Το έργο REPUBLIC-MED Ο ρόλος των καινοτόμων μεθόδων προσομοίωσης του δομημένου περιβάλλοντος στην εκπόνηση δράσεων αποτίμησης και μετριασμού

Transcript

1 Το έργο REPUBLIC-MED Ο ρόλος των καινοτόμων μεθόδων προσομοίωσης του δομημένου περιβάλλοντος στην εκπόνηση δράσεων αποτίμησης και μετριασμού Δρ. Γιώργος Μ. Σταυρακάκης Επιστημονικός συνεργάτης ΚΑΠΕ Τεχνικός συντονιστής του έργου

2 Κίνητρο έργου Σχεδιασμός συμμόρφωσης Εθνικά εργαλεία BES Υποεκτίμηση της επίδρασης της συμπεριφοράς του χρήστη Ισόγειο και 1ος: Αργολιθοδομή. 2ος όροφος: Οπτοπλισθοδομη (υπερμπατική). Ανοίγματα: Συνθετικό πλαίσιο, διπλό τζάμι 12mm. Θέρμανση: Λέβητας πετρελαίου. Ψύξη: Κλιματιστικά Actual lctricity csumpti (PPC data) 4 Simulatd lctricity csumpti 100 Divrgc (%) 50 2 Dc Oct Nv Sp Jul Aug Ju Apr May Mar Ja Fb 0 0 Ja Fb Mar Apr May Ju Jul Aug Sp Oct Nv Dc Αστοχία πρόβλεψης ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της περιόδου ψύξης

3 Κίνητρο έργου Σχεδιασμός συμμόρφωσης Εθνικά εργαλεία BES Υποεκτίμηση της επίδρασης του φαινομένου UHI* *J. Buyr t al., Micrclimatic cuplig as a sluti t imprv buildig rgy simulati i a urba ctxt, Ergy ad Buildigs 43 (2011)

4 Κίνητρο έργου Συνήθεις πρακτικές σχεδιασμού για την ανάπλαση ανοικτών χώρων Αστοχίες λόγω αδυναμίας πρόβλεψης φυσικών φαινομένων BEFORE AFTER Θερμική νησίδα μετά την «πολλά υποσχόμενη» μετασκευή

5 Πρόσφατες οδηγίες EPBD 31/2010/EC Nέα κτίρια NZEB από 2018 και από 2020 για δημόσια και ιδιωτικά κτίρια, αντιστοίχως. 27/2012/EC Υφιστάμενα Δημόσια κτίρια Επιτάχυνση της ενεργειακής αναβάθμισης: Από το 2014 και μετά, ανακαίνιση του 3% της επιφάνειας των κτιρίων του Δημοσίου με στόχο την επίτευξη των ελάχιστων προδιαγραφών ενεργειακής αποδοτικότητας.

6 Εξέλιξη οδηγιών Σχεδιασμός «συμμόρφωσης» Οδηγίες EPBD ΝΖΕΒ Μέθοδοι μελέτης EPBD ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΣΚΕΥΗΣ

7 Υλοποίηση οδηγιών Απαιτήσεις Βελτίωση της ακρίβειας πρόβλεψης => Ρεαλιστικές επενδύσεις RES/EE στο δομημένο περιβάλλον Με ποιο τρόπο?? Σχεδιασμός ρεαλιστικής πρόβλεψης Σχεδιασμός συμμόρφωσης Ελευθερία στην Καινοτομία Αποτελέσματα πέραν της συμμόρφωσης Συστάσεις*: - Συμπεριφορά των χρηστών (συμμετοχικές διαδικασίες-ερωτηματολόγια, έξυπνοι μετρητές, Στοχαστική προσομοίωση) - Δυναμικές προσομοιώσεις (max: Ωριαίο χρονικό βήμα) - Υπολογιστικό πεδίο: Έκταση «γειτονιάς», ενεργειακό δίκτυο, μικροκλίμα πλησίον του κτιρίου - Βελτιστοποίηση *Evaluatig ad Mdllig Nar-Zr Ergy Buildigs; Ar w rady fr 2018?, JRC Tchical Rprts, Exprt mtig Ja 2012, Glaskw.

8 Σχεδιασμός ρεαλιστικής πρόβλεψης Κτίρια Κτίρια Δείκτες αξιολόγησης/κριτήρια αξιολόγησης/κριτήρια --Δείκτες Μέθοδοι που ανταποκρίνονται Μέθοδοι που ανταποκρίνονται Ανοικτοί χώροι Ανοικτοί χώροι Αλληλεπιδράσεις Αλληλεπιδράσεις στις αυστηρότερες απαιτήσεις στις αυστηρότερες απαιτήσεις Δείκτες αξιολόγησης/κριτήρια --Δείκτες αξιολόγησης/κριτήρια εσωτερικού/εξωτερικού εσωτερικού/εξωτερικού Σχέδια υιοθέτησης των των Σχέδια υιοθέτησης τωνβελτιστοποίηση οδηγιών Καινοτόμες μέθοδοι των οδηγιών --Καινοτόμες μέθοδοι Βελτιστοποίηση περιβάλλοντος περιβάλλοντος Πιλοτικές εφαρμογές προτεινόμενων προσεγγίσεων προτεινόμενων Πιλοτικές προσεγγίσεων ποσοτικοποίησης τωνεφαρμογές δεικτών ποσοτικοποίησης των δεικτών Συμπεριφορά των των χρηστών χρηστών --Συμπεριφορά ΤεχνολογίεςΕκπαιδευτικά αναβάθμισης σεμινάρια --Τεχνολογίες αναβάθμισης Εκπαιδευτικά σεμινάρια Σχεδιασμός «συμμόρφωσης» Ενδυνάμωση σχεδιασμού σχεδιασμού συμμόρφωσης συμμόρφωσης Ενδυνάμωση

9 Ευρήματα έργου Συνήθεις μέθοδοι ΚΤΙΡΙΑ Μέθοδος προσομοίωσης Χρονικό βήμα Κλιματικά δεδομένα ΕΛΛΑΔΑ Θερμικών ζωνών BES Μηνιαίο Dfault τιμές ευρύτερης κλιματικής ζώνης Γεωμετρία Απλοποιημένη Συστήματα Πρόσβαση στα Προγράμματα λειτουργίας των συστημάτων Δείκτες αξιολόγησης ΝΑΙ ΌΧΙ- Dfault Κατηγοριοποίηση Λήψη απόφασης Ορισμός NZEB Υποστηρικτικό υλικό προτεινόμενων μέτρων Κατανάλωση, Κόστος και χρόνος αποπληρωμής Ecπραγματικό κτίριο/ec κτίριο αναφοράς Παραμετρική ανάλυση Αδιευκρίνιστο Απλή αναφορά ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΣΕΣ ΧΩΡΕΣ ΓΑΛΛΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΙΤΑΛΙΑ Θερμικών ζωνών Θερμικών ζωνών Θερμικών ζωνών BES BES BES Ωριαίο Ωριαίο ή Μηνιαίο Μηνιαίο Από τον Dfault τιμές Dfault τιμές πλησιέστερο ευρύτερης ευρύτερης μετεωρολογικό κλιματικής ζώνης κλιματικής ζώνης σταθμό Απλοποιημένη Λεπτομερής ή Λεπτομερής απλοποιημένη ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΌΧΙ- Dfault ΚΡΟΑΤΙΑ Θερμικών ζωνών BES Μηνιαίο Dfault τιμές ευρύτερης κλιματικής ζώνης Απλοποιημένη ΝΑΙ ΌΧΙ- Dfault Κατανάλωση, Μέσο CO2, Κατανάλωση U valu, Εσωτερική θερμοκρασία Με βάση την Με βάση τις πρωτογενή ενέργεια εκπομπές CO2 Μέσο U valu, Ενεργειακή ζήτηση, Κατανάλωση Με βάση την πρωτογενή ενέργεια Ετήσια ενεργειακή ζήτηση Παραμετρική ανάλυση Αδιευκρίνιστο Τεχνικές λεπτομέρειες Παραμετρική ανάλυση Αδιευκρίνιστο Απλή αναφορά Παραμετρική ανάλυση Αδιευκρίνιστο Τεχνικές λεπτομέρειες; Χρηματοδοτικά Παραμετρική ανάλυση Αδιευκρίνιστο Τεχνικές λεπτομέρειες Με βάση την ετήσια ενεργειακή ζήτηση

10 Ευρήματα έργου Συνήθεις μέθοδοι ΆΝΟΙΚΤΟΙ ΧΩΡΟΙ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΣΕΣ ΧΩΡΕΣ Πέραν από εμπειρικές κατευθυντήριες γραμμές βιοκλιματικού σχεδιασμού, δεν υπάρχει εθνική προσέγγιση βάσει της οποίας υπολογίζονται συγκεκριμένοι δείκτες της επίδρασης UHI στο επίπεδο αντίληψης του κατοίκου (δείκτες άνεσης και ποιότητας αέρα). Δεν θεσπίζονται κριτήρια των δεικτών που πρέπει να ικανοποιούνται. Η λήψη απόφασης στηρίζεται μόνο στην ρεαλιστική σχεδιαστική αποτύπωση του χώρου με κάποια απεικόνιση της σκίασης και σε περιορισμούς κόστους. ΕΡΩΤΗΜΑ: ΠΟΤΕ ΣΤΑΜΑΤΑΕΙ Η ΕΠΕΝΔΥΣΗ?!

11 Ευρήματα έργου - Αξιολόγηση μελετών ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ Χρήση Λογισμικό ΕΛΛΑΔΑ Γραφεία ΚΕΝΑΚ Πρωτογενής και τελική κατανάλωση Χρονικό βήμα Mηνιαίο Κλιματικά Ευρύτερη δεδομένα κλιματική ζώνη Προγράμματα Dfault λειτουργίας Συμπεριφορά ΟΧΙ χρηστών Max mthly 200% i Ju divrgc Ttal aual 3% divrgc Δείκτες αξιολόγησης ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΣΕΣ ΧΩΡΕΣ ΓΑΛΛΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΚΡΟΑΤΙΑ Γραφεία Σχολείο Σχολείο Σχολείο CLIMA-WIN Edilclima V.700 BΕS Sftwar Αναλυτικός 2005 υπολογισμός Πρωτογενής κατανάλωση Τελική κατανάλωση Μηνιαίο Ευρύτερη κλιματική ζώνη Dfault Πρωτογενής και τελική κατανάλωση Ετήσιο Ευρύτερη κλιματική ζώνη Dfault Πρωτογενής και τελική κατανάλωση Μηνιαίο Ευρύτερη κλιματική ζώνη Συνεντεύξεις Ετήσιο Ευρύτερη κλιματική ζώνη Dfault ΟΧΙ ΟΧΙ ΟΧΙ N/A Ν/Α Ν/Α Ys, bfr rtrfit 10% N/A 85% 30% 9%

12 Ευρήματα έργου - Ιεράρχηση αιτιών αποκλίσεων ΛΟΓΟΙ ΑΠΟΚΛΙΣΗΣ Απλοποίηση γεωμετρίας Αμέλεια φυσικών φαινομένων Υποεκτίμηση της επίδρασης του τοπικού μικροκλίματος Ελλιπής αριθμητική εκπροσώπηση των τεχνολογιών Αμέλεια ενεργειακής συμπεριφοράς χρηστών 2 ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΣΕΣ ΧΩΡΕΣ ΓΑΛΛΙ ΙΣΠΑΝΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΚΡΟΑΤΙΑ Α ΕΛΛΑΔΑ Avrag 2

13 Πρόταση - Κτίρια Μέθοδος θερμικών ζωνών Ρεαλιστικά προγράμματα λειτουργίας συστημάτων ΣΥΖΕΥΞΗ Ενεργειακοί δείκτες Διάγνωση ευάλωτων σημείων/ Παραμετρική ανάλυση Αστικό μικροκλίμα (μοντέλο πεδίου) Βέλτιστες επενδύσεις μετασκευής Σχήμα βελτιστοποίησης/ Διαχείριση δεδομένων

14 Πρόταση - Ανοικτοί χώροι Μέθοδοι αστικού μεταβολισμού και ανθρωπογενείς πηγές θερμικών καταπονήσεων και ρύπων ΣΥΖΕΥΞΗ Δείκτες άνεσης και ποιότητας αέρα Διάγνωση ευάλωτων περιοχών/ Παραμετρική ανάλυση Αστικό μικροκλίμα (μοντέλο πεδίου) Βέλτιστη επένδυση μετασκευής Σχήμα βελτιστοποίησης/ Διαχείριση δεδομένων

15 Σύζευξη BES/μικροκλίμα Λογική σύζευξης Ωριαίες καταγραφές μετεωρολογικού/ έτος Είσοδοι στο μοντέλο πεδίου Εκτέλεση βελτιωμένου BES=> Εκτίμηση δεικτών Είσοδοι στο εργαλείο BES Γεωμετρία Συστήματα Θερμικές ζώνες Κέλυφος Προγράμματα λειτουργίας Εκτέλεση=> Κατανομές κλιματικών παραμέτρων/ώρα

16 Τυπική ημέρα Τοπικό μικροκλίμα [1/2] «Απομακρυσμένες» τυπικές ημέρες: 12 (O fr ach mth) Days f th mth Jauary 1 Ja 2 Ja 3 Ja 4 Ja Ja Avrag V1 V2.... Vj.. V31 ΣVj/N. f days Fbruary 1 Fb 2 Fb 3 Fb.. 28 Fb V1 V2.. Vj Τυπική ημέρα Γενάρη Climat paramtr ΣVj/N. f days Τυπικές ημέρες Ωριαίες τιμές κλιματικών παραμέτρων Μοντέλο πεδίου

17 Τυπική ημέρα Τοπικό μικροκλίμα [2/2] Μέσες τιμές Κρίσιμες μεταβλητές σύζευξης: - Η ρεαλιστική θερμοκρασία διορθώνει τα ψυκτικά και θερμικά φορτία - Η ρεαλιστική ταχύτητα αέρα διορθώνει το U valu ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ DEFAULT ΤΙΜΕΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 12 Τυπικές ημέρες ΑΛΛΑ στη γειτνίαση του κτιρίου

18 Αποτύπωση συμπεριφοράς ΣΥΝΕΝΤΕΥΞΕΙΣ - Διαχειριστής - Εργαζόμενοι - Τεχνικοί - Scurity Ρεαλιστικά DEFAULT προγράμματα Προγράμματα λειτουργίας St-pits Προγράμματα λειτουργίας Εντός ωρών λειτουργίας Εκτός ωρών λειτουργίας Ρεαλιστικά προγράμματα λειτουργίας συστημάτων για κάθε τυπική ημέρα

19 Χρήση βελτιωμένου BES Ρεαλιστικά κλιματικά δεδομένα Ρεαλιστικά προγράμματα λειτουργίας BES Ενεργειακοί δείκτες και δείκτες κόστους

20 Αποτίμηση UHI Συλλογή στοιχείων Στοιχεία πεδίου ενδιαφέροντος: - Γεωμετρία: Τοπογραφικό διάγραμμα ευρύτερης περιοχής (π.χ. σε ακτίνα 1km περί του πεδίου ενδιαφέροντος) - Υλικά εδάφους: Θερμοφυσικές ιδιότητες (Uvalus, albd, κτλ.) - Υλικά γειτονικών κτιρίων - Φύτευση: Είδος δέντρων, μέγεθος, σχήμα και θέση - Οχήματα Κυκλοφοριακά στοιχεία - Ωριαίες τιμές καταγραφών κλιματικών δεδομένων

21 Αποτίμηση UHI Δυσμενέστερο σενάριο Tmpratur Days f th mth Ju Avrag V1 V2.... Vj.. V30 ΣVj/N. f days July 1 Fb 2 Fb 3 Fb.. 28 Fb V1 V2.. Vj ΣVj/N. f days Σύγκριση καταγραφών θερμοκρασίας τις ώρες Η ημέρα με τις μεγαλύτερες θερμοκρασίες θεωρείται ως δυσμενές σενάριο.

22 Στήσιμο του μοντέλου προσομοίωσης Οριακές συνθήκες: Υπάρχουν διαθέσιμα υπολογιστικά εργαλεία που απλοποιούν τη διαδικασία!!! Κλιματικές συνθήκες επερχόμενου ανέμου (T, RH, VEL, tc.) θερμότερης ημέρας Υλικά εδάφους (π.χ. albd) Υλικά γειτονικών κτιρίων Ιδιότητες φύτευσης Εκπομπές CO από οχήματα

23 Αναμενόμενα αποτελέσματα Κλιματικές παράμετροι εισόδου της θερμότερης ημέρας Άλλες οριακές συνθήκες Προσομοίωση Αποκάλυψη ht-spts : - Θερμοκρασία - Δείκτες άνεσης - Συγκέντρωση ρύπου - Κτλ. Διάγνωση ευάλωτων περιοχών=> Βάση για την πρόταση μέτρων μετασκευής

24 Λήψη απόφασης Κριτήρια «Σταματήματος» επένδυσης μετριασμού Στόχοι ανακαίνισης Κτίρια Ανοικτοί χώροι Ελαχιστοποίηση ενεργειακής κατανάλωσης (συμμόρφωση με νομοθεσία για ριζικές ανακαινίσεις) Ελαχιστοποίηση κόστους επένδυσης Ελαχιστοποίηση περιόδου αποπληρωμής Διερεύνηση δυνατοτήτων ΝΖΕΒ - Μείωση της θερμοκρασίας αέρα σε ύψος 1.8 m κατά C τη θερμότερη ημέρα του έτους. Βελτίωση κατά 15% των επιπέδων θερμικής άνεσης στο ίδιο ύψος. Ελαχιστοποίηση συγκέντρωσης ρύπου στο ίδιο ύψος. Ελαχιστοποίηση κόστους επένδυσης.

25 Λήψη απόφασης Βελτιστοποίηση Παραμετρική ανάλυση με χρήση του φυσικού μοντέλου => Βάση δεδομένων Διατύπωση σχήματος βελτιστοποίησης, π.χ. αντικειμενική συνάρτηση με περιορισμούς Τρόπος επίλυσης του σχήματος βελτιστοποίησης => Διαχείριση βάσης δεδομένων «Ολοκλήρωση»: Σύζευξη ανάλυσης επίπτωσης και βελτιστοποίησης

26 Μελέτη περίπτωσης Μετριασμός UHI Βιοκλιματική αναβάθμιση πλατείας Βέλτιστη θέση και είδος προτεινόμενης φύτευσης, σχήμα και μέγεθος. Υλικά εδάφους υψηλού albd (ψυχρός κυβόλιθος, γρανίτης, μάρμαρο, ψυχρή άσφαλτος). Υδάτινες επιφάνειες. Υπολογιστικό πλέγμα ΠΡΙΝ και ΜΕΤΑ τη μετασκευή BEFORE AFTER Δείκτες αξιολόγησης Δείκτης θερμικής άνεσης (PMV) στο επίπεδο αντίληψης του κατοίκου. Θερμοκρασία αέρα στο επίπεδο αντίληψης του κατοίκου. Θερμοκρασία επιφανειών. Μηχανικές επιδράσεις ανέμου. Συντριβάνι Δέντρα Ψυχρά υλικά

