Ολιστική και ενεργειακά αποδοτική ανακαίνιση κτιρίου κατοικίας στην Αττική: Εφαρμογή λύσεων και τεχνολογιών για τη δημιουργία NZEB

Transcript

1 Ολιστική και ενεργειακά αποδοτική ανακαίνιση κτιρίου κατοικίας στην Αττική: Εφαρμογή λύσεων και τεχνολογιών για τη δημιουργία NZEB Θ. Καρλέση -Α. Συννέφα Ομάδα Μελετών Κτιριακού Περιβάλλοντος, ΕΚΠΑ

2 Το Έργο HERB HERB: Holistic energy-efficient retrofitting of residential buildings - Ολιστική ενεργειακά αποδοτική ανακαίνιση κτιρίων κατοικίας Χρηματοδότηση: Ε.Ε. - 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο (FP7). Προϋπολογισμός: ,20 Διάρκειά:

3 Το Έργο HERB - Στόχος Ανάπτυξη νέων και καινοτόμων, ενεργειακά αποδοτικών τεχνολογιών και λύσεων Εφαρμογή των τεχνολογιών σε κτίρια κατοικίας, προκειμένου αυτά να μετατραπούν σε κτίρια πολύ χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης Αξιολόγηση της απόδοσης των κτιρίων πριν και μετά την ενεργειακή ανακαίνιση

4 Το Έργο HERB Ολιστική ενεργειακά αποδοτική ανακαίνιση Η διαδικασία ενεργειακής ανακαίνισης υλοποιήθηκε ακολουθώντας μια ολιστική προσέγγιση, η οποία λαμβάνει υπ όψιν: την ενεργειακή κατανάλωση, τη θερμική άνεση κοινωνικοοικονομικά κριτήρια. Η ολιστική αυτή προσέγγιση εφαρμόζεται για την ανακαίνιση διαφορετικών τύπων κτιρίων κατοικίας σε επτά ευρωπαϊκές χώρες. LISBON NOTTINGHAM AMSTERDAM MADRID GENEVA BOLOGNA ATHENS

5 Ολιστική προσέγγιση της ενεργειακής ανακαίνισης Προκειμένου να επιτευχθεί το βέλτιστο αποτέλεσμα για κάθε ανακαινιζόμενο κτίριο, η διαδικασία που εφαρμόστηκε, συμπεριέλαβε: Διεξαγωγή έρευνας μεταξύ των κατοίκων των κτιρίων, σχετικά με τις συνθήκες στις κατοικίες τους και μετρήσεων των περιβαλλοντικών συνθηκών Διεξαγωγή δυναμικών ενεργειακών προσομοιώσεων και προσομοιώσεων για την περιβαλλοντική άνεση Υπολογισμούς μείωσης εκπομπών CO2 Διεξαγωγή οικονομικών αναλύσεων ώστε να προσδιοριστεί η βιωσιμότητα των τεχνολογιών. Άλλες αναλύσεις και υπολογισμούς για την αξιολόγηση των τεχνολογιών που αναπτύχθηκαν στο Πρόγραμμα HERB (π.χ. υπολογισμοί για τα PV, μοντέλο υπολογισμού απόδοσης συσκευής φωτισμού, κτλ)

6 Το κτίριο Το ελληνικό κτίριο βρίσκεται στο Δήμο Περιστερίου. Είναι το ένα από τα δύο πανομοιότυπα τμήματα μιας πολυκατοικίας με 15 διαμερίσματα. Το κτίριο έχει 7 ορόφους.

7 Το κτίριο Το κέλυφος αποτελείται από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιία πληρώσεως από τούβλα. Το κτίριο δε διαθέτει θερμομόνωση. Τα αρχικά κουφώματα ήταν ξύλινα με μονά υαλοστάσια. Κάποιοι ιδιοκτήτες τα έχουν αντικαταστήσει με κουφώματα αλουμινίου με μονά υαλοστάσια.

8 Το κτίριο Το κτίριο διαθέτει ένα κεντρικό λέβητα πετρελαίου, ο οποίος δε χρησιμοποιείται από το Οι ένοικοι θερμαίνονται με ACs και ηλεκτρικά σώματα. Οι λαμπτήρες σε όλα τα διαμερίσματα είναι πυράκτωσης ή εξοικονόμησης ενέργειας (CFLs). 3 ιδιοκτήτες έχουν εγκαταστήσει ηλιακούς θερμοσίφωνες στο δώμα.

9 Το κτίριο Η πρόσοψη του κτιρίου είναι Βορειοανατολικού προσανατολισμού Η συνολική επιφάνεια του κτιρίου είναι :1.160 m2. Κάθε διαμέρισμα έχει 4 δωμάτια και έχει επιφάνεια : 69 m2.

10 Συμπεράσματα ερωτηματολογίων Δύο τύποι ερωτηματολογίων διανεμήθηκαν από το Πανεπιστήμιο Αθηνών: 1. Για τον διαχειριστή του κτιρίου Γενική περιγραφή του κτιρίου (κατασκευαστικές λεπτομέρειες, ανοίγματα, σκίαση, είδος και λειτουργία συστημάτων ψύξηςθέρμανσης, σύστημα θέρμανσης του νερού χρήσης, φωτισμός, κοκ) 2. Για τους ένοικους Περιγραφή του κάθε διαμερίσματος (κατασκευή, συσκευές, συστήματα, κοκ) Χρήση και πρόγραμμα λειτουργίας των συστημάτων Περιβαλλοντική άνεση Εντοπισμός προβλημάτων

11 Συμπεράσματα ερωτηματολογίων Τα προβλήματα που εντοπίστηκαν, είναι: Σημαντικά προβλήματα θερμικής δυσφορίας τόσο κατά τη διάρκεια του χειμώνα όσο και του καλοκαιριού, προερχόμενα από την έλλειψη θερμομόνωσης και τις απώλειες θερμότητας από τα ανοίγματα παλαιού τύπου. Η χρήση μη αποδοτικών συσκευών για ψύξη και θέρμανση (π.χ. ηλεκτρικά σώματα) και υπερβολική χρήση AC για ψύξη και θέρμανση. Η ΝΔ και εν μέρει η ΒΑ όψη δε σκιάζονται, γεγονός που οδηγεί σε σημαντικά θερμικά κέρδη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Η χρήση λαμπτήρων πυράκτωσης οδηγεί σε υψηλές καταναλώσεις ηλεκτρικού ρεύματος.

12 Πειραματική μέτρηση & καταγραφή συνθηκών πριν την ανακαίνιση Περίοδος καταγραφής: Αυγ Αυγ Ενεργειακή κατανάλωση με smart meters Υπέρυθρη θερμογράφηση IR32 DS Dual View Thermal Imaging Camera

13 Πειραματική μέτρηση & καταγραφή συνθηκών πριν την ανακαίνιση Αεροστεγανότητα & αλλαγές αέρα Novel pulse leakage test (UNOTT) Blower door Tracer gas decay method Μετρήσεις σε 3 αντιπροσωπευτικά διαμερίσματα: a) Ξύλινα κουφώματα με μονά υαλοστάσια b) Μονά & διπλά υαλοστάσια, ξύλινα και αλουμινένια κουφώματα c) Διπλά υαλοστάσια & αλουμινένια κουφώματα

14 Πειραματική μέτρηση & καταγραφή συνθηκών πριν την ανακαίνιση Περιβαλλοντικές παράμετροι εσωτερικά Θερμοκρασία Σχετική Υγρασία Επίπεδα φωτισμού Θερμική Άνεση (T, RH, Tbg, V) Ποιότητα εσωτερικού αέρα (PMx, VOCs, CO2) Περιβαλλοντικές παράμετροι εξωτερικά Θερμοκρασία Σχετική Υγρασία Ηλιακή Ακτινοβολία Ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου

15 Αποτελέσματα μετρήσεων & παρατηρήσεων Θερμικές απώλειες και κέρδη το χειμώνα και το καλοκαίρι αντίστοιχα λόγω θερμογεφυρών Επιφανειακές θερμοκρασίες στο δώμα μεγαλύτερες των 50 C κατά την καλοκαιρινή περίοδο Απώλειες αέρα από τα παράθυρα Παρά τη σχετικά μικρή κατανάλωση ενέργειας (λόγω έλλειψης συστημάτων HVAC) παρατηρήθηκε ότι όταν η εξωτερική θερμοκρασία πέφτει η ενεργειακή κατανάλωση διπλασιάζεται. Το αντίστοιχο φαινόμενο παρατηρείται και το καλοκαίρι. Οι ενεργειακές ανάγκες στον ανώτερο όροφο είναι μεγαλύτερες από τους υπόλοιπους λόγω των θερμικών απωλειών/κερδών από το αμόνωτο δώμα.

16 Αποτελέσματα μετρήσεων & παρατηρήσεων Μέσες θερμοκρασίες στο εσωτερικό που έφτασαν τους 14 C το χειμώνα και τους 36 C το καλοκαίρι. Για 70-90% των ωρών, οι εσωτερικές συνθήκες δεν πληρούν τις απαιτήσεις άνεσης (για το καλοκαίρι και το χειμώνα). Οι τιμές εσωτερικής θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας δε πληρούν τις απαιτήσεις των εθνικών οδηγιών (ΤΟΤΕΕ /2010) σε όλα τα διαμερίσματα. Κακές συνθήκες ποιότητας αέρα στα διαμερίσματα.

17 Η ενεργειακή αναβάθμιση Τα αποτελέσματα της ολιστικής ανάλυσης έδειξαν ότι θα πρέπει να εφαρμοστούν κυρίως τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας, παθητικές τεχνικές και χαμηλού κόστους λύσεις. Οι τεχνολογίες ΑΠΕ αποδείχτηκαν λιγότερο αποδοτικές στη συγκεκριμένη εφαρμογή και θα έχουν περιορισμένη χρήση. Έτσι, οι τεχνικές και τεχνολογίες που θα εφαρμοστούν, είναι: Μόνωση κελύφους (δώματος, εξωτερικών τοίχων και pilotis) Αντικατάσταση κουφωμάτων Χρήση φωτο-καταλυτικών επιχρισμάτων Αντικατάσταση των συμβατικών λαμπτήρων με LEDs Τοποθέτηση ανεμιστήρων οροφής Εγκατάσταση 10kWp φωτοβολταϊκών στη ΝΑ όψη Εγκατάσταση φωτοσωλήνα Τοποθέτηση σκιάστρων στα ΝΔ ανοίγματα. Νυχτερινός αερισμός.

18 Η ενεργειακή αναβάθμιση Μόνωση κελύφους: Μόνωση των κατακόρυφων επιφανειών με θερμομονωτικές πλάκες πετροβάμβακα, τύπου FIBRANgeo BΡ-21, πάχους 8εκ. με συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ=0,036w/(mk), που προσφέρθηκε από την εταιρεία FIBRAN.

19 Η ενεργειακή αναβάθμιση Μόνωση δώματος: Θερµοµόνωση βατού αντεστραµµένου δώµατος με στοιχεία εξηλασµένης πολυστερίνης και κεραμικά πλακίδια με υψηλή ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία, τύπου FIBRANxps STAR, με πάχος μόνωσης 5εκ., που προσφέρθηκε από την εταιρεία Vlachos monotiki.

20 Η ενεργειακή αναβάθμιση Αντικατάσταση κουφωμάτων: Αντικατάσταση των αρχικών ξύλινων κουφωμάτων με μονά υαλοστάσια, με αλουμινένια κουφώματα με θερμοδιακοπή και διπλά υαλοστάσια. Η συνολική θερμοπερατότητα των κουφωμάτων είναι μικρότερη των 2,5 W/(m2K).

21 Η ενεργειακή αναβάθμιση Εγκατάσταση φωτοσωλήνα: Τοποθέτηση φωτοσωλήνα, με ενσωματωμένους λαμπτήρες LED, οι οποίοι ελέγχονται από αισθητήρα φυσικού φωτός, στην απόληξη του κλιμακοστασίου, όπου δεν υπήρχε φυσικό φως.

22 Η ενεργειακή αναβάθμιση Τοποθέτηση φωτοκαταλυτικού επιχρίσματος: Στην εξωτερική επιφάνεια του κελύφους του κτιρίου θα εφαρμοστούν αυτοκαθαριζόμενα ελαστομερή επιχρίσματα με φωτοκαταλυτικές ιδιότητες χρωματισμένα στη μάζα τους σε απόχρωση όμοια με της αρχικής κατάστασης. Η φωτο-καταλυτική ικανότητα (αποδόμηση αέριων ρύπων) σε ενεργές συνθήκες είναι μεγαλύτερη του 10%.

23 Η ενεργειακή αναβάθμιση Τοποθέτηση σκιάστρων: Στη νοτιοδυτική όψη του υπό μελέτη κτιρίου θα τοποθετηθούν τέντες, μορφής καποτίνας με υλικό επικάλυψης ύφασμα υπόλευκης απόχρωσης.

24 Η ενεργειακή αναβάθμιση Αντικατάσταση κοινών λαμπτήρων με LEDs και τοποθέτηση ανεμιστήρων οροφής: Όλοι οι λαμπτήρες πυράκτωσης και συμπαγείς φθορισμού θα αντικατασταθούν με LEDs, προκειμένου να εξοικονομηθεί τουλάχιστον 80% της ενέργειας που καταναλώνεται για φωτισμό. Επίσης θα τοποθετηθεί ένας ανεμιστήρας οροφής σε κάθε διαμέρισμα.

25 Η ενεργειακή αναβάθμιση Τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πανέλων: Στην ΝΑ όψη του κτιρίου θα αναρτηθεί πλήρως διασυνδεδεμένο Φωτοβολταικό σύστημα ισχύος 10kW. Το σύστημα θα αποτελείται από περίπου 40 πάνελ με επικάλυψη κρυσταλλικής μορφής (polycrystalline).

26 Πειραματική μέτρηση & καταγραφή συνθηκών μετά την ανακαίνιση Περίοδος καταγραφής: Ιαν.2016 Δεκέμβριος 2016 Ενεργειακή κατανάλωση με smart meters Υπέρυθρη θερμογράφηση Αεροστεγανότητα & αλλαγές αέρα Περιβαλλοντικές παράμετροι εσωτερικά Θερμοκρασία Σχετική Υγρασία Επίπεδα φωτισμού Θερμική Άνεση(T, RH, Tbg, V) Ποιότητα εσωτερικού αέρα (PMx, VOCs., CO2) Περιβαλλοντικές παράμετροι εξωτερικά Θερμοκρασία Σχετική Υγρασία Ηλιακή Ακτινοβολία Ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου Ερωτηματολόγια για την αξιολόγηση της ανακαίνησης από τους ενοίκους

27 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Σημαντική βελτίωση του κτιριακού κελύφους μετά την εγκατάσταση της μόνωσης.μείωση των θερμικών απωλειών, ομοιομορφία θερμικής απόδοσης. Οι συνθήκες θερμικής άνεσης στο εσωτερικό των διαμερισμάτων έχουν βελτιωθεί σημαντικά και οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας έχουν μειωθεί

28 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Πρίν την ανακαίνιση Μετά την ανακαίνιση Πρίν την ανακαίνιση η οροφή του κτιρίου ήταν αμόνωτη και καλυπτόταν από μαύρη ασφαλτική μεμβράνη, αναπτύσσοντας υψηλές θερμοκρασίες κατά την καλοκαιρινή περίοδο. Μετά την ανακαίνιση η μονωμένη ψυχρή οροφή, έχει καλύτερη θερμική απόδοση, με επιφανειακές θερμοκρασίες σημαντικά χαμηλότερες συσγκριτικά με την αρχική κατάσταση.

29 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Η αεροστεγανότητα του κτιρίου έχει βελτιωθεί σημαντικά

30 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Ενεργειακή υπογραφή πριν την ανακαίνιση Ενεργειακή υπογραφή μετά την ανακαίνιση Πριν την ανακαίνιση: μεγάλη συσχέτιση ανάμεσα στην ενεργειακή κατανάλωση και την εξωτερικη θερμοκρασία (οι εσωτερικές συνθήκες επηρεάζονται πολύ από τις εξωτερικές) Μετά την ανακαίνιση: Η συσχέτιση ανάμεσα στην εξωτερική θερμοκρασία και την ενεργειακή κατανάλωση δεν είναι τόσο φανερή (οι παρεμβάσεις ήταν επιτυχείς στη θερμική θωράκιση του κτιρίου και στη βελτίωση των εσωτερικών συνθηκών ).

31 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Πριν την ανακαίνιση Μετά την ανακαίνιση Κατά τη διάρκεια της περιόδου πριν την ανακαίνιση η θερμοκρασία στα διαμερίσματα παρουσιάζει πολύ χαμηλές τιμές για το Φεβρουάριο, με μέσες τιμές μεταξύ C. (αρκετά χαμηλότερες των εθνικών προτύπων που θέτει όριο άνεσης για το χειμώνα στους 20 C). Οι περισσότεροι ένοικοι δεν μπορούσαν να καλύψουν τα κόστη θέρμανσης οπότε αυτές οι τιμές ήταν αναμενόμενες. Μετά την ανακαίνιση οι συνθήκες βρέθηκαν σημαντικά βελτιωμένες. Οι μέσες εσωτερικές θερμοκρασίες ήταν περίπου 20 C ικανοποιώντας τις εθνικές προδιαγραφές. Επιπροσθέτως, οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις βρέθηκαν μειωμένες βελτιόνωνντας ακόμα περισσότερο το εσωτερικό περιβάλλον. το ποσοστό των ωρών με εσωτερικές θερμοκρασίες εκτός των ορίων θερμικής άνεσης μειώθηκε (>50%) μετά την ανακαίνιση

32 Σύγκριση των συνθηκών πριν και μετά την ανακαίνιση Πριν την ανακαίνιση Natural lighting Πριν την ανακαίνιση Artificial lighting Δεν υπήρχε πηγή φυσικού φωτισμού Ο χώρος φωτιζόταν από μια λάμπα πυρακτώσεωσ, 100W incandescent lamp, κατα τη διάκεια ημέρας και νύχτασ Μετά την ανακαίνιση Μετά την ανακαίνιση Η ενεργειακά αποδοτική τεχνολογία φωτισμού που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο Αθηνών στα πλαίσια του προγράμματος HERB βελτίωσε τις συνθήκες φωτισμού στον εγκατεστημένο χώρο και συνέβαλε στην εξοικονόμηση ενέργειας για φωτισμό του κτιρίου.

