KAINOTOMIKA ΣΧΕ ΙΑΣΜΕΝΟ ΚΤΙΡΙΟ ΜΕ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΡΟΣΙΣΜΟΥ, ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ & ΕΠΙ ΕΙΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΕ Γρηγόρης Οικονοµίδης Κέντρο Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας, 19 ο χλµ. Λεωφ.Μαραθώνα, 19009 Πικέρµι Αττικής, τηλ. 010 6039900, e-mail groiko@cres.gr Κλειώ Αξαρλή, Φανή-Ελένη Βιολιντζή, Κωνσταντίνος Λάσκος Εργαστήριο Οικοδοµικής και οµικής Φυσικής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, 541 24 Θεσσαλονίκη, τηλ. 0310 995616, e-mail: axarli@civil.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αναλύεται η ενεργειακή συµπεριφορά του Εµπορικού Κέντρου οµικών Υλικών και Εξοπλισµού Eurotech, στη Θέρµη Θεσσαλονίκης. Αυτό το, από ενεργειακή σκοπιά, πρότυπο κτίριο που είναι εξοπλισµένο µε σηµαντικές ενεργειακές τεχνολογίες, επιδοτήθηκε, για την κατασκευή του, από το ΚΑΠΕ µε το χρηµατοδοτικό σχήµα, «χρηµατοδότηση από τρίτους». Σηµαντικό ρόλο στο πλαίσιο της προσπάθειας για την ενίσχυση του βιοκλιµατικού σχεδιασµού στη χώρα µας, παίζει η εξακρίβωση της καλής λειτουργίας του κτιρίου Eurotech, µε τον προσδιορισµό της ενεργειακής συµπεριφοράς του και του βαθµού της ενεργειακής απόδοσης των συστηµάτων που εφαρµόστηκαν, η εξοικονόµηση ενέργειας που επιτυγχάνεται καθώς και οι εσωκλιµατικές συνθήκες που αναπτύσσονται στους χώρους του κτιρίου. Το ενεργειακό ισοζύγιο του κτιρίου καθώς και διάφορα εναλλακτικά σενάρια βιοκλιµατικού σχεδιασµού και παρεµβάσεων, όπως αυτά προέκυψαν από επιτόπου καταγραφές και µετρήσεις, ενεργειακές επιθεωρήσεις και από προσοµοιωτικές αναλύσεις, αναλύονται και αξιολογούνται, ώστε να προσδιοριστεί η συµβολή του βιοκλιµατικού σχεδιασµού και των τεχνολογικών συστηµάτων που εφαρµόστηκαν, στην εξοικονόµηση ενέργειας για θέρµανση, δροσισµό και φωτισµό. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Κέντρο οµικών Υλικών και Τεχνολογίας Eurotech που βρίσκεται στη Θέρµη Θεσσαλονίκης είναι ένα επιδεικτικό κτίριο βιοκλιµατικής αρχιτεκτονικής και χαµηλής κατανάλωσης ενέργειας, που κατασκευάστηκε µε την υποστήριξη και τη συµβολή του Κέντρου Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας (Κ.Α.Π.Ε.), µέσω του Επιχειρησιακού Προγράµµατος Ενέργειας του Υπουργείου Ανάπτυξης (ΕΠΕ). Eιδικότερα, το ΚΑΠΕ εφάρµοσε για πρώτη φορά το χρηµατοδοτικό σχήµα «χρηµατοδότηση από τρίτους (T.P.F.)», επιδοτώντας το επιπλέον κόστος των ενεργειακών τεχνολογιών, και αποσκοπώντας στην αποπληρωµή του µε βάση την εξοικονόµηση ενέργειας που επιτεύχθηκε. Το κτίσµα είναι µονώροφο µε υπόγειο. Το σχήµα του είναι επίµηκες ορθογωνικό µε µικρές εσοχές. Έχει γενικές διαστάσεις 132,65x33,17m, µέσο ύψος 6.50 m, µέγιστο ύψος 7,50m και συνολικό εµβαδόν ορόφου 4120,13m 2. Ο κύριος άξονας του κτιρίου έχει διεύθυνση Β -ΝΑ µε απόκλιση κατά 22 ο 35 από τον άξονα Β-Ν. Λειτουργεί ως Εµπορικό Κέντρο οµικών Υλικών και Εξοπλισµού και έχει δυνατότητα να στεγάσει συνολικά 71 καταστήµατα, µε σχεδόν ισάριθµες αποθήκες στο υπόγειο, ένα συνεδριακό κέντρο, καθώς και χώρο υποδοχής, γραφείο διοίκησης και καφετέρια 1. 1 Το κτίριο µελετήθηκε το 1993-1994 και κατασκευάστηκε το 1994-97. Η αρχιτεκτονική µελέτη έγινε από τα αρχιτεκτονικά γραφεία Αλ. Τοµπάζη και Π. Μακρίδη, η στατική µελέτη από τον πολιτικό µηχανικό Ι. Πούλιο, και η Η/Μ µελέτη από τους µηχανολόγους Π. Κικίδη,. Μπόζη, και Γ. Καµπίτση.
Η εξωτερική τοιχοποιία του ισογείου στο µεγαλύτερο µέρος της είναι δικέλυφη. Αποτελείται από διπλή σειρά εµφανούς πλινθοδοµής µε θερµοµόνωση εξηλασµένη πολυστερίνη, πάχους 5 cm, στον πυρήνα. Η πλινθοδοµή είναι κατασκευασµένη µε πλήρη τούβλα. Αυτή είναι η βασική διατοµή του κελύφους, η οποία διαφοροποιείται σε κάποιες θέσεις, ανάλογα µε τις κατασκευαστικές ανάγκες. Η κάλυψη της οροφής έγινε µε πάνελ πολυουρεθάνης σε λευκό χρώµα. Αυτά αποτελούνται από δύο ειδικά διαµορφωµένα φύλλα λαµαρίνας µε πλάκα πολυουρεθάνης πάχους 6,0 cm στο εσωτερικό τους. Στα οριζόντια πάνελ της οροφής έχει επιστρωθεί στεγανωτικό φύλλο γκρίζου χρώµατος, για το οποίο υπήρχε πρόβλεψη κάλυψής του µε λευκή επίστρωση που δεν ολοκληρώθηκε στην κατασκευή. Το εµβαδόν των τριών βασικών δοµικών στοιχείων, που αποτελούν το περιµετρικό κέλυφος του ισογείου, δίνεται στον πίνακα 1. Αναγράφεται επίσης και το ποσοστό συµµετοχής τους, ανάλογα µε το µέγεθός τους, στο συνολικό κέλυφος του κτιρίου.
ΠΙΝΑΚΑΣ 1: ΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΚΕΛΥΦΟΥΣ οµικό στοιχείο Εµβαδόν σε m 2 Ποσοστό επί % ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ 1083.46 44.8 % ΥΑΛΟΣΤΑΣΙΑ 449.50 18.6 % ΟΜΙΚΑ ΠΑΝΕΛ 884.85 36.6 % Περιµετρικό κέλυφος ισογείου 2417.80 100.0 % 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ Ένας από τους κύριους στόχους της µελέτης του κτιρίου ήταν ο ενεργειακός σχεδιασµός του, µε στόχο τη µείωση της κατανάλωσης ενέργειας για τη θέρµανση, την αποφυγή της υπερθέρµανσης και τη µείωση της κατανάλωσης για την ψύξη του κτιρίου. Αναλυτικά: - Υιοθετήθηκε το παθητικό ηλιακό σύστηµα του απευθείας κέρδους για την αύξηση των θερµικών κερδών του κτιρίου, δηµιουργώντας συστοιχίες ανοιγµάτων στην πριονωτή οροφή (συλλογή ηλιακής ακτινοβολίας), σε συνδυασµό µε την ισχυρή θερµοµόνωση στο κέλυφος του κτιρίου (παγίδα θερµότητας). Συγχρόνως ολόκληρο το σύστηµα της οροφής στράφηκε προς το νότο, «διορθώνοντας» την απόκλιση του άξονα του κτιρίου, ώστε να επιτυγχάνεται η µέγιστη εκµετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας. - Έγινε προσπάθεια µείωσης των θερµικών απωλειών από τα ανοίγµατα. Tα παράθυρα της οροφής φέρουν διαφανή µόνωση από ακρυλικές ίνες τύπου Okalux και έχουν αυξηµένη αντίσταση θερµοδιαφυγής σε σχέση µε τα κοινά υαλοστάσια (K F =2,21 W/m 2 o C). Στο σύνολο των υαλοστασίων του κελύφους στο ισόγειο, τα υαλοστάσια µε Okalux αποτελούν περίπου το 63,7% (788,84m 2 από σύνολο 1238,34m 2 ). Tα υπόλοιπα κατακόρυφα ανοίγµατα του κτιρίου φέρουν δίδυµο υαλοπίνακα διάκενου 12mm σε πλαίσιο αλουµινίου (K F =3,49 W/m 2 o C) και είναι εφοδιασµένα µε αεροστεγάνωση στους αρµούς. - Χρησιµοποιήθηκαν υλικά µε µεγάλη θερµοχωρητικότητα στο εσωτερικό του κελύφους (αποθήκη θερµότητας). Η πλήρης τουβλοδοµή, ιδιαίτερα εκείνη του κεντρικού τοίχου, σε συνδυασµό µε την πλάκα του δαπέδου εξασφαλίζουν στο κτίριο επαρκή θερµοχωρητικότητα. - Υπήρξε πρόβλεψη ανοιγόµενων υαλοστασίων στην οροφή σε ποσοστό 20%, µε σκοπό το δροσισµό του κτιρίου κατά τις νυχτερινές ώρες της θερινής περιόδου. Τα υαλοστάσια αυτά ενεργοποιούνται µέσω ηλεκτροκινητήρων από το σύστηµα BMS. - Εφαρµόσθηκε βαφή λευκού χρώµατος στα υλικά στην εσωτερική πλευρά της στέγης, ώστε µε την υψηλή ανακλαστικότητα να ελαχιστοποιείται η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας στο υψηλότερο επίπεδο του ισογείου και να µεταβιβάζεται η ακτινοβολία στο χαµηλότερο επίπεδο. Ιδιαίτερη σηµασία κατά το σχεδιασµό δόθηκε επίσης στην επάρκεια του φυσικού φωτισµού του κτιρίου, ούτως ώστε να µειωθεί στο ελάχιστο η ανάγκη τεχνητού φωτισµού, άρα και η κατανάλωση «ακριβής» ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριµένα: - Η έκταση των ανοιγµάτων τόσο της οροφής όσο και του περιµετρικού φεγγίτη επιτρέπουν τη διατήρηση ικανοποιητικής στάθµης φυσικού φωτισµού ακόµα και σε ηµέρες µε συννεφιασµένο ουρανό. - Ελαχιστοποιήθηκαν τα ανοίγµατα στο επίπεδο εργασίας. Ο φυσικός φωτισµός και η συλλογή της ηλιακής ακτινοβολίας επιτυγχάνεται µε τα ανοίγµατα στην οροφή και στην περίµετρο του κτιρίου σε ύψος 4m. Έτσι δεν προκαλείται θάµβωση στους χρήστες του κτιρίου, ενώ συγχρόνως οι χαµηλές επιφανειακές θερµοκρασίες των υαλοστασίων δεν επηρεάζουν τη θερµική άνεση στο επίπεδο εργασίας. - Επιπλέον χρησιµοποιήθηκαν λαµπτήρες χαµηλής κατανάλωσης, τόσο στον εσωτερικό όσο και στον εξωτερικό χώρο του κτιρίου καθώς και ειδικού τύπου φωτιστικά. Το κτίριο ακόµα διαθέτει σύγχρονες Η/Μ εγκαταστάσεις, οι οποίες στεγάζονται κυρίως στο χώρο του υπογείου και περιλαµβάνουν το λεβητοστάσιο, το ψυχροστάσιο, το υδροστάσιο, το ηλεκτροστάσιο και τους χώρους των κλιµατιστικών µονάδων. Ειδικότερα :
- Έγινε πρόβλεψη για πλήρη κλιµατισµό (θερινό και χειµερινό) µε µονάδες µε fan coils, µε διατάξεις συστηµάτων VRV και µηχανικό εξαερισµό (προσαγωγή αέρα µέσω κεντρικών κλιµατιστικών µονάδων µεταβλητής παροχής και απόρριψη µέσω της οροφής). - Εγκαταστάθηκε κεντρικό σύστηµα ελέγχου και διαχείρισης, Building Management System (BMS), µε στόχο τον έλεγχο, την καταγραφή και τη διαχείριση συγκεκριµένων λειτουργιών του Η/Μ εξοπλισµού και τη βέλτιστη ενεργειακή λειτουργία του κτιρίου. Το σύστηµα αποτελείται από πληθώρα αισθητηρίων, συστηµάτων ελέγχου και αυτοµατισµούς (Σχήµατα 1 & 2). Ο έλεγχος για το επίπεδο των εσωκλιµατικών συνθηκών και των συνθηκών άνεσης (θερµικής, οπτικής κλπ.) επιτυγχάνεται µε τη χρήση αισθητηρίων διαφόρων τύπων (θερµοκρασίας, υγρασίας, ποιότητας αέρα, έντασης φωτισµού κ.α.), που ανάλογα οδηγεί στην ενεργοποίηση του συστήµατος θέρµανσης και ψύξης ώστε να διατηρείται η θερµοκρασία στα επιθυµητά επίπεδα ή στην ενεργοποίηση του συστήµατος του τεχνητού φωτισµού, όταν είναι ανεπαρκής ο φυσικός, ή στο άνοιγµα των παραθύρων της οροφής όταν είναι απαραίτητος ο επιπλέον αερισµός για την υγιεινή του χώρου και τη διευκόλυνση του φυσικού δροσισµού. Σχήµα 1. Απεικόνιση κεντρικής οθόνης του συστήµατος BMS Σχήµα 2. Θέσεις αισθητήρων µέτρησης θερµοκρασίας, υγρασίας και ποιότητας αέρα 3. Η ΑΝΑΛΥΣΗ : Ε ΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Για την ενεργειακή ανάλυση του κτιρίου και την αξιολόγηση του βιοκλιµατικού σχεδιασµού χρησιµοποιήθηκαν: - Οι τιµές θερµοκρασίας και υγρασίας που επικρατούν σε διάφορους χώρους του κτιρίου και στο εξωτερικό περιβάλλον, που καταγράφονται συνεχώς σε ωριαία βάση, µέσω του συστήµατος BMS - Οι τιµές της έντασης του φωτισµού στους κοινόχρηστους χώρους του κτιρίου, που καταγράφονται επίσης συνεχώς σε ωριαία βάση, µέσω του συστήµατος BMS - Οι τιµές θερµοκρασίας και σχετικής υγρασίας χώρου καθώς και επιφανειακές τιµές θερµοκρασίας και ταχύτητας του εσωτερικού αέρα σε ορισµένους χώρους του κτιρίου, µετά από ειδικές δειγµατοληπτικές µετρήσεις περιορισµένης διάρκειας που έγιναν µε µετρητές τύπου HOBO, κάνοντας χρήση του εξοπλισµού του Εργαστηρίου Οικοδοµικής και οµικής Φυσικής της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ. (Σχήµα 3 & 4). - Τα αποτελέσµατα της ενεργειακής επιθεώρησης του κτιρίου και των εγκαταστάσεων µε τη βοήθεια του ενεργειακού λεωφορείου του ΚΑΠΕ, που περιλάµβανε εκτός των άλλων θερµοφωτογραφίσεις των δοµικών στοιχείων και µέτρηση του βαθµού απόδοσης των δύο λεβήτων του κτιρίου.
