ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΑΠΕ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής Παν/μίου Πατρών
Παγκόσμια ενεργειακή κατάσταση Συνολική παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας 2009: 135.000 ΤWh (Ελλάδα 300 ΤWh, ή το 0.22% με το 0.17% του παγκόσμιου πληθυσμού) Οι σύγχρονες τεχνολογίες ΑΠΕ αποτελούν σε παγκόσμια κλίμακα ένα μικρό ποσοστό του συνόλου των ενεργειακών πηγών (1% -2%)
Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (GW) ΑΝΕΜΟ- ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΥΔΡΟ- ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΗΛΙΑΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ 145 GWth ή 200 εκ m 2 συλλέκτες ΒΙΟΜΑΖΑ Ελλάδα: έχει 2.5 GWth ΘΗΣ και 1.5 GW αιολικά και αντιπροσωπεύει το 2% και 1.2% παγκοσμίως αντίστοιχα, σε σχέση με το 0.17% του πληθυσμού
ΑΠΕ στην Ελλάδα Ως προς τον ηλεκτρισμό, η εγκατεστημένη ισχύς των ΑΠΕ είναι σήμερα στην Ελλάδα 2.3 GW (αιχμή 12 GW) Αιολικά... 1.6 GW Μικρά Υ/Η...0.2 GW (Μεγάλα Υ/Η..3 GW) Βιομάζα...0.1 GW Φωτοβολταϊκά...0.4 GW Θερμικοί συλλέκτες 2.8 GWth (4 εκατ m 2 )
Βιοκλιματική Αρχιτεκτονική και Κατασκευή Κτηρίων: φυσικός φωτισμός φυσικός αερισμός ηλιακό κέρδος και σκίαση παθητική θέρμανση και δροσισμός Χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για: ζεστό νερό οικιακής χρήσης θέρμανση χώρων ψύξη χώρων κάλυψη ηλεκτρικών αναγκών
Η συμβολή του ΚΕΝΑΚ Ο ΚΕΝΑΚ αναμένεται να συμβάλει στην ενεργειακή αναβάθμιση των κτηρίων με τις ενεργειακές βελτιώσεις, την εφαρμογή βιοκλιματικής σχεδίασης και την εφαρμογή συστημάτων ΑΠΕ Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ και μεταξύ των άλλων, το ΖΝΧ πρέπει να καλύπτεται τουλάχιστον κατά 60% από θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες Για να είναι ενεργειακά, οικονομικά και περιβαλλοντικά ουσιαστική η χρήση των θερμικών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών, το κτήριο πρέπει να έχει ή να αποκτήσει - πολύ καλή ενεργειακή συμπεριφορά
Οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες των κτηρίων σε Ζεστό Νερό Χρήσεως (ΖΝΧ) και θέρμανση-ψύξη χώρων ## ##
Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να ενσωματωθούν στα κτήρια και να συμβάλουν στην κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών τους
Νέες μικρές ανεμογεννήτριες μπορούν να ενσωματωθούν στα κτήρια για να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια
Η συνδυασμένη χρήση ηλιακών θερμικών και φωτοβολταϊκών με μικρές ανεμογεννήτριες μπορεί να καταστήσει τις κατοικίες ενεργειακά ανεξάρτητες.
Στην Ελλάδα η ταυτόχρονη χρήση στις κατοικίες φωτοβολταϊκών και μικρών Α/Γ βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της στάδια, αλλά υπάρχουν προοπτικές για το μέλλον
Χαρακτηριστικό παράδειγμα βιοκλιματικής κατοικίας που συνδυάζει μικρές ανεμογεννήτριες με φωτοβολταϊκά
Χαρακτηριστικό παράδειγμα νέας αρχιτεκτονικής: Ενσωμάτωση φβ και α/γ στο κέντρο εμπορίου World Trade Center BIWT στο in Bahrein Μπαχρέϊν
Στα κτήρια μπορούν να εφαρμοστούν εναλλακτικά και καυστήρες βιομάζας με pellets και να γίνει επίσης αποδοτικός συνδυασμός με ηλιακά θερμικά Βιομάζα
Γεωθερμία Κατακόρυφοι εναλλάκτες θερμότητας Οριζόντιοι εναλλάκρτες θερμότητας Μεγάλο ενδιαφέρον έχει και η εφαρμογή της αβαθούς γεωθερμίας με αντλίες θερμότητας για θέρμανση και ψύξη των κτηρίων
ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ- ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ Ε.Ε. στόχοι της Ε.Ε. για το 2020 20% της ενέργειας να είναι από Α.Π.Ε. 20% μείωση εκπομπών CO2 ως προς το 1990 20% εξοικονόμηση συνολικής κατανάλωσης ενέργειας χρήση βιοκαυσίμων κατά 10% στις μεταφορές Από το 2020 τα νέα κτήρια να είναι: nzeb (near Zero Energy Buildings)
Le Soleil, The net zero energy triplex, Montreal Παράδειγμα κτηρίου μηδενικών εκπομπών CO 2
Παράδειγμα κτηρίου μnδενικών εκπομπών CO 2 Κτήριο ολιστικής ενεργειακής κάλυψης Βιοκλιματική σχεδίαση (εξοικονόμηση ενέργειας 52%), Φωτοβολταϊκά (21.4 kw), Ηλιακοί θερμικοί συλλέκτες (156 m 2 ), Βιοντήζελ (5000 l/y), Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας (30 m μήκος, 2 m βάθος)
Ενεργειακή κατάσταση στον κτηριακό τομέα στην Ελλάδα
Εισάγουμε πετρέλαιο, φυσικό αέριο και ηλεκτρισμό (μέρος της εισαγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από πυρηνική ενέργεια των γειτονικών χωρών. ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΤΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ: 303 TWh ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ 2010 2020 Λιγνίτης: (46%)...40% Πετρέλαιο:. (14%)..10% Φυσικό Αέριο: (22%)...24% Μεγάλα Η/Υ: ( 5%)..6% ΑΠΕ:...(5%)..20% Εισαγωγές...(8%) Η Ελλάδα είναι πλούσια σε όλες τις μορφές ΑΠΕ και η αξιοποίησή τους θα δώσει: ενεργειακή επάρκεια ανεξαρτησία ανάπτυξη του παραγωγικού τομέα και νέες θέσεις εργασίας Σήμερα οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι: ~ 2.3 GW Στόχος για εγκατάσταση ΑΠΕ μέχρι το 2020: ~ 10-12 GW
Κατανομή ενεργειακής ζήτησης στην Ελλάδα σήμερα και στο τέλος της δεκαετίας (2020) 2010: 24 ΜΤΙΠ ή 303 TWh -- 2020: 28 ΜΤΙΠ ή 350 TWh 60 TWh ΗΛΕΚΤΡ.- 240 TWh ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ (1 ΜΤΙΠ= 12660 GWh, 1 kg oil= 10 kwh) Κτηριακός τομέας 39% 118 TWh 137 TWh Βιομηχανία/αγρ. 23% 70 TWh 80 TWh Μεταφορές 38% 115 TWh 133 TWh ΕΠΙΜΕΡΙΣΜΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ ΖΝΧ 10% ΘΕΡΜ ΧΩΡΩΝ 58% ΨΥΞΗ ΧΩΡΩΝ 8% ΜΑΓΕΙΡΕΜΑ 12% ΗΛΕΚΤΡ/ΦΩΤΙΣΜ 12% ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ: ~93 TWh ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ: ~25 TWh
Εκτίμηση για χρήση ΑΠΕ το 2020 Σχεδιάζεται η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών: 2-2.5 GW ανεμογεννητριών: 7-8 GW γεωθερμία, βιομάζα, μικρά υδροηλεκτρικά: 1-1.5 GW 10-12 GW Οι ετήσιες ενεργειακές ανάγκες της χώρας μας είναι σήμερα περί τις 300 TWh, με 60 TWh για ηλεκτρισμό και 240 TWh για θερμότητα. Τα 12 GW των ΑΠΕ θα παρέχουν περί τις 20 TWh σε ηλεκτρική ενέργεια, καλύπτοντας το 1/3 των αναγκών Θα μπορούσαν τα κτήρια να συμβάλουν σε ακόμη μεγαλύτερη κάλυψη των συνολικών ενεργειακών αναγκών της χώρας;
Δυνατότητα αυξημένης συμβολής των ΑΠΕ στην ενεργειακή κατανάλωση των κτηρίων Αν σε 2 εκατ. κατοικίες (μονοκατοικίες, διώροφα, τριώροφα) γίνει εγκατάσταση από 10 m2 θερμικών ηλιακών συλλεκτών (ΘΗΣ) σε κάθε μία, θα προκύψει εγκατάσταση: 20 εκατ. m2 Οι συλλέκτες αυτοί θα κοστίζουν περί τις 3.000 για κάθε σπίτι και θα παρέχουν στο σύνολό τους ετησίως 10 TWh για ΖΝΧ και μερική θέρμανση χώρων, με τις 5 TWh να είναι για εξοικονόμηση σε ηλεκτρισμό. Στα ποσά αυτά πρέπει να προστεθούν 2 TWh σε θερμότητα, από τους υπάρχοντες ηλιακούς θερμοσίφωνες, επιφάνειας 4 εκατ. m2 Αν στις ίδιες ή άλλες κατοικίες, γίνει εγκατάσταση 5 kw φβ, (περί τα 40-50 m2) θα προκύψει μια πρόσθετη ισχύς 10 GW Τα φβ αυτά θα κοστίζουν περί τις 15.000 για κάθε σπίτι και θα παρέχουν συνολικά ετησίως ηλεκτρισμό περί τις 15 TWh
Δυνατότητα αυξημένης συμβολής των ΑΠΕ στην ενεργειακή κατανάλωση των κτηρίων Αν επιπλέον των ΘΗΣ και των φβ εφαρμοστούν σε κατοικίες ή άλλα κτήρια (εμπορικά κέντρα, ξενοδοχεία, νοσοκομεία, αθλητικά κέντρα, βιομηχανίες, κλπ) και μονάδες γεωθερμικών αντλιών θερμότητας ή καυστήρες βιομάζας και σε ορισμένες περιπτώσεις και μικρές ανεμογεννήτριες, τότε θα είναι δυνατή η εξοικονόμηση ακόμη μεγαλύτερων ποσών ενέργειας: περί τις 5 TWh σε ηλεκτρισμό και 5 TWh σε θερμότητα. Έτσι, θα είναι δυνατή μια συνολική εξοικονόμηση ενέργειας περί τις 25 TWh σε ηλεκτρισμό και 10 TWh σε θερμότητα. Αν θεωρήσουμε επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας ~ 15 TWh από παρεμβάσεις για ενεργειακή βελτίωση υπαρχόντων κτηρίων, θα προκύψει τελική εξοικονόμηση ~ 50 TWh, που είναι πλησίον του 50% της ενέργειας του κτηριακού τομέα και του 20% της συνολικής ενέργειας της χώρας.
Δυνατότητα αυξημένης συμβολής των ΑΠΕ στην ενεργειακή κατανάλωση των κτηρίων Ποια θα είναι όμως τα οικονομικά οφέλη από αυτή την ευρεία αλλά ρεαλιστική εφαρμογή ΑΠΕ στα κτήρια? Η εξοικονόμηση των 50 TWh τον χρόνο, αντιστοιχούν σε ενέργεια περίπου 30 εκατ. βαρελιών πετρελαίου, αξίας περί τα 2 δις. Μετά την αποπληρωμή της επένδυσης των ΑΠΕ και των ενεργειακών παρεμβάσεων στα κτήρια και θεωρώντας βάθος χρόνου 20 ετών, το συνολικό όφελος που θα προκύψει εκτιμάται πως θα είναι : 40 δις. Και όσον αφορά τα ενεργειακά - περιβαλλοντικά οφέλη: Θα περιοριστεί πολύ η χρήση λιγνίτη, θα μειωθεί η εισαγωγή πετρελαίου/φυσικού αερίου και οι εκπομπές σε CO 2 θα είναι λιγότερες κατά 50 εκατ. tn ετησίως
ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΑΠΕ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ φωτογραφίες και σχέδια του εργαστηρίου
Εγκατάσταση ηλιακών συγκεντρωτικών συλλεκτών στην οροφή κτιρίου
Κατασκευή κτηρίου με κατάλληλη κλίση επικλινούς οροφής για ενσωμάτωση ηλιακών συλλεκτών και φωτοβολταϊκών
Εγκατάσταση ειδικών ηλιακών συλλεκτών στην πρόσοψη κτηρίων
Ηλιακή εγκατάσταση σε πρόσοψη κτιρίων για θέρμανση νερού και αέρα
Εγκατάσταση ειδικών ημιδιαπερατών φωτοβολταϊκών στην οροφή κτηρίων
ΦΒ ως στέγαστρο σε σιδηροδρομικό σταθμό στο Βερολίνο
Η ομορφιά των καμπύλων φωτοβολταϊκών G8 Showcase Birmingham, Αγγλία
Νέες σχεδιάσεις φωτοβολταϊκών για αισθητική ενσωμάτωσή τους στα κτήρια
Νέες τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας και ενσωμάτωσή τους στην οροφή κτηρίων
Booster Diffuse Reflectors Νέες τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας και ενσωμάτωσή τους στην οροφή κτηρίων
Ενσωμάτωση ηλιακών συλλεκτών, φωτοβολταϊκών και μικρών ανεμογεννητριών σε κτήριο εντός της πόλης
Ενσωμάτωση ηλιακών συλλεκτών, φωτοβολταϊκών και μικρών ανεμογεννητριών σε κτήριο Κυκλαδίτικου νησιού
Συνοψίζοντας Ο στόχος 20-20-20 της ΕΕ για το 2020 αναμένεται να συμβάλει στην αντιμετώπιση των παγκόσμιων ενεργειακών και περιβαλλοντικών προβλημάτων Εκτός από την βιοκλιματική κατασκευή/επισκευή των κτηρίων, η χρήση θερμικών ηλιακών συλλεκτών, φωτοβολταϊκών, μικρών ανεμογεννητριών, γεωθερμίας και βιομάζας, μπορεί να επιτύχει σημαντική μείωση στην κατανάλωση συμβατικών ενεργειακών πηγών στα κτήρια Η ενσωμάτωση των ΑΠΕ στα κτήρια έχει τεχνολογικό και αισθητικό ενδιαφέρον και να εναρμονίζεται με την κατεύθυνση για nzeb κτήρια από το 2020 και μετά
Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος yiantrip@physics.upatras.gr Ευχαριστώ για την προσοχή σας