33 Ενεργειακή και περιβαλλοντική επίδραση της ανακαίνισης Προηγμένες τεχνικές προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση τησ συνολικής εξοικονόμησης ενέργειας προκειμένου να αποφευχθούν διαφορές στισ οριακές συνθήκες (κλιματικές συνθήκες, συμπεριφορά χρήστη) ανάμεσα στην περίπτωση πριν και μετά την ανακαίνιση. Η αξιοπιστία των μοντέλων προσομοίωσης ελέγχθηκε με τις μετρήσεις που είχαν συλλεχθεί πρίν και μετά την ανακαίνιση

34 Ενεργειακή και περιβαλλοντική επίδραση της ανακαίνισης Ελληνικό κτίριο Στόχος HERB cumulative annual energy savings 81% 80% energy saving for lighting 88.6% 80% global energy consumption (excluding appliances) in primary energy renewable electricity production from the PV system 45.4 kwh/m 2 y 6570 kwh per year 50kWh/m 2 y NA annual CO2 savings 81% 60% indoor T increase (heating period) 3.1 C NA indoor T decrease (cooling period) C. NA

35 Απόδοση κόστους της ανακαίνισης Αναπτύχθηκε ένα εξειδικευμένο κοινονικοοικονομικό εργαλείο το οποίο εκτιμά: την αποπληρωμή της επιλεγμένης λύσης ανακαίνισης συγκριτικά με την αποπληρωμή της επένδυσης για τις state-of-the-art ενεργειακά αποδοτικές τεχνολογίες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αντί των τεχνολογιών του HERB. η αποδοτικότητα κόστους της ανακαίνισης με την έννοια ενεργειακής εξοικονόμησης κόστους (ορίζεται ώς το μέσο καθαρό κόστος για τη μείωση μιας KWh που συγκρίνεται με το μεσο ενεργειακό κόστος του τελικού χρήστη (εκτιμώμενο ως σταθμισμενος μέσος που βασίζεται στην ενεργειακή κατανάλωση και τις τιμές). Η ανακαίνιση θεωρείται αποτελεσματική αν το κόστος εξοικονόμησης ενέργειας είναι χαμηλότερο από το μέσο ενεργειακό κόστος για τη βασική κατάσταση χωρίς ανακαίνιση.

36 Αξιολόγηση ενοίκων Στόχος: η αντίληψη των ενοίκων σχετικά με την ποιότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος μετά την ανακαίνιση και η ικανοποίηση τους από αυτή και από τις τεχνολογίες που εγκαταστάθηκαν 2 ερωτηματολόγια για την αξιολόγηση της πριν και μετά την ανακαίνιση κατάστασης: Γενικές ερωτήσεις, ερωτήσεις σχετικές με την αντίληψη των ενοίκων για την εσωτερική περιβαλλοντική ποιότητα (i.e. Ποιότητα αέρα, θερμική άνεση, φωτισμός, ακουστική κλπ.) ικανοποίηση των ενοικών σχετικά με την ανακαίνιση(ερωτηματολόγιο μετά την ανακαίνιση) οι ίδιοι άνθρωποι συμμετείχαν στην προ (16) και μετά(14) την ανακαίνιση έρευνα από όλους τους ορόφους του κτιρίου. => συγκρίσιμα αποτελέσματα+ αντιπροσωπευτικά για όλο το κτίριο

37 Αξιολόγηση ενοίκων Η αντίληψη των ενοίκων για την εσωτερική περιβαλλοντική ποιότητ επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα των μετρήσεων στο κτίριο

38 Συμπεράσματα Η ανακαίνιση του κτιρίου και οι καινοτόμες τεχνολογίες και λύσεις που εφαρμόστηκαν στο κτίριο είναι πολύ αποτελεσματικές στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης και στη βελτίωση των εσωτερικών περιβαλλοντικών συνθηκών. Η κοινωνικοοικονομική ανάλυση έδειξε σημαντική αποδοχή των ενοίκων και αποτελεσματικότητα κόστους.

39 Για περισσότερες πληροφορίες: