Άγις Μ. Παπαδόπουλος

Transcript

1 Εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια Θεσσαλονίκη, Βιώσιµηδόµησηκαιτεχνολογίεςεγκαταστάσεων: Προκλήσεις και προοπτικές Άγις Μ. Παπαδόπουλος Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 Κτίριο και ενέργεια Τα, κατά Gertis, πέντε στάδια της εξελικτικής θεωρίας kwh / m 2 a Class I: Uninsulated Buildings Class II: 1st - 2nd Regulation, 1980's Class III: 3rd Regulation - EPBD, 1990's Class IV: Low Energy Building, late 1990's Class V: Energy Autonomous Building

3 Και η αντίστοιχη εξέλιξη των κανονισμών 1979 ΚΘΚ 2009 ΚΕΝΑΚ

4 Ο Νόµος 3661/2008 για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων καιοκενακ: Εκπεφρασμένες ενεργειακές και περιβαλλοντικές επιδιώξεις: Μείωση των θερμικών απαιτήσεων και ενεργειακών φορτίων (ζεστό νερό χρήσης, θέρμανση, αερισμός και ψύξη). Χρήση καυσίμων υψηλότερης ποιότητας και μείωση χρήσης συμβατικών καυσίμων για περαιτέρω μείωση φορτίων (βελτίωση βαθμού απόδοσης εγκαταστάσεων, «καθαρός» ηλεκτρισμός, φυσικό αέριο, ΑΠΕ). Ενεργειακή μελέτη. Ενεργειακή επιθεώρηση. Υποχρέωση επιθεώρησης λεβήτων και κεντρικών συστημάτων κλιματισμού.

5 Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις επιλογές μας Διαθεσιμότητα ενεργειακών πόρων Διαθεσιμότητα τεχνολογιών Κόστος εγκατάστασης Λειτουργικό κόστος Περιβαλλοντικά κριτήρια Ποιότητα θέρμανσης Αποδοχή χρήστη Πρόσβαση σε δίκτυα Φ.Α. Διαθεσιμότητα πετρελαίου σε χαμηλή τιμή Πετρέλαιο Ανανεώσιμες Φυσικό αέριο Πηγές Ενέργειας Χρηματοοικονομικό κόστος Τρόποι Ενεργειακή χρηματοδότησης κατανάλωση Τιμολογιακή πολιτική Εκπομπές ρύπων Φιλικότητα καυσίμου Ταχύτητα απόκρισης Θερμική άνεση Ποιότητα αέρα Προσωπικοί και κοινωνικοί παράγοντες Συνάρτηση του κτιριακού κελύφους

6 Ερωτήματα στα οποία ο μελετητής πρέπει να Ποια μπορεί είναι τα θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά να δίνει απαντήσεις του κτιρίου που μελετάται; Ποιο είναι το πραγματικό ημερήσιο και εποχιακό προφίλ του χρήστη; Πόσες τυπικές κατοικίες υπάρχουν σεένα συγκρότημα κατοικιώνήπόσες ζώνεςένα κτίριο γραφείων; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά λειτουργίας ενός συστήματος θέρμανσης ή κλιματισμού σε συνθήκες μερικού φορτίου; Μήπως μία εξαρχής ολοκληρωμένη λύση θέρμανσης κλιματισμού θα απέδιδε καλύτερα; Ποια είναι τα στοιχεία του ενεργειακού ισολογισμού ενός συστήματος θέρμανσηςήψύξης;

7 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο πολυκατοικίας Διαρκής λειτουργία με ομοιόμορφες απαιτήσεις Αργά συστήματα θέρμανσης, χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας RACs (αλλά ενεργειακής κατηγορίας Α)

8 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο γραφείων με ενιαίους χώρους εργασίας Διαρκής λειτουργία με έντονα μεταβαλλόμενες απαιτήσεις Ισχυρή θερμομόνωση. Υψηλής ποιότητας κουφώματα και υαλοπετάσματα. Αξιοποίηση της θερμικής μάζας του κελύφους. Αυξημένη και καθολική απαίτηση σε ψύξη. Σημαντικά εσωτερικά φορτία.

9 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο γραφείων με ενιαίους χώρους εργασίας Ταυτόχρονη Διαρκής λειτουργία θέρμανσημε και έντονα ψύξη. Χρειάζονται γρήγορα μεταβαλλόμενες συστήματα. απαιτήσεις Πολυζωνική λειτουργία. Ποιότητα αέρα. Συστήματα κλιματισμού αέρα μεταβαλλόμενης παροχής (VAV) ή μεταβαλλόμενης παροχής ψυκτικού μέσου. Fan coils σε συνδυασμό με συστήματα αερισμού. Συστήματα ανάκτησης θερμότητας. Συστήματα απορρόφησης.

10 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο αστικού τύπου ξενοδοχείου Διακοπτόμενη και μεταβαλλόμενη λειτουργίαήαπαιτήσεων Ισχυρή θερμομόνωση. Αξιοποίηση της θερμικής μάζας του κελύφους. Απαίτηση σε ψύξη και θέρμανση. Συσχέτιση με τα υλικά δαπέδων και επιφανειών.

11 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο ξενοδοχείου * Πολυζωνική λειτουργία συστημάτων Διακοπτόμενη Γρήγορα συστήματα και μεταβαλλόμενη λειτουργίαήαπαιτήσεων Συστήματα κλιματισμού αέρα μεταβαλλόμενης παροχής ή μεταβαλλόμενου όγκου ψυκτικού μέσου (VAV, VRV) Συστήματα απορρόφησης Συστήματα αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας Αλλά προσοχή στην επιλογή των υλικών δαπέδων απαιτούνται θερμά υλικά. Και προσοχή στη συσχέτιση φυσικού αερισμού, μηχανικού αερισμού, ποιότητας αέρα, δυνατότητας του χρήστη να παρέμβει. * Δεν αφορά ξενοδοχεία ορεινού

12 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο ορεινής εξοχικής κατοικίας Σποραδική λειτουργία με ομοιόμορφες απαιτήσεις Ισχυρή θερμομόνωση. Λιγότερο σημαντική (έως ανεπιθύμητη) η αξιοποίηση της θερμικής μάζας του κελύφους. Ανάγκη προστασίας του κτιριακού κελύφους.

13 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο Γρήγορα ορεινής εξοχικής συστήματα κατοικίας θέρμανσης, δεν απαιτείται Σποραδική ψύξη. λειτουργία με ομοιόμορφες Ευκολία απαιτήσεις προμήθειας καυσίμων, αξιοπιστία και μικρή απαίτηση συντήρησης. Συστήματα νερού υψηλής θερμοκρασίας (σώματα ακτινοβολίας) Συστήματα ακτινοβολίας υπέρυθρης ακτινοβολίας Προσοχή στην επιλογή των υλικών

14 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο παραθαλάσσιας εξοχικής κατοικίας Σποραδική λειτουργία με ομοιόμορφες απαιτήσεις Ισχυρή θερμομόνωση κυρίως στη στέγη. Απολύτως αναγκαία η αξιοποίηση της θερμικής μάζας του κελύφους. Απολύτως αναγκαία η ηλιοπροστασία.

15 Χαρακτηριστικές περιπτώσεις: Κτίριο παραθαλάσσιας εξοχικής κατοικίας Μονοζωνική λειτουργία συστημάτων Σποραδική λειτουργία με ομοιόμορφες Γρήγορα συστήματα ψύξης απαιτήσεις Ανάγκη αφύγρανσης στις μεταβατικές εποχές Αξιοπιστία και μικρή απαίτηση συντήρησης RAC s Συστήματα ακτινοβολίας υπέρυθρης ακτινοβολίας Προσοχή στην επιλογή των υλικών δαπέδων απαιτούνται ψυχρά υλικά

16 Και με τις ΑΠΕ τι γίνεται;

17 Μια πρόταση για κατοικία Σύστημα θέρμανσης υψηλής θερμοκρασίας Απαιτεί Σύστημα ΑΠΕ υψηλής θερμοκρασίας και μεγάλης ενεργειακής πυκνότητας Εν γένει όχι τόσο καλή ιδέα, υπάρχουν αυξημένες απώλειες

18 Μια πρόταση για κατοικία Σύστημα θέρμανσης χαμηλής θερμοκρασίας Συνδυάζεται θαυμάσια με Σύστημα ΑΠΕ χαμηλής θερμοκρασίας και μεγάλης ενεργειακής πυκνότητας Αλλά προϋπόθεση η πολύ ισχυρή θερμική προστασία του κελύφους και η αξιοποίηση της θερμοχωρητικότητάς

