Συστήµατα Υαλοπετασµάτων και Σκίασης: Πολυτέλεια ή Ανάγκη; Πραγµατοποιώντας ένα γρήγορο πέρασµα στην ιστορία των υαλοπετασµάτων στην Ελλάδα, αξίζει να σταθούµε στο ότι αν και καθυστερηµένοι σε ο,τι αφορά το σχεδιασµό των πρώτων ολοκληρωµένων συστηµάτων, γρήγορα οι ελληνικές βιοµηχανίες άρχισαν να ακολουθούν τις διεθνείς απαιτήσεις και τα προϊόντα τους να είναι εφάµιλλα των διεθνών ανταγωνιστών. του Παύλου Βαταβάλη(*), Μηχανολόγου Μηχανικού Ε.Μ.Π. Μελετώντας τις γεωγραφικές και καιρικές συνθήκες της ελληνικής επικράτειας και αναλογιζόµενοι τα προβλήµατα τα οποία αντιµετωπίζουν τα υφιστάµενα κτήρια, έχουν πραγµατοποιηθεί µετρήσεις, µε σκοπό να εξεταστεί που πάσχει ως προς τη θερµοµόνωση το κτηριακό κέλυφος. Παράλληλα, κάνοντας χρήση προγραµµάτων προσοµοίωσης των συστηµάτων αλουµινίου αλλά και της κίνησης του ήλιου, διαπιστώνεται η ανάγκη σωστής διαχείρισης της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στον εξωτερικό κτηριακό φλοιό. Έχουν υπολογισθεί σε διαφορετικές περιοχές της επικρατείας τα ποσά ηλιακής ενέργειας που προσπίπτουν στις κτηριακές επιφάνειες όταν αυτά είναι οριζόντια, κάθετα και υπό ενδιάµεσες κλήσεις 30 ο και 60 ο (βλέπε πίνακα 1). Είµαστε λοιπόν σε θέση να εξάγουµε ολοκληρωµένα συµπεράσµατα για τον τρόπο µε τον οποίο πρέπει να δράσουµε. ιαπιστώνεται λοιπόν η ανάγκη να βρεθούν λύσεις µε τις οποίες είτε θα εκµεταλλευτούµε την ενέργεια αυτή, είτε θα την κρατήσουµε εκτός του κτηρίου, χωρίς όµως να καταστρατηγούµε τις αρχιτεκτονικές απαιτήσεις διαφάνειας των κτηρίων αλλά και εκµετάλλευσης φυσικού φωτισµού. Από το συγκεντρωτικό πίνακα εξάγεται (*)Ο κ. Παύλος Βαταβάλης - Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π. και υποψήφιος ιδάκτορας τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών (Πολυτεχνικής Σχολής) Α.Π.Θ - είναι Μηχανικός Μεγάλων Έργων της ALUMIL Α.Ε., εξειδικευµένος σε ζητήµατα προσόψεων κτηρίων. 120 Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008
ΥΑΛΟΠΕΤΑΣΜΑΤΑ & ΣΚΙΑΣΗ Πίνακας 1: Ποσά προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας Μέση προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ετησίως (kwh/m 2 ) Κλίση Προσανατολισµός Θεσσαλονίκη Αθήνα Ηράκλειο 0 ο 1350 1500 1620 30 ο Ανατολή -Δύση 1240 1380 1500 Βορράς 980 1080 1170 Νότος 1450 1610 1620 60 ο Ανατολή -Δύση 1050 1170 1270 Βορράς 640 690 740 Νότος 1310 1440 1550 90 ο Ανατολή -Δύση 810 900 980 Βορράς 460 490 510 Νότος 960 1040 1100 το συµπέρασµα, ότι υπό γωνία 30 ο η πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας σε ένα τετραγωνικό µέτρο, µας δίδει κατ ελάχιστο 1.450 Kwh ετήσια ενέργεια για τον Ελλαδικό χώρο. Στην κλίση αυτή εντοπίζεται η µέγιστη πρόσπτωση ανεξαρτήτως γεωγραφικής περιοχής. Υπάρχουν κάποιες τεχνικές / κατασκευαστικές λύσεις µε τις οποίες µπορούµε να φέρουµε εις πέρας ένα τέτοιο εγχείρηµα. Στη συνέχεια τις καταγράφουµε επιγραµµατικά και θα τις αναπτύξουµε έπειτα: ιπλοκέλυφα υαλοπετάσµατα Υαλοπετάσµατα υψηλής θερµοµονωτικής ικανότητας Συστήµατα σκίασης Φωτοβολταϊκά συστήµατα υαλοπετασµάτων Πριν κάνουµε την αναφορά µας στα διπλοκέλυφα υαλοπετάσµατα, αξίζει να δούµε τις απαιτήσεις τις οποίες οι χρήστες επιδιώκουν από κάθε πέτασµα (βλέπε πίνακα 2). Μεγάλο µέρος είναι συνυφασµένο µε τα ζητήµατα που αφορούν την ενέργεια, είτε αυτές έχουν να κάνουν µε εξοικονόµηση ενέργειας είτε µε τον ήλιο αυτό καθ αυτό. Πίνακας 2: Απαιτήσεις Υαλοπετασµάτων Αεροπερατότητα, Υδατοστεγανότητα Αντοχή σε ανεµοφορτίσεις Συµπεριφορά σε σεισµό Ασφαλή σε ζητήµατα πυρασφάλειας Περιορισµός θερµικών απωλειών Παροχή σκίασης Κάλυψη απαιτήσεων σε ζητήµατα ηχοµείωσης Ελαχιστοποίηση εισερχόµενης ηλιακής ακτινοβολίας Ορατότητα - προστασία ιδιωτικότητας Αερισµός / Δροσισµός Υψηλές αρχιτεκτονικές απαιτήσεις Χρήση µηχανολογικού εξοπλισµού & αυτοµατισµών Πραγµατοποιώντας ένα γρήγορο πέρασµα στην ιστορία των υαλοπετασµάτων στην Ελλάδα (βλέπε πίνακα 3), αξίζει να σταθούµε στο ότι αν και καθυστερηµένοι σε ότι αφορά το σχεδιασµό των πρώτων ολοκληρωµένων συστηµάτων, γρήγορα οι ελληνικές βιοµηχανίες άρχισαν να ακολουθούν τις διεθνείς απαιτήσεις και τα προϊόντα τους να είναι εφάµιλλα των διεθνών ανταγωνιστών. Πίνακας 3: Η Ιστορία των υαλοπετασµάτων στην Ελλάδα µέχρι το 1990: Χρήση ξένων υαλοπετασµάτων µε χαµηλές ενεργειακές απαιτήσεις 1990: Τα πρώτα ελληνικά Υαλοπετάσµατα 1995: Σχεδιασµός πρώτου διπλοκέλυφου 1999: Κατηγορία θερµοµόνωσης 2.1 (Gruppe 2.1 *) 2002: Κατασκευή πρώτου ενεργοπαραγωγού διπλοκέλυφου υαλοπετάσµατος µε φωτοβολταϊκά στοιχεία 2003: Ανάρτηση περσίδων επί υαλοπετάσµατος 2004: Κατηγορία θερµοµόνωσης 1 (Gruppe 1 *) 2007: Σχεδιασµός δεύτερου διπλοκέλυφου * Παλιό Γερµανικό πρότυπο Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008 121
Σύγχρονες λύσεις Όπως σηµειώθηκε νωρίτερα, µια εκ των λύσεων εκµετάλλευσης της ηλιακής ακτινοβολίας, αποτελούν τα διπλοκέλυφα υαλοπετάσµατα, τα οποία είναι δύο διαφορετικά πετάσµατα σε απόσταση µε απώτερο στόχο τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής ή/και ηχοµονωτικής απόδοσης. 1) ιπλοκέλυφα υαλοπετάσµατα Τα διπλοκέλυφα υαλοπετάσµατα στις περισσότερες των περιπτώσεων, αποτελούν λύσεις µοναδικές στις οποίες είναι ιδιαιτέρως απαραίτητη η ενεργειακή τους µελέτη από κατηρτισµένο προσωπικό το οποίο µπορεί να προτείνει στον ανάδοχο τις σωστές οδηγίες για την αποφυγή αστοχιών σε ο,τι αφορά την ενεργειακή συµπεριφορά τους. Σήµερα, σε όλη την Ελλάδα έχουν ολοκληρωθεί 11 έργα και τελούν υπό κατασκευή άλλα δύο. 2) Υαλοπετάσµατα υψηλής θερµοµονωτικής ικανότητας Σήµερα έχει σχεδιαστεί υαλοπέτασµα ικανό να επιτυγχάνει συντελεστή θερ- µοπερατότητας U value = 1,36 W/m 2 *K ο γεγονός το οποίο σηµαίνει ότι µπορεί να επιτευχθεί θερµοµόνωση της τάξης του 65% συγκρινόµενο µε τα πρώτα κοινά υαλοπετάσµατα (µε συντελεστή θερµοπερατότητας U value = 5 W/m 2 *K ο ), χωρίς όµως να αυξάνεται σηµαντικά το κόστος κατασκευής του. Το επαναστατικό αυτό προϊόν αγγίζει τη θερµοµόνωση που επιτυγχάνουν ιδιαιτέρως καλοί υαλοπίνακες της αγοράς. 