ECO-CHOROS: ΠΡΟΤΥΠΟΣ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΟΙΚΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΚΙΜΜΕΡΙΑ ΞΑΝΘΗΣ Δρ Κοσμόπουλος Π. 1, Γουζέλη Χ.,Καμενή Δ.,Καρκάνιας Γ.,Νικολαϊδου Κ.,Στεφανόπουλος Κ.,Τιτόνη Ε.,Χαλατζίδου Λ.,Χασάν Χ. 1 Πολυτεχνική Σχολή, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Εργαστήριο Περιβαλλοντικού και Ενεργειακού Σχεδιασμού Κτιρίων και Οικισμών, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Ξάνθη E-mail: pkosmos@env.duth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένας πρότυπος βιοκλιματικός οικισμός, με θετικό ενεργειακό ισοζύγιο, σχεδιασμένος σύμφωνα με τις αρχές του περιβαλλοντικού σχεδιασμού. Αξιοποιούνται τόσο η ηλιακή ενέργεια όσο και το κλίμα της περιοχής. Τα ψυχρά υλικά κελύφους, τα οικολογικά επιχρίσματα, τα κουφώματα με τους ενεργειακούς υαλοπίνακες, η κατασκευή θερμοκηπίου, το φυτεμένο δώμα,, οι τοίχοι ανάσχεσης, είναι κάποια από τα παθητικά συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν. Προβλέπεται ένα φωτοβολταϊκό και ένα αιολικό πάρκο στα όρια του οικοπέδου. Επιπλέον, σε κάθε κτίριο εγκαθίστανται φωτοβολταϊκά πανέλα, ηλιακοί συλλέκτες και οικιακές ανεμογεννήτριες. Το αποτέλεσμα είναι τόσο οι αυτόνομες κατοικίες όσο και τα κτίρια που εξαρτώνται από τις κεντρικές εγκαταστάσεις να παράγουν περισσότερη ενέργεια από όση καταναλώνουν και το πλεόνασμα να αποθηκεύεται ή να διανέμεται στο κεντρικό δίκτυο. Συμπερασματικά, επιτυγχάνεται ο αρχικός στόχος του σχεδιασμού, η δημιουργία ενός οικισμού με θετικό ενεργειακό ισοζύγιο. ECO-CHOROS: ΕNVIRONMENTAL HOUSING ARCHETYPE ΙΝ ΚΙΜΜΕRΙΑ, IN XANTHI, GREECE Dr Kosmopoulos P.,Gouzeli C., Kameni D.,Karkanias G.,Nikolaidou K.,Stefanopoulos K.,Titoni E.,Chalatzidou L.,Chasan C. 1 Engineering School, Democritus University of Thrace, Laboratory of Environmental and Energy Efficient Design of Buildings and Settlements, Department of Environmental Engineering, Xanthi, Greece E-mail: pkosmos@env.duth.gr ABSTRACT This paper presents an environmental housing complex. This housing complex achieves positive energy balance, as it has been designed based on the principles of environmental planning. Both private and communal buildings in the complex ensure thermal and visual comfort conditions. The solar energy, the environmental sources and the climate in the area are being exploited at the maximum. The cool shelter materials, the eco-friendly paints, the frames with the energy glass, the greenhouse, the green roof, the containment walls are some of the passive systems that have been used in the project. The housing complex is self-sufficient, due to renewable energy sources. One PV and one wind-turbine park have been included at the outskirts of the area. In addition, PV panels, solar panels and domestic wind turbines are installed in every building. The result is that both the self sufficient houses and the buildings that depend on the central facilities produce more energy than they consume and the surplus is stored in batteries or distributed to the central network. In conclusion, the primary design goal has been coverde. A housing complex with positive energy balance has been achieved. 1
1. Εισαγωγή Στις μέρες μας, που τα περιβαλλοντικά προβλήματα είναι όλο και εντονότερα και η ενεργειακή κρίση αποτελεί μια πραγματικότητα, κρίνεται απαραίτητη η στροφή προς τον βιώσιμο σχεδιασμό. Τα σύγχρονα κτίρια οφείλουν, να κατασκευάζονται σύμφωνα με τις αρχές της βιωσιμότητας, απαιτώντας όσο το δυνατόν λιγότερη ενέργεια. Ο ολοκληρωμένος ενεργειακός σχεδιασμός κτιρίων έχει ενεργειακά, οικονομικά, περιβαλλοντικά και κοινωνικά οφέλη. Όσον αφορά τα οικιστικά σύνολα, ο ενεργειακός σχεδιασμός αφορά τη βέλτιστη αξιοποίηση των περιβαλλοντικών και ενεργειακών παραμέτρων σε ετήσια βάση, με στόχο την ελάττωση ή ακόμα και τον μηδενισμό της απαιτούμενης ενέργειας για το σύνολο του οικισμού. Περιβαλλοντικά και ενεργειακά κριτήρια ελήφθησαν υπόψη και αποτέλεσαν τις κατευθυντήριες γραμμές για το σχεδιασμό του πρότυπου οικισμού Eco-choros στα Κιμμέρια της Ξάνθης. 2. Επιλογή οικοπέδου Ο πρότυπος οικισμός τοποθετείται σε ένα οικόπεδο εντός εγκεκριμένου σχεδίου πόλης και εκτός ζώνης στην περιοχή Κιμμέρια, ανατολικά της πόλης της Ξάνθης, που αποτελεί ιδιοκτησία του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης. Το οικόπεδο είναι ορθογώνιο (250Χ500μ) με συνολικό εμβαδό 125 στρέμματα και η μεγαλύτερη πλευρά του ευθυγραμμίζεται με τον άξονα Βορά-Νότου. Τα Κιμμέρια βρίσκονται ανατολικά στην περιφερειακή ενότητα της Ξάνθης, σε απόσταση 5 χιλιομέτρων και υψόμετρο 90μ. Εικόνα 1. Η θέση του οικισμού σε σχέση με την Ξάνθη. Εικόνα 2.Το οικόπεδο. Εικόνα 3. Φωτογραφία της περιοχής. 3. Σχεδιασμός 3.1 Πολεοδομικός Σχεδιασμός. Ο σχεδιασμός του οικισμού ECO-CHOROS' βασίζεται εξολοκλήρου στην εφαρμογή των αρχών της αειφόρου ανάπτυξης και του βιοκλιματικού σχεδιασμού, με έμφαση στην προστασία του περιβάλλοντος και στη συνετή διαχείριση των φυσικών πόρων. Ο πολεοδομικός σχεδιασμός του οικισμού στηρίχθηκε στη μελέτη των παραμέτρων που συνθέτουν το μικροκλίμα της περιοχής (μετεωρολογικά δεδομένα, διεύθυνση ανέμων, τοπική φύτευση), το εδαφικό ανάγλυφο και τη σύνδεση με τους υφιστάμενους οικισμούς. Επίσης έχει προβλεφθεί η δυνατότητα ο οικισμός να επεκταθεί κατά τη Νότια, Ανατολική ή Δυτική κατεύθυνση. Οι βασικές κατευθυντήριες γραμμές του σχεδιασμού μπορούν να προσαρμοστούν και να εφαρμοστούν σε περιοχές με αντίστοιχες γεωγραφικές και κλιματολογικές παραμέτρους. Συνολικά στον οικισμό υπολογίστηκαν δομήσιμα 10.472,50τ.μ, τα οποία αντιστοιχούν σε κάλυψη 10.092,50 τετραγωνικών μέτρων. Ο σχεδιασμός προτείνεται για περίπου 300 κατοίκους. Η βασικότερη κτιριακή μονάδα είναι αυτή των βιοκλιματικών κατοικιών, καθώς αυτές θα στεγάσουν το σύνολο του πληθυσμού. Για την κάλυψη των καθημερινών αναγκών 2
