ΤΕΙ ΣΕΡΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΤΕΙ ΣΕΡΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΒΑΘΜΟΗΜΕΡΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ ΑΝΑ 4ΩΡΟ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΒΑΣΗΣ ΓΙΑ 20 ΕΛΛΗΝΙΚΕΣ ΠΟΛΕΙΣ ΜΠΑΡΤΖΑΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ ΝΙΚΟΛΑΙΔΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΑΕΜ.:4795 ΑΕΜ.:4610 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΠΡΟΔΡΟΜΟΥ ΙΩΑΝΝΗΣ ΣΕΡΡΕΣ 2009

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ..1 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ.4 2.1. Γενικά 4 2.2. Μέθοδοι εκτίμησης της ενεργειακής κατανάλωσης...5 2.3. Μέθοδοι απλής μέτρησης..5 2.4. Η κλασική μέθοδος των βαθμοημερών..6 2.5. Η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης (variable base degree method) 8 2.5.1 Υπολογισμός της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση 8 2.5.2 Υπολογισμός του συνολικού συντελεστή θερμικών απωλειών...11 2.5.3 Εσωτερικά θερμικά κέρδη σε κτίρια κατοικιών...12 2.5.4 Ηλιακά κέρδη σε κτίρια κατοικιών. 15 2.5.5 Συνολικά θερμικά κέρδη σε κτίρια κατοικιών..18 2.5.6 Βαθμός απόδοσης του συστήματος θέρμανσης...18 2.6. Η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης ανά 4ωρο...18 2.7. Υπολογισμός της κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη με τη μέθοδο των βαθμοημερών μεταβλητής βάσης..24 2.7.1. Υπολογισμός συνολικού συντελεστή ψυκτικών απωλειών.25 2.7.2. Εσωτερικά θερμικά και ηλιακά κέρδη.27 2.7.3. Λανθάνον φορτίο αερισμού.28 2.7.4. Βαθμός απόδοσης της κλιματιστικής συσκευής...28 2.8. Υπολογισμός της κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη με τη μέθοδο των βαθμοημερών μεταβλητής βάσης ανά 4ωρο 29 3. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΒΑΘΜΟΗΜΕΡΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ ΑΝΑ 4ΩΡΟ 30 3.1. Υπολογισμός βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης 30 3.2. Εκτίμηση βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης ανά 4ωρο από θερμοκρασιακά δεδομένα για τη συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας σε διάφορα θερμοκρασιακά διαστήματα (bin data)..31 3.3. Σύγκριση εκτιμώμενων βαθμοημερών ανά 4ωρο με δεδομένα μετρήσεων...32 3.3.1. Συγκριτικοί πίνακες Θεσσαλονίκης- Αθήνας..32 3.3.2. Συγκριτικά διαγράμματα Θεσσαλονίκης- Αθήνας..50 i

4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΠΙΝΑΚΕΣ 4.1.1. Αγρίνιο - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1999)..82 4.1.2. Αγρίνιο- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1999).. 4.2.1. Αθήνα - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1983-1992).. 4.2.2. Αθήνα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1983-1992).. 4.3.1. Αλεξανδρούπολη - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1966-1998) 4.3.2. Αλεξανδρούπολη- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1966-1998) 4.4.1. Ζάκυνθος - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1976-1999) 4.4.2. Ζάκυνθος- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1976-1999) 4.5.1. Θεσσαλονίκη - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1983-1992) 4.5.2. Θεσσαλονίκη- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1983-1992) 4.6.1. Ιεράπετρα - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) 4.6.2. Ιεράπετρα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) 4.7.1. Ιωάννινα - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) 4.7.2. Ιωάννινα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) 4.8.1. Καβάλα - Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1984) 4.8.2. Καβάλα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1984) 4.9.1. Καλαμάτα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) ii

4.9.2. Καλαμάτα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1956-1997) 4.10.1. Κέρκυρα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1931-1973) 4.10.2. Κέρκυρα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1931-1973) 4.11.1. Κύμη- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1990) 4.11.2. Κύμη- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1990) 4.12.1. Λάρισα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.12.2. Λάρισα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.13.1. Μυτιλήνη- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1996) 4.13.2. Μυτιλήνη- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1996) 4.14.1. Νάξος- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.14.2. Νάξος- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.15.1. Ορεστιάδα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1981) 4.15.2. Ορεστιάδα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1981) 4.16.1. Πάτρα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.16.2. Πάτρα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.17.1. Ρόδος- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.17.2. Ρόδος- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1955-1997) 4.18.1. Σέρρες- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1971-1997) iii

4.18.2. Σέρρες- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1971-1997) 4.19.1. Φλώρινα- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1999) 4.19.2. Φλώρινα- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1960-1999) 4.20.1. Χανιά- Βαθμοημέρες θέρμανσης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1961-1994) 4.20.2. Χανιά- Βαθμοημέρες ψύξης χωρισμένες σε 6 ημερήσια 4ωρα ανά μήνα σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης (δεδομένα 1961-1994) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.... ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ.. iv

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι ο υπολογισμός βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης σε διάφορες θερμοκρασίες βάσης, για κάθε μήνα του χρόνου και σε χρονικά διαστήματα 6 ημερήσιων 4ώρων για 20 πόλεις της Ελλάδας. Με τα αποτελέσματα των υπολογισμών δημιουργούνται δεδομένα για τη χρήση της μεθόδου βαθμοημερών μεταβλητής βάσης (variable base degree-day method) με μεγαλύτερη χρονική ανάλυση, ώστε η εκτίμηση των ενεργειακών απαιτήσεων των κτιρίων για θέρμανση και ψύξη να γίνεται με μεγαλύτερη ακρίβεια και πιο κοντά στα πραγματικά δεδομένα. Ο λόγος που επιλέξαμε το συγκεκριμένο αντικείμενο ήταν καταρχήν το ενδιαφέρον μας για τις μεθόδους εκτίμησης κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση και ψύξη σε κτίρια. Επίσης η συνειδητοποίηση του ότι οι ενεργειακές απαιτήσεις των κτιρίων θα πρέπει πλέον να καθορίζονται με ταχύτητα και ακρίβεια και να συμβαδίζουν με τις κλιματολογικές αλλαγές που με τα χρόνια φαίνεται να εντείνονται. Η ακρίβεια των μετρήσεων αυτών, μπορεί να εξασφαλίσει την εξοικονόμηση ενέργειας που σε λίγα χρόνια θα αποβεί καθοριστική, ίσως και σωτήρια για το μέλλον του πλανήτη και τον τρόπο ζωής μας. Η παρούσα μελέτη αποδεικνύει πως η μηχανολογία, και η τεχνολογία εν γένει, μπορεί να τεθεί στην υπηρεσία του περιβάλλοντος και να συμβάλλει στην αναβάθμιση της ποιότητας ζωής μας. Η δομή της εργασίας είναι η εξής: Στο πρώτο εισαγωγικό κεφάλαιο αναφέρονται οι λόγοι που οδήγησαν στην εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι μέθοδοι βαθμοημερών για την εκτίμηση των ενεργειακών απαιτήσεων κτιρίων σε θέρμανση και ψύξη. Παρουσιάζονται οι σχέσεις υπολογισμού των μεθόδων αυτών, οι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν αυτούς τους υπολογισμούς και αναφέρονται οι απαραίτητες παραδοχές για την εφαρμογή τους. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία για την εκτίμηση βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης ανά 4ωρο με βάση τα θερμοκρασιακά δεδομένα για τη συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού

θερμομέτρου σε διάφορα θερμοκρασιακά διαστήματα (Bin data) και επιβεβαιώνεται η ακρίβειά της με συγκριτικούς πίνακες καθώς και με συγκριτικά διαγράμματα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πίνακες βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης ανά τετράωρο για 20 πόλεις της Ελλάδος. Οι πόλεις είναι οι εξής: Αγρίνιο, Αθήνα, Αλεξανδρούπολη, Ζάκυνθος, Θεσσαλονίκη, Ιεράπετρα, Ιωάννινα, Καβάλα, Καλαμάτα, Κέρκυρα, Κύμη, Λάρισα, Μυτιλήνη, Νάξος, Ορεστιάδα, Πάτρα, Ρόδος, Σέρρες, Φλώρινα, Χανιά.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι Έλληνες μηχανικοί σήμερα, εκτός από την εκμάθηση του τρόπου υπολογισμού των θερμικών και ψυκτικών φορτίων και του τρόπου επιλογής, σχεδιασμού και διαστασιολόγησης των συστημάτων θα πρέπει να αποκτήσουν και τις κατάλληλες γνώσεις για τον ενεργειακό σχεδιασμό των κτιρίων και εγκαταστάσεων. Ο υπολογισμός των ενεργειακών απαιτήσεων των κτιρίων για θέρμανση και ψύξη απαιτεί την εξοικείωσή τους με τις κατάλληλες υπολογιστικές μεθόδους και την ευαισθητοποίησή τους στη λήψη μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας. Γενικά υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την εκτίμηση της κατανάλωσης ενέργειας. Η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της κάθε μεθόδου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό και από την ποιότητα των κλιματικών δεδομένων και από το χρονικό βήμα των υπολογισμών. Οι μέθοδοι, οι οποίες χρησιμοποιούν μόνο ένα μέγεθος, όπως π.χ. τον αριθμό των βαθμοημερών, ονομάζονται μέθοδοι απλής μέτρησης (single measure methods) και είναι κατάλληλες μόνο για πολύ απλά συστήματα. Η πλέον γνωστή μέθοδος στην κατηγορία αυτή είναι η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης (variable base degree-day method). Η ακρίβεια των υπολογισμών μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας περισσότερα δεδομένα, όπως π.χ. τον αριθμό των ωρών, στις οποίες το σύστημα προβλέπεται ότι θα λειτουργήσει κάτω από ορισμένες συνθήκες. Οι μέθοδοι αυτές, από τις οποίες η πλέον γνωστή είναι η μέθοδος συχνοτήτων θερμοκρασιών (bin method), απαιτούν τον υπολογισμό του αριθμού των ωρών εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα σε διάφορα θερμοκρασιακά βήματα και ονομάζονται απλουστευμένες μέθοδοι πολλαπλής μέτρησης (simplified multiple-measure methods). Οι δύο αυτές κατηγορίες μεθόδων είναι μέθοδοι σταθερής κατάστασης (steady-state methods). Οι πλέον ακριβείς μέθοδοι απαιτούν ωριαίες μετρήσεις όλων των κλιματικών μεγεθών καθώς και ωριαίες εκτιμήσεις των εσωτερικών φορτίων ενός κτιρίου (ανθρώπων, φωτισμού κλπ), και ονομάζονται λεπτομερείς μέθοδοι προσομοίωσης (detailed simulation methods) ή δυναμικές μέθοδοι (dynamic methods). Το χρονικό βήμα υπολογισμών στις μεθόδους αυτές είναι συνήθως μία ώρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις μερικοί υπολογισμοί γίνονται σε μικρότερα χρονικά βήματα. Η εφαρμογή όμως των διαφόρων μεθόδων που υπάρχουν, για την εκτίμηση των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων για θέρμανση και ψύξη, απαιτεί εκτός των άλλων και τη διαθεσιμότητα των κατάλληλων μετεωρολογικών δεδομένων, ώστε τα αποτελέσματα να έχουν κάποια ακρίβεια. Τόσο για τη μέθοδο βαθμοημερών μεταβλητής βάσης σε 24ωρη βάση όσο και για τη μέθοδο συχνοτήτων θερμοκρασιών, υπάρχουν διαθέσιμα θερμοκρασιακά δεδομένα για τις περισσότερες πόλεις στην Ελλάδα, τα οποία έχουν προκύψει είτε από επεξεργασία ωριαίων θερμοκρασιακών δεδομένων μακρών χρονικών περιόδων (π.χ. περίοδοι 1983-1992 και 1993-2002 για Αθήνα και Θεσσαλονίκη) είτε από αξιόπιστα μοντέλα εκτίμησης, τα οποία όμως και πάλι βασίζονται σε μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες μακρών χρονικών περιόδων. 1

Η ακρίβεια των υπολογισμών της μεθόδου των βαθμοημερών με μεταβλητή βάση μπορεί να αυξηθεί εάν χρησιμοποιηθούν βαθμοημέρες ανά 4ωρο δηλαδή δεδομένα με μεγαλύτερη χρονική ανάλυση, οπότε η εκτίμηση των ενεργειακών απαιτήσεων των κτιρίων για θέρμανση και ψύξη να είναι πιο κοντά στα πραγματικά δεδομένα. Ο υπολογισμός των βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης ανά 4ωρο γίνεται με στατιστική επεξεργασία ωριαίων μετρήσεων της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου μακρών χρονικών περιόδων. Από τέτοιες μετρήσεις υπολογίστηκαν σε προηγούμενες επιστημονικές εργασίες βαθμοημέρες θέρμανσης και ψύξης για την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη, τόσο σε 24ωρη βάση όσο και ανά 4ωρο για τις δεκαετίες 1983-1992 και 1993-2002. Επίσης υπολογίστηκαν θερμοκρασιακά δεδομένα για τη συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου σε διάφορα θερμοκρασιακά διαστήματα (Bin data) για τις δεκαετίες 1983-1992 και 1993-2002. Για τις υπόλοιπες όμως Ελληνικές πόλεις είτε δεν υπάρχουν διαθέσιμα ωριαία δεδομένα μακρών περιόδων είτε είναι δύσκολο να βρεθούν. Βαθμοημέρες θέρμανσης και ψύξης σε 24ωρη βάση για 48 ακόμη Ελληνικές πόλεις καθώς και θερμοκρασιακά δεδομένα για τη συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου σε διάφορα θερμοκρασιακά διαστήματα (Bin data) για 18 Ελληνικές πόλεις πέραν των Αθηνών και της Θεσσαλονίκης έχουν υπολογισθεί με αξιόπιστα μοντέλα εκτίμησης. Στην παρούσα εργασία επιβεβαιώθηκε καταρχήν ότι τα θερμοκρασιακά δεδομένα για τη συχνότητα εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου σε διάφορα θερμοκρασιακά διαστήματα (Bin data) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό βαθμοημερών θέρμανσης και ψύξης ανά 4ωρο. Αυτό έγινε με βάση τα δεδομένα που υπάρχουν για την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη και με κατάλληλη μεθοδολογία.. Οι βαθμοημέρες που προέκυψαν με τη μέθοδο αξιοποίησης bin data ελάχιστες αποκλίσεις φέρουν από τα αποτελέσματα πραγματικών μετρήσεων, οι οποίες έχουν συντελεστεί στις δύο μεγαλύτερες πόλεις, Αθήνα και Θεσσαλονίκη. Κατά συνεπεία, εφόσον η συγκριτική μελέτη των αποτελεσμάτων δεν δίνει μεγάλες διαφορές, μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα πως η ίδια μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στην εξαγωγή βαθμοημερών και για τις υπόλοιπες πόλεις της χώρας Η μεθοδολογία βασίζεται σε θερμοκρασιακά δεδομένα που προκύπτουν χωρίζοντας το 24ωρο σε έξι 4ωρα, και σημειώνοντας τη συχνότητα εμφάνισης θερμοκρασιών με διαστήματα 2ºC, για παράδειγμα από τις 5 μέχρι τις 8 μ.μ. πόσες φορές εμφανίζεται η θερμοκρασία των 2/4 ο C, 4/6 κ.ο.κ. για τον κάθε μήνα. Ουσιαστικά χρησιμοποιήθηκε το μέσο διάστημα θερμοκρασίας και η συχνότητα εμφάνισης θερμοκρασιών ανά 4ωρο για να προκύψουν οι βαθμοημέρες στην αντίστοιχη θερμοκρασία βάσης. Εφαρμόζοντας την μεθοδολογία, εκτιμήθηκαν βαθμοημέρες θέρμανσης και ψύξης ανά 4ωρο και για 20 ακόμη Ελληνικές πόλεις, για τις οποίες υπάρχουν δημοσιευμένα bin data. Με τα αποτελέσματα που εξήχθησαν εμπλουτίζονται τα δεδομένα που ήδη υπάρχουν για την εφαρμογή της μεθόδου βαθμοημερών μεταβλητής βάσης στη Ελλάδα. Τα αποτελέσματα αποτελούν δεδομένα με τα οποία μπορεί να γίνει εκτίμηση των ενεργειακών αναγκών ενός οποιουδήποτε κτιρίου για θέρμανση και ψύξη σε κάποια από τις 20 πόλεις, με βάση τη μέθοδο βαθμοημερών 2