Επί τόπου µετρήσεις θερµοκρασίας ισογείου για την περίοδο 01/11/1999 έως 01/12/1999 26.0 24.0 HOBO1 HOBO2 HOBO3 22.0 Θερµοκρασία σε o C 20.0 18.0 16.0 14.0 01/11/1999 04/11/1999 07/11/1999 10/11/1999 13/11/1999 16/11/1999 19/11/1999 22/11/1999 25/11/1999 28/11/1999 01/12/1999 Σχήµα 3. Θερµοκρασία αέρα σε τρείς θέσεις στο χώρο του ισογείου, όπως καταγράφηκε από τους µετρητές τύπου ΗΟΒΟ Σχήµα 4. Εργαστηριακός εξοπλισµός για τις δειγµατοληπτικές µετρήσεις Στη συνέχεια παρουσιάζονται: α) η ανάλυση του θερµικού ισοζυγίου του Eurotech για την θερµαντική και ψυκτική περίοδο β) η διερεύνηση της συµβολής του ενεργειακού σχεδιασµού του κτιρίου στην εξοικονόµηση ενέργειας θέρµανσης και ψύξης, και, γ) η ανάλυση, όσον αφορά στην εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω φυσικού φωτισµού 4. ΤΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΨΥΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟ Ο Για τον προσδιορισµό του θερµικού ισοζυγίου ακολουθήθηκε η εξής πορεία: Επιχειρήθηκε η θερµική προσοµοίωση του κτιρίου µε τη χρήση του λογισµικού Suncode PC V.6, για τη θερµαντική περίοδο 1998-1999 και την περίοδο ψύξης του 1999, η οποία στηρίχθηκε τόσο στην αρχιτεκτονική µελέτη του κτιρίου, όσο και σε καταγεγραµµένα στοιχεία του παραπάνω χρονικού διαστήµατος, τα οποία συνδέονται άµεσα µε τη θερµική συµπεριφορά του κτιρίου. Αυτά είναι τα εσωτερικά θερµικά κέρδη, η κατανάλωση ενέργειας για θέρµανση και ψύξη, οι εσωτερικές θερµοκρασίες αέρα, καθώς και οι εξωτερικές κλιµατικές συνθήκες. Τα στοιχεία που χρησιµοποιήθηκαν, συλλέχθηκαν: Με την αξιοποίηση των εσωκλιµατικών συνθηκών που καταγράφονται από το BMS. Με τη συµπλήρωση ερωτηµατολογίων από τους εργαζοµένους στο κτίριο, για τον προσδιορισµό των εσωτερικών κερδών. Με την παραχώρηση κλιµατικών στοιχείων από το Περιφερειακό Μετεωρολογικό Κέντρο Μακεδονίας (Π.Μ.Κ.Μ.) της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας (Ε.Μ.Υ.). Με βάση τις δειγµατοληπτικές µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν. Με την επεξεργασία των αρχείων του εκθεσιακού κέντρου για την κατανάλωση πετρελαίου για τη συγκεκριµένη θερµαντική περίοδο και την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύµατος για την περίοδο ψύξης. Η προσοµοίωση για τη συγκεκριµένη χρονική περίοδο είχε ως στόχο τη δηµιουργία ενός θερµικού µοντέλου, που να ανταποκρίνεται στην πραγµατική θερµική συµπεριφορά του κτιρίου. ηλαδή, σε πρώτη φάση, η προσοµοίωση στόχευε στον προσδιορισµό των παραµέτρων που καθορίζουν τη θερµική συµπεριφορά του µοντέλου, και κυρίως του αερισµού, που δεν µπορεί να µετρηθεί εύκολα σε κτίρια τέτοιας χρήσης. Κατά την παραπάνω περίοδο µελέτης δεν λειτουργούσαν όλα τα καταστήµατα που στεγάζονται στο κτίριο και δεν έγινε πλήρης χρήση των αυτοµατισµών του συστήµατος BMS. Συνεπώς ο τρόπος µε τον οποίο λειτουργούσε το κτίριο κατά τη συγκεκριµένη περίοδο δεν µπορεί να θεωρηθεί «τυπικός». Προκειµένου να προσοµοιωθεί η τυπική λειτουργία του κτιρίου, έγιναν
επιπλέον θεωρήσεις και επαναπροσδιορίστηκαν τα εσωτερικά του κέρδη, έτσι ώστε η προσοµοίωση να ανταποκρίνεται περισσότερο στον τρόπο λειτουργίας που αναµενόταν από τους µελετητές του. Στη συνέχεια, χρησιµοποιώντας κλιµατικά δεδοµένα τυπικού έτους για την περιοχή της Θεσσαλονίκης, έγινε η επίλυση του θερµικού µοντέλου, όπως αυτό προέκυψε για τις συνθήκες τυπικής λειτουργίας. Από τα αποτελέσµατα της επίλυσης, υπολογίστηκε το θερµικό ισοζύγιο του κτιρίου για τυπική θερµαντική και ψυκτική περίοδο (σχήµα 5). Το ετήσιο θερµικό φορτίο του κτιρίου ανέρχεται σε 75.6 kwh/m 2 κάτοψης (ή σε 11.6 kwh/m 3 ), µε συνολική ετήσια κατανάλωση πετρελαίου 34.000 λίτρα. Το αντίστοιχο θερµικό φορτίο ενός µονώροφου κτιρίου µε θερµοµονωµένο κέλυφος στην Γ κλιµατική ζώνη, (περιοχή της Θεσσαλονίκης), όπως υπολογίστηκε από σχετική έρευνα /2/ ανέρχεται σε 104 kwh/m 2 ετησίως. Συµµετοχή κάθε παράγοντα των θερµικών κερδών του κτιρίου κατά την χειµερινή Εσωτερικά περίοδο 22% Βοηθ.