ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ Εύη Τζανακάκη Αρχιτέκτων Μηχ. MSc
Αρχές ενεργειακού σχεδιασμού κτηρίων Αξιοποίηση των τοπικών περιβαλλοντικών πηγών και τους νόμους ανταλλαγής ενέργειας κατά τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, βιοκλιματικός σχεδιασμός Ρύθμιση της εσωτερικής (θερμικής) λειτουργίας των κτηρίων Χρήση τεχνολογιών και συστημάτων εξοικονόμησης ενέργειαςστιςημεγκαταστάσειςκαιστιςηλεκτρικές συσκευές Ενεργειακή διαχείριση των κτηρίων με τεχνολογικά και μη μέσα Ενσωμάτωση τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για θέρμανση, ψύξη, ηλεκτρισμό Βελτίωση του κλίματος έξω και γύρω από τα κτήρια, με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό των εξωτερικών χώρων και, εν γένει, του δομημένου περιβάλλοντος
η ενεργειακή αποδοτικότητα στα κτήρια εξαρτάται από την αρχιτεκτονική τους: τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά κτηρίου τη θερμομονωτική ικανότητα κελύφους τη θερμοπερατότητα των συστημάτων υαλοστασίων το μέγεθος των ανοιγμάτων ανά προσανατολισμό τη συμβολή των ανοιγμάτων άμεσου κέρδους τη συμβολή συστημάτων έμμεσου κέρδους τη θέση της θερμικής μάζας το χρώμα της εξωτερικής επιφάνειας την ηλιοπροστασία το διαμπερή αερισμό / νυχτερινό αερισμό
ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική αναφέρεται στο σχεδιασμό κτηρίων με βάση το κλίμα της περιοχής, έχοντας ως στόχο την επίτευξη συνθηκών άνεσης, με όσο το δυνατόν καλύτερη εκμετάλλευση των φυσικών χαρακτηριστικών του κλίματος, και τη μείωση στο ελάχιστο της χρήσης τεχνητών μέσων για θέρμανση, δροσισμό, αερισμό, φωτισμό. Ακόμη και αν δεν είναι εφικτή η επίτευξη συνθηκών άνεσης με καθαρά φυσικούς τρόπους, ο βιοκλιματικός σχεδιασμός στοχεύει σε μικρή παρέμβαση με τεχνητά μέσα για να δημιουργηθούν συνθήκες άνεσης, προσφέροντας σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας με θετικές επιπτώσεις τόσο στην οικονομία, όσοκαιστοπεριβάλλον.
ΟΦΕΛΗ ΤΟΥ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός συνεισφέρει στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση, την ψύξη και το φωτισμό των κτηρίων και περιλαμβάνει τη συνύπαρξη και συνδυασμένη λειτουργία όλων των συστημάτων, ώστε να προκύτπουν θερμικά και οπτικά οφέλη καθ όλη τη διάρκεια του έτους.
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Η θερμική λειτουργία των κτηρίων, την οποία εξυπηρετεί ο σχεδιασμός και η κατασκευή, είναι μια δυναμική κατάσταση που άμεσα εξαρτάται από τις τοπικές κλιματικές και περιβαλλοντικές παραμέτρους ηλιοφάνεια, θερμοκρασία εξωτερικού αέρα σχετική υγρασία, άνεμο, βλάστηση... καθώς και την παράδοση και τον πολιτισμό.
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Κατά το βιοκλιματικό σχεδιασμό λαμβάνονται υπόψη ο σωστός προσανατολισμός το μέγεθος και η μορφή του κτηρίου ο γενικότερος πολεοδομικός σχεδιασμός (γειτνίαση με άλλα κτήρια ή εμπόδια για την ηλιακή ακτινοβολία και τον αέρα) ηύπαρξηδέντρων η χωροθέτηση των κατάλληλων ανοιγμάτων και υαλοπινάκων η θερμομόνωση, κ.τ.λ.
ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΤΟΥ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ θερμική προστασία του κελύφους παθητικά ηλιακά συστήματα τεχνικές και τα συστήματα φυσικού δροσισμού τεχνικές και τα συστήματα φυσικού φωτισμού ορισμένες τεχνικές ορθολογικής χρήσης ενέργειας (θερμικές ζώνες, αποθήκευση θερμότητας στα δομικά στοιχεία του κτηρίου)
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Τη χειμερινή περίοδο, ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αποσκοπεί: στην ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών από το κέλυφος του κτηρίου και των θερμικών απωλειών από την είσοδο του ψυχρού εξωτερικού αέρα, επιτρέποντας μόνο τον απαραίτητο για λόγους υγιεινής αερισμό, στην αύξηση της θερμικής προσόδου από την ηλιακή ακτινοβολία στη διάθεση επαρκούς ποσοτικά και ποιοτικά φυσικού φωτισμού, ώστε να μειωθεί έως και να μηδενιστεί η παρεχόμενη από συμβατικό σύστημα θέρμανση και να ελαττωθεί η χρήση του τεχνητού φωτισμού. Τη θερινή περίοδο, ο βιοκλιματικός σχεδιασμός στοχεύει: στη μείωση της θερμικής επιβάρυνσης από την ηλιακή ακτινοβολία στην αποφυγή της οπτικής θάμβωσης και στη βελτιστοποίηση των διαφόρων μεθόδων φυσικού δροσισμού, ώστε να ελαχιστοποιηθεί ή ακόμη και να αποτραπεί η παρεχόμενη ψύξη με το μηχανολογικό εξοπλισμό.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΝΟΤΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Το χειμώνα ηλιακή ακτινοβολία είναι σχεδόν τριπλάσια σε σχέση με την προσπίπτουσα στον ανατολικό ή στο δυτικό προσανατολισμό όλες τις ώρες της ημέρας με μικρές γωνίες πρόσπτωσης Το καλοκαίρι ηλιακή ακτινοβολία μειώνεται σχεδόν στο μισό για τη νότια προσανατολισμένη επιφάνεια σε σχέσημετηνανατολικήήδυτική λίγες ώρες με μεγάλες γωνίες πρόσπτωσης
ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΣΥΛΛΟΓΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΚΤΗΡΙΟ Το ορατό τμήμα του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας, που ανάλογα με τη διαπερατότητα του διαφανούς υλικού διέρχεται στον εσωτερικό χώρο του κτηρίου, είναι μικρού μήκους κύματος (0,4-0,8 μm). Η ακτινοβολία προσπίπτει στα δομικά στοιχεία και τα αντικείμενα που βρίσκονται στον εσωτερικό χώρο και, αλλάζοντας μήκος κύματος, μετατρέπεται σε θερμική ακτινοβολία (ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος) και τα θερμαίνει. Η θερμότητα που έχει απορροφηθεί από τα σώματα που δέχθηκαν άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία εκπέμπεται πλέον ως θερμική ακτινοβολία. Ο υαλοπίνακας και τα διαφανή εν γένει υλικά είναι αδιαπέραστα από τη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα σώματα. Η προερχόμενη θερμότητα με αυτό τον τρόπο δεν μπορεί να διαπεράσει ως θερμική ακτινοβολία τον υαλοπίνακα και εγκλωβίζεται στον εσωτερικό χώρο Η παγιδευμένη θερμότητα απορροφάται και από τα υπόλοιπα δομικά στοιχεία και κατόπιν μεταδίδεται στον εσωτερικό αέρα με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία, συμβάλλοντας στη διαμόρφωση της εσωτερικής θερμοκρασίας του χώρου
ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΣΥΛΛΟΓΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΚΤΗΡΙΟ
ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ Ένα δομικό στοιχείο αποθηκεύει τη θερμότητα που προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία με τρεις τρόπους: Το στοιχείο εκτίθεται άμεσα στην ηλιακή ακτινοβολία και αποτελεί την κύρια θερμική αποθήκη. Η απευθείας πρόσπτωση της ακτινοβολίας στο στοιχείο αντιπροσωπεύει την αποδοτικότερη μέθοδο για τη θερμική του φόρτιση. Το δομικό στοιχείο δέχεται θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από την άμεσα ηλιαζόμενη περιοχή του κτηρίου, με την οποία έχει «οπτική επαφή», όπως η οροφή ενός χώρου, του οποίου το δάπεδο δέχεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Το δομικό στοιχείο θερμαίνεται με μεταφορά θερμότητας διά μέσου της κίνησης του αέρα που θερμάνθηκε. Είναι ο λιγότερο αποδοτικός τρόπος φόρτισης ενός στοιχείου θερμικής αποθήκευσης, αλλά μ αυτόν τον τρόπο μπορεί η θερμότητα να μεταφερθεί και σε απομακρυσμένα σημεία του κτηρίου. Η αποταμιευμένη θερμότητα αποδίδεται στον εσωτερικό χώρο με χρονική υστέρηση, δηλαδή το βράδυ που η εσωτερική θερμοκρασία έχει μειωθεί.
ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ Η αποτελεσματική αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας προϋποθέτει ύπαρξη θερμικής μάζας στο εσωτερικό του κτηρίου για να αποθηκευτεί η θερμότητα που αποκτήθηκε. Τοπιοπρόσφορομέσο για την αποθήκευση της θερμότητας αποτελούν τα υλικά με υψηλή θερμοχωρητικότητα, όπως ορισμένα οικοδομικά υλικά (πέτρα, σκυρόδεμα, πλίνθοι, κεραμικά πλακίδια, μάρμαρο) ήνέας τεχνολογίας υλικά, όπως τα υλικά αλλαγής φάσης (PCM - phase change materials). Η αποθήκευση της θερμότητας στα δομικά στοιχεία προϋποθέτει ότι η θερμομόνωση του κελύφους έχει τοποθετηθεί εξωτερικά στα δομικά στοιχεία ή και ενδιάμεσα, εάν δεν είναι ολόσωμη κατασκευή. Η εσωτερική θερμομόνωση εξουδετερώνει τη δυνατότητα του στοιχείου να αποθηκεύσει θερμότητα.
ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ Οι ιδιότητες των υλικών, όσον αφορά στη δυνατότητά τους να αποθηκεύουν θερμότητα και η διαδικασία υπολογισμού της θερμοχωρητικότητας αναλύεται στις τεχνικές οδηγίες του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-1/2010 «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης» και Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-2/2010 «Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτηρίων».