγότερες σε θέρμανση. Τα κτίρια της ζώνης Β έχουν περίπου ίδιες ανάγκες σε ψύξη και θέρμανση, ενώ της κτίρια της ζώνης Γ έχουν πολύ μικρές ανάγκες σε ψύξη και πολύ μεγάλες σε θέρμανση. Σχήμα 2.3. Οι κλιματικές ζώνες της Ελλάδος Σελίδα 47 από 154

60 Κατά το σχεδιασμό της θερμομόνωσης ενός κτιρίου θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο η κλιματική ζώνη στην οποία ανήκει, αλλά και το τοπικό κλίμα, το οποίο διαφοροποιείται ανάλογα με την τοποθεσία. Εξάλλου, οι κλιματικές ζώνες της Ελλάδας αναμένεται να αναμορφωθούν σύντομα, προκειμένου να ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα νεώτερων μελετών Παραδοχές θερμοκρασιών χώρων στους υπολογισμούς των απωλειών Στο συνεχές σύστημα δόμησης και σε όσα τμήματα κτιρίων βρίσκονται σε επαφή, σαν θερμοκρασία του γειτονικού κτιρίου, εφόσον αυτό, θερμαίνεται με κεντρική θέρμανση, λαμβάνεται η θερμοκρασία των 15 C, ενώ όταν αυτό δε θερμαίνεται, για τη ζώνη Α θεωρούνται ως θερμοκρασία οι +10 C, για τη ζώνη Β οι +7 C και για τη ζώνη Γ οι +3 C. Ως χώροι που δεν θερμαίνονται θεωρούνται χώροι που η θερμοκρασία τους δεν ανταποκρίνεται στις τιμές του πίνακα 2 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α Καθορισμός ορίων θερμικών απωλειών δομικών στοιχείων και κτιρίων Τα μέγιστα όρια των θερμικών απωλειών στα δομικά στοιχεία, εκφρασμένα με το συντελεστή θερμοπερατότητάς τους, παρουσιάζονται στον Πίνακα 3 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α. Αυτοί είναι: Ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας km(w+f) της εξωτερικής επιφάνειας του κτιρίου ανά όροφο, που δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερος του 1.6 kcal /m 2 h 0 C. Ο μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας ολόκληρης της εξωτερικής επιφάνειας του κτιρίου km, που πρέπει να κυμαίνεται στα όρια του Πίνακα 4 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α, ανάλογα με την κλιματική ζώνη που βρίσκεται το κτίριο. Ο έλεγχος του αν σε ένα κτίριο εκπληρώνονται οι απαιτήσεις θερμομόνωσης, γίνεται με τους συντελεστές θερμοπερατότητας k, k m ( w + F), Σελίδα 48 από 154

61 k m που προαναφέρθηκαν, και με χρήση των σχέσεων (1) έως (9) αυτού του κεφαλαίου. Στον Πίνακα 5 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α δίνονται οι συντελεστές θερμοπερατότητας των ανοιγμάτων ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους. Το γεγονός, είναι ότι: προβλέπεται συνεχής αύξηση της κατανάλωσης και της τιμής της ενέργειας μεταγενέστερη νέα αύξηση της μόνωσης είναι δύσκολη, δαπανηρή και συχνά αδύνατη, καθώς και η επιπλέον αύξηση της μόνωσης επιβαρύνει ουσιαστικά μόνο τον παράγοντα υλικό και όχι εργασία, συμπεραίνεται ότι σωστά καθιερώθηκαν τέτοιοι συντελεστές Συμβολή της θερμομόνωσης κατά την καλοκαιρινή περίοδο Κατά τη θερινή περίοδο, η θερμική προστασία επηρεάζεται από τις ιδιότητες των εξωτερικών δομικών στοιχείων, καθώς και από το μέγεθος των παραθύρων, τη σκίαση, τις θερμικές πηγές του κτιρίου, τη θερμοχωρητικότητα των εσωτερικών τοίχων και πατωμάτων και τον εξοπλισμό των χώρων. Όλα τα παραπάνω επιδρούν στη θερμική κατάσταση όσο διαρκεί η ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι, η οικονομική επιβάρυνση για την απομάκρυνση των θερμικών κερδών είναι σημαντική, καθώς η ψύξη κοστίζει δεκάδες φορές ακριβότερα από την θέρμανση. Αντίθετα, κατά τη χειμερινή περίοδο, η επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία εξασφαλίζεται, χωρίς μεγάλες απώλειες ενέργειας, μέσω της ρύθμισης της εγκατάστασης για τη θέρμανση των χώρων και της ύπαρξης μελετημένης θερμομόνωσης. Συμπερασματικά, θα μπορούσε να ειπωθεί ότι: H αποβολή της αποθηκευμένης θερμότητας από μη μονωμένο τοίχο, για να κατέβει η θερμοκρασία του τοίχου στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, διαρκεί 4 περίπου ώρες, ενώ από μονωμένο διαρκεί μία ώρα, σε μη κλιματιζόμενες οικοδομές. Σελίδα 49 από 154

62 Στις κλιματιζόμενες οικοδομές, όπου απαιτείται η μόνωση, ο μη μονωμένος τοίχος έχει 2.5 φορές περισσότερες ψυκτικές απώλειες από το μονωμένο. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη και το κόστος της ψύξης σε σχέση με αυτό της θέρμανσης, η επιτυγχανόμενη εξοικονόμηση ενέργειας είναι σημαντική. Τέλος, μεγάλο ρόλο παίζει και η σκίαση για τον περιορισμό του ψυκτικού φορτίου που απαιτείται κατά τη θερινή περίοδο. Η σκίαση επιτυγχάνεται με μέσα όπως τέντες, ρολά, ειδικές κατασκευές, κινητές ή ακίνητες, με περσίδες ή/και δέντρα. 2.5 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ Επιλογή της κατάλληλης θερμομόνωσης Το αναγκαίο ποσό θερμότητας για τη θέρμανση του κτιρίου υπολογίζεται από το σύνολο όλων των απωλειών και καθορίζεται από: το κλίμα της περιοχής, τον προσανατολισμό του κτιρίου, την αναλογία μεταξύ όγκου και εξωτερικής κτιριακής επιφάνειας, τη θερμοπερατότητα των εξωτερικών δομικών στοιχείων, καθώς και τον τρόπο λειτουργίας και τη δυνατότητα ρύθμισης της εγκατάστασης θέρμανσης. O συντελεστής θερμοπερατότητας είναι αποφασιστικής σημασίας και παίζει σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό, ειδικά όταν η διαφορά θερμοκρασιών μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού χώρου είναι μεγάλη. Στατιστικά, αναφέρεται ότι: Το αρχικό κόστος της εγκατάστασης ενός συστήματος θέρμανσης μειώνεται με τη θερμομόνωση. Σε μια πολυκατοικία είναι δυνατή εξοικονόμηση έως 17.5%. Σε συνηθισμένες πολυκατοικίες, με μια αύξηση 3% των κτιριακών δαπανών για θερμομόνωση, επιτυγχάνεται 30% Σελίδα 50 από 154

63 εξοικονόμηση στα καύσιμα και ο χρόνος απόσβεσης της επιπλέον δαπάνης υπολογίζεται σε 4 έως 8 χρόνια. Η επιπλέον αυτή δαπάνη δεν πρέπει να είναι περισσότερο από το 5% της συνολικής και τα αποτελέσματα σε εξοικονόμηση ενέργειας είναι αξιόλογα, λαμβάνοντας υπόψη τα σημερινά οικονομικά δεδομένα,. Μελλοντική αύξηση της τιμής των καυσίμων θα έχει ως αποτέλεσμα την υποχρεωτική αύξηση της επένδυσης για θερμομόνωση. Στην περίπτωση κτιρίου που δεν είναι καλά θερμομονωμένο, τα έξοδα της θέρμανσης υπερβαίνουν τα έξοδα κατασκευής, μετά την πάροδο μερικών δεκαετιών Κριτήρια επιλογής Χρήσιμα στοιχεία για την επιλογή αποτελούν ο χρόνος απόσβεσης και το βέλτιστο πάχος του θερμομονωτικού υλικού. Για τη σύγκριση των διατιθέμενων λύσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι εκτιμήσεις: Του συνολικού οικονομικού αποτελέσματος, με παραδοχή ενός σταθερού επιτοκίου και ενός χρόνου ζωής του οικοδομικού έργου. Ο υπολογισμός γίνεται με τη μέθοδο της παρούσας αξίας, δηλαδή το ολικό οικονομικό αποτέλεσμα που προκύπτει στη διάρκεια της ζωής του κτιρίου, ανηγμένο σε σημερινή αξία. Του ετήσιου κόστους λειτουργίας-απόσβεσης του έργου, που προκύπτει εάν υπολογιστεί το τοκοχρεολύσιο της παρούσας αξίας στα προηγούμενα αποτελέσματα. Του χρόνου απόσβεσης της επένδυσης της πρόσθετης δαπάνης. Αυτός αποτελεί μια ενδιαφέρουσα ένδειξη για τον επενδυτή. Ως σημείο αναφοράς θεωρείται μια βασική κατασκευαστική λύση και ως ποσόν προς απόσβεση η επιπλέον δαπάνη πέρα από το κόστος της βασικής λύσης. Σελίδα 51 από 154

64 2.6 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΚΑΙ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Για τα κτίρια που στεγάζουν βιομηχανικές μονάδες ισχύουν όλα όσα έχουν ήδη αναφερθεί για τα κτίρια γενικά, με την προσθήκη ότι αρκετές φορές υφίστανται ειδικές τοπικές απαιτήσεις που αναγκάζουν το μελετητή-μηχανικό να αυξήσει το πάχος της θερμομόνωσης ή μπορεί να προκύψουν οικονομικοί περιορισμοί, κυρίως λόγω των μεγάλων όγκων των χώρων. Οι τελευταίοι αυτοί οικονομικοί περιορισμοί έχουν ως αποτέλεσμα την αναγκαστική αποδοχή υψηλών συντελεστών θερμοπερατότητας για τις συγκεκριμένες εφαρμογές. Στις βιομηχανικές μονώσεις το πρόβλημα της θερμομόνωσης παρουσιάζει αρκετές ιδιομορφίες και επιλύεται συνήθως με την εκλογή του οικονομικότερου πάχους μόνωσης σαν αποτέλεσμα του συνδυασμού τεχνικών απαιτήσεων και οικονομικών περιορισμών. Βασικό στοιχείο των υπολογισμών αποτελεί το ύψος των απωλειών θερμότητας στη συγκεκριμένη επιφάνεια που πρόκειται να μονωθεί. Η μόνωση στις σωληνώσεις της θερμικής εγκατάστασης ενός κτιρίου μειώνει τις απώλειες θερμότητας σ' αυτές και παρέχει ορισμένα σημαντικά πλεονεκτήματα στην ορθή λειτουργία του συστήματος θέρμανσης ή ψύξης, όπως: Εξοικονόμηση ενέργειας θέρμανσης του νερού, μειώνοντας το ρυθμό με τον οποίο χάνεται η θερμότητα του υδραυλικού συστήματος. Μείωση των πιθανοτήτων δημιουργίας παγετού από το νερό στο σύστημα του νερού τροφοδοσίας, άρα και θραύσης των σωλήνων. Μείωση της απαιτούμενης θερμικής ενέργειας για να φτάσει το νερό στην επιθυμητή θερμοκρασία, λόγω της μεγαλύτερης θερμοκρασίας, που έχει το νερό τροφοδοσίας, όταν εισέρχεται στο θερμοσίφωνα ή στο λέβητα. Σελίδα 52 από 154

65 Στις εγκαταστάσεις κλιματισμού με ψυχρό αέρα, τα δίκτυα των αγωγών τροφοδότησης των ψυκτικών στοιχείων, είτε αυτά λειτουργούν ενιαία για ψύξη και θέρμανση, είτε ανεξάρτητα μόνο για ψύξη ή μόνο για θέρμανση, πρέπει να μονώνονται κατάλληλα Η μόνωση των σωλήνων Υλικά μόνωσης σωλήνων είναι ο υαλοβάμβακας, η πολυουρεθάνη, το πυριτικό ασβέστιο, ο ορυκτοβάμβακας και το κυψελοειδές γυαλί. Στο Σχήμα 4 παρουσιάζεται μια τυπική διάταξη των στρώσεων των μονωτικών υλικών πάνω στο σωλήνα. Μόνωση σωλήνα Σχήμα 2.4. Τυπική μορφή μόνωσης σωλήνα Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2.3) δίνεται το ελάχιστο πάχος μόνωσης, ανάλογα με την ονομαστική διάμετρο του σωλήνα και το υλικό της θερμομόνωσης, όπου οι διαστάσεις είναι σε ίντσες και οι σωλήνες θεωρούνται ότι βρίσκονται ελεύθερες στον αέρα. Επίσης, στον Πίνακα 6 του ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Α δίνεται η καταλληλότητα των διαφόρων υλικών θερμομόνωσης σωλήνων, ανάλογα με την χρήση των σωλήνων και τη θερμοκρασία των ρευστών που κυκλοφορούν σε αυτούς. Σελίδα 53 από 154

66 Πίνακας 2.3. Ελάχιστο πάχος μόνωσης σωλήνων ανάλογα με το υλικό μόνωσης και την διάμετρο του σωλήνα Ονομαστική Υαλοβάμβακας Πυριτικό Υαλοβάμβακας διάμετρος ασβέστιο - για σωλήνες σωλήνα Ορυκτοβάμβακ Κυψελοειδές επιστροφής ας γυαλί συμπυκνώματος > < Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι μόνωσης των σωλήνων, με λουρίδες μονωτικού παπλώματος και με κοχύλια. Και οι δύο αυτοί τρόποι παρουσιάζουν σχετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και το κόστος τους είναι συγκρίσιμο. Τα μονωτικά παπλώματα από τα οποία κόβονται οι λουρίδες είναι τα ίδια που χρησιμοποιούνται και για την εύκαμπτη μόνωση των δομικών στοιχείων και συνήθως αποτελούνται από υαλοβάμβακα ή ορυκτοβάμβακα (Σχήμα 2.5). Σχήμα 2.5. θερμομόνωση βιομηχανικών εγκαταστάσεων με χρήση ορυκτοβάμβακα Σελίδα 54 από 154

67 Μονωτικά κοχύλια Η σωστή επιλογή της εσωτερικής διαμέτρου του κοχυλιού (Σχήμα 2.6), σε σχέση με την εξωτερική διάμετρο του σωλήνα που θα μονωθεί, έχει πολύ σημαντική επίδραση στο μονωτικό αποτέλεσμα που παρέχεται. Σχήμα 2.6. Θερμομόνωση σωλήνων από αφρώδη ελαστικά (κοχύλια) Τα μονωτικά κοχύλια από κυψελοειδές γυαλί αποτελούνται από τεμάχια ημι- κυλινδρικού σχήματος με κενό, από όπου περνά ο σωλήνας, και εξασφαλίζουν θερμομόνωση όχι μόνο στις θερμοκρασίες λειτουργίας των εγκαταστάσεων ψύξης και θέρμανσης στα κτίρια, αλλά και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (της τάξεως των -180 o C), όταν χρησιμοποιούνται άλλα ρευστά. Παρέχουν πυρασφάλεια και δεν διαβρώνονται. Έχουν φυσική αντοχή στο χρόνο, μηδενική διαπερατότητα σε υγρασία και ελάχιστη απορροφητικότητα, ενώ δεν επηρεάζονται από τα τρωκτικά και τα έντομα και έχουν χαμηλή θερμική αγωγιμότητα Μονωτικές λουρίδες Οι μονωτικές λουρίδες εφαρμόζονται συνήθως γύρω από τους σωλήνες με τύλιγμα σε σπειροειδή μορφή και αλληλοεπικάλυψη τουλάχιστον 1 cm. Το τύλιγμα πρέπει να γίνεται αρκετά σφιχτά για να μην μπορεί να εισχωρήσει αέρας μεταξύ του σωλήνα και του μονωτικού. Στην αρχή και στο τέλος της λουρίδας, αλλά και σε κανονικά ενδιάμεσα Σελίδα 55 από 154

68 διαστήματα, πρέπει να γίνεται στερέωση με κολλητική ταινία ή λεπτό σύρμα (Σχήμα 2.7). Εκεί όπου τελειώνει μια λουρίδα και αρχίζει η επόμενη, πρέπει να γίνεται αλληλοεπικάλυψη συνήθως αρκετών εκατοστών και στερέωση. Σχήμα 2.7. Εργασίες θερμομόνωσης λεβητοστασίου Η διαδικασία εφαρμογής της μόνωσης με λουρίδες είναι γενικά πιο χρονοβόρα από τη μόνωση με κοχύλια. Επίσης, παρουσιάζει κάποια δυσκολία εφαρμογής στα σημεία των σωλήνων που δεν έχουν καλή πρόσβαση, που βρίσκονται σε επαφή με τα δομικά στοιχεία ή τα διαπερνούν. Το πλεονέκτημα της ευκαμψίας του υλικού κάνει τη μέθοδο ιδιαίτερα κατάλληλη για τη μόνωση των σωλήνων γύρω από τις δικλίδες και στα σημεία που εμφανίζουν απότομες αλλαγές διεύθυνσης (Σχήμα 2.8). Σελίδα 56 από 154

69 Σχήμα 2.8. Θερμομόνωση βιομηχανικών εγκαταστάσεων από πάπλωμα και με επικάλυψη αλουμινίου Η μόνωση των δεξαμενών ψυχρού και θερμού νερού Για τη μόνωση των δεξαμενών ψυχρού νερού ή της δεξαμενής υπερχείλισης του συστήματος κεντρικής θέρμανσης υπάρχουν αρκετές επιλογές: - διαδοχικοί σάκοι πλαστικού ή πολυαιθυλενίου με μονωτικό υλικό μεταξύ τους, - φύλλα μονωτικού παπλώματος που τυλίγουν τη δεξαμενή, ή/και - μόνωση με μονωτικά πανό, εάν πρόκειται για ορθογωνική δεξαμενή (η επικάλυψη μπορεί να γίνει επιτόπια ή να είναι προκατασκευασμένη). Σελίδα 57 από 154

70 Η επάνω επιφάνεια της δεξαμενής επικαλύπτεται με ένα κομμάτι παπλώματος που προεξέχει γύρω από το κάλυμμα της δεξαμενής. Εάν η δεξαμενή δεν διαθέτει κάλυμμα και είναι ανοιχτή από πάνω, πρέπει να κατασκευαστεί ένα κάλυμμα από πολυστερίνη, μοριοσανίδα ή άλλο ελαφρό πανό, για να εμποδίζεται η είσοδος των ινών του παπλώματος μέσα στο νερό. Στους έτοιμους θερμοσίφωνες (Σχήμα 2.9), που βρίσκονται συνήθως στο πατάρι ή μέσα στο χώρο του μπάνιου και είναι συνήθως κυλινδρικοί, εκτός του μονωτικού παπλώματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και προκατασκευασμένο άκαμπτο μονωτικό περίβλημα. Σχήμα 2.9. Σχηματική τομή θερμομόνωσης θερμοσίφωνα Σελίδα 58 από 154

71 3 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 3 : ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα περισσότερα κτίρια και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, τα ηλεκτρικά συστήματα καταναλώνουν σημαντικό ποσοστό της συνολικά χρησιμοποιούμενης ενέργειας. Οι κινητήρες, ο φωτισμός και τα κλιματιστικά αποτελούν τους πιο σημαντικούς καταναλωτές ενέργειας. Στα εμπορικά κτίρια, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από τον εξοπλισμό γραφείου, π.χ. από Η/Υ και εκτυπωτές, έχει γίνει σημαντική την τελευταία δεκαετία. Στον πίνακα παρέχεται η κατανάλωση ηλεκτρισμού σε τρεις τομείς (οικιακό, εμπορικό και βιομηχανικό) για τις ΗΠΑ, τη Γαλλία και την Ελλάδα. Πίνακας Ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας ως προς τη συνολική κατανάλωση ενέργειας σε κτίρια των ΗΠΑ, της Γαλλίας και της Ελλάδας ΤΟΜΕΑΣ Η.Π.Α. ΓΑΛΛΙΑ ΕΛΛΑΔΑ Κτίρια κατοικιών 61 % 52 % 26 % Εμπορικά κτίρια 52 % 68 % 79 % Βιομηχανικές 12 % 52 % 25 % Εγκαταστάσεις Στις επόμενες παραγράφους, παρουσιάζονται μέθοδοι μείωσης της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε διάφορα συστήματα. Επίσης, όποτε απαιτείται, παρέχονται εν συντομία τα βασικά χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρικού συστήματος, για να δοθεί έμφαση στα σημαντικότερα σημεία που πρέπει να λαμβάνει υπόψη του ένας ενεργειακός επιθεωρητής όταν επιθεωρεί ένα ηλεκτρικό σύστημα. 3.2 ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ Η άεργος ισχύς πρέπει να παρέχεται από την ηλεκτρική εταιρεία, ακόμη και όταν δεν καταγράφεται από το βατόμετρο (όπως γίνεται με την Σελίδα 59 από 154

72 πραγματικά χρησιμοποιούμενη ισχύ). Το μέγεθος της άεργης ισχύος αυξάνεται καθώς ο συντελεστής ισχύος μειώνεται. Για να εξαλειφθεί η απώλεια ενέργειας λόγω της άεργης ισχύος, οι περισσότερες εταιρείες παροχής ενέργειας έχουν καθιερώσει τιμολόγια που επιβάλλουν πρόστιμα στους χρήστες με χαμηλό συντελεστή ισχύος. Επομένως, μπορεί να επέλθει σημαντική μείωση στο κόστος της παρεχόμενης ενέργειας με τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη μιας συστοιχίας πυκνωτών σε ολόκληρο το ηλεκτρικό σύστημα (σχήμα 3.2.1). Πρίν την μετατροπή Μετά την μετατροπή Σχήμα Επίδραση των πυκνωτών στο τρίγωνο ισχύος ενός ηλεκτρικού συστήματος Το μέγεθος αυτών των πυκνωτών (P C ) συνήθως μετράται σε kvar (κοινή μονάδα με την άεργο ισχύ) και μπορεί να ορισθεί, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.1, με τη βοήθεια του τριγώνου ισχύος: όπου P R συμβολίζει την πραγματική ισχύ (σε kw), ενώ P xe και Ρ*, είναι η άεργος ισχύς πριν και μετά την μετατροπή, αντίστοιχα. Η τελευταία ισότητα στην εξ. (2.1) προκύπτει με την εισαγωγή του συντελεστή ισχύος (πριν και μετά την μετατροπή). Οι υπολογισμοί του εξοικονομούμενου κόστους λόγω της βελτίωσης του συντελεστή ισχύος εξαρτώνται από το είδος του τιμολογίου αγοράς της ενέργειας. Συνήθως απαιτούνται στοιχειώδεις υπολογισμοί για την εκτίμηση της ετήσιας εξοικονόμησης στους λογαριασμούς ηλεκτρικού. Σε Σελίδα 60 από 154

73 όλα τα είδη τιμολογίων, υφίστανται τρεις επιλογές για την επιβολή προστίμου για χαμηλό συντελεστή ισχύος, οι οποίες είναι: Ζήτηση τροποποιούμενης χρέωσης: Σ' αυτήν την περίπτωση, η χρέωση της ζήτησης αυξάνεται ανάλογα με ένα κλάσμα κατά το οποίο ο συντελεστής ισχύος είναι μικρότερος από μια συγκεκριμένη τιμή. Το μέγεθος των πυκνωτών πρέπει να επιλέγεται ώστε ο συντελεστής ισχύος του συστήματος να έχει τουλάχιστον αυτή τη συγκεκριμένη τιμή. Χρέωση αέργου ισχύος: Η χρέωση για την άεργο ισχύ περιλαμβάνεται ως μέρος των λογαριασμών ηλεκτρικού. Σ' αυτή την περίπτωση, το μέγεθος των πυκνωτών πρέπει ιδανικά να εξαλείφει την άεργο ισχύ (ώστε ο συντελεστής ισχύος να είναι ίσος με τη μονάδα). Χρέωση συνολικής ισχύος: Αυτό το τιμολόγιο είναι παρόμοιο με το προηγούμενο, αλλά η χρέωση γίνεται για τη συνολική ισχύ του κτιρίου/εγκατάστασης. Πάλι, οι πυκνωτές πρέπει να διαστασιολογούνται έτσι ώστε ο συντελεστής ισχύος να είναι ίσος με τη μονάδα. 3.3 ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Αντικατάσταση με ενεργειακά αποδοτικούς κινητήρες Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ηλεκτρικών κινητήρων σε χρήση στα κτίρια και τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις: οι επαγωγικοί κινητήρες και οι σύγχρονοι κινητήρες. Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι οι συνηθέστεροι και αποτελούν το 90% της υπάρχουσας κινητήριας ισχύος. Και οι δύο αυτοί τύποι έχουν ένα ακίνητο στάτορα και ένα περιστρεφόμενο ρότορα για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική. Μια βασική διαφορά μεταξύ των δύο τύπων είναι ο τρόπος παραγωγής του μαγνητικού πεδίου του ρότορα. Στον επαγωγικό κινητήρα, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα επάγει ένα ρεύμα, συνεπώς και ένα μαγνητικό πεδίο, στην περιέλιξη του ρότορα, που συνήθως είναι τύπου κλωβού. Σελίδα 61 από 154

74 Επειδή το μαγνητικό πεδίο επάγεται, ο ρότορας δεν μπορεί να περιστραφεί όπως το πεδίο του στάτορα (εάν γινόταν αυτό δεν θα μπορούσε να επάγεται ρεύμα στο ρότορα, διότι τότε το μαγνητικό πεδίο του στάτορα παραμένει αμετάβλητο σε σχέση με το ρότορα). Η διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του ρότορα και της περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα ονομάζεται ολίσθηση. Στο σύγχρονο κινητήρα, το πεδίο του ρότορα παράγεται με την εφαρμογή συνεχούς ρεύματος στην περιέλιξη του ρότορα. Επομένως, ο ρότορας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και έτσι τα μαγνητικά πεδία του ρότορα και του στάτορα είναι σύγχρονα στην ταχύτητά τους. Λόγω της κατασκευής του, ο επαγωγικός κινητήρας είναι βασικά ένα επαγωγικό φορτίο και έτσι έχει ένα συντελεστή ισχύος με υστέρηση, ενώ ο σύγχρονος κινητήρας μπορεί να εγκατασταθεί έτσι ώστε να έχει συντελεστή ισχύος με προπορεία (δηλαδή, δρα ως πυκνωτής). Επομένως, γίνεται αντιληπτό ότι ένας σύγχρονος κινητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την απόδοση μηχανικής ενέργειας όσο και για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος μιας συστοιχίας επαγωγικών κινητήρων. Αυτή η επιλογή μπορεί να είναι περισσότερο οικονομικά αποδοτική από την προσθήκη μιας συστοιχίας πυκνωτών. Μία παράμετρος σημαντική για τον χαρακτηρισμό ενός ηλεκτρικού κινητήρα υπό συνθήκες πλήρους φορτίου είναι η απόδοση μετατροπής του κινητήρα (η), δηλαδή ο λόγος της μηχανικής ισχύος προς την πραγματική ηλεκτρική ισχύ που καταναλώνεται από τον κινητήρα: η Μ = Ρ Μ / Ρ^ Λόγω των διάφορων απωλειών (τριβές, απώλειες πυρήνα λόγω εναλλαγής του μαγνητικού πεδίου και απώλειες αντίστασης της περιέλιξης), η απόδοση του κινητήρα συνήθως κυμαίνεται από 75 έως 95%, ανάλογα με το μέγεθός του. Στον παραπάνω ορισμό, P M είναι η παραγόμενη μηχανική ισχύς του κινητήρα, εκφραζόμενη σε kw ή ίππους (Hp), η οποία αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο κατά την επιλογή ενός κινητήρα. Με βάση την απόδοσή τους, οι κινητήρες μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες: συνήθους απόδοσης και Σελίδα 62 από 154

75 υψηλής/εξαιρετικής απόδοσης κινητήρες. Οι ενεργειακά αποδοτικοί κινητήρες είναι 2 έως 10 ποσοστιαίες μονάδες περισσότερο αποδοτικοί από τους συνήθους απόδοσης κινητήρες, ανάλογα με το μέγεθος. Στον πίνακα 3.2 συνοψίζονται οι μέσες αποδόσεις των συνήθους και υψηλής απόδοσης κινητήρων που είναι σήμερα διαθέσιμοι στο εμπόριο. Η βελτιωμένη απόδοση των κινητήρων υψηλής/εξαιρετικής απόδοσης οφείλεται στον καλύτερο σχεδιασμό τους με χρήση καλύτερων υλικών για τη μείωση των απωλειών, η οποία πάντως συνοδεύεται από υψηλότερη τιμή (1 0 έως 30% περίπου μεγαλύτερη από αυτή των συνήθους απόδοσης κινητήρων). Έτσι, εξηγείται μερικώς γιατί μόνον το ένα πέμπτο των κινητήρων που πωλούνται στις ΗΠΑ είναι ενεργειακά αποδοτικοί Παραγόμενη μηχανική Μέση ονομαστική Μέση ονομαστική ισχύς κινητήρα kw(hp) απόδοση για απόδοση για συνήθους απόδοσης εξαιρετικής απόδοσης κινητήρες κινητήρες 0.75 ( 1.0) (1.5) (2.0) (3.0) (5.0) (7.5) ( 10) (15) (20) (25) (30) (40) (50) (60) (75) (100) Σελίδα 63 από 154

76 93.25 (125) (150) (200) Πίνακας Τυπικές αποδόσεις κινητήρων (Hoshide, 1994) 3.4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Υπάρχουν τρεις μέθοδοι υπολογισμού του ενεργειακού οφέλους από την αντικατάσταση με κινητήρα υψηλής απόδοσης, οι οποίες περιγράφονται παρακάτω: Μέθοδος 1: Απλοποιημένη μέθοδος Η μέθοδος αυτή έχει κατά κόρον χρησιμοποιηθεί και ακόμα χρησιμοποιείται από τους περισσότερους ενεργειακούς μηχανικούς για τον καθορισμό της εξοικονόμησης ενέργειας και κόστους που προκύπτει από την αντικατάσταση ενός κινητήρα. Σ' αυτή τη μέθοδο γίνονται δύο υποθέσεις, ότι ο κινητήρας λειτουργεί υπό πλήρες φορτίο και ότι η μεταβολή στην ταχύτητά του είναι αμελητέα. Η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ισχύος που οφείλεται στην αντικατάσταση του κινητήρα υπολογίζεται ως ακολούθως: όπου PM είναι η μηχανική ισχύς εξόδου του κινητήρα, ηε είναι η απόδοση σχεδιασμού (σε πλήρες φορτίο) του υπάρχοντος κινητήρα (πριν τη μετατροπή) και ηκ είναι η απόδοση σχεδιασμού του αποδοτικού κινητήρα (μετά τη μετατροπή). Το ενεργειακό όφελος που προκύπτει από την αντικατάσταση του κινητήρα είναι επομένως: όπου Nh είναι ο αριθμός των ωρών λειτουργίας του κινητήρα ανά έτος και LFM είναι ο συντελεστής φορτίου του κινητήρα κατά τη διάρκεια του έτους. Σελίδα 64 από 154

77 Μέθοδος 2: Μέθοδος ονομαστικής μηχανικής ισχύος Σε αυτή τη μέθοδο, η μέγιστη ηλεκτρική ζήτηση του υπάρχοντος κινητήρα υποτίθεται ότι είναι ανάλογη με τη μέση μηχανική ισχύ εξόδου: όπου: ηορε είναι η απόδοση του κινητήρα για μέση λειτουργία υπό μερικό φορτίο. Για να βρεθεί αυτή πρέπει να χρησιμοποιηθεί η καμπύλη απόδοσης του κινητήρα. Εάν δεν είναι διαθέσιμη η καμπύλη απόδοσης του υφιστάμενου κινητήρα, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια οποιαδήποτε γενική καμπύλη. LFM είναι ο συντελεστής φορτίου του υπάρχοντος κινητήρα, δηλαδή ο λόγος του μέσου φορτίου λειτουργίας του κινητήρα προς την ονομαστική μηχανική ισχύ. Στις περισσότερες εφαρμογές ο κινητήρας είναι υπερδιαστασιολογημένος και λειτουργεί κάτω από το δυναμικό του. PDFM είναι ο συντελεστής μέγιστης ζήτησης, δηλαδή το κλάσμα του συνήθους φορτίου λειτουργίας που δημιουργείται κατά τη μέγιστη ζήτηση του κτιρίου. Για τις περισσότερες εφαρμογές ο PDFM μπορεί να θεωρηθεί ίσος με τη μονάδα, εφόσον οι κινητήρες συχνά συμβάλλουν στη μέγιστη ζήτηση του κτιρίου. Εφόσον το μηχανικό φορτίο δεν μεταβάλλεται μετά την εγκατάσταση ενός ενεργειακά αποδοτικού κινητήρα, είναι δυνατόν να μελετηθεί η χρήση ενός μικρότερου κινητήρα ισχύος PM,R, εάν αν ο υφιστάμενος κινητήρας είναι υπερδιαστασιολογημένος με ισχύ PM,E. Σ' αυτήν την περίπτωση, ένας μικρότερος ενεργειακά αποδοτικός κινητήρας μπορεί να λειτουργεί με υψηλότερο συντελεστή φορτίου από τον υφιστάμενο. Ο νέος συντελεστής φορτίου του ενεργειακά αποδοτικού κινητήρα μπορεί να υπολογιστεί ως: Επιπλέον, οι ενεργειακά αποδοτικοί κινητήρες συχνά λειτουργούν με μεγαλύτερη ταχύτητα από τους κινητήρες που αντικαθιστούν, λόγω των Σελίδα 65 από 154