των κατοίκων, συμπεριλήφθηκαν οι απαραίτητες κοινόχρηστες λειτουργίες και χρήσεις, όπως αίθουσα πολλαπλών χρήσεων, εστιατόριο, mini market, φαρμακείο, ιατρείο, γυμναστήριο και ένας χώρος διοίκησης του οικισμού. Τα κτίρια των κατοικιών συνολικά καλύπτουν 9.137,50τ.μ, ενώ τα δημόσια κτίρια καταλαμβάνουν σε έκταση 955,00τ.μ. Βασικές αρχές του σχεδιασμού αποτελούν η ενίσχυση του ελεύθερου χώρου σε σχέση με τον δομημένο, η διευκόλυνση της κίνησης των πεζών και η δημιουργία δικτύου γειτονιών. Ο ελεύθερος χώρος, οι κατοικίες και τα δημόσια κτίσματα αντιμετωπίζονται ως μία ενότητα που αλληλεπιδρά με το μικροκλίμα της περιοχής. Η τοποθέτηση των κατοικιών, όπως και το δίκτυο φύτευσης που προτείνεται, βασίστηκε στη μελέτη σκίασης ώστε να μην δημιουργούνται αλληλοσκιάσεις, ιδιαίτερα κατά τη χειμερινή περίοδο, αλλά να εισέρχεται στο μέγιστο η ηλιακή ακτινοβολία στο εσωτερικό των κατοικιών, προκειμένου να επιτυγχάνεται θερμική άνεση με την ελάχιστη δυνατή ενεργειακή επιβάρυνση. Η είσοδος του οικισμού συνδέεται μέσω κόμβου με την κύρια οδική αρτηρία της περιοχής, βόρεια του οικοπέδου. Κοντά στην είσοδο, τοποθετούνται τα κτήρια κοινόχρηστων λειτουργιών, ώστε να διευκολύνεται η πρόσβαση σε αυτά και από τους επισκέπτες αλλά και να προστατεύονται οι κατοικίες τόσο από ηχητικές οχλήσεις όσο και τους ψυχρούς ανέμους. Η χωροθέτηση των επιμέρους οικοπέδων γίνεται με τρόπο που ευνοεί την ιδιωτικότητά τους, ενώ παράλληλα δημιουργείται ένα δίκτυο με συνεκτικές γειτονιές. Ακόμη, η δαιδαλώδης χάραξη των οδών, εξασφαλίζει ελεγχόμενη κυκλοφορία των αυτοκινήτων, αποτρέποντας την ανάπτυξη μεγάλων ταχυτήτων και ενθαρρύνοντας την κίνηση των πεζών και των ποδηλατιστών. Σχέδιο 1. Συνολική κάτοψη του οικισμού. Σχέδιο 2. Ενδεικτικό οικοδομικό τετράγωνο του οικισμού. Για τη μείωση της κατανάλωσης νερού, εγκαθίσταται σε κάθε οικόπεδο οικιακό σύστημα διαχείρισης (συλλογής και επεξεργασίας) του βρόχινου νερού με υπόγεια δεξαμενή συλλογής. Το νερό αυτό διοχετεύεται στην υδραυλική εγκατάσταση για την παροχή νερού για τον καθαρισμό τουαλετών και για το πλυντήριο ρούχων, καθώς και στις εξωτερικές βρύσες και στο σύστημα αυτόματου ποτίσματος που είναι εγκατεστημένο στον αύλιο χώρο κάθε κατοικίας. (Διαχείριση Υδάτων). 3.2 Μελέτη κίνησης ανέμων Παράλληλα με την μελέτη ηλιασμού - σκιασμού έγινε μελέτη κίνησης των ανέμων στον οικισμό με τη χρήση του λογισμικού Tas Ambiens. Όπως προκύπτει από τις προσομοιώσεις, υπάρχουν στοιχεία στο σχεδιασμό και τις διατάξεις του οικισμού, που βοηθάνε τον άνεμο να κυλάει από πάνω του. Το σχήμα και οι κλίσεις από τις στέγες των 3