μεταβλητής βάσης ανά 4ωρο. Παράλληλα, ο ίδιος ο καθορισμός των βαθμοημερών με την μέγιστη δυνατή ταχύτητα και ακρίβεια εξασφαλίζει την αξιόπιστη ενεργειακή μελέτη οποιουδήποτε κτιρίου, καθορίζοντας έτσι με ακρίβεια τις ενεργειακές ανάγκες αυτού σε επίπεδο ψύξης ή θέρμανσης. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζεται η πλήρης αξιοποίηση των ενεργειακών παροχών του κτιρίου, με την ελάχιστη ενεργειακή απώλεια. Τα αποτελέσματα της εργασίας παρουσιάζονται υπό μορφή πινάκων. Δίνονται πίνακες για τις εξής πόλεις της Ελλάδας: Αγρίνιο, Αθήνα, Αλεξανδρούπολη, Ζάκυνθος, Θεσσαλονίκη, Ιεράπετρα, Ιωάννινα, Καβάλα, Καλαμάτα, Κέρκυρα, Κύμη, Λάρισα, Μυτιλήνη, Νάξος, Ορεστιάδα, Πάτρα, Ρόδος, Σέρρες, Φλώρινα, Χανιά. Ελπίζουμε η παρούσα εργασία να αποτελέσει ένα βοήθημα σε όσους ασχολούνται με το συγκεκριμένο αντικείμενο. 3

2. Μέθοδοι εκτίμησης της κατανάλωσης ενέργειας σε συστήματα θέρμανσης και ψύξης 2.1 Γενικά Η κατανάλωση ενέργειας ενός συστήματος θέρμανσης και ψύξης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Οι κυριότεροι από αυτούς είναι: 1) Ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός, τα δομικά υλικά και τα υλικά θερμομόνωσης 2) Ο τρόπος χρήσης του κτιρίου 3) Η ρύθμιση του συστήματος 4) Η κατασκευή και συντήρηση της εγκατάστασης Η ενέργεια που καταναλώνεται στα συστήματα θέρμανσης και ψύξης, αποτελείται από την ενέργεια που καταναλώνουν: - Οι κεντρικές συσκευές παραγωγής ενέργειας - Οι συσκευές που μεταφέρουν την ενέργεια από τις κεντρικές συσκευές στους κατοικήσιμους χώρους του κτιρίου. Η ενέργεια που καταναλώνουν οι κεντρικές συσκευές (λέβητας, αντλία θερμότητας) εξαρτάται από: - Τις θερμικές απώλειες του κτιρίου προς το εξωτερικό περιβάλλον - Τα θερμικά κέρδη από την ηλιακή ακτινοβολία, τα άτομα, τις συσκευές και τον φωτισμό του κτιρίου. Η κατανάλωση ενέργειας εξαρτάται κυρίως από το κλίμα της περιοχής του κτιρίου και ιδιαίτερα από την εξωτερική θερμοκρασία. Κατά την περίοδο θέρμανσης τα εσωτερικά θερμικά κέρδη από άτομα, φώτα και συσκευές καθώς και τα ηλιακά θερμικά κέρδη συνεισφέρουν θετικά στο ενεργειακό ισοζύγιο του κτιρίου και ελαττώνουν την κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση. Αντίθετα κατά την περίοδο ψύξης, οι εσωτερικές πηγές θερμότητας, και η ηλιακή ακτινοβολία συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας του κτιρίου και αυξάνουν την κατανάλωση ενέργειας για ψύξη. Η ετήσια κατανάλωση ενέργειας ενός συστήματος θέρμανσης και κλιματισμού είναι απαραίτητο να υπολογίζεται, γιατί είναι ο κυριότερος παράγοντας του λειτουργικού κόστους του συστήματος. Η σύγκριση διαφόρων εναλλακτικών λύσεων και η επιλογή της βέλτιστης δυνατής μπορεί να γίνει μόνο με την εκτίμηση της ενεργειακής κατανάλωσης όλων των δυνατών επιλογών. Η καλύτερη μέθοδος εκτίμησης για την κατανάλωση ενέργειας συστημάτων σε υπάρχοντα κτίρια είναι οι μετρήσεις και οι παρατηρήσεις στην λειτουργία των συστημάτων. Ακριβείς μετρήσεις στη διάρκεια ορισμένων ετών αποτελούν το καλύτερο αρχείο για την εκτίμηση της ενεργειακής συμπεριφοράς των συστημάτων στο μέλλον και για τη διόρθωση διαφόρων ενεργειακών αστοχιών. 4

2.2 Μέθοδοι εκτίμησης της ενεργειακής κατανάλωσης Οι μέθοδοι εκτίμησης της κατανάλωσης ενέργειας σε συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού διακρίνονται σε: - Μεθόδους απλής μέτρησης (single measure methods) - Μεθόδους πολλαπλής μέτρησης (simplified multiple-measure methods) - Λεπτομερείς μεθόδους προσομοίωσης (detailed simulation methods) Οι μέθοδοι, οι οποίες χρησιμοποιούν μόνο ένα μέγεθος, όπως π.χ. τον αριθμό των βαθμοημερών, ονομάζονται μέθοδοι απλής μέτρησης και είναι κατάλληλες μόνο για απλά συστήματα. Η ακρίβεια των υπολογισμών μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας περισσότερα δεδομένα, όπως π.χ. των αριθμό των ωρών στις οποίες προβλέπεται ότι το σύστημα θα λειτουργήσει κάτω από ορισμένες συνθήκες. Οι μέθοδοι αυτοί απαιτούν τον υπολογισμό του αριθμού των ωρών εμφάνισης της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα σε διάφορα θερμοκρασιακά βήματα και ονομάζονται μέθοδοι πολλαπλής μέτρησης. Οι μέθοδοι αυτοί είναι μέθοδοι σταθερής κατάστασης. Οι πλέον ακριβείς μέθοδοι απαιτούν ωριαίες μετρήσεις όλων των κλιματικών μεγεθών καθώς και ωριαίες εκτιμήσεις των εσωτερικών φορτίων ενός κτιρίου (ανθρώπων, φωτισμού κλπ.), και ονομάζονται λεπτομερείς μέθοδοι προσομοίωσης ή δυναμικές μέθοδοι. Το χρονικό βήμα υπολογισμών στις μεθόδους αυτές είναι συνήθως μία ώρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις μερικοί υπολογισμοί γίνονται σε μικρότερα χρονικά βήματα. Στην παρούσα εργασία θα παρουσιασθούν οι μέθοδοι απλής μέτρησης και ιδιαίτερα οι μέθοδοι βαθμοημερών, εφόσον το αντικείμενο της εργασίας είναι η εκτίμηση θερμοκρασιών δεδομένων για μία από τις παραλλαγές της μεθόδου βαθμοημερών, δηλαδή για τη μέθοδο βαθμοημερών με μεταβλητή βάση ανά 4ωρο. 2.3 Μέθοδοι απλής μέτρησης Οι μέθοδοι απλής μέτρησης συνήθως εφαρμόζονται για την εκτίμηση της κατανάλωσης ενέργειας συστημάτων θέρμανσης και κλιματισμού σε κατοικίες. Η ασφαλέστερη μέθοδος εκτίμησης για το μέλλον είναι οι καταγραφές ενεργειακής κατανάλωσης από τα παρελθόντα έτη. Επειδή όμως οι μετρήσεις αυτές σπάνια υπάρχουν, πρέπει να ληφθούν στοιχεία από παρόμοιες κατοικίες. Η διαδικασία αυτή απαιτεί προσοχή γιατί οι συνήθειες και οι ενεργειακές συμπεριφορές διαφέρουν από κατοικία σε κατοικία, και σε πολλές περιπτώσεις δύο τελείως όμοιες κατοικίες μπορεί να παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές στη χρήση ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση τα θερμικά και ψυκτικά φορτία σχεδιασμού, τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του κτιρίου και οι εσωτερικές πηγές ενέργειας είναι οι καθοριστικοί παράγοντες για τον υπολογισμό των απαιτήσεων. Η βασική μέθοδος των βαθμοημερών και οι παραλλαγές της είναι οι απλούστερες μέθοδοι ενεργειακής ανάλυσης σε κτίρια και εφαρμόζονται σε περιπτώσεις, στις οποίες η χρήση του κτιρίου και ο βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης θέρμανσης και κλιματισμού 5

θεωρούνται σταθεροί. Αν και στην εποχή μας υπάρχουν διαθέσιμα προγράμματα τα οποία υπολογίζουν γρήγορα και αξιόπιστα την κατανάλωση ενέργειας ενός κτιρίου, οι μέθοδοι των βαθμοημερών παραμένουν ακόμη πολύτιμα εργαλεία και δεν έχουν χάσει τη σπουδαιότητά τους. Οι βαθμοημέρες μιας περιοχής είναι ένας δείκτης για το πόσο δριμύ είναι ένα το κλίμα της. Επίσης, οι μέθοδοι των βαθμοημερών δίνουν απλά και γρήγορα μία εκτίμηση των ετήσιων αναγκών σε ενέργεια, η οποία μπορεί να είναι ακριβής όταν η εσωτερική θερμοκρασία και οι εσωτερικές πηγές ενέργειας είναι σταθερές, και το σύστημα θέρμανσης ή κλιματισμού λειτουργεί για όλη τη χειμερινή ή θερινή περίοδο. 2.4 Η κλασική μέθοδος βαθμοημερών (degree day method) Η κλασική μέθοδος των βαθμοημερών για την εκτίμηση των θερμικών ενεργειακών απαιτήσεων βασίζεται στην υπόθεση ότι σε μακρές χρονικές περιόδους τα ηλιακά θερμικά κέρδη καθώς και τα εσωτερικά φορτία ενός κτιρίου αντισταθμίζουν τις θερμικές του απώλειες όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι 18.3 C ή υψηλότερη. Επίσης ότι η κατανάλωση της ενέργειας είναι ανάλογη της διαφοράς ανάμεσα στη μέση εξωτερική θερμοκρασία και στους 18.3 C. Αυτή η βασική υπόθεση εκφράζεται μαθηματικά σε μια εξίσωση, στην οποία η κατανάλωση ενέργειας σε μια χρονική περίοδο είναι ανάλογη του αριθμού των βαθμοημερών, που αντιστοιχούν στην χρονική αυτή περίοδο. Η εξίσωση αυτή, αφού πέρασε από διάφορα στάδια βελτίωσης, πήρε τη μορφή: Q h 24. Q. DD. C D k. H ( t t ) i a (2.1) Όπου: Q h = η κατανάλωση ενέργειας ή καυσίμου στην περίοδο υπολογισμού, kj.. Q = τα θερμικά φορτία σχεδιασμού (περιλαμβάνεται και ο αερισμός), W. DD=ο αριθμός των βαθμοημερών πάνω από τους 18.3 C, για την περίοδο υπολογισμού. t i = η εσωτερική θερμοκρασία σχεδιασμού κτιρίου C. t α =η μέση ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία της περιοχής στην οποία βρίσκεται το κτίριο C k = συντελεστής διόρθωσης ο οποίος λαμβάνει υπόψη την απόδοση σε μερικό φορτίο, την υπερδιαστασιολόγηση των συσκευών και τις συσκευές εξοικονόμησης ενέργειας. H = η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου (σε μονάδες συμβατές μ αυτές της Q h ) C D = συντελεστής διόρθωσης ο οποίος λαμβάνει υπόψη το λάθος από τη χρήση βαθμοημερών με βάση τους 18.3 C. 6

Ο αριθμός των βαθμοημερών για την χρονική περίοδο θέρμανσης υπολογίζεται από τη σχέση: όπου: t = η θερμοκρασία των 18.3 C. DD ( t) 1day x (t-t ) h t o = η μέση ημερήσια θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος, C. DD h = οι βαθμοημέρες θέρμανσης με βάση τους 18.3 C, Kdays. days Στην εξίσωση 2.1 τα θερμικά φορτία σχεδιασμού o (2.2) Q είναι τα μέγιστα θερμικά φορτία του κτιρίου, μαζί με τον αερισμό. Οι τυπικές τιμές ανανέωσης του αέρα σε κατοικίες είναι από 0.5 ως 1.0 αλλαγές την ώρα. Η θερμοκρασία σχεδιασμού του εξωτερικού περιβάλλοντος tα είναι η μέση ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία όπως ορίζεται στον κανονισμό θερμομόνωσης κτιρίων. Ο συντελεστής διόρθωσης k ή συνολικός συντελεστής απόδοσης του συστήματος θέρμανσης κυμαίνεται από 0.6 σε παλιές κατοικίες ως 0.9 σε νεότερες. Για ηλεκτρικές θερμάνσεις η τιμή του k είναι 1.0. Ο συντελεστής κ περιλαμβάνει το βαθμό απόδοσης του λέβητα, το βαθμό απόδοσης τους συστήματος διανομής της θερμότητας και τον συντελεστή απόδοσης στασιμότητας δηλαδή την επίδραση της υπερδιαστασιολόγησης στην απόδοση του λέβητα. Βαθμοημέρες με βάση τους 18 C υπάρχουν δημοσιευμένες στην ελληνική βιβλιογραφία. Τα εσωτερικά φορτία όμως των κτιρίων έχουν αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, λόγω κυρίως της εξάπλωσης στην χρήση των ηλεκτρικών συσκευών και της μεγαλύτερης χρήσης των φώτων, και συνεισφέρουν όλο και περισσότερο στις θερμικές απαιτήσεις. Επίσης η χρήση όλο και πιο στεγανών εξωτερικών ανοιγμάτων, η εφαρμογή της θερμομόνωσης και διαφόρων παθητικών ηλιακών συστημάτων καθώς και η ρύθμιση του θερμοστάτη σε χαμηλότερα επίπεδα από ότι στο παρελθόν, έχουν ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία των 18.3 C για την αντιστάθμιση των θερμικών απωλειών από τις εσωτερικές πηγές ενέργειας και τα ηλιακά φορτία να θεωρείται υψηλή. Ο συντελεστής διόρθωσης C D διορθώνει ως ένα βαθμό το λάθος από τη χρήση βαθμοημερών με βάση τους 18.3 C. Η απλότητα τα μεθόδου είναι ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματά της, ιδιαίτερα όταν πρέπει να εξαχθούν γρήγορα συμπεράσματα. Η εμπειρία όμως από τη χρήση της και οι συγκρίσεις με πραγματικές μετρήσεις κατανάλωσης ενέργειας σε κτίρια έδειξαν ότι η μέθοδος δεν δίνει την απαραίτητη ακρίβεια, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις κτιρίων, όπου τα εσωτερικά και ηλιακά θερμικά κέρδη αποτελούν ένα σημαντικό ποσοστό των θερμικών απωλειών του κτιρίου. Οι κυριότερες αιτίες για αυτό είναι ότι η μέθοδος αγνοεί πολλά σημαντικά στοιχεία, τα οποία επηρεάζουν άμεσα την ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, και την κατανάλωση του συστήματος θέρμανσης ή κλιματισμού. Τα σημαντικότερα από αυτά τα στοιχεία είναι: - Κλιματολογικά δεδομένα, καθώς δεν λαμβάνονται υπόψη η υγρασία και η ηλιακή ακτινοβολία. - Λειτουργικά χαρακτηριστικά, καθώς δεν λαμβάνονται υπόψη το πλήρες και το μερικό φορτίο. - Εσωτερικές πηγές ενέργειας, καθώς δεν λαμβάνονται υπόψη με ακρίβεια η θερμότητα από άτομα, συσκευές, φώτα, κλπ.. 7

Μεγαλύτερη ακρίβεια στην πρόβλεψη της ενεργειακής κατανάλωσης σε ένα κτίριο κατοικιών επιτυγχάνεται με τη μέθοδο βαθμοημερών μεταβλητής βάσης. Η μέθοδος αυτή αναπτύχθηκε όταν παρατηρήθηκε ότι η κατανάλωση ενέργειας σε ένα κτίριο προσεγγίζεται καλύτερα εάν χρησιμοποιηθούν βαθμοημέρες με άλλη βάση από αυτή των 18.3 C. 2.5 Η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης (variable base degree day method) Η μέθοδος των βαθμοημερών μεταβλητής βάσης είναι μια γενίκευση της κλασικής μεθόδου των βαθμοημερών. Διατηρεί τη γενική ιδέα των βαθμοημερών αλλά ο υπολογισμός τους στην περίπτωση αυτή γίνεται με βάση τη θερμοκρασία ισορροπίας (balance point temperature), η οποία ορίζεται ως η θερμοκρασία εκείνη του κτιρίου το οποίο δεν χρειάζεται ούτε ψύξη ούτε θέρμανση. Η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για τον υπολογισμό των ενεργειακών απαιτήσεων για θέρμανση, αλλά υπάρχουν παραλλαγές της μεθόδου οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της απαραίτητης ενέργειας για την ψύξη του κτιρίου. 2.5.1 Υπολογισμός της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση Η θερμοκρασία ισορροπίας του κτιρίου t bal, ορίζεται ως η θερμοκρασία εκείνη του εξωτερικού περιβάλλοντος t o, στην οποία για τη δεδομένη εσωτερική θερμοκρασία του κτιρίου t i, οι συνολικές θερμικές απώλειες είναι ίσες με τα θερμικά κέρδη από τον ήλιο, τους ανθρώπους, τα φώτα και τις συσκευές. K tot ( t i t ) Q bal gain (2.3) όπου K tot είναι ο συνολικός συντελεστής θερμικών απωλειών του κτιρίου, σε W/K. Η θερμοκρασία ισορροπίας t bal του κτιρίου είναι: t bal t i Q K gain tot (2.4) όπου: Q gain t i = τα συνολικά θερμικά κέρδη του κτιρίου (από ήλιο, ανθρώπους, φώτα και συσκευές),w. = η εσωτερική θερμοκρασία σχεδιασμού, C. Θέρμανση απαιτείται όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος t o πέσει κάτω από τη θερμοκρασία ισορροπίας t bal. Ο ρυθμός κατανάλωσης ενέργειας του κτιρίου είναι: 8

(2.5) Q Ktot h [ tba l t o ( )] h όταν t o < t bal όπου τ είναι ο χρόνος και n h είναι ο βαθμός απόδοσης του συστήματος θέρμανσης, ο οποίος εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας (σταθερές ή μεταβαλλόμενες), από το μέγεθος και την ποιότητα κατασκευής της εγκατάστασης, από διακοπές λειτουργίας, από τη χρήση συσκευών εξοικονόμησης ενέργεια ς και από άλλους παράγοντες. Εάν θεωρηθεί ότι τα μεγέθη n h, t bal και K tot είναι σταθερά τότε η μηνιαία ενεργειακή κατανάλωση για τη θέρμανση του κτιρίου μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση: K Q tot h, mo [ tbal to( )] h d (2.6) όπου το θετικό σύμβολο (+) σημαίνει ότι λαμβάνονται υπόψη μόνο οι θετικές τιμές. Το ολοκλήρωμα της θερμοκρασιακής διαφοράς μπορεί να προσεγγισθεί από ένα άθροισμα θερμοκρασιακών διαφορών σε μικρά χρονικά βήματα (ημερήσια ή ωριαία), και το αποτέλεσμα είναι οι βαθμοημέρες με βάση τη θερμοκρασία t bal. Εάν ο υπολογισμός γίνει με τη μέση ημερήσια θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος,οι βαθμοημέρες θέρμανσης δίνονται από τη σχέση: t ο DD ( t h bal ) 1day ( t t ) days Οι βαθμοημέρες (σε Kdays) ως συνάρτηση της t bal είναι ένας δείκτης της επίδρασης της εσωτερικής θερμοκρασίας του κτιρίου t i, των θερμικών κερδών από τις εσωτερικές πηγές ενέργειας και του συντελεστή Κ tot. Ο υπολογισμός μπορεί να γίνει και με τη μέση ωριαία θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος t ο,σύμφωνα με τη σχέση: bal o (2.7) 1day DDh ( tbal ) 1h ( tbal to 24h hours ) (2.8) Ο υπολογισμός με βάση τη μέση ωριαία θερμοκρασία δίνει συνήθως μεγαλύτερες αριθμητικά τιμές. Εκτός από τον υπολογισμό με βάση τη μέγιστη ημερήσια θερμοκρασία ή τη μέση ωριαία θερμοκρασία οι βαθμοημέρες μπορούν να υπολογιστούν και με βάση τη μέση τιμή της μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας της ημέρας. Οι διαφορετικοί τρόποι υπολογισμού εξηγούν και τις διαφορές που παρατηρούνται στις τιμές που δίνονται από διάφορες πηγές. Μετά τον υπολογισμό της θερμοκρασίας ισορροπίας t bal και των βαθμοημερών με βάση την t bal, η μηνιαία ενεργειακή κατανάλωση για τη θέρμανση του κτιρίου δίνεται από τη σχέση: Q K tot DDh ( t 9 h, mo bal h )

(2.9) Η ετήσια ενεργειακή κατανάλωση για θέρμανση υπολογίζεται αθροίζοντας τις μηνιαίες καταναλώσεις: όπου j ο αριθμός των μηνών της χειμερινής περιόδου. Q h, yr j m 1 Q h, mo (2.10) Η μέθοδος των βαθμοημερών με μεταβλητή βάση έχει πολύ μεγάλη ευελιξία, εφόσον η ενεργειακή κατανάλωση μπορεί να υπολογισθεί για οποιαδήποτε χρονική περίοδο, από ένα μήνα έως τη συνολική περίοδο θέρμανσης. Η ακρίβεια της μεθόδου εξαρτάται από την ακριβή εκτίμηση των εσωτερικών πηγών ενέργειας του κτιρίου και των ηλιακών κερδών στην περίοδο υπολογισμού. Δεδομένου ότι η θερμική αδράνεια του κτιρίου παίζει σημαντικό ρόλο στην αξιοποίηση της ενέργειας από τον ήλιο και τις εσωτερικές πηγές ενέργειας, η μέθοδος πρέπει να χρησιμοποιείται κυρίως σε περιπτώσεις κτιρίων με ικανοποιητική θερμική αδράνεια. Επίσης δεν ενδείκνυται η εφαρμογή της μεθόδου σε παθητικά ηλιακά κτίρια, στα οποία ένα μεγάλο ποσοστό των θερμικών απωλειών καλύπτεται από την ηλιακή ακτινοβολία. Η εκτίμηση της κατανάλωσης ενέργειας με τις μεθόδους των βαθμοημερών εφαρμόζεται κυρίως σε κτίρια κατοικιών με συμβατικά συστήματα θέρμανσης. Σε συστήματα με αντλίες θερμότητας εφαρμόζονται άλλες μέθοδοι, στις οποίες λαμβάνεται υπόψη η μεταβολή του βαθμού απόδοσης της αντλίας θερμότητας σε σχέση με το φορτίο. Επίσης δεν ενδείκνυται η εφαρμογή της σε μεγάλα κτίρια με μεγάλες διακυμάνσεις των εσωτερικών φορτίων και με περιοδική λειτουργία των συστημάτων θέρμανσης (κτίρια γραφείων, εμπορικά κτίρια, κτίρια υπηρεσιών). Τόσο η κλασσική μέθοδος των βαθμοημερών, όσο και η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης απαιτούν τη γνώση διαφόρων μεγεθών του κτιρίου προκειμένου να εφαρμοσθούν με ακρίβεια. Επίσης πρέπει να είναι γνωστός ο αριθμός των βαθμοημερών με βάση οποιαδήποτε θερμοκρασία, εφόσον οι εσωτερικές πηγές ενέργειας και η ηλιακή ακτινοβολία μπορούν να οδηγήσουν σε οποιαδήποτε θερμοκρασία ισορροπίας t bal. Στη συνέχεια δίνεται μια ανάλυση αυτών των παραγόντων, οι οποίοι επιδρούν στον υπολογισμό της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση σε κτίρια κατοικιών καθώς και διάφορα ενεργειακά μεγέθη για την εφαρμογή των μεθόδων. 10

2.5.2 Υπολογισμός συνολικού συντελεστή θερμικών απωλειών Ο συνολικός συντελεστής θερμικών απωλειών του κτιρίου K tot μπορεί να ορισθεί με δύο τρόπους ανάλογα με την θεώρηση των θερμικών απωλειών του κτιρίου προς το έδαφος. 1) Εάν οι θερμικές απώλειες προς το έδαφος ενσωματωθούν στον K tot, ο συντελεστής ορίζεται ως: Ktot Kcond c V p U k AK U gnd Agnd c p V 1 Όπου: K tot : ο συντελεστής θερμικών απωλειών, W/K U : W/m 2 k ο συντελεστής θερμοπερατότητας του δομικού στοιχείου, K U δαπέδου, W/m 2 gnd : ο συντελεστής θερμοπερατότητας του K A χείου, m 2 k : η επιφάνεια του δομικού στοι ρ: η πυκνότητα του αέρα, kg/m C p : η ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα, KJ/KgK V: ο ρυθμός ανανέωσης του αέρα κτιρίου, m 3 /sec 3 k (2.11) Στην περίπτωση αυτή η θερμοκρασία ισορροπίας του κτιρίου είναι: Όπου: t bal1 Q t i occ Q lit Q K tot1 equ Q sol (2.12) Q. occ : το μέσο αισθητό θερμικό κέρδος από ανθρώπους, W Q. lit : Q. equ : το μέσο θερμικό κέρδος από φωτισμό, W το μέσο θερμικό κέρδος από συσκευές, W Q. sol :. Q gnd το μέσο θερμικό κέρδος από τον ήλιο, W : οι μέσες θερμικές απώλειες προς το έδαφος, W 11

2) Εάν οι θερμικές απώλειες προς το έδαφος δεν ενσωματωθούν στον συνολικό συντελεστή θερμικών απωλειών του κτιρίου, ο συντελεστής ορίζεται ως: K tot 2 K cond c V p k U k A K c V p (2.13) Όπου: K tot : ο συντελεστής θερμικών απωλειών, W/K U δομικού στοιχείου, W/m 2 k : ο συντελεστής θερμοπερατότητας του K A χείου, m 2 k : η επιφάνεια του δομικού στοι ρ: η πυκνότητα του αέρα, kg/m 3 C p : η ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα, KJ/KgK V: ο ρυθμός ανανέωσης του αέρα κτιρίου, m 3 /sec Στην περίπτωση αυτή η θερμοκρασία ισορροπίας του κτιρίου είναι: t bal 2 Q t i occ Q lit Q K tot 2 equ Q sol (2.14) Οι μέσες θερμικές απώλειες προς το έδαφος μπορούν να υπολογισθούν από τη σχέση: Q gnd U gnd A gnd ( t tav ) i (2.15) Όπου: t αν η μέση μηνιαία θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα. Ανάλογα με τη περίπτωση 2 μπορούν να αντιμετωπισθούν και οι περιπτώσεις όπου: - το δάπεδο του κτιρίου δεν εφάπτεται στο έδαφος αλλά επικοινωνεί με θερμαινόμενο ή μη θερμαινόμενο υπόγειο, οπότε η θερμοκρασία αντικαθίσταται από τη μέση θερμοκρασία του υπογείου χώρου. - τμήμα του κτιρίου επικοινωνεί με θερμαινόμενο ή μη θερμαινόμενο κτίριο που εφάπτεται, οπότε η θερμοκρασία αντικαθίσταται από τη μέση θερμοκρασία του εφαπτόμενου κτιρίου. 2.5.3 Εσωτερικά θερμικά κέρδη σε κτίρια κατοικιών Τα εσωτερικά θερμικά κέρδη προέρχονται από τους ενοίκους, από τις διάφορες ηλεκτρικές συσκευές και από τον φωτισμό της κατοικίας. Τα θερμικά αυτά φορτία στις κατοικίες προέρχονται από τις δραστηριότητες και τις ασχολίες των ενοίκων, οι οποίες επηρεάζουν την ενεργειακή κατανάλωση και επομένως επιδρούν στο ενεργειακό ισοζύγιο των κατοικιών. Οι δραστηριότητες αυτές διακρίνονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: 12

1) σε δραστηριότητες που αφορούν σε πρόσδωση ενέργειας στην κατοικία με έμμεσο τρόπο π.χ. η ρύθμιση του εσωκλίματος του κτιρίου με ένα θερμοστάτη ή το άνοιγμα των παραθύρων για αερισμό και 2) σε δραστηριότητες που αφορούν σε πρόσδωση ενέργειας με άμεσο τρόπο και οι οποίες σχετίζονται με την παρουσία των ενοίκων στο κτίριο και με τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών και φωτισμού. Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει δραστηριότητες όπως είναι η μαγειρική, η χρήση τηλεόρασης, ψυγείου, πλυντηρίου, διαφόρων μικροσυσκευών, φωτισμού και η χρήση θερμού νερού για πλύση, λουτρό ή ντους. Η ενέργεια που καταναλώνεται εξαρτάται από το είδος των συσκευών και από το είδος της πρωταρχικής ενέργειας. Ένα μέρος αυτής της καταναλισκόμενης ενέργειας συμβάλλει στην αντιμετώπιση μέρους των απαιτήσεων θερμότητας του κτιρίου, ενώ κατά την θερινή περίοδο αποτελεί ένα εσωτερικό φορτίο, πολλές φορές σημαντικό, το οποίο πρέπει να απομακρυνθεί με τη συσκευή κλιματισμού. Τα στοιχεία προέρχονται από έρευνα στο Ηλιακό Χωριό 3. Οι απαραίτητες πληροφορίες για την έρευνα αντλήθηκαν από 158 οικογένειες του Ηλιακού Χωριού, οι οποίες ερωτήθηκαν με συνέντευξη και συμπλήρωσαν μία σειρά ερωτηματολογίων, κατά το έτος 1991. Με την στατιστική επεξεργασία των στοιχείων των ερωτηματολογίων προέκυψαν συμπεράσματα για: τις ημερήσιες κατανομές της παρουσίας διαφόρων τύπων οικογενειών στην κατοικία. για τις ημερήσιες κατανομές χρήσης διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών και για τις ημερήσιες κατανομές δραστηριοτήτων που παράγουν θερμικά κέρδη μέσα σε κατοικίες. Με τα στοιχεία της στατιστικής επεξεργασίας προέκυψε η αποδιδόμενη θερμότητα από ανθρώπους, από συσκευές και φωτισμό σε κατοικίες με διάφορους τύπους τυπικών οικογενειών. Ένα στοιχείο το οποίο είναι δύσκολο να εκτιμηθεί είναι οι ώρες λειτουργίας του φωτισμού σε μία κατοικία και το ποσοστό χρήσης των φωτιστικών σωμάτων. Το ποσοστό και η διάρκεια ανάμματος των φώτων εξαρτάται και από τη θέση της κατοικίας καθώς και από τη χρήση των διαφόρων χώρων της κατοικίας από τα μέλη της οικογένειας. Έτσι η χρήση των φώτων συνδέεται με την παρουσία των ενοίκων στο κτίριο, και με την εποχή του έτους. Ένα στοιχείο το οποίο είναι δύσκολο να εκτιμηθεί είναι οι ώρες λειτουργίας του φωτισμού σε μία κατοικία και το ποσοστό χρήσης των φωτιστικών σωμάτων. Το ποσοστό και η διάρκεια ανάμματος των φώτων εξαρτάται και από τη θέση της κατοικίας καθώς και από τη χρήση των διαφόρων χώρων της κατοικίας από τα μέλη της οικογένειας. Έτσι η χρήση των φώτων συνδέεται με την παρουσία των ενοίκων στο κτίριο, και με την εποχή του έτους. Για την εκτίμηση των εσωτερικών φορτίων θεωρήθηκε ότι μία τυπική ελληνική οικογένεια αποτελείται από 4 μέλη, δύο γονείς και δύο παιδιά, και ότι μπορεί να διακριθεί σε δύο τύπους. Στον πρώτο τύπο οικογένειας (τύπος I) η μητέρα ασχολείται με τα οικιακά, επομένως είναι συνήθως τις πρωινές ώρες στην κατοικία και ασχολείται με διάφορες δραστηριότητες οι οποίες προκαλούν θερμικά κέρδη. Στον δεύτερο τύπο οικογένειας (τύπος ΙΙ) η μητέρα είναι εργαζόμενη, επομένως οι δραστηριότητες αυτές γίνονται κατά τις απογευματινές ώρες. 13

(kw) 3 2.5 2 1.5 Φορτίο φωτισμού Λανθάνον φορτίο συσκευών Αισθητό φορτίο συσκευών Λανθάνον φορτίο ατόμων Αισθητό φορτίο ατόμων 1 0.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ΩΡΕΣ Εικόνα 1 Αποδιδόμενη θερμότητα (kw) σε κατοικία με οικογένεια τύπου Ι [15] (kw) 3 2.5 2 1.5 Φορτίο φωτισμού Λανθάνον φορτίο συσκευών Αισθητό φορτίο συσκευών Λανθάνον φορτίο ατόμων Αισθητό φορτίο ατόμων 1 0.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ΩΡΕΣ Εικόνα 2 Αποδιδόμενη θερμότητα (kw) σε κατοικία με οικογένεια τύπου IΙ [15] Τα διαγράμματα αναφέρονται στη θερινή περίοδο και η χρήση του φωτισμού περιορίζεται στις μετά τις μμ. ώρες. Η αποδιδόμενη θερμότητα από ανθρώπους είναι 4600 Wh η αισθητή και 3650 Wh η λανθάνουσα. Η αποδιδόμενη θερμότητα από συσκευές είναι 10450 Wh η αισθητή και 3100 Wh η λανθάνουσα. Για τον φωτισμό μπορεί να θεωρηθεί ότι η αποδιδόμενη θερμότητα είναι 4000 Wh κατά τη θερινή περίοδο και από 8000Wh έως 12000Wh κατά τη χειμερινή περίοδο, για μία κατοικία εμβαδού 125 m 2. 14

Πινάκας 2.1: Μέσο αισθητό και λανθάνον κέρδος (W) από εσωτερικές πηγές, σε μια κατοικία Οι τιμές του πίνακα 2.1 προκύπτουν από την συνολική ημερήσια πρόσδωση θερμότητας στην κατοικία και αποτελούν τη μέση τιμή του συνολικού θερμικού κέρδους κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου. 2.5.4 Ηλιακά κέρδη σε κτίρια κατοικιών Τα ηλιακά κέρδη σε ένα κτίριο αποτελούνται από την ηλιακή ακτινοβολία, η οποία εισέρχεται άμεσα μέσα από τις διαφανείς επιφάνειες (θύρες, παράθυρα) και από την ηλιακή ακτινοβολία, η οποία προσπίπτει στις αδιαφανείς εξωτερικές επιφάνειες (τοίχους, δοκούς υποστυλώματα, δώματα κλπ), αποθηκεύεται και αποδίδεται με κάποια χρονική υστέρηση στο εσωτερικό του κτιρίου. Τα θερμικά κέρδη μέσα από τις αδιαφανείς επιφάνειες συνήθως δε λαμβάνονται υπόψη στις μεθόδους απλής μέτρησης της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση, λόγω της μικρής συνεισφορά τους στο θερμικό ισοζύγιο του κτιρίου κατά τη χειμερινή περίοδο. Αντίθετα τα άμεσα ηλιακά κέρδη μέσα από τις διαφανείς επιφάνειες αποτελούν συνήθως ένα σημαντικό θερμικό κέρδος, το όποιο πρέπει να συνυπολογισθεί στα θερμικά κέρδη του κτιρίου. Η ASHRAE έχει αναπτύξει μία μέθοδο για την εκτίμηση των ηλιακών θερμικών κερδών μέσα από διαφανείς επιφάνειες σε κτίρια, η οποία βασίζεται σε ένα μέγεθος αναφοράς. Το μέγεθος αναφοράς, το οποίο ονομάζεται συντελεστής θερμικού ηλιακού κέρδους (SHGF-solar heat gain factor) είναι το ηλιακό θερμικό κέρδος σε W/m 2 μέσα από ένα απλό υαλοπίνακα πάχους 3 mm, και υπολογίζεται για μία χαρακτηριστική μέρα κάθε μήνα, σε 17 διαφορετικούς προσανατολισμούς και για γεωγραφικό πλάτος 0 N έως 64 N (Βόρειο). Για να είναι δυνατός ο υπολογισμός των ηλιακών κερδών μέσα από διαφορετικούς τύπους υαλοπινάκων με διάφορες διατάξεις σκίασης, χρησιμοποιείται ο συντελεστής σκίασης (SC-shading coefficient). Ο συντελεστής σκίασης συσχετίζει το ηλιακό θερμικό κέρδος μέσα από ένα συγκεκριμένο υαλοπίνακα με συγκεκριμένες διατάξεις σκίασης με το ηλιακό θερμικό κέρδος μέσα από τον υαλοπίνακα αναφοράς. Ο συντελεστής σκίασης ορίζεται ως εξής:..... SC...... Στον υπολογισμό των ηλιακών κερδών μέσα από ανοίγματα διακρίνονται δύο περιπτώσεις: α) Ανοίγματα με εσωτερικές διατάξεις σκίασης και β) Ανοίγματα χωρίς εσωτερικές διατάξεις σκίασης. Η διάκριση αυτή βέβαια έχει ιδιαίτερη σημασία μόνο σε ένα ώρα προς ώρα υπολογισμό των θερμικών κερδών όπου απαιτείται ο υπολογισμός της 15

χρονικής υστέρησης στην εμφάνιση του ψυκτικού φορτίου. Για παράδειγμα υπάρχει διαφορά ανάμεσα στην περίπτωση όπου η ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται από τις διατάξεις σκίασης και στην συνέχεια αποδίδεται στο χώρο, και στην περίπτωση όπου η ακτινοβολία απορροφάται αρχικά από το δάπεδο του χώρου. Για τον υπολογισμό του ημερήσιου θερμικού κέρδους από την ακτινοβολία δεν υπάρχει διαφορά ανάμεσα στις δύο περιπτώσεις ούτε ανάμεσα στις διαφορές κατηγορίες κατασκευής του χώρου, εφόσον η ηλιακή ακτινοβολία η οποία εισέρχεται στο χώρο κατά τη διάρκεια της ημέρας αποδίδεται εξ ολοκλήρου στον χώρο ανεξάρτητα από τις διατάξεις σκίασης ή τον τύπο κατασκευής του χώρου. Η εκτίμηση των ηλιακών θερμικών κερδών μέσα από διαφανείς επιφάνειες σε κτίρια σύμφωνα με τη μέθοδο της ASHRAE γίνεται από τη σχέση: Q sol A, day g SC SF G shade C N PPSS 24 i 1 SHGF i (2.18) όπου: sol day : το ημερήσιο ηλιακό θερμικό κέρδος μέσα από διαφανείς επιφάνειες, Wh. Α g : η επιφάνεια των ανοιγμάτων, m 2 Q, SC: ο συντελεστής σκίασης. SF: ο συντελεστής σκίασης από υγρασία στις επιφάνειες υαλοπινάκων και λόγω πλαισίου. G shade : ο συντελεστής σκίασης από εξωτερικές διαστάσεις. C N : ο δείκτης αιθριότητας της περιοχής. PPSS: η πιθανή ηλιοφάνεια του μήνα. SHGF: το ηλιακό θερμικό κέρδος για την ώρα i της ημέρας στον αντίστοιχο προσανατολισμό. Το μέσο ημερήσιο θερμικό κέρδος από τον ήλιο σε (W) είναι:,day Q Q sol sol 24 (2.19) Με βάση την θερμοκρασία ισορροπίας επιλέγουμε τις βαθμοημέρες βάσης για την περιοχή του κτιρίου, ανά μήνα και τέλος υπολογίζεται η συνολική κατανάλωση ενέργειας της κατοικίας για θέρμανση ανά μήνα και ανά έτος. Q K DDh( t tot h, mo bal h Q h, year Qh, Εάν διαιρέσουμε με τα m 2 της κατοικίας προκύπτει η ενεργειακή απαίτηση για θέρμανση σε KWh/m 2, ή διαιρώντας με την θερμογόνο δύναμη του καυσίμου υπολογίζεται η κατανάλωση σε λίτρα. mo ) Πίνακας 2.2: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με διπλούς υαλοπίνακες (W/m 2 επιφάνειας υαλοπίνακα). Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. 16

Πίνακας 2.3: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με διπλούς υαλοπίνακες (W/m 2 επιφάνειας υαλοπίνακα). Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. Πίνακας 2.4: Κλιματολογικές ζώνες της Ελλάδας σε σχέση με τις μέσες τιμές ηλιοφάνειας Πίνακας 2.5: Μέσες τιμές ηλιοφάνειας σε 6 κλιματολογικές ζώνες της Ελλάδας 17

2.5.5 Συνολικά θερμικά κέρδη σε κτίρια κατοικιών Για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας ισορροπίας t bal σε ένα κτίριο, τα συνολικά θερμικά κέρδη υπολογίζονται ως: Q g ain Qocc, sen Qequ, sen Q lit Q sol (2.20) Τα λανθάνοντα φορτία δεν λαμβάνονται υπόψη για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ενέργειας για θέρμανση, δεδομένου ότι στις κατοικίες δεν υπάρχει συνήθως έλεγχος της υγρασίας. Έτσι όλοι οι όροι της εξίσωσης (2.20) μπορούν να εκτιμηθούν με ικανοποιητική ακρίβεια για μια μέση κατοικία. 2.5.6. Βαθμός απόδοσης του συστήματος θέρμανσης Ο βαθμός απόδοσης του συστήματος θέρμανσης εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας (σταθερές ή μεταβαλλόμενες), από το μέγεθος και την ποιότητα κατασκευής της εγκατάστασης, από τις διακοπές λειτουργίας, από τη χρήση συσκευών εξοικονόμησης ενέργειας και από άλλους παράγοντες. Για λέβητες συνήθως λαμβάνεται σταθερός και ίσος με 0.85. 2.6 Η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης ανά 4ωρο Η μέθοδος βαθμοημερών μεταβλητής βάσης ανά 4ωρο για την περίοδο θέρμανσης, στηρίζεται ακριβώς στην ίδια θεωρία που αναπτύχθηκε στις προηγούμενες παραγράφους. Η διαφορά έγκειται στο ότι ο υπολογισμός της θερμοκρασίας ισορροπίας του κτιρίου γίνεται ανά 4ωρο βάσει των σχέσεων (2.12) και (2.14). Αυτό σημαίνει ότι και τα θερμικά κέρδη του κτιρίου που μελετάται πρέπει να υπολογίζεται ανά 4ωρο. Επίσης, για τον υπολογισμό των ενεργειακών απαιτήσεων του κτιρίου, πρέπει να υπάρχουν διαθέσιμες βαθμοημέρες θέρμανσης ανά 4ωρο. Ο υπολογισμός γίνεται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που περιγράφηκε στην παράγραφο 2.5.1, αλλά στη σχέση (2.8) το άθροισμα ( t bal t o ) δεν υπολογίζεται για όλο το 24ωρο αλλά για κάθε 4ωρο της ημέρας ξεχωριστά. hours Επομένως πρέπει να υπάρχουν διαθέσιμες ωριαίες τιμές της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου για μακρές χρονικές περιόδους και με στατιστική επεξεργασία να υπολογίζονται οι αντίστοιχες βαθμοημέρες θέρμανσης. Τα 4ωρα για τα 18

οποία γίνεται η στατιστική επεξεργασία της εξωτερικής θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου και ο υπολογισμός των βαθμοημερών θέρμανσης είναι: 01:00-, 05:00-, 09:00-, 13:00-, 17:00- και 21:00-24:00. Πίνακας 2.6: Μέσο αισθητό και λανθάνον κέρδος (W) ανά 4ωρο από εσωτερικές πηγές ενέργειας σε μια κατοικία για οικογένεια τύπου Ι ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΤΥΠΟΥ Ι (W) ΑΝΘΡΩΠΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΦΩΤΑ α 4ωρα ΑΙΣΘ. ΛΑΝΘ. ΑΙΣΘ. ΛΑΝΘ. ΑΙΣΘ.(Ψ) ΛΑΝΘ. 1:00-4:00 198 159 120 0 225-5:00-8:00 177 150 150 14 25-9:00-119 119 1348 750 0-13:00-168 134 253 0 0-17:00-238 153 433 14 0-21:00-24:00 258 201 305 0 750 - Μέση τιμή 193 152 435 130 167 - Πίνακας 2.7: Μέσο αισθητό και λανθάνον κέρδος (W) ανά 4ωρο από εσωτερικές πηγές ενέργειας σε μια κατοικία για οικογένεια τύπου ΙI ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΤΥΠΟΥ ΙI (W) ΑΝΘΡΩΠΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΦΩΤΑ α 4ωρα ΑΙΣΘ. ΛΑΝΘ. ΑΙΣΘ. ΛΑΝΘ. ΑΙΣΘ.(Ψ) ΛΑΝΘ. 1:00-4:00 198 159 120 0 225-5:00-8:00 157 130 150 50 25-9:00-50 50 348 0 0-13:00-118 90 253 0 0-17:00-231 149 1276 706 0-21:00-24:00 257 201 461 94 750 - Μέση τιμή 168 129 435 142 167 - α : οι τιμές είναι ενδεικτικές. Η κατανομή ανά 4ωρο πρέπει να γίνει ανάλογα με τη χρήση και την συνολική ισχύ των φώτων. Για άλλους τύπους κτιρίων, π.χ. κτίρια γραφείων, εμπορικά κτίρια πρέπει βάσει των ωριαίων κατανομών παρουσίας ατόμων, χρήσης συσκευών και φώτων, στη διάρκεια ενός 4ώρου και για την αντίστοιχη θερμική ισχύ, να υπολογισθούν τα μέσα αισθητά και λανθάνοντα κέρδη ανά 4ωρο. Για τον υπολογισμό του ημερήσιου ηλιακού θερμικού κέρδους ανά 4ωρο μέσα από διαφανείς επιφάνειες, χρησιμοποιείται η σχέση (2.18) με τη διαφορά ότι το άθροισμα του ηλιακού θερμικού κέρδους SHGF πρέπει να δίνεται ανά 4ωρο. i 24 i 1 19

Το μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος ανά 4ωρο μέσα από ανοίγματα με μονούς υαλοπίνακες, χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία, υπολογίσθηκε με την ίδια ακριβώς μεθοδολογία που περιγράφεται στην παράγραφο 2.5.4 (με τη διαφορά ότι οι υπολογισμοί έγιναν ανά 4ωρο) και δίνεται στους πίνακες 2.8 έως 2.31. Για ανοίγματα με διπλό υαλοπίνακα οι τομές των πινάκων πολλαπλασιάζονται με τον συντελεστή SC=0.88. Για άλλο τύπο υαλοπίνακα πρέπει να πολλαπλασιαστούν με τον αντίστοιχο συντελεστή SC. Πίνακας 2.8: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Ιανουάριο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ B BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ N ΟΡΙΖ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5:00-8:00 0.7 0.7 2.3 9.3 14.6 17.4 17.5 14.9 9.8 1.8 9:00-8.7 8.7 8.9 18.9 47.3 85.5 113.7 123.7 114.4 53.5 13:00-6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 8.2 24.7 58.8 90.8 37.9 17:00-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 21:00-24:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 16.3 16.3 18.0 35.0 68.7 111.0 155.9 197.4 215.1 93.2 Πίνακας 2.9: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Φεβρουάριο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ B BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ N ΟΡΙΖ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5:00-8:00 1.6 1.9 9.5 22.3 30.7 34.1 32.4 25.5 14.1 6.1 9:00-11.1 11.1 11.9 26.9 55.8 90.8 115.7 121.9 109.3 67.0 13:00-9.3 9.3 9.3 9.3 9.3 9.9 22.2 52.2 90.0 49.0 17:00-0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 1.8 0.5 21:00-24:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 22.3 22.5 31.0 58.7 96.0 135.0 170.5 199.8 215.3 122.5 Πίνακας 2.10: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Μάρτιο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΜΑΡΤΙΟΣ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ B BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, N ΟΡΙΖ 20

ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5:00-8:00 3.2 6.2 24.3 40.5 50.0 51.7 45.4 31.9 12.5 14.6 9:00-13.6 13.7 17.1 34.9 61.0 88.1 106.0 107.5 92.3 100.5 13:00-11.9 11.9 11.9 11.9 11.9 12.1 18.9 39.7 74.8 82.3 17:00-1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 2.9 3.5 21:00-24:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 29.8 32.9 54.4 88.4 124.0 153.0 171.4 180.1 182.5 200.8 Πίνακας 2.11: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Απρίλιο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΡΙΛΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ B BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ N ΟΡΙΖ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5:00-8:00 6.5 21.1 44.7 60.8 67.4 63.8 50.3 28.4 8.2 25.7 9:00-16.3 16.7 24.3 42.1 61.9 78.6 87.3 83.4 66.0 116.7 13:00-14.7 14.6 14.6 14.6 14.6 14.8 17.3 27.5 51.2 99.8 17:00-3.6 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.8 9.5 21:00-24:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 41.0 54.9 86.1 120.0 146.4 159.8 157.4 141.8 128.3 251.6 Πίνακας 2.12: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Μάιο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΑΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ B BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ N ΟΡΙΖ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5:00-8:00 12.0 34.8 58.2 72.0 75.0 66.6 48.1 21.8 7.8 34.6 9:00-18.2 19.8 30.8 46.8 61.2 70.3 72.0 63.7 46.5 124.9 13:00-16.9 16.5 16.5 16.5 16.5 16.8 17.5 22.0 35.5 109.3 17:00-8.5 3.9 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 4.0 15.5 21:00-24:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 55.6 75.1 109.3 139.1 156.5 157.5 141.4 111.3 93.8 284.3 Πίνακας 2.13: Μέσο μέγιστο ηλιακό κέρδος μέσα από ανοίγματα με μονό υαλοπίνακα (W/m 2 ), για τον Ιούνιο και χωρισμένο σε 6 ημερήσια 4ωρα. Χωρίς σκίαση και χωρίς ηλιακή προστασία. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΚΕΡΔΗ (W/m 2 ) ΧΩΡΙΣ ΣΚΙΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΗΛΙΑΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΙΟΥΝΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΜΟΝΟ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ BBA, BA, ABA, A, ANA, NA, NNA, B N ΟΡΙΖ ΒΒΔ ΒΔ ΔΒΔ Δ ΝΔ ΝΔ ΝΝΔ 1:00-4:00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 21