78 μικρότερων εσωτερικών απωλειών. Αυτό όμως μπορεί να έχει αρνητικό αποτέλεσμα, επειδή μειώνεται η ενεργός απόδοση του ενεργειακά αποδοτικού κινητήρα κατά ένα συντελεστή που ονομάζεται ποινή ολίσθησης (SLIPP). Εάν ωμ,ε είναι η ταχύτητα περιστροφής του υφιστάμενου κινητήρα και ωμ,r η ταχύτητα περιστροφής του ενεργειακά αποδοτικού κινητήρα, ο συντελεστής ποινής ολίσθησης ορίζεται από την ακόλουθη εξίσωση: Χρησιμοποιώντας μια εξίσωση παρόμοια με την (3.4.4), η μέγιστη ηλεκτρική ζήτηση του εναλλακτικού κινητήρα (δηλαδή του ενεργειακά αποδοτικού) υπολογίζεται ως: και η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ισχύος λόγω της αντικατάστασης του κινητήρα είναι: Η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας υπολογίζεται με χρήση της εξίσωσης (3.4.2). Μέθοδος 3: Μέθοδος επιτόπιας μέτρησης Σ' αυτή τη μέθοδο, η ηλεκτρική ζήτηση του κινητήρα μετράται επί τόπου. Συνήθως λαμβάνονται μετρήσεις της έντασης (IM), της τάσης (VM) και του συντελεστή ισχύος (pfm) για τον κινητήρα που πρόκειται να αντικατασταθεί. Στους τριφασικούς κινητήρες (συνήθεις στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις και στις περισσότερες εγκαταστάσεις κλιματισμού των εμπορικών κτιρίων), η ηλεκτρική ισχύς που χρησιμοποιείται από τον υφιστάμενο κινητήρα μπορεί είτε να μετρηθεί άμεσα είτε να υπολογιστεί Σελίδα 66 από 154

79 από τις τιμές της έντασης, της τάσης και του συντελεστή ισχύος ως ακολούθως: Ο συντελεστής φορτίου του υφιστάμενου κινητήρα υπολογίζεται από το λόγο της μετρούμενης έντασης προς την ονομαστική ένταση πλήρους φορτίου IFL, ως: Έχει αποδειχτεί ότι η εξίσωση (4.9) είναι πολύ πιο ακριβής για την εκτίμηση του λόγου του φορτίου του κινητήρα από την προσέγγιση που βασίζεται στο λόγο των ταχυτήτων του κινητήρα (δηλ., μετρούμενη ταχύτητα προς την ονομαστική κανονική ταχύτητα). Πρέπει να σημειωθεί ότι, η εξίσωση (3.4.9) συνιστάται για λόγους φορτίου μεγαλύτερους από 50%, διότι σε αυτούς τους λόγους φορτίου ένας συνηθισμένος κινητήρας καταναλώνει ηλεκτρικό ρεύμα που είναι ανάλογο προς το ωφέλιμο φορτίο. Η μεθοδολογία υπολογισμού της ηλεκτρικής ισχύος και της εξοικονόμησης ενέργειας είναι η ίδια με αυτή που περιγράφεται στη μέθοδο ονομαστικής μηχανικής ισχύος, με χρήση των εξισώσεων (3.4.4) έως (3.4.7). 3.5 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ Εισαγωγή Ο φωτισμός συμμετέχει κατά ένα μεγάλο ποσοστό στη χρήση της ενέργειας στα εμπορικά κτίρια. Για παράδειγμα, το 30 έως 50% της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στα γραφεία χρησιμοποιείται για φωτισμό. Επιπλέον, η θερμότητα που παράγεται από τον φωτισμό συμβάλλει στα θερμικά φορτία που πρέπει να απομακρυνθούν από το ψυκτικό σύστημα. Συνήθως, οι ενεργειακές μετατροπές των συσκευών φωτισμού είναι πολύ οικονομικά αποδοτικές, με περιόδους αποπληρωμής στις περισσότερες εφαρμογές μικρότερες από 2 έτη. Σελίδα 67 από 154

80 Για την πληρέστερη κατανόηση των μέτρων που πρέπει να ληφθούν για τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστημάτων φωτισμού, μια απλή εκτίμηση της συνολικής χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισμό παρέχεται από την εξίσωση: όπου NLumj είναι ο αριθμός των φωτιστικών τύπου j που πρέπει να τροποποιηθούν στο κτίριο (ένα φωτιστικό σώμα περιλαμβάνει ένα πλήρες σύστημα αντισταθμιστικής διάταξης, καλωδίωσης, περιβλήματος και λαμπτήρων), WRLumj είναι το επίπεδο κατανάλωσης ισχύος κάθε φωτιστικού τύπου j (συνυπολογίζονται και οι λαμπτήρες και οι αντισταθμιστικές διατάξεις) και Nhjείναι ο αριθμός των ωρών λειτουργίας ανά έτος των φωτιστικών τύπου j. Υπάρχουν τρεις επιλογές για τη μείωση της ενεργειακής χρήσης για φωτισμό, οι οποίες περιλαμβάνουν: 1. Μείωση της ισχύος των φωτιστικών, που περιλαμβάνει και τις φωτιστικές πηγές (λαμπτήρες) και τις διατάξεις μετασχηματισμού της τάσης (ballasts), δηλαδή μείωση του όρου WRLumj στην εξ. (5.1). Την τελευταία δεκαετία νέες τεχνολογίες, όπως είναι οι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού και οι ηλεκτρονικές διατάξεις αντιστάθμισης, έχουν αυξήσει την αποδοτικότητα των συστημάτων φωτισμού. 2. Μείωση του χρόνου χρήσης των συστημάτων φωτισμού μέσω συστημάτων ελέγχου του φωτισμού, δηλαδή μείωση του όρου Nhj στην εξίσωση (3.5.1). Έχουν αναπτυχθεί αυτόματα συστήματα ελέγχου για τη μείωση της χρήσης των συστημάτων φωτισμού ώστε ο φωτισμός να παρέχεται μόνο όταν απαιτείται. Σ' αυτά περιλαμβάνονται τα συστήματα ανίχνευσης παρουσίας και τα συστήματα μείωσης του φωτισμού μέσω της χρήσης του φυσικού φωτός. 3. Μείωση του αριθμού των φωτιστικών, συνεπώς μείωση του όρου NLumj στην εξίσωση (3.5.1). Αυτός ο στόχος μπορεί να επιτευχθεί μόνο Σελίδα 68 από 154

81 στις περιπτώσεις όπου είναι δυνατή η αφαίρεση φωτιστικών, λόγω υπερφωτισμού. Εδώ περιγράφονται μόνον τα μέτρα που σχετίζονται με τις γενικές δράσεις που αναφέρονται στις επιλογές (1) και (2). Για την εκτίμηση της εξοικονόμησης ενέργειας από την εφαρμογή κάποιου μέτρου στο σύστημα φωτισμού χρησιμοποιείται η εξίσωση (3.5.1). Η κατανάλωση ενέργειας για φωτισμό πρέπει να υπολογιστεί πριν και μετά τη μετατροπή και η διαφορά των δύο καταναλώσεων αντιπροσωπεύει το ενεργειακό όφελος. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται παραδείγματα μετατροπής στο σύστημα φωτισμού, μαζί με υπολογισμούς των προκυπτόντων ενεργειακών κερδών Ενεργειακά αποδοτικά συστήματα φωτισμού Οι βελτιώσεις στην ενεργειακή απόδοση των συστημάτων φωτισμού παρέχουν ευκαιρίες για μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στα κτίρια. Τρεις είναι οι παράγοντες που συνήθως καθορίζουν το σωστό επίπεδο φωτισμού ενός συγκεκριμένου χώρο, ειδικότερα: η ηλικία των ενοίκων, οι απαιτήσεις ταχύτητας και ακρίβειας, και η αντίθεση του φόντου (ανάλογα με τη δραστηριότητα που διεξάγεται). Είναι κοινή εσφαλμένη αντίληψη ότι ο υπερφωτισμός ενός χώρου συνεπάγεται και υψηλότερη οπτική ποιότητα. Πράγματι, έχει αποδειχθεί ότι ο υπερφωτισμός μπορεί να ελαττώσει την ποιότητα του φωτισμού και το επίπεδο οπτικής άνεσης σε ένα χώρο, πέρα από την όποια σπατάλη ενέργειας. Επομένως, είναι σημαντικό κατά την αναβάθμιση ενός συστήματος φωτισμού να καθορίζεται και να διατηρείται ένα επαρκές επίπεδο φωτισμού, όπως αυτό καθορίζεται από τα σχετικά πρότυπα. Στον πίνακα 3.5.1συνοψίζονται τα συνιστώμενα επίπεδα φωτισμού για διάφορες δραστηριότητες και εφαρμογές σε επιλεγμένες χώρες, που βασίζονται στα πιο πρόσφατα πρότυπα φωτισμού. Σελίδα 69 από 154

82 Πίνακας3.5.1 Συνιστώμενα επίπεδα φωτισμού για διάφορες εφαρμογές, σε επιλεγμένες χώρες (σε LUX στο οριζόντιο επίπεδο) ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΑΛΛΙΑ Γαλλία ΓΕΡΜΑΝΙΑ Γερμανία Ιαπωνία ΙΑΠΩΝΙ Α ΗΠΑ/ΚΑΝΑΔΑΣ ΗΠΑ/ΚΑΝΑΔΆ Σ AEF(92 DIN5035 JIS (89) IESNA (93) &93) (90) Γραφεία Γενικά Ανάγνωση Σχέδιο Αίθουσες διδασκαλίας Γενικά Πίνακας Καταστήματα Γενικά Περιοχές εργασίας Νοσοκομεία Κοινόχρηστοι χώροι Δωμάτια ασθενών Βιομηχανίες Κεντημάτων Ηλεκτρονικών Σελίδα 70 από 154