19 ΚΕΝΑΚκαιπρότυπαΕΝ: Μία συνολική αποτίμηση της ενεργειακής συμπεριφοράς τουκτιρίου

20 Καθοριστικοί εν τέλει παράγοντες: Χρόνος λήψης αποφάσεων και επιστημονική επάρκεια του μελετητή Σύλληψη έργου υνατότητα εξοικονόµησης ενέργειας Προ- µελέτη Οριστική µελέτη Προδιαγραφές έργου Κατασκευή Χρήση Poor design + excellent technology = mediocre system Κόστος και κόπος που απαιτούνται Χρονική εξέλιξη του έργου Good design + proven technology = great system S.D.Probert

21 Το ζήτηµα του κτιριακού αποθέµατος

22 Το ζήτηµα του κτιριακού αποθέµατος Μερικά απλά αριθµητικά µεγέθη: Σε ένα σύνολο 4.5 εκατοµµυρίων οικιστικών µονάδων, λειτουργούν περίπου 2 έως 2.5 εκατοµµύριασυστήµαταθέρµανσηςλέβητα-καυστήρα, οπότεθαπρέπει λέβητες και καυστήρες να αντικαθίστανται ετησίως. Σε ένα σύνολο 4.5 εκατοµµυρίων εγκατεστηµένων RAC διαιρετού τύπου, θα πρέπει να αντικαθίστανται ετησίως. Σε ένα σύνολο 2 εκατοµµυρίων ηλιακών συλλεκτών νερού θα πρέπει να αντικαθίστανται ετησίως. Σεένασύνολο 4.5 εκατοµµυρίωνοικιστικώνµονάδων, µε ναπροστίθενταιετησίωςτηντελευταίαδεκαετία, θα πρέπει τουλάχιστον µονάδες να ανακαινίζονται ετησίως και όχι µόνο ωςπροςτηνόψητους. Υπάρχει κάποια πρόταση επ αυτών?

23 Υφιστάµενα κτίρια: Μια στρατηγική παρέµβασης Βραχυπρόθεσµα Μέτρα Μεσοπρόθεσµα Μέτρα Μακροπρόθεσµα Μέτρα Κέλυφος Ψυχρές επικαλύψεις σε οροφές Αναδροµική θερµοµόνωση Εγκατάσταση συστηµάτων Εξωτερική σκίαση ανοιγµάτων κτιρίων κατασκευασµένων Φυτεµένου ώµατος όπου αυτό δεν µεταβάλλει την µετά το 1980 σύµφωνα µε Εγκατάσταση ειδικής µορφή του κτιρίου και δεν τον νέο κανονισµό ΚΕΝΑΚ εξωτερικής σκίασης όπου απαιτείται ειδική µελέτη και έγκριση απαιτείται ανάπλαση της Μόνωση των αµόνωτων κτιρίων όψης. στα επίπεδα που προβλέπονται από τον KENAK Aντικατάσταση των Κουφωµάτων µε νέα κουφώµατα, που να πληρούν τις µέγιστες επιτρεπόµενες τιµές συντελεστών θερµικής διαπερατότητας

24 Υφιστάµενα κτίρια: Μια στρατηγική παρέµβασης Βραχυπρόθεσµα Μέτρα Μεσοπρόθεσµα Μέτρα Μακροπρόθεσµα Μέτρα Σύστηµα Θέρµανσης Αντικατάσταση Παλαιών Χρήση υβριδικών ηλιακών και Εγκαταστάσεις καυστήρων η και λεβήτων πετρελαίου µε συµβατικών συστηµάτων για συνδυασµένης νέους υψηλής απόδοσης (πετρελαίου) θέρµανση χώρων. θέρµανσης ψύξης Αντικατάσταση Παλαιών καυστήρων η µε αντλίες και λεβήτων πετρελαίου µε νέους φυσικού θερµότητας κύκλου αερίου. απορρόφησης µε Εγκατάσταση συστηµάτων χρήση φυσικού θερµοστατικών βαλβίδων στα συστήµατα αερίουήκαιαπε. θέρµανσης. Τοποθέτηση τρίοδης βάνας ανάµιξης µε τους κατάλληλους αυτοµατισµούς Αερισµός Ποιότητα Αέρα και Εγκατάσταση ανεµιστήρων οροφής Αντικατάσταση ατοµικών κλιµατιστικών συσκευών ηλικίας άνω των Εγκατάσταση εναλλακτών ανάκτησης θερµότητας Αντικατάσταση ατοµικών Xρήση συστηµάτων έµµεσης εξατµιστικής ψύξης ροσισµός 15 ετών µε νέα ενεργειακής κατηγορίας κλιµατιστικών συσκευών ηλικίας υψηλού COP τουλάχιστον Β. άνωτων 10 ετώνµενέα Χρήση συστηµάτων ενεργειακής κατηγορίας υβριδικού αερισµού τουλάχιστον Β