σπιτιών, ο προσανατολισμός των κτιρίων, αλλά και η σωστή τοποθέτηση στους ελεύθερους χώρους ψηλού αλλά και χαμηλότερου πράσινου, βοηθάνε τόσο τον κρύο χειμερινό άνεμο, όσο και το δροσερό καλοκαιρινό, να γλιστράει πάνω από τις στέγες. Σχήμα 1. Προσομοιώσεις του λογισμικού Tas Ambiens α.ταχύτητα ανέμου-καλοκαίρι-βόρειος άνεμος β. Ταχύτητα ανέμου-καλοκαίρι-νότιος άνεμο 3. Επιλογή υλικών Η επιλογή υλικών για τον οικισμό Eco_choros έγινε με βάση την φιλικότητα τους προς το περιβάλλον σε συνδυασμό με την διαθεσιμότητα τους στην τοπική αγορά, ώστε να μην αυξάνεται η ενσωματωμένη ενέργεια των υλικών λόγω μεταφοράς. Παράλληλα λήφθηκε υπόψη ο οικονομικός παράγοντας ώστε να επιτευχθεί μια προσιτή οικιστική επιλογή κι όχι μόνο για άτομα με πολύ υψηλά εισοδήματα. Για κάθε κατηγορία υλικών έγινε έρευνα και αναλύθηκαν εναλλακτικές λύσεις ώστε να γίνει η τελική επιλογή. Φέρων οργανισμός και τοιχοποιία: Επιλέχθηκε η παραδοσιακή για την Ελλάδα κατασκευή με φ.ο. από οπλισμένο σκυρόδεμα και πλήρωση από τούβλα (τοιχοποιία 25εκ.). Θερμομόνωση τοίχων, οροφής και πλάκας: Για την εξωτερική μόνωση των κτιρίων επιλέχθηκαν πλάκες πετροβάμβακα πάχους 8εκ. και λ=0,036. Η εφαρμογή γίνεται εξωτερικά, με σκοπό την εκμετάλλευση της θερμοχωρητικότητας της τοιχοποιίας. Για την αποφυγή θερμογεφυρών υπάρχει συνέχεια της θερμομόνωσης πάχους 3εκ. γύρω από τα ανοίγματα και τα στοιχεία του φέροντος οργανισμού. Κουφώματα και υαλοπίνακες: Επιλέχθηκαν κουφώματα αλουμινίου, με θερμοδιακοπή 24χιλ. και διπλοί υαλοπίνακες με αργό αέριο στο διάκενο. Ο συντελεστής θερμοπερατότητας του επιλεγμένου υαλοπίνακα είναι Ug=1,30 W/(m2K). Δάπεδα εσωτερικού και εξωτερικού χώρου: Για τους εσωτερικούς χώρους προτείνονται δάπεδα φιλικά προς το περιβάλλον, διαθέσιμα στην ελληνική αγορά και συμβατά με ενδοδαπέδια θέρμανση: κεραμικά δάπεδα τύπου cotto, ξύλινα δάπεδα, που δεν έχουν επεξεργαστεί με χημικές ουσίες, φελλοδάπεδα, πλακάκια από ανακυκλωμένο γυαλί και δάπεδα από λινόλαιο, διάτρητοι κυβόλιθοι, βοτσαλωτά δάπεδα, δάπεδα από φυσικά πετρώματα και χωμάτινα σταθεροποιημένα δάπεδα. Δομικά υλικά με ενσωμάτωση νανοτεχνολογίας: Στα επιλεγμένα συστήματα κουφωμάτων του οικισμού συμπεριλαμβάνεται η μεμβράνη χαμηλής εκπεψιμότητας (low-e) που εφαρμόζεται στα μεγάλα προσήλια ανοίγματα. Επίσης, χρησιμοποιείται θερμοχρωμική βαφή που εφαρμόζεται στις όψεις των κατοικιών του οικισμού. 3.3 Κτίρια κατοικιών Το σύνολο των 82 κατοικιών διαχωρίζεται σε τρεις τύπους ανάλογα με τον αριθμό των ατόμων που μπορούν να φιλοξενήσουν. Αναλυτικά, ο οικισμός περιλαμβάνει 26 κατοικίες εμβαδού 90,15τ.μ για τη στέγαση δύο ατόμων, 24 μονάδες δύο κατοικιών με 118,90τ.μ η κάθε μία για τη στέγαση τεσσάρων ατόμων και 8 κατοικίες από 183,30τ.μ για τη συστέγαση έξι ατόμων. Στο σχεδιασμό των κατοικιών, επιτεύχθηκε η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας για τη ικανοποιητική λειτουργία του κτιρίου, μέσω: του βιοκλιματικού σχεδιασμού του κτηριακού κελύφους και του νότιου προσανατολισμού που επιλέχθηκε. 4
της θερμομονωτικής επάρκειας του κτηρίου με την κατάλληλη εφαρμογή θερμομόνωσης στα αδιαφανή δομικά στοιχεία καθώς και την επιλογή κατάλληλων κουφωμάτων. της επιλογής κατάλληλων ηλεκτρομηχανολογικών συστημάτων υψηλής απόδοσης, για την κάλυψη των αναγκών σε ενέργεια και της εφαρμογής διατάξεων αυτομάτου ελέγχου της λειτουργίας των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων, για τον περιορισμό της άσκοπης χρήσης τους. της χρήσης τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε.) όπως ηλιοθερμικά και φωτοβολταϊκά συστήματα και ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα. Ο εσωτερικός σχεδιασμός και η διαμόρφωση των χώρων στο κτίριο, έγιναν με γνώμονα τη μέγιστη εκμετάλλευση ή αποφυγή της ηλιακής ακτινοβολίας, ανάλογα με την εποχή. Τοποθετήθηκαν οι κύριοι χώροι στο νότιο προσανατολισμό, ώστε κατά τους χειμερινούς μήνες να αξιοποιείται η ηλιακή ακτινοβολία τις πρωινές ώρες. Οι βοηθητικοί χώροι (μπάνιο, αποθήκη, κουζίνα) τοποθετούνται στη βόρια πλευρά της κατοικίας, οπότε λειτουργούν ταυτόχρονα ως χώροι ανάσχεσης. Σε όλους τους κυρίως χώρους υπάρχουν ανοίγματα τα οποία προσφέρουν επαρκή φωτισμό και φυσικό δροσισμό. Ως μέσο ηλιοπροστασίας των ανοιγμάτων επιλέχθηκαν οι ημιυπαίθριοι, οι μεταλλικές πέργκολες με τα ξύλινα οριζόντια στοιχεία και οι οριζόντιες περσιδωτές κατασκευές. Το θερμοκήπιο που τοποθετείται στη νότια πλευρά της κατοικίας, λειτουργεί ως συλλέκτης και παγίδα ηλιακής ενέργειας. Σχέδιο 3 και 4. Κάτοψη και τομή της κατοικίας δύο ατόμων. Εικόνα 4. Φωτορεαλιστική απόδοση της κατοικίας δύο ατόμων. Σύμφωνα με τα δεδομένα του κελύφους, έγινε μελέτη των συνθηκών άνεσης με το λoγισμικό Tas Αmbiens. Τρέχοντας το κάθε μοντέλο για 10 μέρες έχουμε τα παρακάτω αποτελέσματα για την κατοικία των 2 ατόμων, για τους μήνες Ιούνιο και τον Δεκέμβριο: Σχήμα 2 και 3. Απεικόνιση της θερμοκρασίας ξηρού βολβού και του δείκτη PPD στο εσωτερικό της κατοικίας για τον μήνα Ιούνιο. Στο λειτουργικό επίπεδο του χώρου, η θερμοκρασία κυμαίνεται από 22-24οC και ο δείκτης PPD είναι <25% που είναι το επιθυμητό αποτέλεσμα. Σχήμα 4 και 5. Απεικόνιση της θερμοκρασίας ξηρού βολβού και του δείκτη PPD στο εσωτερικό της κατοικίας τον μήνα Δεκέμβριο. Στο λειτουργικό επίπεδο του χώρου, η 5
θερμοκρασία κυμαίνεται κατά μέσο όρο στους 22οC και ο δείκτης PPD είναι <25% που είναι το επιθυμητό αποτέλεσμα. 3.4 Κοινόχρηστα Κτίρια Τα κοινόχρηστα κτίρια του πρότυπου σχεδιάστηκαν ώστε να στεγάσουν τις δραστηριοτήτες που αναπτύσσονται από κοινού. Τοποθετούνται στο βόρειο μέρος του οικισμού και στην είσοδο του, ώστε να είναι άμεσα προσβάσιμα από τον επισκέπτη ενώ ταυτόχρονα υπάρχει εγγύτητα από τον νότο με τις κατοικίες. Ως βασικές κοινές λειτουργίες που προβλέφθηκαν αναφέρονται οι εξής: α) η διοίκηση β) ο χώρος συνάθροισης (αίθουσα πολλαπλών χρήσεων) γ) η υγεία και ο αθλητισμός δ) το εμπόριο και