θέρµανση 39% Συµµετοχή κάθε παράγοντα των απωλειών του κτιρίου κατά τη χειµερινή περίοδο Τεχν.Αερισµού 1% Κελύφους 13% Ανοιγµάτων 27% Ηλιακά 39% Ηλιακά Εσωτερικά Βοηθ.θέρµανση Αερισµού 50% απέδου 9% Ανοιγµάτων απέδου Αερισµού Τεχν.Αερισµού Κελύφους Συµµετοχή κάθε παράγοντα στις απώλειες δροσισµού του κτιρίου κατά την θερινή περίοδο Συµµετοχή κάθε παράγοντα στο δροσισµό του κτιρίου κατά τη θερινή περίοδο Ηλιακά 70% Κέλυφος 3% Ηλιακά Εσωτερικά Κέλυφος Εσωτερικά 27% Ψύξης 52% Ανοιγµάτων 10% απέδου 4% Τεχν.Αερισµού 18% Αερισµού 16% Ανοιγµάτων απέδου Αερισµού Τεχν.Αερισµού Ψύξης Σχήµα 5. Θερµικό ισοζύγιο κτιρίου κατά την τυπική θερµαντική και ψυκτική περίοδο. 5. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΤΙΚΩΝ ΠΑΡΕΜΒΑΣΕΩΝ Στη συνέχεια διερευνήθηκαν διάφορα εναλλακτικά σενάρια σχεδιαστικών παρεµβάσεων στο κτίριο, µε τα οποία επιχειρείται µία αξιολόγηση της εξοικονόµησης ενέργειας που επιτυγχάνεται από αυτές. Τα σενάρια αυτά επιλύθηκαν µε το πρόγραµµα Suncode-PC και µε κλιµατικό αρχείο τυπικού έτους. Τα αποτελέσµατα των σηµαντικότερων επιλύσεων δίνονται γραφικά στα επόµενα διαγράµµατα, όπου παρουσιάζονται για θερµαντική και για ψυκτική περίοδο όλες οι θερµικές ροές για κάθε σενάριο που εξετάζεται και για την τυπική λειτουργία, ενώ τα σηµαντικότερα συµπεράσµατα συνοψίζονται στην παράγραφο 7. 6. ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟ O ειδικός σχεδιασµός της οροφής του κτιρίου (πριονωτή στέγη, γεωµετρία ανοιγµάτων και υλικά κατασκευής, όπως η χρήση της διαφανούς µόνωσης τύπου Okalux) συµβάλλει τόσο στη δηµιουργία συνθηκών οπτικής άνεσης, όσο και στην περιορισµένη χρήση του τεχνητού φωτισµού µε συνεπακόλουθο τη µείωση της καταναλισκόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. Στον πίνακα 2 καταγράφεται το σύνολο των φωτιστικών σηµείων που υπάρχουν στο κτίριο καθώς και τα χαρακτηριστικά τους. Σηµειώνεται ότι τα φωτιστικά των καταστηµάτων (300 φωτιστικά) και των διαδρόµων του ισογείου (30 φωτιστικά) λειτουργούν, δηλαδή «ανάβουν» σε δύο σκάλες, ανάλογα µε την στάθµη του φωτισµού που επικρατεί.
θερµικές ροές εναλλακτικών σεναρίων κατασκευής για ψυκτική περίοδο θερµικές ροές σε GJ 2500,0 2000,0 1500,0 1000,0 500,0 0,0-500,0-1000,0-1500,0 Απώλειες Ανοιγµάτων Απώλειες Κελύφους Απώλειες απέδου Απώλειες Αερισµού Τεχν. Αερισµός Ψύξη Ηλιακά κέρδη Εσωτερικά κέρδη 1514,6 1148,4 1276,6 1184,7 1148,4 1279,0 1148,4 1019,6 708,8-175,3 45,3 124,2-94,5-223,1 44,9-179,7 42,5-175,1 48,5 52,5 29,3 41,9-74,3-168,5-165,4-17,7-241,7-220,3-83,4-86,4-85,2-83,3-81,9-79,6-242,1-92,7-85,9-251,4-253,3-254,4-251,6-247,4-243,5-265,1-251,4-197,3-282,9-302,1-306,5-282,0-263,6-245,5-307,4-375,2-610,0-783,8-840,5-784,6-795,6-751,9-721,2-837,4-951,1-2000,0-2500,0 ΤΥΠΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΩΜΑ ΒΟΡΙΝΟΙ ΦΕΓΓΙΤΕΣ ΜΗ ΣΤΡΑΜΜΕΝΗ ΟΡΟΦΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ 2,5 ΕΚ. ΛΕΥΚΟ ΧΡΩΜΑ ΟΡΟΦΗΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΙΠΛΟΙ ΥΑΛΟΠΙΝ. ΑΝΤΙ ΙΠΛΟΙ ΥΑΛΟΠΙΝ.+ΣΚΙΑΣΤΡΑ ΣΚΙΑΣΤΡΩΝ OKALUX ΑΝΤΙ OKALUX θερµικές ροέςσε GJ θερµικές ροές εναλλακτικών σεναρίων κατασκευής για θερµαντική περίοδο Εσωτερικά κέρδη Ηλιακά κέρδη Βοηθητική θέρµανση Απώλειες αερισµού Απώλειες ανοιγµάτων Απώλειες κελύφους Απώλειες δαπέδου Τεχν. Αερισµός 3500,0 3000,0 2500,0 850,3 1019,1 1251,7 1103,6 1051,0 1040,6 1084,2 2000,0 956,0 1500,0 1156,2 1000,0 1136,7 548,6 933,5 1017,3 1136,7 1136,7 1016,0 1627,0 1405,6 500,0 577,4 577,4 577,4 577,4 577,4 577,4 577,4 577,4 577,4 0,0-500,0-1320,1-1292,5-1280,8-1312,4-1315,3-1314,1-1305,0-1351,2-1322,7-1000,0-1500,0-441,7-773,3-897,3-764,9-765,7-767,9-758,8-304,6-991,3-959,0-2000,0-374,7-250,8-0,1-346,0-369,7-423,8-412,4-364,8-2500,0-259,8-394,5-376,7-245,3-257,2-257,2-258,4-254,5-15,8-0,3-1,6-13,7-12,3-4,8-271,7-262,0-3000,0-57,1-30,4-3500,0 ΤΥΠΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΩΜΑΒΟΡΙΝΟΙ ΦΕΓΓΙΤΕΣ ΜΗ ΣΤΡΑΜΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ 2,5 ΛΕΥΚΟ ΧΡΩΜΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΙΠΛΟΙ ΥΑΛΟΠΙΝ. ΙΠΛΟΙ ΟΡΟΦΗ ΕΚ. ΟΡΟΦΗΣ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΣΚΙΑΣΤΡΩΝ ΑΝΤΙ OKALUX ΥΑΛΟΠΙΝ.+ΣΚΙΑΣΤΡΑ ΑΝΤΙ OKALUX Σχήµα 6: Θερµικές ροές τυπικής λειτουργίας και εναλλακτικών σεναρίων κατά την θερµαντική και ψυκτική περίοδο. ΠΙΝΑΚΑΣ 2: ΦΩΤΙΣΤΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σε kwh ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΟΧΗ ΤΕΧΝΗΤΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΤΟΥ EUROTECH ΠΙΝΑΚΑΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟ EUROTECH Φωτιστικά Watt/Φωτ. Σύνολο Ωρες/Ηµ. Ωρ./Σαβ. Ωρ./Κυρ. Σ. Ηµέρας Σ. Μήνα Φωτιστικά καταστηµάτων 300 39 11700 4.8 56160 1235.52 ιαδρόµων ισογείου 40 36 1440 4.8 6912 152.064 ιαδρόµων υπογείου 35 72 2520 0 0 0 0 0 Φωτιστικά οροφής 350 36 12600 4 0 0 50400 1108.8 Ασφαλείας ισογείου 9 36 324 11 11 11 3564 106.92 Ασφαλείας υπογείου 18 72 1296 24 24 24 31104 933.12 Περιµετρικοί στύλοι ανατολής 22 70 1540 7.5 7.5 7.5 11550 346.5 Περιµετρικοί στύλοι δύσης 22 70 1540 5 5 5 7700 231 Περιµετρικός φωτισµός δύσης 19 13 247 3 3 3 741 22.23 Φώτα κόµβου 7 250 1750 5 5 5 8750 262.5 Κεντρική είσοδος 9 150 1350 7.5 7.5 7.5 10125 303.75 Υπαίθριος χώρος κεντρικής 28 50 1400 7.5 7.5 7.5 10500 315 Φωτισµός Parking 7 1000 7000 6 2 2 42000 1036 WC οροφής 0 12 6 0 0 WC διάδροµοι 0 12 6 0 0 WC πάγκοι 0 12 6 0 0 0 Παράλληλοι είσοδοι 9 50 450 7.5 7.5 7.5 3375 101.25 Περιµετρικός συνεδριακού 6 150 900 7.5 7.5 7.5 6750 202.5 249631 6357.154 0 0
Το σύστηµα BMS καταγράφει αφενός το επίπεδο έντασης του φωτισµού που επιτυγχάνεται στα καταστήµατα και στους διαδρόµους του εκθεσιακού κέντρου, από τη συνδυασµένη χρήση φυσικού και τεχνητού φωτισµού, και αφετέρου τις ώρες λειτουργίας των φωτιστικών σηµείων. Ενδεικτικά παρατίθεται το σχήµα 7, όπου απεικονίζονται οι τιµές έντασης του φωτισµού (σε lux) που κατέγραψαν οι αισθητήρες φωτισµού καθώς και οι ενδείξεις του BMS για «ανοικτά/κλειστά» φώτα, ανάλογα και µε τη σκάλα έντασης φωτισµού που λειτουργούσε, για τρεις ηµέρες (19/1/99,από τις 16:20 22/1/99, στις 20:18). Είναι σαφές ότι στη χρονική περίοδο που επικρατούσε µεγάλη ηλιοφάνεια (πρώτη και τρίτη ηµέρα των µετρήσεων που παρατίθενται), τα φωτιστικά σώµατα δεν λειτουργούν. Επίσης, µε βάση τις ώρες λειτουργίας των φωτιστικών σωµάτων που κατέγραψε για έξι συνεχείς µήνες το σύστηµα BMS, υπολογίστηκε ότι ο τεχνητός φωτισµός στα καταστήµατα και τους διαδρόµους του ισογείου χρησιµοποιήθηκε κατά µέσο όρο, 4.8 ώρες/ηµέρα. lux 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Καταγραφές αισθητηρίων φωτεινότητας και ενδείξεις ON/OFF λαµπτήρων την περίοδο 19-22/1/1999 ΑΙΣΘ. ΦΩΤ. ΑΙΣΘ. ΦΩΤ. σταθµη 1 50% σταθµη 2 100% 23:18 22:18 21:18 20:18 19:18 18:18 17:18 16:18 15:18 14:18 13:18 12:18 11:18 10:18 9:18 8:18 7:18 6:18 5:18 4:18 3:18 2:18 1:18 0:18 23:18 22:18 21:18 20:19 19:19 18:19 17:19 16:19 15:19 14:19 13:19 12:19 11:19 10:19 9:19 8:19 7:19 6:19 5:19 4:19 3:19 2:19 1:19 0:19 23:19 22:19 21:19 20:19 19:19 18:20 17:20 16:20 15:20 14:20 13:20 12:20 11:20 10:20 9:20 8:20 7:20 6:20 5:20 4:20 3:20 2:20 1:20 0:20 23:20 22:20 21:20 20:20 19:20 18:20 17:20 16:20 [ώρα] Σχήµα 7. Ενδεικτική παρουσίαση των καταγραφών των αισθητηρίων φωτεινότητας σε lux σε συνδυασµό µε την ενεργοποίηση στάθµης 1 (50%) και στάθµης 2 (100%) των λαµπτήρων. Παίρνοντας υπόψη την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας που θα απαιτείτο για τη συνεχή λειτουργία του τεχνητού φωτισµού («συµβατική» κατανάλωση ενέργειας) και την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, σύµφωνα µε τις καταγραφές της ΕΗ και του συστήµατος BMS (πραγµατική κατανάλωση ενέργειας), προκύπτει ότι η εξοικονόµηση ενέργειας λόγω του σχεδιασµού των ανοιγµάτων και της διαχείρισης της λειτουργίας των φωτιστικών των καταστηµάτων και του διαδρόµου του ισογείου, είναι σε ετήσια βάση της τάξεως του 45.7%. Στον πίνακα 3 παρατίθενται οι σχετικές τιµές ανά µήνα και στο σύνολο του έτους. Εάν παρθεί υπόψη και η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για το φωτισµό ασφαλείας, το φωτισµό των υπολοίπων χώρων του κτιρίου καθώς και το φωτισµό των υπαίθριων χώρων και του parking, η οποία είναι σηµαντική, τότε η εξοικονόµηση ενέργειας για φωτισµό κατέρχεται σε ποσοστό 21.2%. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στον πίνακα 4 αναγράφεται τόσο η συνολική κατανάλωση ενέργειας όσο και η κατανάλωση ανά κατηγορία στο Εµπορικό κέντρο EUROTECH, - όπως αυτή µετρήθηκε για την περίοδο χρήσης 1998-99 όπου λειτουργούσαν τα 41 από τα 71 καταστήµατα που είναι διαµορφωµένα στο κέντρο του κτιρίου, - η υπολογισθείσα, µε τις ανάλογες θερµικές προσοµοιώσεις, κατανάλωση για θέρµανση και ψύξη του κτιρίου, µε την προϋπόθεση ότι λειτουργούν όλα τα καταστήµατα και στα οποία υφίστανται συνθήκες θερµικής άνεσης (δηλαδή θερµοκρασία εσωτερικού χώρου 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5-3
το χειµώνα 20 ο C και το καλοκαίρι 26 ο C). Οι κλιµατικές συνθήκες που πάρθηκαν υπόψη στην προσοµοίωση αντιπροσωπεύουν το τυπικό κλιµατικό έτος. ΠΙΝΑΚΑΣ 3: ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΟΧΗ ΤΕΧΝΗΤΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΤΟΥ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΚΕΝΤΡΟΥ EUROTECH Συµβατική * κατανάλωση κτιρίου (kwh) Πραγµατική κατανάλωση κτιρίου (kwh) Εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας (kwh) Ποσοστό εξοικονόµησης (%) εκέµβριος 8237.467 4822.089 3415.378 41.5% Ιανουάριος 8237.467 5374.873 2862.594 34.8% Φεβρουάριος 7566.266 4237.821 3328.445 44.0% Μάρτιος 8237.467 5194.326 3043.141 36.9% Οκτώβριος 8237.467 4196.028 4041.439 49.1% Νοέµβριος 7901.866 4269.584 3632.282 46.0% Σύνολο (6 µήνες) 48418 26293.92 22124.08 45.7% Σύνολο (12 µήνες) 96836 52587.84 44248.16 45.7% Mηνιαία κατανάλωση 8069.667 4382.32 3687.346 45.7% (kwh/month) *Σηµειώνεται ότι για τον υπολογισµό της συµβατικής κατανάλωσης ενέργειας για το φωτισµό, πάρθηκε υπόψη ότι το σύνολο των φωτιστικών λειτουργεί 11 ώρες ηµερησίως τις καθηµερινές και 7 ώρες το Σάββατο. Στον πίνακα 4 επίσης αναγράφεται η κατανάλωση ενέργειας σε κτίρια αντίστοιχης χρήσης (ο τρόπος οργάνωσης της κάτοψης και η λειτουργία των καταστηµάτων παραπέµπει περισσότερο σε κτίριο γραφείων παρά σε κτίριο εµπορικής χρήσης) /1/. Παρόλο που από τα αποτελέσµατα της παραπάνω έρευνας δεν προκύπτει εάν στα υπό καταγραφή κτίρια επικρατούσαν συνθήκες θερµικής άνεσης, είναι σαφές ότι το Εµπορικό κέντρο EUROTECH εξοικονοµεί ενέργεια για θέρµανση και φωτισµό τόσο µε την περιορισµένη λειτουργία του, όσο και µε τις συνθήκες και τον τρόπο που σχεδιάστηκε να λειτουργεί. Για την ψύξη βέβαια υπολογίζεται ότι θα δαπανάται περισσότερη ενέργεια σε σχέση µε τα υφιστάµενα κτίρια, γεγονός που οφείλεται στο ότι σε πολλά υφιστάµενα κτίρια δεν λειτουργούν κλιµατιστικές µονάδες, µε συνέπεια το επίπεδο θερµικής άνεσης το καλοκαίρι να είναι πολύ χαµηλό. ΠΙΝΑΚΑΣ 4: Τοµείς κατανάλωσης ενέργειας ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΚΤΙΡΙΟ ΕΜΠΟΡΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΣΤΟ ΕΜΠΟΡΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ EUROTECH Συµβατικό κτίριο χρήσης γραφείων /1/ Κτίριο Εurotech: Περίοδος 1998-1999 (πραγµατικές συνθήκες λειτουργίας) Κτίριο Εurotech: Τυπικές συνθήκες λειτουργίας και κλίµατος (µέσος όρος κλίµατος δεκαετίας) Κατανάλωση Κατανάλωση Εξοικονόµηση / αύξηση (βάση: συµβατικό κτίριο) Κατανάλωση Εξοικονόµηση / αύξηση (βάση: συµβατικό κτίριο) kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 (%) kwh/m 2 kwh/m 2 (%) Θέρµανση 95 82.3 12.7 13.37% 75.6 19.4 79.58% Ψύξη 24 46.9-22.9-95.42% 58.1-34.1 242.08% Φωτισµός 20 19.93 0.07 0.35%.. Ηλ.συσκευές 48 35.99 12.01 25.02%.. Σύνολο 187 185.12 1.88 1.01% Από τον παραπάνω πίνακα, αλλά και από τους σχετικούς υπολογισµούς, τα εναλλακτικά σενάρια σχεδιαστικών παρεµβάσεων και τα διαγράµµατα που ήδη αναλύθηκαν, προκύπτουν τα παρακάτω συνοπτικά συµπεράσµατα: Το εµπορικό κέντρο Eurotech, µε υπολογισθείσα ετήσια κατανάλωση ενέργειας για τη θέρµανση 75.6 kwh/m 2, συγκαταλέγεται στην κατηγορία των κτιρίων «χαµηλής
κατανάλωσης-απαίτησης ενέργειας», δηλαδή αυτών που το θερµικό τους φορτίο κυµαίνεται µεταξύ 40-80 kwh/m 2 ετησίως /2/. Η εξοικονόµηση ενέργειας για την θέρµανση στο κτίριο γίνεται πιο σηµαντική αν συνυπολογιστεί ο µεγάλος όγκος του (µέσο ύψος κτιρίου 6.5m), σε σχέση µε τα συµβατικά, ανάλογης χρήσης κτίρια, µε ύψος ορόφου 3.0-4.0m. Η στροφή προς το νότο του συστήµατος της οροφής είναι µία εύστοχη σχεδιαστική λύση µε ευεργετική επίδραση στη θερµική συµπεριφορά του κτιρίου, επιτυγχάνοντας εξοικονόµηση κατά 8,3% στην κατανάλωση ενέργειας για θέρµανση. Η λύση της πριονωτής οροφής έναντι ενός συµβατικού δώµατος συµβάλλει αρνητικά στην κατανάλωση ενέργειας για ψύξη αυξάνοντάς την κατά 22.2%. Εν τούτοις, µειώνει την κατανάλωση για θέρµανση κατά 13,5%, καθώς και την ανάγκη τεχνητού φωτισµού. Η χρήση κοινών διπλών υαλοστασίων αντί για τη διαφανή µόνωση τύπου Okalux θα συνέβαλε σε µεγαλύτερη εξοικονόµηση ενέργειας (µικρότερη κατανάλωση κατά 16.6% σε σχέση µε αυτή που επιτυγχάνεται µε την παρούσα κατασκευή και 21.1%, εάν γινόταν χρήση και νυχτερινής µόνωσης). Παράλληλα όµως η αντικατάσταση των Okalux µε διπλά υαλοστάσια θα επιβάρυνε το ψυκτικό φορτίο του κτιρίου κατά τη θερινή περίοδο έως και 21,3% και επιπλέον δεν θα επιτυγχανόταν στο εσωτερικό του κτιρίου η ίδια ποιότητα φυσικού φωτισµού. Η εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της πριονωτής στέγης µε τις συστοιχίες των ανοιγµάτων και της εφαρµογής του συστήµατος διαχείρισης του τεχνητού φωτισµού στα καταστήµατα και στους κεντρικούς διαδρόµους κυκλοφορίας, είναι σηµαντική (της τάξεως του 45.7%). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ιεπιστηµονικό Ινστιτούτο Περιβαλλοντικών Ερευνών, ιεύθυνση Οικιστικής Πολιτικής και Κατοικίας Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., «Οικολογική όµηση», Εκδόσεις «Ελληνικά Γράµµατα», Αθήνα, Ιούνιος 2000. 2. Χρυσοµαλλίδου Ν. «Ενεργειακή απόδοση υφιστάµενων κτιρίων», Πρακτικά ιεθνούς Συνεδρίου µε θέµα: Υφιστάµενα κτίρια-εξοικονόµηση Ενέργειας και περιβάλλον, ΑΠΘ, Θεσ/νίκη, 1999. 3. ΚΑΠΕ, «Καινοτοµικά σχεδιασµένο κτίριο µε ενσωµατωµένα παθητικά ηλιακά συστήµατα θέρµανσης και δροσισµού, τεχνικές φυσικού φωτισµού και επιδεικτικά συστήµατα ΑΠΕ, Final Report, Αθήνα, Ιούλιος 2000. 4. Μακρίδης Π., «EUROTECH, Εµπορικό Κέντρο οµικών Υλικών και εξοπλισµού», ΚΤΙΡΙΟ, τεύχος 107, Ιούνιος 1998, σελ. 81. 5. K. Axarli, G. Economides, «Evaluation of the energy behaviour of a bioclimatic shopping and exposition hall after a year of monitoring» πρακτικά PLEA International Conference Architecture, City, Environment, Cambridge, July 2000. 6. Λιβέρης Π., Αραβαντινός., Παπαδόπουλος Α., Τσακίρης Ν., «Οδηγός εξοικονόµησης ενέργειας στα δηµόσια κτίρια», Ευρωπαϊκή Επιτροπή XVII Γενική ιεύθυνση Ενέργειας, Πρόγραµµα SAVE, Θεσσαλονίκη 1996.