Βιοκλιματική μονοκατοικία στις Φαρρές Ν. Αχαΐας, με πολύ χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση.

Βιοκλιματική μονοκατοικία στις Φαρρές Ν. Αχαΐας, με πολύ χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση. Ε. Μπάρλου 1 Visvikis & Barlou - Building Designers, Ελλάδα. ΠΕΡΙΛΗΨΗ. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια βιοκλιματική μονοκατοικία σε περιοχή με μεσογειακό κλίμα, η οποία μελετήθηκε το έτος 2008 και κατασκευάστηκε την χρονική περίοδο Σεπτέμβριος 2008 έως Σεπτέμβριος 2009 (εκκρεμεί μόνον η κατασκευή των περγκολών). Έχουν εφαρμοστεί σε αυτήν κάποιες από τις βασικές στρατηγικές βιοκλιματικού σχεδιασμού που ενδείκνυνται για περιοχές με μεσογειακό κλίμα. Ο σχεδιασμός της αντιμετωπίζει τόσο την ψυχρή όσο και τη θερμή περίοδο και προέκυψε μετά από ενεργειακή μελέτη στο λογισμικό Energy Plus. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν αναλυτικά οι αλλαγές στην ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου όταν εφαρμόζονται σε αυτό σταδιακά διάφορες στρατηγικές βιοκλιματικού σχεδιασμού. Οι ενεργειακές καταναλώσεις του κάθε σταδίου σχεδιασμού συγκρίθηκαν τόσο μεταξύ τους, όσο και με ένα θεωρητικό συμβατικό κτίριο. Σύμφωνα με την ενεργειακή μελέτη, η τελική μορφή της κατοικίας επιτυγχάνει 65.78% εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας για θέρμανση και ψύξη και 64.56% εξοικονόμηση στους ετήσιους εκλυόμενους ρύπους ανά μονάδα ενέργειας σε σχέση με μια συμβατική κατοικία. Στην πράξη το κτίριο κατοικείται από τον Σεπτέμβριο 2009 έως σήμερα. Η απόδοση του βιοκλιματικού σχεδιασμού για τον χειμώνα επιβεβαιώθηκε καθώς τον χειμώνα του 2009 χρησιμοποιήθηκε για θέρμανση μόνον τζάκι κλασσικού τύπου, καθώς οικονομικοί λόγοι δεν επέτρεψαν στους ιδιοκτήτες να εγκαταστήσουν το σύστημα θέρμανσης, και σύμφωνα με δηλώσεις τους, γενικά δεν αισθάνθηκαν έλλειψη θερμικής άνεσης πλην ελαχίστων πολύ ψυχρών ημερών του χειμώνα. Ο πλήρης βιοκλιματικός σχεδιασμός για το καλοκαίρι δεν έχει ελεγχθεί στην πράξη λόγω του ότι δεν έχουν τοποθετηθεί ακόμη οι πέργκολες. Προς το παρόν προκειμένου να σκιασθούν τα ανοίγματα το καλοκαίρι χρησιμοποιούνται τα ρολά των ανοιγμάτων και αδιαφανείς κουρτίνες. 1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ Η ΚΑΤΟΙΚΙΑ. Η περιοχή της υπό μελέτη μονοκατοικίας είναι ο οικισμός Φαρρές που βρίσκεται περίπου 20 km νοτίως από το κέντρο της πόλης των Πατρών στον Νομό Αχαΐας. Το κλίμα της περιοχής γενικά χαρακτηρίζεται μεσογειακό καθώς υπάρχουν ζεστά ξηρά καλοκαίρια και ήπιοι χειμώνες. Κατά την χειμερινή περίοδο οι μέσες θερμοκρασίες κυμαίνονται στους 10-13 ο C (283.15-286.15 K) με ελάχιστες τιμές πάνω από τους 0 ο C (273.15 K) και η υγρασία εμφανίζει μέσες τιμές 70-75%, ενώ την θερινή περίοδο οι μέσες θερμοκρασίες κυμαίνονται στους 24-27 ο C (297.15-300.15 K) με μέγιστες θερμοκρασίες να πλησιάζουν τους 40 ο C (313.15 K) και η υγρασία εμφανίζει μέσες τιμές 50%. Στην περιοχή δεν χιονίζει. Οι επικρατούντες άνεμοι τον χειμώνα, την άνοιξη και το φθινόπωρο είναι νοτιοανατολικοί ενώ το καλοκαίρι είναι δυτικοί. 1 MSc Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Πόλεων και Κτιρίων, ΕΑΠ, Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός, Πανεπιστημίου Πατρών.

Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ (Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων) η εν λόγω περιοχή βρίσκεται στην Β κλιματική ζώνη της Ελλάδος. Σχήμα 1. Κλιματικές ζώνες Ελλάδος (Κανονισμός Ενεργειακής απόδοσης, 2010) και Νομός Αχαΐας (Βικιπαίδεια) 2. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΑΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ ΤΟ ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ. Ο οικισμός Φαρρές έχει υψόμετρο 131 m και η θάλασσα βρίσκεται σε οριζόντια απόσταση 9500 m βορειοδυτικώς αυτού. Σε οριζόντια απόσταση 1000 m βορειοανατολικά αυτού, βρίσκεται ο ποταμός Πείρος. Δεν βρίσκεται κοντά σε λίμνη. Είναι καθ ολοκλήρου πεδινός. Στην πλειοψηφία των εκτάσεων του καλλιεργούνται ελιές και αμπελώνες. Το υπό μελέτη οικόπεδο έχει μηδενική κλίση εδάφους, βρίσκεται σε αραιοκατοικημένη περιοχή του οικισμού (στα όρια του οικισμού) και περιβάλλεται από ελαιώνες. Το ίδιο δεν έχει δένδρα. Έχει εμβαδόν 2000 m 2 και είναι γωνιακό. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το μικροκλίμα στο οικόπεδο δεν θα διαφέρει ουσιαστικά από το κλίμα που περιγράφτηκε στην προηγούμενη παράγραφο καθώς δεν υπάρχουν γεωμορφολογικές ιδιαιτερότητες στο άμεσο περιβάλλον του οικοπέδου που θα το αλλοίωναν. Ο δρόμος που βρίσκεται στα νότια ενώνει αφενός τον οικισμό με άλλον γειτονικό αφετέρου την εθνική οδό Πατρών- Τριπόλεως με την εθνική οδό Πατρών-Πύργου και γι αυτό έχει σχετικά αυξημένη κίνηση σε σχέση με άλλους δρόμους του οικισμού. Στα όμορα οικόπεδα υπάρχουν μονοκατοικίες πανταχόθεν ελεύθερες μέγιστου ύψους 7.50 m με οικόπεδα αναλόγου επιφανείας με το υπό μελέτη οικόπεδο. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το μικροκλίμα δεν επηρεάζεται από το γύρω αστικό περιβάλλον. Σχήμα 2. Διάγραμμα κάλυψης.

3. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΕ ΧΩΡΕΣ ΜΕΣΟΓΕΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ. Στο μεσογειακό κλίμα παρόλο που οι συνθήκες δεν είναι ακραίες υπάρχουν διακριτές κρύες και ζεστές περίοδοι κατά την διάρκεια του έτους. Σύμφωνα με τους Kolokotroni και Young (1990), από κάποια στιγμή και μετά η επιστημονική κοινότητα που ασχολείτο με τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό κτιρίων άρχισε να δείχνει ενδιαφέρον για την ανάγκη να αναπτυχθούν στρατηγικές για σύνθετα κλίματα όπως το μεσογειακό πέραν αυτών που υπήρχαν για κρύα ή θερμά κλίματα. Αυτή η ανάγκη αναγνωρίστηκε από τους οργανωτές του PLEA (Passive and Low Energy Architecture) 88 συνεδρίου με τίτλο «Energy and Buildings for Temperate Climates- A Mediterranean Regional Approach» που έγινε στο Πόρτο της Πορτογαλίας τον Ιούλιο του 1988. Οι δημοσιεύσεις του 6 ου Διεθνούς PLEA συνεδρίου δίνουν έναν απολογισμό της τότε τρέχουσας κατάστασης. Επίσης θα πρέπει να αναφερθεί ότι το 1995 το κοινό κέντρο ερευνών της ευρωπαϊκής επιτροπής εξέδωσε εγχειρίδιο σχεδιασμού για τον βιοκλιματικό σχεδιασμό κτιρίων στην περιοχή της Μεσογείου (Colombo, et al., 1995). Όταν δεν υπάρχει επικρατέστερη εποχή τότε πρέπει να σχεδιαστεί ένα κτίριο ευέλικτο. Στα παρακάτω βιοκλιματικά διαγράμματα δίνονται οι μέσες ετήσιες συνθήκες για Αθήνα και Ρώμη. Παρατηρώντας τα διαγράμματα φαίνεται ότι και στις δύο πόλεις οι στρατηγικές σχεδιασμού που πρέπει να ακολουθηθούν ως επί το πλείστον είναι ίδιες. Σχήμα 3. Βιοκλιματικά διαγράμματα Ρώμης και Αθήνας (Colombo, et al., 1995). Εδώ θα πρέπει να τονισθεί ότι ο χαρακτηρισμός του κλίματος μιας ολόκληρης περιοχής ως μεσογειακού είναι γενικός και εκφράζει την γενική κλιματική κατάσταση στην εν λόγω περιοχή. Κατά τον σχεδιασμό ενός κτιρίου σε μια περιοχή που έχει γενικώς χαρακτηριστεί μεσογειακού κλίματος, θα πρέπει να ελέγχεται ότι το μικροκλίμα της περιοχής όντως εμφανίζει τα χαρακτηριστικά του μεσογειακού κλίματος προτού ακολουθηθούν στρατηγικές που έχουν εφαρμοστεί και πετύχει σε μεσογειακά κλίματα. 4. ΣΤΑΔΙΑ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ- ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ. Τα στάδια σχεδιασμού ακολούθησαν κυκλική σειρά καθώς ξεκινώντας από την δημιουργία μιας αρχικής μόρφωσης της κατοικίας (δηλαδή αρχική γεωμετρική μορφή και υλικά), έγινε η προσομοίωση των παραμέτρων της ενεργειακής λειτουργίας της στο πρόγραμμα EnergyPlus (π.χ. προσομοίωση των υλικών, προσομοίωση του κλίματος, προσομοίωση των θερμοδυναμικών ροών κ.α.), ακολούθησε η επίλυση των εξισώσεων που περιγράφουν την ενεργειακή συμπεριφορά της, με το παραπάνω λογισμικό, έγινε η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που περιγράφουν τις ανάγκες για θέρμανση και ψύξη και δημιουργήθηκε μια νέα βελτιωμένη μόρφωση για την οποία επανελήφθησαν τα παραπάνω στάδια. Η παραπάνω κυκλική διαδικασία μόρφωσης, προσομοίωσης, επίλυσης, αξιολόγησης συνέχισε μέχρις ότου δημιουργήθηκε η τελική μόρφωση της κατοικίας. Η ετήσια

κατανάλωση ενέργειας της για θέρμανση και ψύξη συγκρίθηκε με τις καταναλώσεις συμβατικών κτιρίων που δίνονται στην ελληνική βιβλιογραφία και εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα. Επιπλέον, για ερευνητικούς σκοπούς, δημιουργήθηκε και το προσομοίωμα του συμβατικού κτιρίου (παραλλαγή του κτιρίου με τις ίδιες λειτουργικές και αισθητικές αρχιτεκτονικές απαιτήσεις, χωρίς όμως να έχουν ληφθεί υπόψη αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού) για το οποίο επίσης έγινε ενεργειακή επίλυση και συγκρίθηκε η ενεργειακή του κατανάλωση με το βιοκλιματικό κτίριο. 5. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ. Πρόκειται για μια μονοκατοικία που μπορεί να στεγάσει μια οικογένεια 4-5 μελών. Αποτελείται από ισόγεια επιφάνεια 127.00 m 2, υπόγεια επιφάνεια 164.00 m 2 και προβλεπόμενη επιφάνεια σοφίτας 18.00 m 2. Ο ισόγειος χώρος της κατοικίας αποτελείται από έναν ενιαίο χώρο καθιστικούτραπεζαρίας και κουζίνας, δύο λουτρά και τρία υπνοδωμάτια. Στο υπόγειο και την σοφίτα βρίσκονται μη θερμαινόμενοι-κλιματιζόμενοι χώροι. Στο υπόγειο οι χώροι έχουν χρήση αποθήκης και χώρος στάθμευσης ενώ η σοφίτα λειτουργεί ως ξενώνας. Υπάρχει εσωτερική επικοινωνία ισογείου και υπογείου μέσω σκάλας η οποία εντός του χώρου του υπογείου είναι κλειστή περιμετρικά με τοίχους και επικοινωνεί με αυτό μέσω πόρτας. Η σοφίτα επικοινωνεί με το ισόγειο με κινητή σκάλα μέσω καταπακτής. Το έδαφος έχει διαμορφωθεί ώστε το μισό υπόγειο να βρίσκεται εντός του εδάφους προκειμένου η κατοικία να έχει άμεση επαφή με τον περιβάλλοντα χώρο και το άλλο μισό να εξέχει από το διαμορφωμένο έδαφος κατά 1,50 m. Έχουν χρησιμοποιηθεί τα συνήθη στην Ελλάδα οικοδομικά υλικά. Ο κύριος φέροντας οργανισμός του κτιρίου είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα πλην ενός μεγάλου τμήματος της οροφής του ισογείου που αποτελείται από στέγη με ξύλινο φέροντα σκελετό και επικάλυψη από κεραμίδια. Το υπόλοιπο τμήμα της οροφής αποτελείται από οριζόντια πλάκα από οπλισμένο σκυρόδεμα. Το καθαρό ύψος του καθιστικού-τραπεζαρίας είναι 2.90 m. Πάνω από αυτό το ύψος υπάρχει η σοφίτα. Υπάρχουν ψευδοροφές από γυψοσανίδα σε όλους τους υπόλοιπους χώρους με αποτέλεσμα το καθαρό ύψος των υπολοίπων χώρων να είναι 3.20 m. Οι εξωτερικοί τοίχοι πλήρωσης είναι μπατικοί από τούβλα ενώ οι εσωτερικοί διαχωριστικοί είναι από γυψοσανίδα, κατόπιν απαίτησης του ιδιοκτήτη. Τα δάπεδα έχουν επενδυθεί με γρανιτοπλακάκια. Τα εξωτερικά κουφώματα είναι από αλουμίνιο. Όλες οι εσωτερικές πόρτες είναι κατασκευασμένες από ξύλο. Οι εξωτερικές και εσωτερικές επιφάνειες είναι σοβατισμένες και χρωματισμένες. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται οι κατόψεις και η κατά μήκος τομή του κτιρίου. Κάτοψη στέγης Κάτοψη υπογείου Κάτοψη ισογείου Κατά μήκος τομή Σχήμα 4. Κατόψεις κτιρίου και τομή.

6. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΗΣ ΤΕΛΙΚΗΣ ΜΟΡΦΩΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ. Στην περίπτωση του υπό μελέτη κτιρίου ο βιοκλιματικός σχεδιασμός στηρίχθηκε στις εξής επιλογές: Α. Διατήρηση της ενέργειας: Θερμομόνωση του κελύφους και μείωση της αθέλητης διείσδυσης αέρα. Β. Παθητικά ηλιακά συστήματα Θέρμανσης: Άμεσο ηλιακό όφελος. Γ. Φυσικός δροσισμός και παθητικά συστήματα δροσισμού: Φυσικός δροσισμός με κατάλληλη σκίαση των ανοιγμάτων. Νυχτερινός δροσισμός με αερισμό. 6.1 6.2 Διατήρηση της ενέργειας. Όσον αφορά την θερμομόνωση έχουν εφαρμοστεί τα εξής: Ο σκελετός του κτιρίου έχει εξωτερική μόνωση από εξηλασμένη πολυστερίνη πάχους 0.03 m. Οι εξωτερικοί τοίχοι πλήρωσης είναι πάχους 0.25 m με εσωτερική μόνωση από εξηλασμένη πολυστερίνη πάχους 0.05 m ενώ οι εσωτερικοί διαχωριστικοί τοίχοι (από γυψοσανίδα) είναι πάχους 0.10 m με εσωτερική μόνωση από πετροβάμβακα πάχους 0.04 m. Η στέγη έχει μόνωση από εξηλασμένη πολυστερίνη πάχους 0.04 m. Όπου υπάρχουν ψευδοροφές από γυψοσανίδα υπάρχει και μόνωση από πετροβάμβακα (πάνω από την ψευδοροφή πάχους 0.04 m. Το δάπεδο του ισογείου έχει μόνωση από εξηλασμένη πολυστερίνη με πάχος 0.05 m. Η εξηλασμένη πολυστερίνη θεωρήθηκε με συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας 0,03 W/(m K) και ο πετροβάμβακας με συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας 0,035 W/(m K). Τα εξωτερικά κουφώματα είναι από αλουμίνιο με θερμοδιακοπή, και διπλού υαλοστασίου πάχους 0.004 m με κενό αέρα πάχους 0.012 m. Επίσης όλα τα ανοίγματα είναι εφοδιασμένα με ρολά αλουμινίου βαρέως τύπου για νυχτερινή μόνωση. Η σοφίτα είναι θερμομονωμένη ενώ το υπόγειο δεν είναι θερμομονωμένο. Παθητικά ηλιακά συστήματα Θέρμανσης Για την αντιμετώπιση της ψυχρής περιόδου αποφασίστηκε να εφαρμοστεί το σύστημα του άμεσου ηλιακού όφελους (ή κέρδους). Έτσι φτιάχτηκε μια επιμήκης κάτοψη με αναλογία πλευρών 1:2 της οποίας οι μεγάλες πλευρές έχουν νότιο και βόρειο προσανατολισμό. Η κάτοψη διαμορφώθηκε έτσι, ώστε οι χώροι κύριας χρήσης (εκτός ενός υπνοδωματίου) τοποθετήθηκαν στον Νότο και έχουν μεγάλα ανοίγματα προς αυτόν ενώ οι χώροι με βοηθητική χρήση τοποθετήθηκαν στον Βορρά όπου παρουσιάζονται οι χαμηλότερες θερμοκρασίες για να λειτουργούν ως χώροι θερμικής ανάσχεσης και έχουν μικρά ανοίγματα προς αυτόν. Έτσι η ηλιακή ακτινοβολία εισέρχεται τον χειμώνα απευθείας στους χώρους που χρειάζονται θέρμανση και μέρος αυτής αποθηκεύεται στα δάπεδα των χώρων που αποτελούνται από υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας και σκούρου χρώματος για να εκπεμφθεί αργότερα στον χώρο. Το υπνοδωμάτιο που δεν τοποθετήθηκε στον Νότο βρίσκεται στην βορειοανατολική πλευρά και έχει μπαλκονόπορτα στην ανατολή και παράθυρο στον Βορρά (όπου υπάρχει ωραία θέα). Υπάρχουν ανοίγματα στις ανατολικές και δυτικές πλευρές που επέβαλαν λόγοι Σχήμα 5. Κάτοψη ισογείου.

θέας και λειτουργικότητας. Παρακάτω δίδεται το ποσοστό των υαλοστασίων ανά δάπεδο κτιρίου ανά προσανατολισμό. ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΕΜΒΑΔΟΝ ΥΑΛΟΣΤΑΣΙΩΝ (m 2 ) ΠΟΣΟΣΤΟ ΥΑΛΟΣΤΑΣΙΩΝ ΕΠΙ ΤΟΥ ΔΑΠΕΔΟΥ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ (%) ΝΟΤΙΑ 22.43 17.66 ΑΝΑΤΟΛΙΚΑ 3.12 2.46 ΒΟΡΕΙΑ 5.86 4.61 ΔΥΤΙΚΑ 7.11 5.60 Πίνακας 1. Ποσοστό των υαλοστασίων ανά δάπεδο κτιρίου ανά προσανατολισμό. Οι εξωτερικές επιφάνειες είναι χρωματισμένες με χρώματα λευκό και απαλό γκρι ενώ οι εσωτερικές επιφάνειες είναι χρωματισμένες με χρώμα λευκό. Το πάτωμα επενδύεται με γρανιτοπλακάκια χρώματος σκούρου γκρι. Τα εξωτερικά κουφώματα είναι χρώματος ανοικτού γκρι. Σχήμα 6. Νότια όψη. Σχήμα 7. Βόρεια όψη.

6.3 Φυσικός δροσισμός και παθητικά συστήματα δροσισμού Για την αντιμετώπιση της θερμής περιόδου επιτυγχάνεται καταρχήν φυσικός δροσισμός με κατάλληλη σκίαση όλων των ανοιγμάτων και μεγάλων τμημάτων των επιφανειών του κτιρίου όπως φαίνεται στα σχέδια και στις τρισδιάστατες απεικονίσεις του κτιρίου (σχήματα 6-9). Υπάρχουν τα κατάλληλα, για κάθε προσανατολισμό σκίαστ ρα τα οποία ως επί το πλείστον είναι πέργκολες που καλύπτονται μόνον το καλοκαίρι ώστε τον χειμώνα να επιτυγχάνεται ο Σχήμα 8. Δυτική όψη. ανεμπόδιστος ηλιασμός των χώρων ενώ το καλοκαίρι να επιτυγχάνεται η ηλιοπροστασία τους. Επίσης όπως προαναφέρθηκε όλα τα ανοίγματα είναι εφοδιασμένα με ρολά αλουμινίο υ βαρέως τύπου τα οποία μπορούν να συμμετέχουν στον σκιασμό το καλοκαίρι. Από συστήματα παθητικού δροσισμού έχει εφαρμοστεί ο Νυχτερινός δροσισμός με αερισμό. Αυτός επιτυγχάνεται με την κατάλληλη διάταξη των ανοιγμάτων ώστε να γίνεται όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά ο δροσισμός της Σχήμα 9. Ανατολική όψη. κατοικίας το βράδυ όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι χαμηλότερες των εσωτερικών. Στις παρακάτω φωτογραφίες φαίνεται το πραγματικό κτίριο. Όπως προαναφέραμε οικονομικοί λόγοι έχουν καθυστερήσει την κατασκευή των περγκολών. Σχήμα 10. Φωτογραφία Νότιας όψης.

Σχήμα 11. Φωτογραφία Βόρειας όψης. 7. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΤΕΛΙΚΗΣ ΜΟΡΦΩΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ. Παρακάτω περιγράφεται συνοπτικά ποιές παράμετροι της ενεργειακής λειτουργίας του εν λόγω κτιρίου προσομοιώθηκαν στο λογισμικό EnergyPlus. 7.1 7.2 Προσομοίωση της γεωμετρίας και των υλικών. Περιγράφηκε με ακρίβεια όλη η γεωμετρία του κτιρίου και ο προσανατολισμός του σε σχέση με τον άξονα Βορρά-Νότου. Για την προσομοίωση των υλικών σύνθεσης των επιμέρους δομικών στοιχείων έγινε η ακριβής περιγραφή της διαστρωμάτωσης και των ιδιοτήτων των υλικών κάθε δομικού στοιχείου. Οι ιδιότητες των υλικών βρέθηκαν στον Κανονισμό Θερμομόνωσης και από το εγχειρίδιο σχεδιασμού για τα παθητικά ηλιακά κτίρια (Goulding, et al., 1992) καθώς την περίοδο που έγινε η ενεργειακή ανάλυση δεν είχε ξεκινήσει να εφαρμόζεται ακόμη ο ΚΕΝΑΚ. Προσομοίωση των κλιματικών συνθηκών. Εισήχθησαν αναλυτικές ωριαίες τιμές των κλιματικών παραμέτρων της περιοχής για κάθε μέρα για ένα ολόκληρο έτος. Οι τιμές των κλιματικών παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν, καταγράφηκαν από κοντινό στην υπό μελέτη περιοχή μετεωρολογικό σταθμό για το έτος 2008 και χορηγήθηκαν από το Ινστιτούτο Ερευνών Περιβάλλοντος του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών κατόπιν παραγγελίας. Όπως προαναφέρθηκε, στο άμεσο εξωτερικό περιβάλλον του κτιρίου το έδαφος είναι επίπεδο. Κανένα εμπόδιο από τα όμορα οικόπεδα δεν επιδρά στο ποσό της ακτινοβολίας που δέχεται το κτίριο και στην ταχύτητα ή διεύθυνση του ανέμου που το συναντά. Εντός του οικοπέδου επίσης δεν υπάρχουν φυσικά ή τεχνητά εμπόδια. Βέβαια οι παραπάνω καταστάσεις απρόσκοπτου ηλιασμού κίνησης και ταχύτητας του ανέμου ή κλιματικών παραμέτρων θερμοκρασίας και υγρασίας θα επηρεαστούν από την φύτευση εντός του οικοπέδου στα πλαίσια διαμόρφωσης του περιβάλλοντος χώρου αυτού. Στην παρούσα εργασία δεν έγινε προσομοίωση της μελλοντικής φύτευσης και πως αυτή επιδρά στην λειτουργία του κτιρίου για λόγους απλοποίησης. Άρα λοιπόν θεωρείται ότι το εξωτερικό περιβάλλον είναι ένας επίπεδος ελεύθερος χώρος και δεν υπάρχουν στοιχεία που να επηρεάζουν τις παραπάνω παραμέτρους.

7.3 Προσομοίωση των συνθηκών θερμικής άνεσης και χωρισμός σε ζώνες. Από την μελέτη των κλιματικών δεδομένων της περιοχής παρατηρείται ότι την άνοιξη, το φθινόπωρο και το καλοκαίρι οι μέσες τιμές υγρασίας του περιβάλλοντος χώρου κυμαίνονται από 55% έως 65%, πλην τον μήνα Αύγουστο που είναι κατά μέση τιμή στο 50%, ενώ το χειμώνα οι μέσες τιμές υγρασίας του περιβάλλοντος χώρου κυμαίνονται από 65% έως 75%. Εάν θεωρήσουμε ότι μια τέτοια διακύμανση θα έχουν και οι μέσες υγρασίες στον εσωτερικό τότε για να υπάρχουν συνθήκες θερμικής άνεσης απαιτήθηκε για όλους τους εσωτερικούς χώρους του ισογείου όλους τους μήνες (πλην Αυγούστου) να γίνονται αποδεκτές θερμοκρασίες εσωτερικού χώρου από 20 ο C (293.15 K) μέχρι 26 ο C (299.15 K), ενώ τον μήνα Αύγουστο γίνονται αποδεκτές θερμοκρασίες εσωτερικού χώρου από 20 ο C (293.15 K) μέχρι 27 ο C (300.15 K). Καθώς όλοι οι εσωτερικοί χώροι του κτιρίου δεν έχουν την ίδια ενεργειακή συμπεριφορά, προκειμένου να μπορούν να αξιολογηθούν καλύτερα τα αποτελέσματα, έγινε ο απαραίτητος ο καταμερισμός του κτιρίου σε ζώνες. 7.4 Προσομοίωση του θερμικού ισοζυγίου Το θερμικό ισοζύγιο των χώρων συντίθεται από θερμικές προσόδους και θερμικές απώλειες. Όσον αφορά λοιπόν τις θερμικές προσόδους και θερμικές απώλειες στο εν λόγω κτίριο ελήφθησαν υπόψη και προσομοιώθηκαν καταλλήλως μέσω των αλγορίθμων του EnergyPlus, τα παρακάτω: Α) Θερμικές απώλειες ή πρόσοδοι λόγω μεταφοράς θερμότητας με αγωγή, με ακτινοβολία και μεταφορά μέσω των στοιχείων ή των χώρων του κτιρίου. Β) Θερμικές απώλειες ή πρόσοδοι λόγω εισερχόμενου ή εξερχόμενου αέρα, διαφορετικής θερμοκρασίας, η οποία συμβαίνει είτε ακούσια, κυρίως μέσα από τις ασυνέχειες του κτιρίου (διείσδυση αέρα), είτε εκούσια μέσω των ανοιγμάτων (φυσικός αερισμός) είτε για αερισμό για λόγους υγιεινής είτε για νυχτερινό δροσισμό το καλοκαίρι. Γ) Θερμικές πρόσοδοι από τις εσωτερικές θερμαντικές πηγές του χώρου. Ελήφθησαν υπόψη οι ένοικοι, ο φωτισμός και οι ηλεκτρικές συσκευές. Δ) Θερμικό φορτίο, από τη λειτουργία εγκατεστημένου συστήματος θέρμανσης, είτε ψυκτικό φορτίο από τη λειτουργία του συστήματος ψύξης. Αγνοήθηκαν οι θερμικές απώλειες από εξάτμιση. Η παραδοχή αυτή θεωρείται αποδεκτή μιας και οι εν λόγω πρόσοδοι για το υπό μελέτη κτίριο αναμένεται να είναι μικρές. Επίσης αγνοήθηκαν οι θερμικές πρόσοδοι από την ηλιακή ακτινοβολία που δεσμεύεται από τις εξωτερικές γυάλινες επιφάνειες (λόγω απορρόφησης). 8. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ. Το συμβατικό κτίριο αποφασίσθηκε να έχει την ίδια κάτοψη με το υπό μελέτη κτίριο αλλά χωρίς στέγαστρα, με φαιό χρώμα στις εξωτερικές επιφάνειες, με μεγαλύτερες απώλειες λόγω διείσδυσης αέρα, χωρίς θερμομόνωση, και με λάθος προσανατολισμό (ο μεγάλος άξονας στην διεύθυνση Βορρά-Νότου, με τα μεγάλα ανοίγματα προσανατολισμένα στην Δύση). Όσον αφορά τις προσομοιώσεις των κλιματικών συνθηκών, του περιβάλλοντος χώρου του κτιρίου, των συνθηκών θερμικής άνεσης, των εσωτερικών θερμαντικών πηγών, του φυσικού αερισμού, των αλγορίθμων που περιγράφουν τις θερμικές προσόδους ή απώλειες παρέμειναν οι ίδιες με του βιοκλιματικού κτιρίου. 9. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ. Στον παρακάτω διάγραμμα 1 δίδονται οι ετήσιες καταναλώσεις ενέργειας για θέρμανση και ψύξη του συμβατικού κτιρίου και του βιοκλιματικού κτιρίου (τελική μόρφωση).

Διάγραμμα 1. Ετήσιες ενεργειακές καταναλώσεις για θέρμανση και ψύξη του συμβατικού και βιοκλιματικού κτιρίου. Πρέπει να τονιστεί εδώ ότι στην πραγματικότητα η ενέργεια ψύξης του θα είναι μικρότερη από αυτήν που υπολογίστηκε στην εργασία καθώς θα υπάρχει φύτευση στον περιβάλλοντα χώρο του κτιρίου που θα επηρεάσει το μικροκλίμα του οικοπέδου το καλοκαίρι οδηγώντας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος χώρου. Επίσης τα σύγχρονα κλιματιστικά έχουν πλέον πολύ μεγάλο SEER (μέσο δείκτη ενεργειακής αποδοτικότητας) (SEER>13 αντί του SEER=3 που θεωρήθηκε στην παρούσα εργασία) με αποτέλεσμα η τελική κατανάλωση σε ηλεκτρική ενέργεια να προκύπτει ακόμη μικρότερη. Στο διάγραμμα 2 δίδεται η ετήσια κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας σε θέρμανση-ψύξη και στο διάγραμμα 3 δίδονται οι ετήσιοι εκλυόμενοι ρύποι ανά μονάδα ενέργειας για το συμβατικό και βιοκλιματικό κτίριο όπως αυτά προκύπτουν από την εφαρμογή των αντιστοίχων συντελεστών που δίνει ο ΚΕΝΑΚ. Διάγραμμα 2. Ετήσια κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας για θέρμανση-ψύξη συμβατικού και βιοκλιματικού κτιρίου.

Διάγραμμα 3. Ετήσιοι εκλυόμενοι ρύποι. Παρακάτω,στο διάγραμμα 4, δίδεται η ετήσια κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας ανά στάδιο σχεδιασμού. όπου φαίνεται πόσο συνέβαλε στην εξοικονόμηση της ενέργειας η κάθε μια από τις επιλογές βιοκλιματικού σχεδιασμού. Διάγραμμα 4. Ετήσια κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας σε κάθε στάδιο σχεδιασμού.

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα 2 και 3 το βιοκλιματικό κτίριο επιτυγχάνει σε σχέση με το συμβατικό κτίριο 65.78% εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας για θέρμανση και ψύξη και 64.56% εξοικονόμηση στους ετήσιους εκλυόμενους ρύπους ανα μονάδα ενέργειας σε σχέση με μια συμβατική κατοικία. 10. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. Από την μελέτη των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι στα μεσογειακά κλίματα: Α) Με συνήθη μέτρα διατήρησης της ενέργειας και ήπια μέτρα βιοκλιματικού σχεδιασμού, που δεν αυξάνουν το κόστος ούτε επηρεάζουν δυσμενώς την αρχιτεκτονική εμφάνιση και λειτουργία του κτιρίου, επιτυγχάνεται πολύ σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας θέρμανσης. Β) Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός για την περίοδο ψύξης πρέπει να αντιμετωπιστεί με μεγάλη προσοχή καθώς ελλείψεις σε αυτόν οδηγούν σε πολύ μεγάλες καταναλώσεις ενέργειας καθώς τα κτίρια που σχεδιάζονται βιοκλιματικά για τον χειμώνα είναι κτίρια με αυξημένες ηλιακές προσόδους (σε σχέση με συμβατικά κτίρια) και άρα εάν δεν προβλεφθεί να αναιρεθεί αυτή η κατάσταση το καλοκαίρι τότε θα υπάρχουν πιθανόν μεγαλύτερα προβλήματα υπερθέρμανσης από ότι θα είχε ένα συμβατικό κτίριο. Γ) Προσθήκη περισσοτέρων του ενός παθητικών συστημάτων είτε για την περίοδο θέρμανσης είτε για την περίοδο ψύξης μπορεί να οδηγήσει σε ελάχιστες καταναλώσεις ενέργειας. Δ) Η θερμομόνωση παίζει καθοριστικό ρόλο στην μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας αλλά θα πρέπει να μελετάται κάθε φορά η συνεισφορά της ή όχι καθώς την περίοδο ψύξης μπορεί να εμποδίζει την διοχέτευση πλεονάζουσας θερμότητας προς περιβάλλον με χαμηλότερες θερμοκρασίες του εσωτερικού χώρου (π.χ. έδαφος, νυκτερινός ουρανός). Ε) Η χρήση προγραμμάτων ενεργειακής ανάλυσης βοηθά πολύ τον μελετητή καθώς του δίνει την δυνατότητα να ελέγξει όχι μόνο θεωρητικά (επιφανειακά) τις επιπτώσεις που έχουν οι διάφορες σχεδιαστικές επιλογές στην ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, αλλά και να τις ποσοτικοποιήσει, με απώτερο στόχο να επιλέξει τον σχεδιασμό που θα προσφέρει τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ/ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Βικιπαίδεια-Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., (1995). Εγχειρίδιο σχεδιασμού:παθητική ηλιακή αρχιτεκτονική για την περιοχή της Μεσογείου-(ελληνική μετάφραση). Kοινό Κέντρο Ερευνών-Ευρωπαϊκή Επιτροπή και Ινστιτούτο μηχανικής συστημάτων και πληροφορικής. Energy Plus Engineering Reference, (2009). The Reference to EnergyPlus Calculations. University of Illinois and the Regents of the University of California through the Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. Goulding J., Owen Lewis J., Steemers T.C., (1992). Energy in Architecture-The European Passive Solar Handbook. B.T. Bbatsford Ltd for the CEC. Kolokotroni M., Young A. N., (1990). Guidelines for bioclimatic Housing Design in Greece. Building and Environment, Τεύχος 25, Νο 4: σελ. 297-307. Κανονισμός Θερμομόνωσης, ΠΔ 1-6-1979, ΦΕΚ 362Δ/4-7-1979 Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης, Απόφαση Δ6/Β/οικ. 5825 (ΦΕΚ 407Δ/9-4-2010).