27 ΠΡΙΝ ΜΕΤΑ

28 Επιφανειακή θερμοκρασία Μείωση κατά 12.5C Θερμική άνεση 20% μείωση PMV Αέρια ρεύματα Ανεμοπροστασία

29 Υλοποίηση του έργου C U R R E N A N T C O N A L Y S I S p T E X T R E V I E W I O g i g l i c i s s s a d f a i l u r s t s t u d y m N O v a t i v O D V A T I V E P O O L t h d l s f r s i m B E v a t i v P u l a t i a l T A C T I O N l s f r s i m U H u I l a t i i m p N S O E a l i c a t i s i s t C E v a l u a c h f i v u f a t i c i s i - m p a p r t i l V E L I t M E T H O f i t s a k i b g a D O L O G p l a i g O U T i m t s i m l s p l a t i v E A t g r a t i a k i g f s c h C H I N G S T A K E H O L D E R d c i s i m d T m c h a y s i c a l t i g s g i a u t h r s u b l i c r i t i r g y r s v i d r v i c r s a k p u s P l i c y G m r s - s S a t i m i s s W r k s h p i g s s m W i a r s i p E R t i s t s T r a i O a c t u l R L D I E S l l i c y O d m v a t i v t A p s s m t r y I d a s s r p l i c a t i s i t H l y s i s v l p p E a c t p A K E p D S T A a l y s i s P I L O F s a P O S f t r r I N H S c i I c c c u F E T s t S u O M Q u s t i s u r v y s a i r S c i a l b s i t m d i a r a l b l i c s S

30 Εταιρικό σχήμα TECHNICAL PARTNER AUTHORITY-LIKE PARTNER GREECE FRANCE SPAIN ITALY CROATIA

31 Αναμενόμενα αποτελέσματα Βελτίωση λήψης απόφασης σε έργα μετασκευής στο Δημόσιο τομέα. Καινοτόμες μέθοδοι διάγνωσης ευάλωτων περιοχών και πρότασης αναπτυξιακών έργων αναβάθμισης. Αξιόπιστη υλοποίηση των αυστηρότερων ενεργειακών κριτηρίων που υποδεικνύονται στις τελευταίες οδηγίες κτιριακής ενεργειακής αποδοτικότητας (EPBD 2012/27/EC). Συνεισφορά στο σχεδιασμό έξυπνων πράσινων προμηθειών.

32 Πρώτα ευρήματα παρουσιάζονται Psitiig Wrkshp Nw Eurpa Dirctiv arly zr-rgy buildigs Ar w rady fr 2018? Op Day Mtig Buildig ad Op Spacs Ergy Rtrfit: Spaish Plicis ad Fiacig Schms First Smart-citis grup mtig i Nic-Frac NOVABUILD 2013-Spai

33 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ Prjct tchical crdiatr Dr. Kstatis Aagstpuls Elctrical Egir, PhD Dr. Grg M. Stavrakakis Chmical Egir, PhD, MSc Had f Dvlpmt Prjcts Studis Dpartmt Divisi f Dvlpmt Prgramms Ctr fr Rwabl Ergy Surcs ad Savig (CRES) Divisi f Dvlpmt Prgramms Ctr fr Rwabl Ergy Surcs ad Savig (CRES) addrss: kaagst@crs.gr Pstal addrss: 19th km, Maraths Av., GR-19009, Pikrmi, Attiki, Grc Tl: Fax: addrss: gstavr@crs.gr Pstal addrss: 19th km, Maraths Av., GR-19009, Pikrmi, Attiki, Grc Tl.: Fax: Prjct crdiatr