3) Συστήµατα σκίασης Σε ότι αφορά τα συστήµατα σκίασης, αρκεί να σηµειώσουµε ότι υπάρχει ευρύτατη γκάµα λύσεων µε περσίδες οι οποίες µπορεί να έχουν σωληνωτές ή µη διατοµές, διαφορετικά πλάτη ανάλογα µε τις απαιτήσεις του έργου και απόσταση ανάρτησης από στήριξη σε στήριξη η οποία να αγγίζει τα 3 µέτρα έχοντας στατική επάρκεια. Πολύ σηµαντική παράµετρος αποτελεί ο τρόπος διάταξής τους ο οποίος εξαρτάται του ηλιασµού της κάθε όψης. 4) Φωτοβολταϊκά συστήµατα υαλοπετασµάτων εδοµένων των ενεργειακών απαιτήσεων, έχει σχεδιασθεί καινοτόµο σύστηµα µε το οποίο είµαστε σε θέση να αναρτούµε διάφανα φωτοβολταϊκά µπροστά από το υαλοπέτασµα, ικανά να παράγουν ηλεκτρικό ρεύµα και συνάµα να επιτρέπουν την παροχή φυσικού φωτισµού εντός του κτηρίου. Η καινοτόµος λύση που παρέχεται φέρει το πλεονέκτηµα ότι οι µετατροπείς του ρεύµατος από συνεχές σε εναλλασσόµενο (inverters) είναι τοποθετηµένοι µε τέτοιο τρόπο ώστε να µην είναι εµφανείς, ενώ ταυτόχρονα παρέχουν ασφάλεια στους χρήστες του κτηρίου. 122 Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008
Από την πράξη στην εφαρµογή: 1) Νέο Μουσείο της Ακρόπολης Εξετάζοντας το πρώτο έργο, και ίσως το πλέον σηµαντικό έργο που κατασκευάστηκε στην µετά Ολυµπιακή Αθήνα, το Νέο Μουσείο της Ακρόπολης, θα άξιζε τον κόπο να εντοπίσουµε την αναφορά µας στην οροφή, η οποία είναι κατασκευασµένη από 3 διαφορετικά ήδη υαλοπετάσµατος. Οφείλουµε να σηµειώσουµε πως και το αίθριο δεν παύει να είναι και αυτό ένα υαλοπέτασµα. Εκεί λοιπόν και πάνω από την αίθουσα του Παρθενώνα, έχουµε τρεις διαφορετικές τυπολογίες οι οποίες είναι γραµµοσκιασµένες: το αίθριο µε τις περσίδες στο κέντρο, µακρόστενοι φωταγωγοί µε περσίδες αλουµινίου και Structural οροφή. Επικεντρώνοντας την προσοχή µας στην πρώτη περίπτωση, βλέπου- µε την µελετητική απαίτηση που καθόριζε αίθριο µε ελάχιστο συντελεστή θερµοµόνωσης αντίστοιχου των υαλοπετασµάτων Gruppe 2.1 (παλιού γερµανικού πρότυπου). Πέραν αυτού και µε απώτερο σκοπό τη χρήση συγκεκριµένων ποσών φυσικού φωτισµού στο εσωτερικό του κτηρίου, σχεδιάστηκε λύση ικανή να φέρει περιστρεφόµενες περσίδες στην κορυφή. Έτσι λοιπόν ακολούθησε η κατασκευή του, φάσεις οι οποίες φαίνονται: α) Κατασκευή µεταλλικής κατασκευής στο κατώτερο σηµείο. β) Τοποθέτηση αιθρίου και εγκατάσταση υαλοπινάκων. γ) Τοποθέτηση των περιστρεφόµενων περσίδων και δ) ρύθµισή τους. ε) Κατασκευή εσωτερικού κελύφους από γαλακτερά κρύσταλλα για να χαθούν οι οποιεσδήποτε σκιές και η πραγµατοποίηση οµογενοποιηµένου φωτισµού. 124 Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008
2) Κτήριο γραφείων στην Αττική Στο έργο αυτό, ο µελετητής αρχιτέκτονας επιθυµούσε να κατασκευάσει ένα έξυπνο διπλοκέλυφο φλοιό αποτελούµενο από γυάλινες περιστρεφόµενες περσίδες εξωτερικά και υαλοπέτασµα εσωτερικά µε βασική απαίτηση την εξοικονόµηση υψηλών ποσοστών ενέργειας χειµώνα καλοκαίρι, αλλά και την δηµιουργία δεύτερου φλοιού για ηχοµείωση. Με τη λύση αυτή επιτυγχάνεται βελτίωση της τάξεως των 4dB (αρκεί να αναλογιστούµε ότι 3dB συνεπάγεται διπλασιασµό του θορύβου) στην περίπτωση που οι περσίδες είναι κλειστές. Στην εικόνα 1 παριστάνου- µε σε µονογραµµικά γραφή- µατα το µοντέλο λειτουργίας του υαλοπετάσµατος τη χει- µερινή και θερινή περίοδο. Παρατηρούµε ότι το χειµώνα οι γυάλινες περιστρεφόµενες περσίδες είναι στη θέση του κλειστού, έτσι ώστε να δηµιουργούν το λεγόµενο συλλέκτη θερµότητας και άρα να περιορίζουν τις ενεργειακές απαιτήσεις σε θέρµανση. Αντίθετα τη θερινή περίοδο, παραµένουν ανοικτές σε θέση τέτοια ώστε να είναι κάθετες στην πρόσπτωση του ηλιακού φωτός και άρα να προστατεύουν το κτήριο σκιάζοντάς το χωρίς να χάνει ο χρήστης την ορατότητά του. Εικόνα 1: ιαφορετική συµπεριφορά του φλοιού τον χειµώνα (αριστερά) και το καλοκαίρι (δεξιά) 126 Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008
3) Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Ολοκληρώνοντας την παρουσίαση των έργων, εξετάζουµε την περίπτωση των εγκαταστάσεων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Στις νότιες όψεις έχει γίνει η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στοιχείων τέτοιων, ώστε να έχουµε δύο λειτουργίες. Η πρώτη είναι η παραγωγή ρεύµατος, της λεγόµενης πράσινης ενέργειας, ενώ η δεύτερη η εξοικονόµηση θερµικής ενέργειας µε τη δηµιουργία διπλοκέλυφου υαλοπετάσµατος. Η παραγωγική ικανότητα των 320 m 2 πετάσµατος, παρέχει ετήσια ηλεκτρική ισχύ ίση µε 4,3 MWh η οποία σε σηµερινή αξία συνεπάγεται σε 4.500/έτος. εδοµένου ότι το 2002 που έγινε η εγκατάσταση η τεχνολογία αυτή ήταν σε ιδιαιτέρως πρώιµα στάδια, σηµερινά προϊόντα µπορούν να παρέχουν ακόµη µεγαλύτερη απόδοση. Στην εικόνα 2 παρατηρούµε τις δύο διαφορετικές λειτουργίες του κελύφους τη χειµερινή και τη θερινή περίοδο. Ουσιαστικά µεταβάλλεται στο ανώτερο σηµείο του διπλοκελύφους η ροή του αέρα που κινείται προς τα πάνω προς το εξωτερικό ή το εσωτερικό του κτηρίου. Λαµβάνοντας υπόψη την κοινοτική οδηγία για την ενεργειακή αποδοτικότητα των κτηρίων που θα γίνει σύντοµα Νόµος, τις υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις, τους απαιτητικούς ιδιώτες για την κατασκευή πράσινων κτηρίων αλλά και τη γενικότερη τάση για οικολογική δόµηση και βιοκλιµατική αρχιτεκτονική, αξίζει να σηµειώσουµε πως: «Στην Ελλάδα έχουµε τα απαραίτητα πιστοποιηµένα και ολοκληρωµένα συστήµατα αλουµινίου, την τεχνογνωσία για συµβουλευτικές υπηρεσίες, πρωτοποριακά έργα και κατηρτισµένους κατασκευαστές αλουµινίου που αναβαθµίζουν το επάγγελµά τους». Μετά από την ανάπτυξη των παραπάνω θεµάτων, διαπιστώνουµε πως τα Συστήµατα Υαλοπετασµάτων και Σκίασης δεν είναι παρά ανάγκη και προοπτική για τον κλάδο του αλουµινίου. Εικόνα 2: Ενεργειακή συµπεριφορά διπλοκέλυφου υαλοπετάσµατος 128 Αλουµίνιο & σύγχρονες εφαρµογές - 2008