83 Λαμπτήρες φθορισμού υψηλής απόδοσης: Οι λαμπτήρες φθορισμού είναι οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενοι στα εμπορικά κτίρια (71 % των εμπορικών χώρων στις ΗΠΑ). Η σχετικά μεγάλη αποδοτικότητά τους, η κατανομή του διάχυτου φωτισμού και η μεγάλη διάρκεια ζωής τους είναι οι λόγοι της μεγάλης απήχησής τους. Γενικά, ένας λαμπτήρας φθορισμού αποτελείται από ένα γυάλινο σωλήνα με ένα ζεύγος ηλεκτροδίων σε κάθε άκρη. Ο σωλήνας είναι γεμάτος με μίγμα αδρανούς αερίου (κυρίως Αργού) και υγρού υδραργύρου υπό χαμηλή πίεση. Όταν ο λαμπτήρας ανάβει, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό τόξο ανάμεσα στα ηλεκτρόδια. Ο υδράργυρος εξατμίζεται και εκπέμπει ακτινοβολία στο υπεριώδες φάσμα. Αυτή η υπεριώδης ακτινοβολία διεγείρει μια στρώση φωσφόρου στην εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα, η οποία εκπέμπει το ορατό φως. Οι υψηλής απόδοσης λαμπτήρες φθορισμού χρησιμοποιούν μίγμα Κρυπτού-Αργού που αυξάνει την απόδοση κατά 10-20%, δηλαδή από τη συνηθισμένη απόδοση των 70 στα 80 lumens/watt περίπου. Με βελτιώσεις στη στρώση του φωσφόρου μπορεί να αυξηθεί ακόμη περισσότερο η απόδοση σε 100 lumens/watt. Από την άλλη, σημαντικό πρόβλημα αποτελεί η διαχείριση και η απόσυρση των λαμπτήρων αυτών, λόγω του ότι ο υδράργυρος που περιέχουν μπορεί να είναι τοξικός και επιβλαβής για το περιβάλλον. Τελευταία, δοκιμάζεται μια νέα τεχνολογία για την αντικατάσταση του υδραργύρου με θείο στην παραγωγή της ακτινοβολίας διέγερσης της στρώσης του φωσφόρου στις λάμπες φθορισμού. Οι λαμπτήρες θείου δεν είναι βλαβεροί και έχουν περιβαλλοντικό πλεονέκτημα έναντι των λαμπτήρων φθορισμού με υδράργυρο. Οι λαμπτήρες φθορισμού κατασκευάζονται σε διάφορα σχήματα, διαμέτρους, μήκη και ισχείς. Η συνήθης ονοματολογία που χρησιμοποιείται στους λαμπτήρες αυτούς είναι: F.S.W.C -T.D, όπου: Το F σημαίνει λαμπτήρας φθορισμού. Σελίδα 71 από 154

84 Το S αναφέρεται στο σχήμα του λαμπτήρα. Εάν είναι κυκλικός ο γυάλινος σωλήνας χρησιμοποιείται το γράμμα C, ενώ εάν είναι ευθύγραμμος δεν εμφανίζεται κανένα γράμμα. W είναι η ονομαστική ισχύς σε Watt (μπορεί να είναι 4, 5, 8, 12, 15, 30, 32, 34, 40, κ.λπ.). Το C αφορά το χρώμα που εκπέμπει ο λαμπτήρας: W για λευκό, CW για ψυχρό λευκό και BL για μαύρο φως. Το T αναφέρεται σε σωληνωτό λαμπτήρα. Το D αντιστοιχεί στη διάμετρο του λαμπτήρα σε όγδοα της ίντσας (1/8 in = 3.15mm) και είναι, για παράδειγμα, 12 (D=1.5in=38mm) στους παλαιότερους και λιγότερο ενεργειακά αποδοτικούς λαμπτήρες, και 8 (D=1.0in=31.5mm) στους πιο σύγχρονους και ενεργειακά αποδοτικούς λαμπτήρες. Έτσι, το F40CW-Τ12 αφορά ένα λαμπτήρα φθορισμού που έχει ευθύγραμμο σωλήνα, χρησιμοποιεί 40W ηλεκτρικής ενέργειας, δίνει ψυχρό λευκό φωτισμό, και είναι σωληνωτός με διάμετρο 38mm (1,5in). Μεταξύ των συνηθέστερων μετατροπών στα συστήματα φωτισμού είναι η αναβάθμιση των συμβατικών λαμπτήρων φθορισμού 40W T12 με περισσότερο αποδοτικούς, όπως είναι οι τύπου 32W T8. Συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού (CFL): Αυτοί είναι μικρού μεγέθους λαμπτήρες φθορισμού με μικρή διάμετρο και μικρότερο μήκος. Οι συμπαγείς λαμπτήρες είναι λιγότερο αποδοτικοί από τους λαμπτήρες μεγάλου μεγέθους, παρέχοντας μόνο 35 έως 55 lumens/watt. Πάντως, είναι περισσότερο ενεργειακά αποδοτικοί και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Συμπαγείς λαμπτήρες αλογόνου: Οι συμπαγείς λαμπτήρες αλογόνου χρησιμοποιούνται για άμεση αντικατάσταση των λαμπτήρων πυρακτώσεως. Είναι περισσότερο ενεργειακά αποδοτικοί, παρέχουν λευκότερο φως και διαρκούν περισσότερο από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Οι λαμπτήρες αλογόνου επιδέχονται ρύθμιση του φωτισμού τους και δεν παρουσιάζουν Σελίδα 72 από 154

85 προβλήματα ποιότητας ισχύος ή συμβατότητας, όπως μπορεί να συμβεί με τους συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού. Ηλεκτρονικές αντισταθμιστικές διατάξεις: Οι αντισταθμιστικές διατάξεις ("ballasts") αποτελούν αναπόσπαστα τμήματα των φωτιστικών φθορισμού, διότι παρέχουν το επίπεδο τάσης που απαιτείται για την εκκίνηση του ηλεκτρικού τόξου και τη ρύθμιση της έντασής του. Πριν από την εξέλιξη των ηλεκτρονικών ballasts στις αρχές της δεκαετίας του '80, χρησιμοποιούνταν μόνο μαγνητικά ή «πυρήναπηνίου» ballasts για τη λειτουργία των λαμπτήρων φθορισμού. Τα ηλεκτρονικά ballasts μπορούν να αποδώσουν 95 lumens/watt, έναντι των 70 lumens/watt των συμβατικών μαγνητικών. Πάντως, πρέπει να αναφερθεί ότι οι αποδοτικές μαγνητικές διατάξεις αντιστάθμισης μπορούν να αποδώσουν παρόμοια lumens/watt με τις ηλεκτρονικές. Άλλα πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών αντισταθμιστικών διατάξεων έναντι των αντιστοίχων μαγνητικών περιλαμβάνουν: Υψηλότερο συντελεστή ισχύος. Ο συντελεστής ισχύος των ηλεκτρονικών ballasts είναι συνήθως μεταξύ 0,90 και 0,98. Εντούτοις, τα συμβατικά μαγνητικά ballasts έχουν χαμηλό συντελεστή ισχύος (μικρότερο από 0,80), εκτός εάν προστεθεί ένας πυκνωτής, όπως αναφέρεται στην παράγραφο 2. Λιγότερα προβλήματα τρεμοπαίγματος. Λιγότερα προβλήματα θορύβου. Τα μαγνητικά ballasts χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πηνία και παράγουν ένα βόμβο, ο οποίος μπορεί να αυξηθεί με τη γήρανση. Αυτός o θόρυβος δεν υπάρχει στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα των ηλεκτρονικών αντισταθμιστικών διατάξεων Συστήματα ελέγχου του φωτισμού Όπως φαίνεται από την εξίσωση (5.1), εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται με τη μη λειτουργία υπό πλήρη ισχύ του συστήματος φωτισμού στις περιπτώσεις που ο φωτισμός δεν είναι απαραίτητος. Ο έλεγχος λειτουργίας του συστήματος φωτισμού μπορεί να γίνει με Σελίδα 73 από 154

86 αρκετούς τρόπους, συμπεριλαμβανομένων των χειροκίνητων διακοπτών και των «dimmers», των ανιχνευτών παρουσίας και των αυτόματων συστημάτων μείωσης με τη χρήση αισθητήρων φυσικού φωτός. Ενώ με τη χειροκίνητη λειτουργία ή/και ρύθμιση μπορεί να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας, τα αποτελέσματά της είναι συνήθως απρόβλεπτα διότι εξαρτώνται από τη συμπεριφορά των ενοίκων. Μια πιο αποτελεσματική μέθοδο για εξοικονόμηση ενέργειας παρέχουν τα προγραμματιζόμενα συστήματα ελέγχου του φωτισμού, που όμως μπορούν επίσης να επηρεασθούν από τις συχνές ρυθμίσεις των ενοίκων. Μόνο τα αυτόματα συστήματα λειτουργίας ή/και ρύθμισης του φωτισμού μπορούν να ανταποκριθούν σε πραγματικό χρόνο στις αλλαγές λόγω παρουσίας ατόμων και στις κλιματικές αλλαγές. Μερικά από τα αυτόματα συστήματα ελέγχου του φωτισμού περιγράφονται παρακάτω. Ανιχνευτές παρουσίας: Οι ανιχνευτές παρουσίας εξοικονομούν ενέργεια με το αυτόματο σβήσιμο των φώτων σε χώρους που δεν είναι κατειλημένοι. Γενικά, οι ανιχνευτές παρουσίας είναι κατάλληλοι για τις περισσότερες εφαρμογές ελέγχου του φωτισμού και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στις αναβαθμίσεις των συστημάτων φωτισμού. Είναι σημαντικό να επιλέγονται και να εγκαθίστανται σωστά οι ανιχνευτές παρουσίας για να παρέχουν αξιόπιστο φωτισμό κατά τη διάρκεια ενοίκησης. Στην πράξη, οι περισσότερες αστοχίες των ανιχνευτών παρουσίας προέρχονται από εσφαλμένη επιλογή και κακή τοποθέτηση. Ειδικότερα, ο ενεργειακός επιθεωρητής πρέπει να επιλέγει τη σωστή τεχνολογία ανίχνευσης κίνησης που χρησιμοποιείται στους ανιχνευτές παρουσίας. Δύο τύποι τεχνολογιών ανίχνευσης κίνησης είναι διαθέσιμοι στην αγορά: Ανιχνευτές υπερύθρων, που καταγράφουν την υπέρυθρη ακτινοβολία από τις διάφορες επιφάνειες του χώρου καθώς και από το ανθρώπινο σώμα. Ανιχνευτές υπερήχων, που λειτουργούν σύμφωνα με την αρχή του σονάρ, όπως τα ραντάρ των υποβρυχίων και των αεροδρομίων, εκπέμποντας έναν υψηλής συχνότητας (25-40 khz) ήχο που δεν είναι Σελίδα 74 από 154

87 αντιληπτός από τον άνθρωπο, ο οποίος ανακλάται από τις επιφάνειες του χώρου (έπιπλα, ένοικοι, κ.λπ.) και καταγράφεται από ένα δέκτη. Οι αισθητήρες αυτοί μπορεί να μη λειτουργούν σωστά σε μεγάλους χώρους, όπου υπάρχει τάση να δημιουργούνται ασθενείς ανακλάσεις. Στον πίνακα3.5.3(από μια μελέτη του EPRI) παρουσιάζονται τα τυπικώς αναμενόμενα ενεργειακά οφέλη από μετατροπές με χρήση ανιχνευτών παρουσίας. Όπως φαίνεται, σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας μπορεί να προκύψει σε χώρους όπου η ενοίκηση είναι διακοπτόμενη, όπως είναι οι χώροι συνεδριάσεων, αναπαύσεως, αποθήκευσης και τα εργαστήρια. Πίνακας Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας μέσω των ανιχνευτών παρουσίας ΧΩΡΟΣ ΕΥΡΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΟΦΕΛΟΥΣ Γραφεία % (μεμονωμένα) Γραφεία (ανοικτοί % χώροι) Χώροι ανάπαυσης % Χώροι συνεδριάσεων % Διάδρομοι % Χώροι αποθήκευσης % Εργαστήρια % Συστήματα μείωσης της έντασης του φωτισμού: Τα συστήματα ελέγχου μέσω της μείωσης του φωτισμού επιτρέπουν τη μεταβολή της έντασης του φωτισμού βάσει του επίπεδου του φυσικού φωτισμού, χειροκίνητων ρυθμίσεων και της ενοίκησης. Η απαλή και συνεχής μείωση στο φωτισμό ονομάζεται συνεχής ρύθμιση, σε αντίθεση με τη βαθμωτή ρύθμιση, στην οποία η παραγωγή του λαμπτήρα μειώνεται με προκαθορισμένα βήματα. Ο ενεργειακός επιθεωρητής, με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού για την ακριβή εκτίμηση της εξοικονόμησης Σελίδα 75 από 154

88 ενέργειας μέσω των συστημάτων μείωσης του φωτισμού που χρησιμοποιούν αισθητήρες φυσικού φωτός, μπορεί να προβλέψει το ποσοστό του χρόνου που το φυσικό φως είναι αρκετό για να καλύψει τις ανάγκες σε φωτισμό. 3.6 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εισαγωγή Σε ιδανικές συνθήκες λειτουργίας, το ηλεκτρικό ρεύμα και η τάση μεταβάλλονται κατά ημιτονοειδή τρόπο με τον χρόνο. Παρ' όλα αυτά, το ηλεκτρικό ρεύμα παρουσιάζει διακυμάνσεις λόγω προβλημάτων στο σύστημα παραγωγής/διανομής, όπως είναι οι πτώσεις τάσης, οι σπινθήρες ή τα μεταβατικά ρεύματα, οι οποίες μπορεί να μειώσουν τη ζωή του ηλεκτρικού εξοπλισμού, περιλαμβανομένων των κινητήρων και των συστημάτων φωτισμού. Εξάλλου, ο αυξανόμενος αριθμός των ηλεκτρικών συσκευών που συνδέονται στο σύστημα τελευταία μπορεί να προκαλέσει διαταραχή της ημιτονοειδούς κυματομορφής του ρεύματος ή/και της τάσης καταλήγοντας σε κακή ποιότητα ενέργειας, η οποία μπορεί να προκαλέσει απώλειες ενέργειας και να βλάψει τόσο τη διανομή του ηλεκτρισμού όσο και τις συσκευές που συνδέονται στο δίκτυο. Επομένως, είναι σημαντικό για έναν ενεργειακό επιθεωρητή να γνωρίζει αυτά τα προβλήματα και να λαμβάνει μέτρα για τη βελτίωση της ποιότητας της ενέργειας των ηλεκτρικών συστημάτων Ολική αρμονική παραμόρφωση Η ποιότητα ισχύος μπορεί να οριστεί ως η έκταση κατά την οποία ένα ηλεκτρικό σύστημα παραμορφώνει την ημιτονοειδή μορφή του ρεύματος ή της τάσεως, η οποία αντιστοιχεί στην ιδανική ποιότητα ισχύος ενός ηλεκτρικού συστήματος, συχνά αναφερόμενη και ως βασική αρμονική. Όταν η ισχύς παραμορφώνεται λόγω, για παράδειγμα, μιας ηλεκτρονικής αντισταθμιστικής διάταξης (η οποία τροποποιεί την συχνότητα του ρεύματος που παρέχεται στα συστήματα φωτισμού), πρέπει να προστεθούν αρκετές αρμονικές στη βασική αρμονική για να Σελίδα 76 από 154

89 αναπαραστήσουν τη μεταβολή ως προς τον χρόνο της τάσεως ή του ρεύματος. Οι κυμματομορφές με υψηλή παραμόρφωση περιέχουν μεγάλο αριθμό αρμονικών. Ενώ οι άρτιες αρμονικές (δεύτερη, τέταρτη,...) τείνουν να αλληλοεξουδετερωθούν, στις περιττές αρμονικές (τρίτη, πέμπτη,...) οι κορυφές συμπίπτουν και αυξάνουν σημαντικά τα αποτελέσματα της παραμόρφωσης. Για την ποσοτικοποίηση του επιπέδου παραμόρφωσης της τάσης και της έντασης, καθορίζεται ένας αδιάστατος αριθμός, η ολική αρμονική παραμόρφωση (THD), με ανάλυση σε σειρά Fourier που γίνεται στις κυματομορφές της τάσης και της έντασης, οριζόμενη αντίστοιχα ως: (3.6.1) Στον πίνακα 3.6.1παρουσιάζεται η THD της έντασης για επιλεγμένα φορτία φωτισμού και εξοπλισμού γραφείου. Γενικά, έχει βρεθεί ότι οι συσκευές με υψηλή THD της έντασης συμβάλλουν στην THD της τάσης ανάλογα με τη συμμετοχή τους στο συνολικό ηλεκτρικό φορτίο του κτιρίου. Επομένως, ο ενεργειακός επιθεωρητής πρέπει να λάβει υπόψη του καταρχήν τις συσκευές υψηλής ισχύος για τη μείωση της THD της τάσης ολόκληρου του κτιρίου/εγκατάστασης και έτσι μπορεί να προσδιορίσει ποιες συσκευές να διορθώσει πρώτα προκειμένου να βελτιώσει την ποιότητα ισχύος του συνολικού ηλεκτρικού συστήματος. Συνήθως, για τη μείωση των τιμών της THD της έντασης προστίθενται φίλτρα αρμονικών στις ηλεκτρικές συσκευές. Στο ακόλουθο παράδειγμα δίνεται μια απλή υπολογιστική διαδικασία που μπορεί να εφαρμόσει ένας ενεργειακός επιθεωρητής για να διαπιστώσει την επίδραση μιας ηλεκτρικής συσκευής στην THD της έντασης. Σελίδα 77 από 154

90 Πίνακας Συνήθη χαρακτηριστικά ποιότητας ισχύος (συντελεστής ισχύος και THD ρεύματος) για επιλεγμένα ηλεκτρικά φορτία (Πηγή: NLPIP, 1995) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚ ΣΥΝΤΕΛΕΣ THD Τ Η ΙΣΧΥΣ (W) ΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΝΤΑΣΗΣ (%) Συστήματα φωτισμού πυρακτώσεως Λαμπτήρας πυρακτώσεως 100-W 101 1,0 1 Συμπαγή συστήματα φωτισμού φθορισμού Λαμπτήρας 13-W με μαγνητικό ballast 16 0,54 13 Λαμπτήρας 13-W με ηλεκτρονικό ballast 13 0, Συστήματα φωτισμού φθορισμού μεγάλου Μεγέθους (2 λαμπτήρες ανά αντισταθμιστική διάταξη- 87 0,98 17 ballast) 72 0,99 5 ΛΑμΠΤΗΡΑΣ T12 40-W με μαγνητικο ballast 93 0,98 22 Λαμπτήρας T W με ηλεκτρονικό ballast 75 0,99 5 Λαμπτήρας T10 40-W με μαγνητικό ballast 63 0,98 6 Λαμπτήρας T10 40-W με ηλεκτρονικό ballast Λαμπτήρας T8 32-W με ηλεκτρονικό ballast Συστήματα φωτισμού εκκένωσης υψηλής τάσεως Λαμπτήρας νατρίου υψηλής πίεσης 400-W με 425 0,99 14 μαγνητικό ballast 450 0,94 19 Λαμπτήρας μετάλλου-αλιδίου 400-W με μαγνητικό Ballast Εξοπλισμός γραφείου Υπολογιστής γραφείου χωρίς οθόνη 33 0, Έγχρωμη οθόνη υπολογιστή 49 0, Εκτυπωτής Laser (σε αναμονή) 29 0, Εκτυπωτής Laser (κατά την εκτύπωση) 799 0,98 15 Εξωτερικό fax/modem 5 0,73 47 Σελίδα 78 από 154

91 Αυτές οι τιμές είναι οι RMS για τη βασική αρμονική της έντασης κάθε συσκευής και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην εξίσωση (6.1) της THD για την εκτίμηση της ολικής αρμονικής παραμόρφωσης του ρεύματος για κάθε συσκευή. Σελίδα 79 από 154

92 4 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 4 : ΕΞΟΙΚΟΝΊΜΗΣΗ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΑΝΆΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΌΤΗΤΑΣ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Απώλειες ενέργειας στα συστήματα παραγωγής θερμότητας. Συστήματα ανάκτησης θερμότητας ονομάζουμε τα συστήματα μέσω των οποίων μπορεί να γίνει εκμετάλλευση μέρους της θερμότητας που αποβάλλεται από κάποια επιμέρους μονάδα παραγωγής θερμότητας προς όφελος του κύριου συστήματος παραγωγής. Στα συστήματα αυτά, η διαδικασία επανάκτησης γίνεται μέσω θερμοεναλλαγής των ρευστών που αποβάλλονται (αερίων ή υγρών) είτε με ρευστά του συστήματος παραγωγής θερμότητας, είτε με ρευστά δευτερευουσών διαδικασιών παραγωγής ή, τέλος, με καθαρό αέρα που παρέχεται απευθείας στην τοποθεσία ζήτησης, όπως για παράδειγμα σε χώρους διαβίωσης, εργασίας κ.λπ. Τα συστήματα παραγωγής θερμότητας παρουσιάζουν πάντοτε απώλειες. Η ενέργεια παράγεται από θερμικές διεργασίες και αναλώνεται με άλλες θερμοδυναμικές μορφές, που μπορεί να είναι, για παράδειγμα, η συμβατική παραγωγή θερμότητας, η λειτουργία παλινδρομικών μηχανών εσωτερικής καύσης, στροβίλων, μονάδων ψύξης κ.λπ. Παρ' όλο που οι απώλειες θερμότητας υφίστανται σε όλες τις παραγωγικές διαδικασίες, είναι πολύ σημαντικό να εκτιμηθεί σωστά το μέγεθός τους, προκειμένου να αποφασισθεί εάν είναι ορθολογική, από οικονομική ή περιβαλλοντική άποψη, μια επένδυση για την ανάκτηση μέρους αυτών των απωλειών. Στόχος της εγκατάστασης ενός τέτοιου συστήματος ανάκτησης θερμότητας είναι η ελαχιστοποίηση των λειτουργικών εξόδων με παράλληλη ελαχιστοποίηση του κόστους εγκατάστασης του συστήματος, χωρίς να αγνοείται ο περιβαλλοντικός παράγοντας. Οι σύγχρονοι λέβητες και τα συστήματα θέρμανσης σχεδιάζονται και κατασκευάζονται ώστε να έχουν ελάχιστες θερμικές απώλειες, είναι δηλαδή υψηλής απόδοσης. Ένας σύγχρονος λέβητας υψηλής απόδοσης, για παράδειγμα, έχει απόδοση (80 έως 90%), που σημαίνει ότι οι απώλειες, κυρίως από την καμινάδα, είναι της τάξεως των 1020%. Ένας Σελίδα 80 από 154

93 παλαιότερος λέβητας μπορεί να έχει απόδοση 0.6 έως 0.7, που σημαίνει απώλειες 30-40%. Παρ' όλα αυτά, οι απώλειες θερμότητας μπορεί να είναι μεγάλες ακόμη και στους σύγχρονους λέβητες, εάν υπολογιστεί το ποσόν της ενέργειας αυτό καθ' εαυτό, αλλά και σαν ποσοστό του συνολικού δυναμικού της ενέργειας (ολική απόδοση του συστήματος) Οφέλη από τις εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας Οι απώλειες θερμότητας ενός λέβητα προέρχονται κυρίως από το σύστημα απαγωγής των καυσαερίων, δηλαδή από το θερμό αέριο της καπνοδόχου, και είναι ανάλογες της ποσότητας των καυσαερίων και της θερμοκρασίας τους. Συχνά, ένα υπολογίσιμο ενεργειακό όφελος μπορεί να προέλθει από την ψύξη του αερίου της καπνοδόχου και την παράλληλη χρήση του ποσού ενέργειας που προκύπτει κατ' αυτόν τον τρόπο, το οποίο, υπό κανονικές συνθήκες, θα αποβαλλόταν στο περιβάλλον σαν απώλεια θερμότητας. Γενικά ισχύει ότι, υψηλές θερμοκρασίες του θερμικού ρευστού συνεπάγονται και υψηλές θερμοκρασίες στην καπνοδόχο. Συνεπώς, οι μεγάλοι βιομηχανικοί λέβητες εμφανίζουν σημαντικές δυνατότητες για χρήση αποτελεσματικών και οικονομικά επωφελών λύσεων ανάκτησης θερμότητας. Τοποθετώντας έναν εναλλάκτη θερμότητας στο ρεύμα των καυσαερίων στην καπνοδόχο, μπορεί να ληφθεί θερμότητα χρήσιμη για τις ανάγκες μιας μονάδας, σχεδόν χωρίς κόστος. Η ανακτώμενη θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε, πιθανά υπάρχον, δευτερεύον σύστημα θέρμανσης (που χρησιμοποιείται π.χ. για την παραγωγή ατμού χαμηλής πίεσης) ή σε εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας. Μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί για την προθέρμανση αερίων, υγρών ή ελαίων ή, απευθείας, για τον καθαρισμό με χρήση ατμού δεξαμενών ή αντιδραστήρων. Από τεχνική άποψη, ο σκοπός ενός συστήματος ανάκτησης θερμότητας είναι η επαναχρησιμοποίηση της μεγαλύτερης δυνατής ποσότητας θερμότητας με την απλούστερη τεχνικά λύση. Κάθε σύστημα Σελίδα 81 από 154

94 αξιολογείται μεμονωμένα και η όποια εφαρμογή ανάκτησης θερμότητας επιλεγεί θα πρέπει να συνεπάγεται τις κατά το δυνατόν μικρότερες επεμβάσεις στο υπάρχον σύστημα. Υπάρχει, σύμφωνα με τα παραπάνω, μία βέλτιστη λύση για κάθε σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε εγκατάσταση απαιτείται κατάλληλος και προσεκτικός υπολογισμός, με στόχο τη μεγιστοποίηση του αναμενόμενου οφέλους. Δεν είναι, λοιπόν, λογικό να χρησιμοποιηθεί σε μια εγκατάσταση ένας πολύ μεγάλος εναλλάκτης θερμότητας για να ανακτηθεί σχεδόν όλο το ποσό θερμότητας που χάνεται, διότι αυτό θα έχει πολύ μεγάλο κόστος με δυσανάλογα μικρό όφελος. Αυτό, πρακτικά, σημαίνει ότι η ανακτώμενη θερμότητα θα πρέπει να αντιπροσωπεύει συνήθως ένα μικρό μόνο μέρος των θερμικών απωλειών, ώστε να είναι οικονομικά βιώσιμη η σχετική επένδυση. 4.2 ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Ορισμός και είδος εναλλακτών Οι εναλλάκτες θερμότητας αποτελούν τις βασικότερες συνιστώσες των συστημάτων ανάκτησης θερμότητας. Εναλλάκτης θερμότητας ονομάζεται η συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της θερμικής ενέργειας μεταξύ δύο ρευστών διαφορετικής θερμοκρασίας. Οι εναλλάκτες, ανάλογα με τη διαδικασία μεταφοράς της θερμότητας, μπορούν διαχωριστούν σε άμεσης και έμμεσης επαφής. Στους άμεσης επαφής εναλλάκτες δύο διαφορετικής φάσης ρευστά έρχονται σε άμεση επαφή, ανταλλάσσουν θερμότητα και διαχωρίζονται πάλι. Στους έμμεσης επαφής, τα δύο ρευστά παραμένουν χωρισμένα και η θερμότητα μεταφέρεται μέσω μιας διαχωριστικής επιφάνειας. Στην περίπτωση που η επιφάνεια θερμοεναλλαγής έχει αρκετά μεγάλη θερμοχωρητικότητα ώστε να παίζει σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο της μεταφοράς, οι έμμεσης επαφής εναλλάκτες ονομάζονται, αλλιώς, "αναγεννητές" (regenerators). Ανάλογα με το μηχανισμό μεταφοράς της θερμότητας οι εναλλάκτες χωρίζονται σε: α) συναγωγής μίας φάσης και από τις δύο πλευρές, Σελίδα 82 από 154

95 β) συναγωγής μίας φάσης από τη μια πλευρά και συναγωγής δύο φάσεων από την άλλη, γ) συναγωγής δύο φάσεων και από τις δύο πλευρές δ) συνδυασμένης συναγωγής και μεταφοράς θερμότητας με ακτινοβολία. Εξάλλου, οι εναλλάκτες, ανάλογα με την κατασκευή τους, διακρίνονται σε : α) Ομοκεντρικούς κυκλικής διατομής. β) Εναλλάκτες κελύφους (Σχήματα 4.1 έως 4.3) γ) Πλακοειδείς (Σχήμα 4.4). δ) Προεκτεταμένης επιφάνειας, με πτερύγια (τα πτερύγια αυξάνουν την επιφάνεια συναλλαγής από την πλευρά του αέρα και, επομένως, το συντελεστή συναγωγής. (Βλ. Σχήμα 4.5). ε) Εναλλάκτες αναγέννησης (Αναγεννητές). Τέλος, ανάλογα με το είδος της ροής μέσα στους εναλλάκτες, αυτοί διακρίνονται σε: α) Εναλλάκτες ομμοροής (Σχήμα4.1). β) Εναλλάκτες αντιρροής (Σχήμα 4.3). γ) Εναλλάκτες σταυρορροής. δ) Σύνθετους. Αυτή η τελευταία ταξινόμηση χρησιμοποιείται για τη θερμική ανάλυση των εναλλακτών. Σελίδα 83 από 154

96 Σχήμα : Εναλλάκτης κελύφους με σωληνώσεις, τύπου ομορροής, όπου παρουσιάζονται οι διαδρομές των ρευστών Σχήμα 4.2. Εναλλάκτης κελύφους με αναστρεφόμενους σωλήνες (σχήματος U) Σελίδα 84 από 154

97 Σχήμα 4.3. Ειδικός εναλλάκτης κελύφους με τρεις διαδρομές σωληνώσεων, όπου παρουσιάζονται και οι διαδρομές των ρευστών Σχήμα 4.4. Σχηματική παράσταση πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας, με πλάκες πλαισίου,όπου παρουσιάζονται και οι διαδρομές των ρευστών. Σελίδα 85 από 154

98 Σχήμα 4.5. Σωλήνες εναλλάκτη νερού - αέρα με πτερύγια Ανάλογα με την πυκνότητα των κατασκευαστικών στοιχείων οι εναλλάκτες διαχωρίζονται σε συμπαγείς και μη συμπαγείς. Οι συμπαγείς εναλλάκτες (Σχήμα 4.6) παρουσιάζουν υψηλές τιμές του λόγου της επιφάνειας θερμοεναλλαγής προς τον όγκο τους και, εξ ορισμού, ο λόγος αυτός (πυκνότητα επιφάνειας) λαμβάνει τιμές μεγαλύτερες από 700 m 2 /m 3. Ο λόγος αυτός όμως αναφέρεται στην πλευρά του αερίου μέρους ενός εναλλάκτη αερίου - υγρού, οπότε ως συμπαγείς εναλλάκτες, γενικότερα, ορίζονται οι παρακάτω: Εναλλάκτες υγρού - υγρού: Πυκνότητα Επιφάνειας > 300 m 2 /m 3 Εναλλάκτες αερίου - υγρού: Πυκνότητα Επιφάνειας > 700 m 2 /m 3 Εναλλάκτες στρωτής ροής: Πυκνότητα Επιφάνειας > 3,000 m 2 /m 3 Μικροεναλλάκτες: Πυκνότητα Επιφάνειας >10,000 m 2 /m 3 Σελίδα 86 από 154

99 Σχήμα 4.6. Συμπαγής εναλλάκτης ατμού - αέρα, που χρησιμοποιείται για την ανάκτηση θερμότητας σε μονάδες παραγωγής ατμού Οι συμβατικοί σωληνωτοί εναλλάκτες κελύφους με σωλήνες διαμέτρου 19 mm, που έχουν πυκνότητα επιφάνειας μεγαλύτερη από 100 m 2 /m 3, χαρακτηρίζονται επίσης ως συμπαγείς. Οι συμπαγείς εναλλάκτες θερμότητας, λόγω της μεγάλης επιφάνειας θερμοεναλλαγής που παρουσιάζουν, χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ αερίων ή, γενικά, μεταξύ ρευστών με μικρό συντελεστή συναγωγής Θερμική ανάλυση των εναλλακτών θερμότητας Η σημαντικότερη παράμετρος λειτουργίας ενός εναλλάκτη θερμότητας είναι ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς της θερμότητας σ' αύτόν. Ο συντελεστής αυτός καθορίζει τη συνολική θερμική αντίσταση μεταφοράς θερμότητας μεταξύ των δύο ρευστών, σύμφωνα με την σχέση: q= U Λ ΔΓ ΑΙ (1) όπου q είναι το ποσό της θερμότητας που μεταφέρεται μεταξύ των δύο ρευστών (σε W), με U συμβολίζεται ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του εναλλάκτη (σε W/m 2 o C), Α είναι η συνολική επιφάνεια του εναλλάκτη (σε m) και ΔΤ ΑΒ η συνολική μέση μεταβολή της θερμοκρασίας των δύο ρευστών (σε o C). Σελίδα 87 από 154

100 Για έναν απλό εναλλάκτη θερμότητας με δύο σωλήνες (Σχήμα 10), έναν εσωτερικό και έναν εξωτερικό, ο συντελεστής μεταφοράς υπολογίζεται από τις παρακάτω δύο σχέσεις, ανάλογα εάν η ανάλυση βασίζεται στη μεταβολή του ποσού θερμότητας του εσωτερικού [εξ. (2.α)] ή του εξωτερικού ρευστού [εξ. (2.β)]: Στις παραπάνω σχέσεις συμβολίζονται με: U, : ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας που βασίζεται στον εσωτερικό σωλήνα (σε W/m 2 o C) U 0 : ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας που βασίζεται στον εξωτερικό σωλήνα (σε W/m 2 o C) h: ο συντελεστής συναγωγής μεταξύ του εσωτερικού ρευστού και της εσωτερικής επιφάνειας του εσωτερικού σωλήνα (σε W/m 2 o C) h o : ο συντελεστής συναγωγής μεταξύ του εξωτερικού ρευστού και της εξωτερικής επιφάνειας του εσωτερικού σωλήνα (σε W/m 2 o C) A: η επιφάνεια επαφής του εσωτερικού ρευστού με τον εσωτερικό σωλήνα (σε m 2 ) Α ο : η επιφάνεια επαφής του εξωτερικού ρευστού με τον εσωτερικό σωλήνα (σε m 2 ) r : η εσωτερική ακτίνα του εσωτερικού σωλήνα (σε m) r o : η εξωτερική ακτίνα του εσωτερικού σωλήνα (σε m) k: ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού του εσωτερικού σωλήνα (σε W/m o C) L: το μήκος του εσωτερικού σωλήνα που έχει επαφή και με τα δύο ρευστά(σεm) Σελίδα 88 από 154

101 Σχήμα 4.7. Σχηματική παράσταση απλού εναλλάκτη θερμότητας ομορροής, δύο σωλήνων, και οι θερμικές αντιστάσεις της μεταφοράς θερμότητας. Στο Σχήμα 4.7 δίνονται παραστατικά και οι θερμικές αντιστάσεις στη ροή της θερμότητας μεταξύ των δύο ρευστών. Στον τελικό σχεδιασμό των εναλλακτών θερμότητας ο συνολικός συντελεστής θερμικής μεταφοράς μπορεί, με βάσει τις ανωτέρω σχέσεις, να υπολογισθεί με μεγάλη ακρίβεια. Παρ' όλα αυτά, στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι τιμές του συντελεστή αυτού για διάφορες περιπτώσεις που συναντώνται στην πράξη. Σελίδα 89 από 154

102 Πίνακας 4.1. Προσεγγιστικές τιμές του συνολικού συντελεστή μεταφοράς θερμότητας σε πρακτικές εφαρμογές Φυσική κατάσταση Συντελεστής (W/m 2 o C) Εξωτερικός τοίχος με τούβλα, σοβαντισμένος, χωρίς μόνωση 2.55 Γυάλινο παράθυρο 6.2 Εναλλάκτης θερμότητας νερού νερού 850-1,700 Εναλλάκτης θερμότητας νερού - αέρα, με πτερυγιωτούς σωλήνες Εναλλάκτης θερμότητας νερού ελαίου Εναλλάκτης θερμότητας ατμού κηροζίνης 280-1,140 Εναλλάκτης θερμότητας ατμού - αέρα, με πτερυγιωτούς σωλήνες Εναλλάκτης θερμότητας αερίου αερίου Προβλήματα κατά τη χρήση των εναλλακτών θερμότητας Τα ρευστά που μεταδίδουν τη θερμότητα περιέχουν, στις περισσότερες περιπτώσεις, ποσά αιρούμενων ή διαλελυμένων ουσιών ή/και επιτρέπουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών στις επιφάνειες του εναλλάκτη θερμότητας. Έτσι, οι επιφάνειες του εναλλάκτη, μετά από μια περίοδο λειτουργίας του, μπορεί να καλυφθούν από διάφορες επικαθίσεις ή/και να διαβρωθούν. Οι επικαθίσεις αυτές έχουν, συνήθως, πολύ μικρό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι, ένα λεπτό στρώμα επικαθίσεων μπορεί να προκαλεί μια πρόσθετη αντίσταση στη μετάδοση της θερμότητας, μειώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση του εναλλάκτη. Η διαδικασία της εναπόθεσης των διάφορων υλικών στις επιφάνειες θερμοεναλλαγής ονομάζεται ρύπανση αυτών, ενώ η αντίσταση στη μετάδοση της θερμότητας που προκαλείται από τις επικαθίσεις ονομάζεται αντίσταση ρύπανσης. Στον Πίνακα 4.2 παρουσιάζονται οι συνηθέστερες επικαθήσεις και ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητάς τους. Σελίδα 90 από 154

103 Πίνακας 4.2. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας συνηθισμένων εναποθέσεων Υλικό Συντελεστής (W/m o C) Βιολογικό φιλμ 0,7 Συστατικά γάλακτος 0,5-0,7 Ανθρακικό ασβέστιο 2,9 Θειϊκό ασβέστιο 2,3 Φωσφορικό ασβέστιο 2,6 Φωσφορικό μαγνήσιο 2,3 Μαγνητίτης 2,9 Αιματίτης 0,6 Ασβεστίτης 0,9 Γύψος 1,3 Για την αντιμετώπιση των επικαθίσεων στους εναλλάκτες θερμότητας το σημαντικότερο βήμα είναι ο σωστός σχεδιασμός τους, ο οποίος πρέπει να περιλαμβάνει: α) την επιλογή του κατάλληλου τύπου εναλλάκτη θερμότητας, β) την αναζήτηση των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας, όπως για παράδειγμα τη βέλτιστη ταχύτητα ροής των ρευστών γ) την όσο το δυνατόν καλύτερη κατασκευή του εναλλάκτη. Η απομάκρυνση της ρύπανσης μπορεί να γίνει με μηχανικά μέσα, όπως με πεπιεσμένο αέρα ή ατμό, βούρτσισμα ή ξύσιμο, αλλά και με χημικά μέσα, όπως με το πλύσιμο των επιφανειών του εναλλάκτη με κατάλληλα χημικά που προσβάλλουν το υλικό των επικαθίσεων. Προληπτικά, η χρήση χημικών ουσιών μπορεί να μειώσει σημαντικά το φαινόμενο των επικαθίσεων από διαλυμένες ουσίες, αλλά και η επιλογή των κατάλληλων υλικών για την κατασκευή των εναλλακτών μπορεί να ελαχιστοποιήσει τα αποτελέσματα της αλληλεπίδρασης της ροής των ρευστών με το υλικό των επιφανειών. Σελίδα 91 από 154

104 4.2.4 Οικονομική θεώρηση Για να είναι ορθολογική μια επένδυση ανάκτησης θερμότητας πρέπει να είναι οικονομικά βιώσιμη και να έχει κάποια, ελάχιστα έστω, οικονομικά αποτελέσματα. Η τεχνικά οφέλιμη περίοδος λειτουργίας των εναλλακτών θερμότητας, αλλά και γενικά των συστημάτων ανάκτησης θερμότητας, είναι συνήθως από 10 έως 30 χρόνια, ανάλογα με το σχεδιασμό και τις συνθήκες λειτουργίας τους. Μέσα σε αυτό το διάστημα, το όφελος από τη χρήση τους πρέπει να αντισταθμίζει τουλάχιστον το κόστος της εγκατάστασης και της λειτουργίας τους. Το πόσο γρήγορα θα αποσβεστεί μια επένδυση σε κάποια διάταξη ανάκτησης θερμότητας, λοιπόν, εξαρτάται από την επίδραση που θα έχει αυτή στην απόδοση της κύριας μονάδας παραγωγής θερμότητας του συστήματος. Ενδεικτικά, και προκειμένου να δοθεί μια τάξη μεγέθους τους οφέλους που αναμένεται με τη χρήση ενός εναλλάκτη θερμότητας σε μια μονάδα παραγωγής της, αναφέρεται ότι η κατά 1% αύξηση της απόδοσης ενός λέβητα μπορεί να επιτευχθεί με την κατά 20 o C αύξηση της θερμοκρασίας (δηλ. με την προθέρμανση) του αέρα καύσης ή τροφοδοσίας του λέβητα. Αύξηση της απόδοσης ενός συστήματος παραγωγής θερμότητας, όμως, μπορεί να επιτευχθεί και με την προθέρμανση του μέσου εναλλαγής της θερμότητας. Εάν αυτό είναι νερό, τότε, με την κατά 4 o C μείωση της θερμοκρασίας εξόδου των καυσαερίων μπορεί να επιτευχθεί μια αύξηση κατά 1 o C της θερμοκρασίας του νερού επιστροφής και, έτσι, ελαττώνονται οι απώλειες ενέργειας του συστήματος συνολικά. Και οι δύο προαναφερθείσες βελτιώσεις μπορούν να επιτευχθούν με τη χρήση του κατάλληλου εναλλάκτη θερμότητας. 4.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Βιομηχανικές εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας Η διαδικασία ανάκτησης θερμότητας από καυσαέρια (Σχήματα 4.8 και 4.9), νερό ή άλλα βιομηχανικά ρευστά εφαρμόζεται μέσω της θερμοεναλλαγής, δηλαδή μέσω της εγκατάστασης του κατάλληλου, κάθε Σελίδα 92 από 154

105 φορά, εναλλάκτη θερμότητας. Εναλλάκτες θερμότητας υπάρχουν για κάθε δυνατό συνδυασμό θερμικής πηγής και χρήσης. Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 4.3) παρατίθενται ορισμένες συνηθισμένες χρήσεις της ανακτώμενης θερμότητας σε βιομηχανικές εφαρμογές, η πηγή προέλευσής της, καθώς και το είδος του εναλλάκτη που κάθε φορά χρησιμοποιείται. Πίνακας 4.3. Τυπικές βιομηχανικές εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας Σελίδα 93 από 154

106 Σχήμα 4.8. Σχηματική παράσταση ανάκτησης θερμότητας σε μονάδα ξηραντηρίου Σελίδα 94 από 154

107 Σχήμα 4.9. Σχηματική παράσταση ανάκτησης θερμότητας στην έξοδο των καυσαερίων ενός λέβητα Σελίδα 95 από 154