ε) η αναψυχή. Τα κτίρια μελετήθηκαν ώστε να παρέχουν στο εσωτερικό τους τις βέλτιστες δυνατές συνθήκες άνεσης στους χρήστες και να κάνουν όσο δυνατόν καλύτερη χρήση της ενέργειας και σχεδιάστηκαν ώστε να εξυπηρετούν και άτομα με ειδικές ανάγκες. Στον εξωτερικό χώρο που διαμορφώθηκε γύρω από αυτά, οργανώθηκαν χρήσεις όπως ο αθλητισμός και η αναψυχή. Σχέδιο 5. Κάτοψη των δημόσιων κτιρίων. Εικόνα 5 και 6. Φωτορεαλιστική απεικόνιση των δημόσιων κτιρίων. 4. Ενεργειακή αντιμετώπιση οικισμού Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των υπολογισμών για την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας όλα τα κτίρια του οικισμού ανήκουν στην κατηγορία Α+. 4.1 Κατοικίες Για την κάλυψη των θερμικών απωλειών, ψυκτικών φορτίων και των αναγκών ζεστού νερού χρήσης των κτιρίων των κατοικιών, σε κάθε κτίριο τοποθετούνται δυο αντλίες θερμότητας αέρα-νερού, με υποστήριξη ηλιακών συλλεκτών. Οι ηλιακοί συλλέκτης είναι τύπου κενού με διαφορετικό εμβαδόν επιφάνειας για κάθε τύπο κατοικίας. Οι αντλίες θερμότητας συνδέονται μεταξύ τους παράλληλα και ως τερματική μονάδα έχει επιλεχθεί το ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης. Το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί παράγεται από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στη στέγη κάθε κατοικίας εγκαθίσταται ένα φωτοβολταϊκό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μια ανεμογεννήτρια κάθετου άξονα. Το φωτοβολταϊκό σύστημα στις κατοικίες δυο ατόμων θα έχει ισχύ 9,324 kwp, στις κατοικίες τεσσάρων ατόμων 7,992 kwp και στις κατοικίες έξι ατόμων 8,658 kwp. Ο συνδυασμός των δυο συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καλύπτει την ετήσια ηλεκτρική κατανάλωση της κάθε κατοικίας. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια, από το συνδυασμό των δυο συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα αποθηκεύεται σε συσσωρευτές, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε έναν χώρο αποθήκης εντός της κατοικίας. Σε περίπτωση όπου η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργειας από το φωτοβολταϊκό σύστημα επαρκεί οι ανεμογεννήτριες θα τίθενται εκτός λειτουργίας, λόγω της αδυναμίας αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας στους συσσωρευτές των κατοικιών. Οι απαιτήσεις ελάχιστου αερισμού του οικισμού όσον αφορά τις κατοικίες, καλύπτονται μέσω φυσικού αερισμού και σύμφωνα με τα οριζόμενα στην Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-1/2010 (παρ.2.4.3. πίνακας 2.3), η απαίτηση για νωπό αέρα στις κατοικίες ορίζεται στα 0.75 m3/h/m2 επιφάνειας δαπέδου. Ο σωστός δροσισμός επιτυγχάνεται με τη θερμική αδράνεια στα δομικά στοιχεία με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται η μεταφορά θερμότητας στον 6
εσωτερικό για αρκετές ώρες, και τον σκιασμό των ανοιγμάτων με κατάλληλα συστήματα σκίασης στην εξωτερική πλευρά των κτιρίων ώστε να αποφεύγεται η διείσδυση της ηλιακής ακτινοβολίας και η υπερθέρμανση στο εσωτερικό. 4.2 Κοινόχρηστα κτίρια Η θέρμανση και η ψύξη των κτιρίων του εστιατορίου, του γυμναστηρίου, της αίθουσας πολλαπλών χρήσεων και του παντοπωλείου γίνεται με αντλίες θερμότητας αέρααέρα, με σύστημα οροφής (VRV). Για την κάλυψη των αναγκών ζεστού νερού χρήσης του εστιατορίου και του γυμναστηρίου, χρησιμοποιούνται ηλιακοί συλλέκτες τύπου κενού. Λόγω της χαμηλής ζήτησης της κατανάλωσης ζεστού νερού χρήσης (Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-1/2010 παρ.2.2.5. πίνακας 2.5), στα κτίρια της αίθουσας πολλαπλών χρήσεων και του παντοπωλείου τοποθετούνται τοπικοί ηλεκτρικοί θερμοσίφωνες και δεν προβλέπεται να χρησιμοποιηθούν ηλιακοί συλλέκτες. Για την κάλυψη των θερμικών απωλειών, ψυκτικών φορτίων και των αναγκών ζεστού νερού χρήσης των κτιρίων του φαρμακείου και του διοικητηρίου, χρησιμοποιούνται αντλίες θερμότητας αέρα-νερού, με funcoil οροφής, στο κτίριο του φαρμακείου, μια αντλία θερμότητας ενώ στο κτίριο του διοικητηρίου τοποθετούνται δύο. Το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο θα καταναλωθεί για τη διαδικασία θέρμανσης, ψύξης και Ζ.Ν.Χ. θα παράγεται από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (φωτοβολταϊκό & αιολικό πάρκο). Οι ανάγκες για αερισμό που ορίζονται καλύπτονται μέσω μηχανικού αερισμού, με εναλλάκτες θερμότητας αέρα-αέρα. 4.3 Φωτοβολταϊκό και αιολικό πάρκο του οικισμού Σύμφωνα με τη μελέτη υπολογισμού ηλεκτρικών φορτίων, το ετήσιο ηλεκτρικό φορτίο που απαιτεί το δίκτυο του οικισμού είναι 766.575,59 kwh/έτος. Το φωτοβολταϊκό πάρκο έχει ισχύ 578,088 kwp και αποτελείται από 1.736 φωτοβολταϊκά πάνελ. Επίσης θα χρησιμοποιηθούν 31 αντιστροφείς (inverter) με ονομαστική ισχύ 20000 W. Σε κάθε αντιστροφέα θα συνδεθούν 56 φωτοβολταϊκά πλαίσια (4 string x 14 πλαίσια). Για την στήριξη των φωτοβολταϊκών πλαισίων θα χρησιμοποιηθούν σταθερές μεταλλικές βάσεις, με κλίση 34ο. Το αιολικό πάρκο θα αποτελείται από 11 ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα ισχύος 20 kw και ταχύτητα έναρξης 2m/s. Η κάθε ανεμογεννήτρια θα συνδεθεί με έναν μετατροπέα αιολικής ενέργειας (inverter) με ονομαστική ισχύ 25000W. Τα πάρκα θα είναι συνδεδεμένα με το δίκτυο της ΔΕΗ ΑΕ. 5. Συμπεράσματα 5.1 Σύγκριση συνολικής παραγωγής & κατανάλωσης στον οικισμό Η συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε kwh, είναι αυτή που παράγεται από τα δύο πάρκα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας του οικισμού ECO-choros, και από τα φωτοβολταϊκά και τις ανεμογεννήτριες στις αυτόνομες κατοικίες. Όπως διαπιστώνει κανείς από το παρακάτω γράφημα, το ισοζύγιο είναι θετικό με την περισσευούμενη ενέργεια να διανέμεται στο δίκτυο ή να αποθηκεύεται για ιδία χρήση στις αυτόνομες κατοικίες. Σε ορισμένους μήνες, που διαφοροποιούνται λόγω μειωμένης ηλιοφάνειας ή μη λειτουργίας των ανεμογεννητριών, το ισοζύγιο τείνει προς το μηδέν. Τα διαστήματα αυτά, όση ενέργεια παράγεται, τόση περίπου καταναλώνεται, χωρίς φυσικά να χρειάζεται επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο σε καμία από τις περιπτώσεις. 7
Γράφημα 1. Συγκριτικό διάγραμμα συνολικής παραγωγής και κατανάλωσης στον οικισμό. 5.2 Οικονομική συγκριτική ανάλυση Για τη διερεύνηση του οφέλους προς το κόστος εγκατάστασης της μόνωσης και των ενεργητικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας, δημιουργήθηκαν έξι ακόμα υποθετικά σενάρια, εκτός του προτεινόμενου αρχικού σεναρίου, τα οποία συγκρίθηκαν με το σενάριο της πρότασης. Τα σενάρια δημιουργήθηκαν με αλλαγή των παραμέτρων της μόνωσης και των συστημάτων ψύξης-θέρμανσης. Για κάθε είδος κατοικίας τα σενάρια παρουσιάζονται σε ένα γράφημα, λαμβάνοντας υπόψη τα αρχικά κόστη, στα οποία προσαυξάνονται κάθε χρόνο τα ανάλογα ετήσια κόστη. Ενδεικτικά για την κατοικία των 4 ατόμων παρατηρείται ότι η απόσβεση των εγκατεστημένων συστημάτων του σεναρίου 1 (Μόνωση αντλία θερμότητας ΑΠΕ), σε σχέση με αυτά του σεναρίου 6 (Ελάχιστη μόνωση πετρέλαιο κλιματισμός: το πλέον ενεργοβόρο στα επιτρεπτά πλαίσια) γίνεται στα 23 έτη. Η περίοδος αυτή μειώνεται δραστικά στα 9 έτη, σε περίπτωση που οι διατάξεις παραγωγής ενέργειας δεν αποθηκεύουν το ενεργειακό πλεόνασμα αλλά το διοχετεύουν στο δίκτυο και μάλιστα ο χρόνος απόσβεσης μειώνεται στα 7 έτη εάν αυτό το πλεόνασμα πωλείται στο δίκτυο, αποφέροντας μετά την περίοδο αυτή, εισόδημα στους ενοίκους της κατοικίας. Πίνακας 1. Ενεργειακό πλεόνασμα και οικονομικό κέρδος ανά έτος, στη βιοκλιματική κατοικία των 4 ατόμων. 6. Βιβλιογραφία Buteraa F. Zero-energy buildings: the challenges, Advances in Building Energy Research 2013 Energy, 2006 Torcellini P., Pless S., Deru M. Zero Energy Buildings: A critical look at the definition, U.S. Department of Ανδρεαδάκη Ε. Βιοκλιματικός Σχεδιασμός, Περιβάλλον και Βιωσιμότητα, University Studio Press, 2006. Αραβαντινός Δ. Ενεργειακός σχεδιασμός νέων και υφιστάμενων κτιρίων, Θεσσαλονίκη 2009 Δημούδη Α. Οικολογικά Δομικά Υλικά, Ξάνθη, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Τμήμα Μηχανικών Ευθυμιόπουλος Η. Κτίριο & Περιβάλλον, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2005 Θεσσαλονίκη, 1990 Κοσμόπουλος Π., Canter D. Ψυχολογία και Αρχιτεκτονική, Εκδόσεις UNIVERSITY STUDIO PRESS, Κοσμόπουλος Π. Κτίρια, Ενέργεια και Περιβάλλον, University Studio Press, 2008 Κοσμόπουλος Π. Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός, University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2004 Κοσμόπουλος Π., Δοκίμιο εισαγωγής στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό, Θεσ/νίκη, 2001 Μαντζαβίνου Π. Διερεύνηση εναλλακτικών μεθόδων διαχείρισης υδάτων σε επίπεδο κατοικίας, 2011 Περιβάλλοντος, 2006 8