25 Η σκοπιµότητα των παρεµβάσεων αναβάθµισης του κτιριακού αποθέµατος της χώρας Η µέση δυνατή εξοικονόµηση ενέργειας ανά κατοικία υπερβαίνει το 25%. Το «επιλέξιµο» κτιριακό απόθεµα υπερβαίνει το κατοικίες. Το συνολικά επιτεύξιµο αποτέλεσµα ισοδυναµεί µε µία εξοικονόµηση ενέργειας της τάξης των GWh καιµίαµείωσηστοφορτίοαιχµήςµεγαλύτερητων MW. Για να επιτευχθεί ο στόχος εντός «εύλογου» χρόνου απαιτείται ένας ρυθµός ανακαίνισης κτιριακώνµονάδωντοχρόνο. Τοκόστοςεκτιµάται στα 150 εκατ. τοχρόνο. Οικονοµικήαξίαεξοικονοµούµενηςενέργειαςωφέλειαςστηδεκαετία 750 εκ.. Μακροοικονοµικάοφέλη: Πολλαπλάσια, για έναν από τους λίγους οικονοµικούς κλάδους που έχουν υψηλή προστιθέµενη αξία για τη χώρα

26 Αντί επιλόγου 300 Spezifischer jahrlicher Energieverbrauch (kwh/m2&an) Ge ge nwa rtige r Ja hre s be da rf 10 Ja hre Aus s icht ohne Spa rm aβna hm e n 10 Ja hre Aus s icht m it Spa rm aβna hm e n 0 He izung Be le uchtung Kuhlung Buroge ra te - Verbrauchsquelle Com pute r Ge s a m tve rbra uch Papadopoulos A.M. and Aravantinos D. (1997), Sanierung von öffentlichen Bürogebäuden: Ein bauphysikalisches Problem, mit energiewirtschaftlicher Lösung, BAUPHYSIK 6, Heft 5,

27 Αντί επιλόγου kwh / m2 a X 0 Consumption in 1980 Consumption in 1990 Consumption in 2000 Forecast 2010 (BAU) Forecast 2010 (RUE) Space Heating - DHW Lighting A/C Equipment 1.Papadopoulos A.M., Oxizidis S., Papandritsas G. (2008), Energy, economic and environmental performance of heating systems used in Greek buildings, Energy and Buildings, 40,

28 Αντί επιλόγου Ο αποδοτικότερος τρόπος για την απορρόφηση αύξησης είναι η εκμετάλλευση του δυναμικού εξοικονόμησης ενέργειας για τη θέρμανση και τον κλιματισμό στα νέα και στα υφιστάμενα κτίρια. Αυτό σημαίνει Α) Ισχυρή θερμομόνωση Β) Υψηλής ποιότητας κουφώματα Γ) Υψηλής απόδοσης συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού Δ) Ηλιοπροστασία Αλλά τα Αέως Δ πρέπει είναι

29 Αντί επιλόγου Για να επιτευχθεί αυτό απαιτούνται. Α) Καλή κατανόηση του θεωρητικού υπόβαθρου Β) Ενημέρωση για το τρέχον επίπεδο της τεχνολογίας Γ) Επίγνωση των δυνατοτήτων που παρέχουν τα σύγχρονα υπολογιστικά εργαλεία Δ) Συνειδητοποίηση της ανάγκης διεπιστημονικ συνεργασίας Απαιτείται δηλαδή υψηλό επίπεδο επιστημονικ και Και επαγγελματικής βεβαίως απαιτούνται επάρκειας. και όλες οι άλλες συνθήκες που αφορούν Ενίοτε τη μεταφορά απαιτείται της μελέτης και αλλαγή στην πράξη, νοοτροπίας. αλλά αυτό είναι θέμα μίας άλλης συζήτησης.

30 Αντί επιλόγου