ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ

AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΕΛΕΝΗ ΤΣΕΛΕΚΤΣΙΔΟΥ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2014

Περίληψη Στη σημερινή εποχή, που η προστασία του περιβάλλοντος αναμφισβήτητα είναι απαραίτητη, η αξιολόγηση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων είναι ιδιαίτερα σημαντική. Βασικό μέλημα του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης των Κτιρίων (Κ.Εν.Α.Κ), ο οποίος τέθηκε σε ισχύ τον Απρίλιο του 2010, είναι ο Ενεργειακός Σχεδιασμός Κτιρίων προς την κατεύθυνση του περιορισμού της αλόγιστης ενεργειακής σπατάλης. Ένας από τους νεωτερισμούς του Κ.Εν.Α.Κ. ήταν η θεώρηση της εμφάνισης της δισδιάστατης ροής θερμότητας που μέχρι πρόσφατα δε λαμβάνονταν υπόψη κατά τον υπολογισμό των θερμικών απωλειών. Η δισδιάστατη ροή θερμότητας εμφανίζεται σε σημεία του κτιριακού κελύφους που παρουσιάζουν γεωμετρικές ή και κατασκευαστικές ιδιαιτερότητες, όπως είναι οι θέσεις δημιουργίας των θερμογεφυρών. Ο συνυπολογισμός όμως των θερμογεφυρών στη μελέτη ενεργειακής απόδοσης γέννησε ερωτήματα σχετικά με την επιρροή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αποτίμηση του τρόπου εκτίμησης και της επιρροής των θερμογεφυρών στο ενεργειακό ισοζύγιο διώροφων κατοικιών και για τις τέσσερις κλιματικές ζώνες που είναι πλέον χωρισμένη η Ελλάδα σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε να μελετηθούν τρία διώροφα κτίρια για δύο περιπτώσεις τοποθέτησης της θερμομονωτικής στρώσης στην οπτοπλινθοδομή, εξωτερικά και στον πυρήνα της. Επίσης, έγινε μία προσπάθεια να εξεταστούν οι παράγοντες που συμβάλλουν στην ανάπτυξη των θερμογεφυρών. Οι θερμογέφυρες εκτιμήθηκαν με την αναλυτική μεθοδολογία υπολογισμού σύμφωνα με την Τεχνική Οδηγία του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδος (Τ.Ο.Τ.Ε.Ε.) 20701-2/2010 Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτηρίων, ενώ οι τιμές των συντελεστών θερμοπερατότητας για τα επιμέρους δομικά στοιχεία λήφθηκαν ίσες με τις μέγιστες επιτρεπόμενες ανά κλιματική ζώνη όπως αναφέρονται στην τεχνική οδηγία. Κατόπιν πραγματοποιήθηκε η παραμετρική ανάλυση των εξεταζόμενων κτιρίων στο λογισμικό ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ ώστε να προσδιοριστεί η ενεργειακή τους απόδοση, οι ενεργειακές τους καταναλώσεις, καθώς και οι ενεργειακές τους απαιτήσεις. i

Στη συνέχεια έγινε στατιστική επεξεργασία όλων των παραπάνω αποτελεσμάτων και τα συμπεράσματα που προέκυψαν απ αυτήν αποδεικνύουν τη σπουδαιότητα του συνυπολογισμού των θερμογεφυρών στη μελέτη ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων και αναφέρονται στους παράγοντες που πιθανώς να ενισχύουν το μέγεθος των θερμογεφυρών. Επιπλέον, διερευνώνται πιθανοί τρόποι αντιμετώπισης του προβλήματος των θερμογεφυρών. ii

Abstract Nowadays, where the protection of the environment is undoubtedly necessary, the evaluation of the energy performance of buildings is particularly important. The main concern of the Regulation of the Energy Performance of Buildings (K.Eν.A.K), which came into force in April 2010, is the Building Energy Plan towards the limiting of the thoughtless energy wastage. One of the novelties of the K.Eν.A.K was the careful checking of the two-dimensional heat flow occurrence which of late has not been taken into account when estimating the thermal losses. The two-dimensional heat flow occurs in parts of the building envelope which display geometric or constructive specificities, such as the positions of where the thermal bridges are created. However, the aggregation of the thermal bridges with the study of energy performance gave rise to questions about their influence on the energy balance of buildings. The subject of this thesis is to assess the evaluation method and the influence that the thermal bridges have on the energy balance of two-storey buildings for all four climatic zones into which Greece is now separated under the K.Eν.A.K. For this purpose, what was selected to be studied were three two-storey buildings on two cases of heat insulating layer placement on the brickwork, externally and into its core. Additionally, an attempt was made to examine the factors that contribute to the development of the thermal bridges. The thermal bridges were estimated via the analytical calculation methodology according to the 20701-2 / 2010 Technical Directive of the Technical Chamber of Greece (T.O.T.E.E.) Thermophysical characteristics of building materials and control of buildings heat insulating adequacy, while the rates of the thermal transmittance coefficients for the individual components were equal to the maximum permitted rates per climate zone as referred to in the technical directive. Afterwards, the parametric analysis of the examined buildings was performed in the software called TEE-KENAK so as to determine their energy efficiency, their energy consumption and their energy requirements. Consequently, a statistical analysis of all the above results was performed and the conclusions drawn from it demonstrate the importance of the aggregation of the thermal bridges with the study of the energy performance of buildings and are referred to the factors that are likely to enhance the size of the thermal bridges. Furthermore, possible ways to address the issue of thermal bridges are studied. iii

Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε ως αναπόσπαστο στοιχείο για την ολοκλήρωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Προστασία Περιβάλλοντος και Βιώσιμη Ανάπτυξη του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Υπεύθυνη κατά την εκπόνηση της διπλωματικής ήταν η κα. Αικατερίνη Τσικαλουδάκη, επίκουρη καθηγήτρια του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ., ενώ τα υπόλοιπα δύο μέλη της εξεταστική επιτροπής ήταν ο κ. Θεόδωρος Θεοδοσίου, επίκουρος καθηγητής του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. και ο κ. Δημήτριος Μπίκας, καθηγητής του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ.. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η αποτίμηση του τρόπου εκτίμησης και της επιρροής των θερμογεφυρών στη θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους, καθώς και στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε να μελετηθούν τρία διώροφα κτίρια για δύο περιπτώσεις τοποθέτησης της θερμομονωτικής στρώσης στην τοιχοποιία, εξωτερικά και στον πυρήνα της, τα οποία τοποθετήθηκαν και στις τέσσερις κλιματικές ζώνες που είναι χωρισμένος ο ελλαδικό χώρος σύμφωνα με τον Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.Εν.Α.Κ.). Επιπλέον, έγινε μία προσπάθεια διερεύνησης των παραγόντων που οδηγούν στην εμφάνιση των θερμογεφυρών. Οι θερμογέφυρες εκτιμήθηκαν με την αναλυτική μεθοδολογία υπολογισμού σύμφωνα με την τεχνική οδηγία του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδος Τ.Ο.Τ.Ε.Ε 20701-2/2010 Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτηρίων, ενώ οι τιμές των συντελεστών θερμοπερατότητας για τα επιμέρους δομικά στοιχεία λήφθηκαν ίσες με τις μέγιστες επιτρεπόμενες ανά κλιματική ζώνη όπως αναφέρονται στην τεχνική οδηγία. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν αποδεικνύουν τη σπουδαιότητα του συνυπολογισμού των θερμογεφυρών στη μελέτη ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων που πραγματοποιείται πλέον σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ. και αναφέρονται στους παράγοντες που πιθανώς να ενισχύουν το μέγεθος των θερμογεφυρών. Επιπλέον, διερευνώνται πιθανοί τρόποι αντιμετώπισης του προβλήματος. iv

Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστώ θερμά την κα. Αικατερίνη Τσικαλουδάκη για τη δυνατότητα που μου έδωσε να εκπονήσω τη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία και κυρίως για την αδιάκοπη βοήθεια και τις πολύτιμες συμβουλές που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησής της. Χωρίς το ενδιαφέρον, την καθοδήγηση και τις παρατηρήσεις της δε θα ήταν εφικτή η περάτωσή της παρούσας μελέτης. Ακόμη, οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου για την υποστήριξη, τη συμπαράσταση και την υπομονή που έδειξαν κατά τη διάρκεια της προσπάθειάς μου αλλά και για όλα τα προηγούμενα χρόνια. Η εργασία είναι αφιερωμένη σ αυτούς. Καβάλα, Οκτώβριος 2014 v

Περιεχόμενα Περίληψη... Abstract... Πρόλογος. i iii iv Εισαγωγή. 1 Κεφάλαιο 1 Η θερμική συμπεριφορά του κτιρίου.. 4 1.1 Ο ενεργειακός σχεδιασμός των κτιρίων... 4 1.2 Θερμική άνεση. 5 1.3 Τρόποι μετάδοσης θερμότητας μέσα από το κτιριακό κέλυφος 6 1.4 Ισοζύγιο απωλειών και κερδών του κτιριακού κελύφους... 6 1.4.1 Οι θερμικές απώλειες του κτιρίου... 8 1.4.2 Τα θερμικά κέρδη του κτιρίου.. 8 1.5 Ο ρόλος της θερμομόνωσης στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων.. 9 Κεφάλαιο 2 Οι θερμογέφυρες στις κατασκευές.... 11 2.1 Η έννοια της θερμογέφυρας και τα αίτια εμφάνισής της..... 11 2.2 Οι συνέπειες των θερμογεφυρών... 12 2.3 Κατηγοριοποίηση θερμογεφυρών..... 14 2.4 Ο συντελεστής γραμμικής θερμοπερατότητας Ψ 18 Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογική προσέγγιση....... 19 3.1 Περιγραφή της μεθοδολογίας 19 3.2 Παρουσίαση των κτιρίων που μελετήθηκαν στη διπλωματική.. 21 3.2.1 Περιγραφή πρώτου εξεταζόμενου κτιρίου. 21 3.2.2 Περιγραφή δεύτερου εξεταζόμενου κτιρίου.. 27 3.2.3 Περιγραφή τρίτου εξεταζόμενου κτιρίου 34 3.3 Έλεγχος θερμομονωτικής επάρκειας κτιρίων. 40 3.3.1 Υπολογισμός του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας όλου του κτιρίου.. 40 3.3.2 Υπολογισμός των συντελεστών μετάδοσης θερμότητας των θερμογεφυρών. 41 3.3.3 Υπολογισμός της μέγιστης επιτρεπόμενης τιμής του συντελεστή θερμοπερατότητας 42 3.4 Πραγματοποιούμενες παραδοχές κατά την υπολογιστική διαδικασία..... 43 3.5 Εκτίμηση ενεργειακής απόδοσης.. 45 3.5.1 Παρουσίαση λογισμικού ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ... 45 3.5.2 Προσομοίωση των τριών εξεταζόμενων κτιρίων στο λογισμικό ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ.. 46 vi

Κεφάλαιο 4 Η επιρροή των θερμογεφυρών στη θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους.... 49 4.1 Η θερμική επάρκεια του κτιριακού κελύφους των εξεταζόμενων κτιρίων... 49 4.2 Ποσοστιαία συμμετοχή των θερμογεφυρών στη θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους.. 53 4.2.1 Συνεισφορά της κάθε κατηγορίας θερμογέφυρας στο σύνολο των θερμογεφυρών.... 53 4.2.2 Συνεισφορά των θερμογεφυρών και των δομικών στοιχείων στην τιμή του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας.. 55 4.2.3 Ο λόγος του συντελεστή μετάδοσης θερμότητας των θερμογεφυρών προς το σύνολο των συντελεστών μετάδοσης θερμότητας των επιμέρους δομικών στοιχείων.... 60 4.3 Διερεύνηση των παραγόντων που οδηγούν στην εμφάνιση των θερμογεφυρών.. 61 4.4 Υπολογισμός του U m λαμβάνοντας υπόψη τις θερμογέφυρες ως προσαύξηση στην τιμή του U των δομικών στοιχείων κατά ΔU=0,1 W/(m 2 K)... 64 Κεφάλαιο 5 Η επιρροή των θερμογεφυρών στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων... 67 5.1 Αποτελέσματα λογισμικού ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ λαμβάνοντας υπόψη τις θερμογέφυρες 67 υπολογισμένες με την αναλυτική μέθοδο.... 5.1.1 Ενεργειακή κατάταξη των εξεταζόμενων κτιρίων..... 68 5.1.2 Ετήσια συνολική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας των εξεταζόμενων κτιρίων και επιμέρους καταναλώσεις για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό χρήσης... 69 5.1.3 Ετήσιες ενεργειακές απαιτήσεις των εξεταζόμενων κτιρίων και επιμέρους απαιτήσεις για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό χρήσης..... 73 5.2 Σύγκριση των αποτελεσμάτων του λογισμικού ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ λαμβάνοντας υπόψη τη συνεισφορά των θερμογεφυρών με τρεις διαφορετικούς τρόπους...... 77 5.2.1 Ετήσια συνολική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας των εξεταζόμενων κτιρίων... 78 5.2.2 Ετήσιες ενεργειακές απαιτήσεις των εξεταζόμενων κτιρίων... 82 Κεφάλαιο 6 Συμπεράσματα και προτάσεις.. 86 6.1 Σύνοψη των συμπερασμάτων της διπλωματικής εργασίας.. 86 6.2 Ικανοποίηση του ελέγχου θερμικής επάρκειας για το σύνολο του κτιρίου Προτάσεις... 90 Βιβλιογραφία.. 92 Παράρτημα.. 93 vii

Εισαγωγή Η ενέργεια έπαιζε πάντα σημαντικό ρόλο στις ανθρώπινες κοινωνίες, οι οποίες βασίστηκαν σ αυτήν για την τεχνολογική και την πολιτισμική τους ανάπτυξη. Η κατανάλωση ενέργειας παρουσίαζε συνεχή αύξηση οδηγώντας σταδιακά στην υποβάθμιση του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής. Μετά όμως από την παγκόσμια ενεργειακή κρίση του 1973, η αντίληψη για τη χρήση της ενέργειας άλλαξε. Η νέα αντίληψη ευελπιστούσε μελλοντικά να αναστρέψει τα λάθη και την αλόγιστη ενεργειακή σπατάλη που συντελούνταν στο παρελθόν. Από τότε όλοι οι κλάδοι που ασχολούνται με την ενέργεια αναπτύχθηκαν σημαντικά, ώστε από τη μία μεριά να πραγματοποιηθεί μια ορθολογικότερη διαχείρισή της και από την άλλη να βρεθούν νέοι ενεργειακοί πόροι που θα λειτουργούσαν σαν υποκατάστατα των διαθέσιμων αποθεμάτων των συμβατικών καυσίμων για διάφορες χρήσεις. Ένα από αυτούς τους κλάδους είναι ο κτιριακός, στον οποίο η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας έχει γίνει ένας από τους πλέον δημοφιλής στόχους καθώς ανήκει στους μεγαλύτερους καταναλωτές ενέργειας στις σύγχρονες κοινωνίες. Διεθνώς οι προσπάθειες για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στα κτίρια και για την προστασία από τις θερμικές μεταβολές επικεντρώνονται κατά κανόνα στη βελτίωση των διάφορων συστημάτων ελέγχου του μικροκλίματος, όπως είναι η κεντρική θέρμανση και ο κλιματισμός, καθώς και στη βελτίωση της ποιότητας των κουφωμάτων και όχι τόσο στη βελτίωση της συμπεριφοράς του κτιριακού κελύφους. Ωστόσο, αν το ενδιαφέρον στρεφόταν στη μείωση των θερμογεφυρών και στον ρόλο που παίζει η θερμομόνωση στην εξοικονόμηση ενέργειας, οι θερμικές απώλειες των κτιρίων θα περιορίζονταν σημαντικά. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η αποτίμηση του τρόπου εκτίμησης των θερμογεφυρών, καθώς και της επιρροής τους στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε να μελετηθούν τρία διώροφα κτίρια για δύο περιπτώσεις τοποθέτησης της θερμομονωτικής στρώσης στην τοιχοποιία, εξωτερικά και στον πυρήνα της, τα οποία τοποθετήθηκαν και στις τέσσερις κλιματικές ζώνες που είναι χωρισμένος ο Ελλαδικός χώρος σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ.. Η εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε από τον Ιούλιο έως και τον Οκτωβρίου του έτους 2014 και το ιστορικό αυτής, ακολούθησε τις φάσεις που αναφέρονται συνοπτικά στη συνέχεια. 1

Φάση 1: Αρχικά, συγκεντρώθηκαν τα αρχιτεκτονικά σχέδια και τα σχέδια ξυλοτύπων τριών υφιστάμενων διώροφων κατοικιών και δημιουργήθηκαν τα αναπτύγματα των όψεων τους, ώστε να υπολογιστούν τα εμβαδά που καταλαμβάνουν τα δομικά στοιχεία του εξωτερικού τους κελύφους, τα οποία και θα ήταν απαραίτητα για να διενεργηθεί ο έλεγχος της θερμικής επάρκειας του συνόλου του κτιρίου. Φάση 2: Στη συνέχεια, έγινε λεπτομερής υπολογισμός των συντελεστών μετάδοσης θερμότητας για τις διάφορες κατηγορίες των θερμογεφυρών, που και αυτοί θα ήταν απαραίτητοι για τον έλεγχο της θερμομονωτικής επάρκειας του κτιρίου. Κατά τον υπολογισμό των θερμογεφυρών θεωρήθηκαν δύο περιπτώσεις τοποθέτησης της θερμομονωτικής στρώσης όσον αφορά στις τοιχοποιίες, εξωτερικά και στον πυρήνα τους. Φάση 3: Ακολούθησε ο υπολογισμός του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας των τριών εξεταζόμενων κτιρίων. Για τα δομικά στοιχεία λήφθηκαν οι μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές του συντελεστή θερμοπερατότητας ανά κλιματική ζώνη που δίνονται από τον κανονισμό. Φάση 4: Κατόπιν, πραγματοποιήθηκε η παραμετρική ανάλυση των κτιρίων στο λογισμικό του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδος ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ (έκδοση 1.29.1.19) ώστε να εκτιμηθεί η ενεργειακή τους απόδοση, καθώς και οι ενεργειακές τους απαιτήσεις και καταναλώσεις. Φάση 5: Μετά την ολοκλήρωση των παραπάνω, ακολούθησε η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων που προέκυψαν και κατόπιν εξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με τη συνεισφορά των θερμογεφυρών στη θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους και στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Το γραπτό κείμενο της διπλωματικής εργασίας έχει την παρακάτω δομή: Αρχικά, στο εισαγωγικό μέρος υπάρχει μια σύντομη περίληψη της διπλωματικής εργασίας, στην οποία παρουσιάζονται συνοπτικά τα κύρια σημεία της. Η περίληψη αυτή παρατίθεται και στην Αγγλική γλώσσα. Στη συνέχεια ακολουθεί ο πίνακας περιεχομένων και ο πρόλογος της εργασίας. Ακολουθεί το κύριο μέρος της εργασίας, που αποτελείται από μία εισαγωγή και 6 κεφάλαια. Παρακάτω περιγράφεται συνοπτικά το περιεχόμενο κάθε κεφαλαίου. Στην εισαγωγή, δηλαδή στο παρόν κεφάλαιο, παρουσιάζεται συνοπτικά το θέμα της εργασίας, καθώς και οι φάσεις εκπόνησής της. Στο πρώτο κεφάλαιο, που αναφέρεται στη θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους, γίνεται μία σύντομη αναφορά στην έννοια του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων και της θερμικής άνεσης. Ακόμη, αναλύονται οι τρόποι που μεταδίδεται η θερμότητα μέσα από το κτιριακό κέλυφος, καθώς και το ενεργειακό ισοζύγιό του κτιρίου, δηλαδή οι θερμικές απώλειες και τα θερμικά κέρδη του. Τέλος, περιγράφεται η σημασία της θερμομόνωσης και ο ρόλος που παίζει στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Το δεύτερο κεφάλαιο, αναφέρεται στις θερμογέφυρες και αποτελεί το θεωρητικό υπόβαθρο της διπλωματικής εργασίας. Σ αυτό εισάγεται η έννοια της θερμογέφυρας και περιγράφεται το 2

φαινόμενο των θερμογεφυρών το οποίο συνεπάγεται την παρουσία δισδιάστατης ροής θερμότητας στις θέσεις εμφάνισής τους. Στη συνέχεια επισημαίνονται τα αίτια δημιουργίας των θερμογεφυρών, καθώς και οι συνέπειες που μπορεί να επιφέρουν στις κατασκευές. Τέλος, περιγράφονται οι διαφορετικές κατηγορίες θερμογεφυρών και γίνεται μια σύντομη αναφορά στο συντελεστή γραμμικής θερμοπερατότητας Ψ. Τα επόμενα τρία κεφάλαια αναφέρονται στο υπολογιστικό κομμάτι της εργασίας και στα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτό. Συγκεκριμένα, στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε, καθώς και των παραδοχών που πραγματοποιήθηκαν κατά την υπολογιστική διαδικασία. Ακόμη, παρουσιάζονται τα τρία εξεταζόμενα κτίρια της εργασίας και δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά τους, καθώς και τα αρχιτεκτονικά τους σχέδια. Επίσης, περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία υπολογισμού του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας και των συντελεστών μετάδοσης θερμότητας των θερμογεφυρών, ώστε να είναι πραγματοποιηθεί στη συνέχεια ο έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτιρίων. Στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο δίνονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την υπολογιστική διαδικασία, καθώς και οι πίνακες και τα διαγράμματα που παράχθηκαν μετά από την στατιστική τους επεξεργασία. Μετά από κάθε διάγραμμα ακολουθεί σχολιασμός των αποτελεσμάτων και γίνεται προσπάθεια να εξαχθούν ορισμένα γενικά συμπεράσματα σχετικά με την επιρροή των θερμογεφυρών. Ακόμη, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια διερεύνηση των πιθανών παραγόντων που οδηγούν στην ανάπτυξη των θερμογεφυρών, μέσω του υπολογισμού των συντελεστών συσχέτισης αυτών με τους συντελεστές μετάδοσης θερμότητας του συνόλου των θερμογεφυρών. Επίσης, στο κεφάλαιο αυτό εξετάζεται η ακρίβεια και η αξιοπιστία του προσεγγιστικού τρόπου υπολογισμού της επίδρασης των θερμογεφυρών, συγκρίνοντάς τον με τον αναλυτικό τρόπο. Το έκτο κεφάλαιο συνοψίζει τα συμπεράσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας. Τα συμπεράσματα καταλήγουν στη σημαντικότητα του συνυπολογισμού των θερμογεφυρών στην ενεργειακή μελέτη των κτιρίων, η οποία γίνεται πλέον σύμφωνα με το Κ.Εν.Α.Κ. Τέλος επισημαίνεται το πρόβλημα της μη ικανοποίησης του ελέγχου θερμομονωτικής επάρκειας που προέκυψε για τα τρία εξεταζόμενα κτίρια, κυρίως στην περίπτωση τοποθέτησης της θερμομονωτικής στρώσης στον πυρήνα της τοιχοποιίας και προτείνονται πιθανοί τρόποι αντιμετώπισής του. Το τελευταίο μέρος της εργασίας, το οποίο είναι συμπληρωματικό του κύριου μέρους, περιλαμβάνει τη βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε και ένα παράρτημα, στο οποίο παρουσιάζονται αναλυτικά τα αναπτύγματα των όψεων, καθώς και οι πίνακες υπολογισμού όλων των τύπων θερμογεφυρών των τριών κτιρίων που μελετήθηκαν. 3

Κεφάλαιο 1 Η θερμική συμπεριφορά του κτιρίου 1.1 Ο ενεργειακός σχεδιασμός κτιρίων Βασικός στόχος όλων των κτιρίων είναι να προσφέρουν στους χρήστες τους ένα άνετο περιβάλλον διαβίωσης. Για να επιτευχθεί αυτό θα πρέπει απαραίτητα να συνυπάρχουν η ευχάριστη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα, καθώς και ο επαρκής και κατάλληλος φωτισμός και αερισμός του χώρου. Η ευχάριστη θερμοκρασία επιτυγχάνεται με θέρμανση ή δροσισμό, ανάλογα με την εποχή του έτους. Στο παρελθόν, κυρίως λόγω της έλλειψης των απαραίτητων γνώσεων αλλά και λόγω της πληθώρας των διαθέσιμων φυσικών πόρων, οι χρήστες των κτιρίων διασφάλιζαν τις απαραίτητες θερμοκρασίες για τη λειτουργία αυτών, καταναλώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας και παράλληλα εκπέμπονταν στην ατμόσφαιρα ρύποι χωρίς να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στις επιπτώσεις αυτών στο περιβάλλον. Μέχρι και τη δεκαετία του 1970, που ξέσπασε η παγκόσμια οικονομική και περιβαλλοντική κρίση, οι κοινωνίες δεν είχαν στραφεί στην εκμετάλλευση των δυνατοτήτων περιορισμού των θερμικών απωλειών που συμβαίνουν μέσω του κτιριακού κελύφους. Δυνατότητες όπως η θερμομόνωση, η σωστή τοποθέτηση των ανοιγμάτων στο περίβλημα του κτιρίου, ο κατάλληλος προσανατολισμός της κατασκευής και άλλες, έμεναν σε μεγάλο βαθμό ανεκμετάλλευτες. Πλέον οι μελετητές, σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις που επικρατούν για τη δόμηση, είναι στραμμένοι προς την κατεύθυνση ενός άρτιου και ολοκληρωμένου ενεργειακού σχεδιασμού των κτιρίων και όχι αποκλειστικά στην προσφορά ενός άνετου εσωκλίματος ανεξαρτήτως των συνεπειών που αυτό μπορεί να επιφέρει. Ως ενεργειακός σχεδιασμός κτιρίων ορίζεται ο κλάδος της μηχανικής που ασχολείται με τη μελέτη και τη βελτιστοποίηση του ενεργειακού ισοζυγίου των κτιρίων, θεωρώντας τα κτίρια ως ενιαία και κλειστά ενεργειακά συστήματα (Θεοδοσίου, 2011). Συγκεκριμένα, ο σχεδιασμός ενός κτιρίου πρέπει να συνδυάζει αρμονικά την κάλυψη των απαιτήσεων των χρηστών του, με την οικονομία, την ελάχιστη δυνατή ενεργειακή κατανάλωση και τη φιλική συμπεριφορά του κτιρίου προς το περιβάλλον. 4

Οι βασικές αρχές και παράμετροι του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων συνοπτικά είναι η γεωγραφική θέση και το κλίμα, η πυκνότητα δόμησης και το ύψος των γειτονικών κτιρίων, οι επιφάνειες βλάστησης, η θέση του κτιρίου στο οικόπεδο και ο προσανατολισμός του, η μορφή του κτιριακού όγκου, η διαρρύθμιση των εσωτερικών χώρων, το χρώμα και τα υλικά των εξωτερικών επιφανειών του κτιρίου, καθώς και η θερμομονωτική ικανότητα και η θερμοχωρητικότητα των δομικών στοιχείων του κτιριακού κελύφους (Θεοδοσίου, 2011). 1.2 Θερμική άνεση Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ζητούμενο κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή των κτιρίων είναι η εξασφάλιση της άνετης διαβίωσης των χρηστών, καθώς πλέον ο σύγχρονος τρόπος ζωής αναγκάζει τους ανθρώπους να περνούν το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου τους σε κλειστούς, δομημένους χώρους, για λόγους ανάπαυσης, εργασίας ή αναψυχής. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της άνετης διαβίωσης και κύριος λόγος ύπαρξης της θερμομόνωσης είναι η διασφάλιση των συνθηκών θερμικής άνεσης στο εσωτερικό του κτιρίου. Στην επιστήμη της μηχανικής ως θερμική άνεση (thermal comfort) ορίζεται η πνευματική κατάσταση ενός ανθρώπου κατά την οποία εκφράζει ικανοποίηση και ευφορία για τις επικρατούσες θερμικές συνθήκες και δεν επιθυμεί καμία θερμική αλλαγή του εσωτερικού περιβάλλοντος (ASHRAE, 2004). Η αντίθετη κατάσταση της θερμικής άνεσης, η θερμική όχληση ή δυσφορία (thermal discomfort) είναι ευκολότερα κατανοητή, και ορίζεται ως η κατάσταση κατά την οποία ο άνθρωπος είτε κρυώνει είτε ζεσταίνεται. Η θερμική δυσφορία μπορεί να αφορά συνολικά το σώμα ενός ατόμου ή τμήμα αυτού (τοπική δυσφορία) π.χ. να κρυώνουν τα άκρα του ή να δέχεται σε ένα μέρος του σώματός του ψυχρό ρεύμα αέρα ενώ στο δωμάτιο επικρατούν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω του μεγάλου αριθμού των παραμέτρων που συνεκτιμώνται στην αντίληψη για τις περιβαλλοντικές συνθήκες καθώς και του υποκειμενικού χαρακτήρα που διέπει πολλές από αυτές, γίνεται αντιληπτό πως δεν υπάρχει ένα βέλτιστο αίσθημα θερμικής άνεσης που να είναι ευρέως αποδεκτό. Οι παράμετροι αυτές σχετίζονται με φυσικές, φυσιολογικές, ψυχολογικές και άλλες διαδικασίες (ASHRAE, 2005). Οι συνθήκες θερμικής άνεσης είναι δύο: η πρώτη είναι η διατήρηση της θερμικής ουδετερότητας του ανθρωπίνου σώματος για την εκτέλεση των φυσικών λειτουργιών του και η δεύτερη είναι η διατήρηση της ενεργειακής ισορροπίας του σώματος, δηλαδή η παραγόμενη ενέργεια κατά το μεταβολισμό θα πρέπει να είναι ίση με τις συνολικές θερμικές απώλειες (Θεοδοσίου, 2011). 5

1.3 Τρόποι μετάδοσης θερμότητας μέσα από το κτιριακό κέλυφος Η θερμότητα μεταδίδεται ανάμεσα σε δύο περιβάλλοντα όταν παρουσιάζουν διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους. Πρόκειται ουσιαστικά για μεταφορά θερμικής ενέργειας από το περιβάλλον υψηλότερης θερμοκρασίας προς το περιβάλλον χαμηλότερης θερμοκρασίας. Πραγματοποιείται μέσα από το κτιριακό κέλυφος με τρεις τρόπους: με αγωγιμότητα (conduction), με συναγωγή (convection) και με ακτινοβολία (radiation). Η αγωγιμότητα αναφέρεται σε μακροσκοπικώς ακίνητα σώματα και συνδέεται με τη μετάδοση θερμότητας σε μοριακή κλίμακα. Πραγματοποιείται όταν στερεά σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έρχονται σε άμεση επαφή, καθώς και όταν σημεία του ίδιου σώματος εμφανίζουν διαφορά θερμοκρασίας. Μετάδοση της θερμότητας με αγωγιμότητα γίνεται και στα ρευστά σώματα με παρόμοιο μηχανισμό. Η δυσκολία της μεταφοράς θερμότητας διαμέσου των σωμάτων εξαρτάται από την αγωγιμότητά τους. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ (W/m K) είναι ο δείκτης της ικανότητας μεταφοράς θερμότητας των υλικών διαμέσου της μάζας τους. Ο τρόπος αυτός μεταφοράς της θερμότητας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση της θερμικής συμπεριφοράς ενός κτιρίου. Για τη μετάδοση της θερμότητας με συναγωγή απαραίτητη είναι η ύπαρξη ενός ρευστού σώματος που βρίσκεται σε επαφή με μία επιφάνεια. Οφείλεται στη διαφορά θερμοκρασίας που έχουν οι δομικές μονάδες της επιφάνειας και του ρευστού. Η θερμότητα σε ένα ρευστό μεταφέρεται και μέσω της μάζας του, με την κίνησή του. Αν η κίνηση γίνεται σε φυσικό μέσο ονομάζεται θερμική διάχυση, ενώ αν η κίνηση γίνεται βεβιασμένα ονομάζεται βίαιη διάχυση. Η μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία είναι η θερμική μετάδοση με μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από ή προς ένα σώμα και το περιβάλλον του. Ο μηχανισμός αυτός μεταφοράς θερμικής ενέργειας δεν απαιτεί ύπαρξη ύλης μεταξύ σώματος και περιβάλλοντος για να πραγματοποιηθεί, δηλαδή μπορεί να συμβεί και στο κενό σε αντίθεση με τους άλλους δύο μηχανισμούς. 1.4 Ισοζύγιο απωλειών και κερδών του κτιριακού κελύφους Σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ. οι απαιτούμενοι υπολογισμοί για τη βαθμολόγηση της ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου γίνονται με τη μέθοδο ημισταθερής κατάστασης μηνιαίου βήματος, η οποία βασίζεται σε ευρωπαϊκά πρότυπα. Στη μηνιαία μέθοδο υπολογίζεται η ενεργειακή απαίτηση (ζήτηση) για θέρμανση και ψύξη του κτιρίου, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία του, τις θερμοφυσικές ιδιότητες των υλικών κατασκευής του και τα κλιματικά δεδομένα της περιοχής (ΤΕΕ, 2011). Οι υπολογισμοί βασίζονται στο ισοζύγιο των θερμικών απωλειών του κτιριακού κελύφους και των θερμικών κερδών σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ ISO 13790 E2 (2009) (Εικόνα 1.1). 6

Εικόνα 1.1: Ισοζύγιο θερμικών απωλειών και κερδών Οι βασικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των ενεργειακών απαιτήσεων και των καταναλώσεων ενέργειας για τη θέρμανση και τη ψύξη ενός κτιρίου παρουσιάζονται συνοπτικά στη συνέχεια. Η μηνιαία ενεργειακή ζήτηση για θέρμανση (QH,i) προκύπτει από το ισοζύγιο απωλειών και κερδών και δίνεται από τη σχέση: όπου QH,ht,i QH,i = QH,ht,i - η H,gn,I QH,gn,i (1.1),οι ολικές θερμικές απώλειες (σε kwh) QH,gn,i,τα ολικά θερμικά κέρδη (σε kwh) η H,gn,i,ο συντελεστής αξιοποίησης κερδών για θέρμανση Αντίστοιχα, η μηνιαία ενεργειακή ζήτηση για ψύξη (QC,i) δίνεται από τη σχέση: QC,i = QC,gn,i η C,ht,i QC,ht,i (1.2) όπου QC,gn,i,τα ολικά θερμικά κέρδη (σε kwh) QC,ht,i,οι ολικές θερμικές απώλειες (σε kwh),ο συντελεστής αξιοποίησης απωλειών για ψύξη η C,ht,i Οι συντελεστές αξιοποίησης για θέρμανση/ψύξη είναι συνάρτηση της αναλογίας κερδών/απωλειών και της θερμικής αδράνειας του κτιρίου. 7

1.4.1 Οι θερμικές απώλειες του κτιρίου Οι θερμικές απώλειες του κτιρίου περιλαμβάνουν τις απώλειες μετάδοσης μέσω των αδιαφανών και διαφανών επιφανειών του κτιριακού κελύφους και τις απώλειες αερισμού μέσω των χαραμάδων (διείσδυση), των ανοιγμάτων (φυσικός αερισμός) και του συστήματος μηχανικού αερισμού. Οι απώλειες μετάδοσης θερμότητας πραγματοποιούνται με έναν από τους τρόπους που περιγράφτηκαν προηγουμένως (αγωγιμότητα, συναγωγή, ακτινοβολία). Οι απώλειες αερισμού έχουν ως αποτέλεσμα να παρατηρείται κατά τη χειμερινή περίοδο ψύξη των εσωτερικών χώρων του κτιρίου. Οι θερμικές απώλειες δεν νοούνται μόνο για την απώλεια της ζέστης ενός χώρου το χειμώνα αλλά και της δροσιάς το καλοκαίρι, όταν ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι θερμότερος. Αυτή η ροή θερμότητας είναι αδύνατο να εμποδιστεί τελείως και μπορεί, μόνο, να περιοριστεί ως προς την ένταση και τη διάρκειά της. Αυτό είναι κατορθωτό μόνο όταν υπάρχει έλεγχος των θερμικών απωλειών. Οι συνολικές απώλειες θερμότητας του κτιρίου (Qht) υπολογίζονται για κάθε μήνα της περιόδου θέρμανσης/ψύξης από τη σχέση: Qht = Qtr + Qve (1.3) όπου Qtr,οι απώλειες λόγω μεταφοράς θερμότητας από το κτιριακό κέλυφος (σε kwh/μήνα) Qve,οι απώλειες λόγω αερισμού (σε kwh/μήνα) 1.4.2 Τα θερμικά κέρδη του κτιρίου Τα θερμικά κέρδη περιλαμβάνουν τα κέρδη από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στις διαφανείς και αδιαφανείς επιφάνειες του κτιριακού κελύφους (άμεσα και έμμεσα κέρδη αντίστοιχα) καθώς και τα εσωτερικά κέρδη από τους χρήστες, τις ηλεκτρικές συσκευές/εξοπλισμό και τον τεχνητό φωτισμό. Τα συνολικά θερμικά κέρδη του κτιρίου (Qgn) υπολογίζονται για κάθε μήνα της περιόδου θέρμανσης/ψύξης από τη σχέση: Qgn = Qsol + Qint (1.4) όπου Qsol,τα συνολικά ηλιακά κέρδη (άμεσα και έμμεσα) για την περίοδο θέρμανσης/ψύξης (σε kwh),τα ολικά εσωτερικά κέρδη για την περίοδο θέρμανσης/ψύξης (σε kwh) Qint 8

1.5 Ο ρόλος της θερμομόνωσης στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων Ανάλογα με την περίοδο του έτους, υπάρχει η απαίτηση για θερμότερες ή ψυχρότερες συνθήκες στο εσωτερικό περιβάλλον των κτιρίων σε σχέση με αυτές που επικρατούν στο εξωτερικό περιβάλλον, ώστε να ικανοποιηθεί το αίσθημα της θερμικής άνεσης. Η απαίτηση αυτή οδηγεί όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως στην ανάγκη για προσφορά ενέργειας, δηλαδή θερμικών φορτίων, εντός του κτιρίου. Συνήθως όμως η ενέργεια που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση ή τη ψύξη των χώρων ενός κτιρίου δε μπορεί να καλυφθεί αποκλειστικά από τα θερμικά κέρδη του κτιρίου με αποτέλεσμα να είναι απαραίτητη η παρουσία ενός συστήματος θέρμανσης ή ψύξης αντίστοιχα, το οποίο να παρέχει το απαιτούμενο κάθε φορά θερμικό φορτίο. Κατά συνέπεια απαιτείται η κατανάλωση ενέργειας. Με στόχο να μειωθούν οι ανάγκες του κτιρίου για κατανάλωση ενέργειας, ο μελετητής οφείλει να μειώσει τις θερμικές απώλειες μέσω των επιφανειών του κτιριακού κελύφους. Αυτός είναι και ο βασικός ρόλος της θερμομόνωσης. Με την πρόβλεψη θερμομόνωσης στις κτιριακές κατασκευές λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα για την παρεμπόδιση της διαφυγής της θερμικής ενέργειας από ένα χώρο προς το περιβάλλον ή προς ένα άλλο, ψυχρότερο γειτονικό χώρο - και αντίστροφα - και συγχρόνως δημιουργείται αίσθημα θερμικής άνεσης στους χρήστες του κτιρίου καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Η θερμομόνωση ουσιαστικά παρέχει στο κτίριο ένα «προστατευτικό περίβλημα» το οποίο μειώνει τη μετάδοση θερμότητας από και προς το εσωτερικό του. Συγκεκριμένα το χειμώνα μειώνει το ρυθμό με τον οποίο η θερμότητα χάνεται από το κτίριο και το καλοκαίρι μειώνει το ρυθμό που εισάγεται σε αυτό. Η θερμομόνωση δε θα πρέπει να απαιτεί ένα υπερβολικά μεγάλο αρχικό κόστος κατασκευής. Ταυτόχρονα θα πρέπει να εξασφαλίζει μακροχρόνια οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας με τον περιορισμό των θερμικών απωλειών από το κτιριακό κέλυφος. Αυτό σε βάθος χρόνου βοηθά στην προστασία του περιβάλλοντος, καθώς ελαττώνεται η ποσότητα των εκπεμπόμενων ρύπων προς την ατμόσφαιρα. Ακόμη, θα πρέπει να περιορίζει το κόστος εγκατάστασης και εφαρμογής ενεργοβόρων τεχνητών συστημάτων ελέγχου του εσωτερικού μικροκλίματος (κεντρική θέρμανση, κλιματισμός). Επιπλέον, μια καλή θερμομόνωση απαιτείται να διασφαλίζει την υγιεινή, άνετη κι ευχάριστη διαβίωση, χωρίς να διαταράσσεται το θερμικό ισοζύγιο του ανθρώπινου σώματος και χωρίς να προκαλούνται σοβαρές θερμικές αλληλοεπιδράσεις κρύου/ζέστης ανάμεσα σ αυτό και στο χώρο που το περιβάλλει. Τέλος, καθώς τα περισσότερα θερμομονωτικά υλικά είναι και ηχομονωτικά με την τοποθέτησή τους επιτυγχάνεται παράλληλα προστασία από τους εξωτερικούς θορύβους (Υπουργείο Εμπορίου, Βιομηχανίας και Τουρισμού, 2010). 9

Πέρα από τη θερμομόνωση του κελύφους ενός κτιρίου, η θερμική μάζα του κτιρίου κατέχει επίσης σημαντικό ρόλο στον επιμερισμό της ενεργειακής κατανάλωσης στο διάστημα του εικοσιτετράωρου. Η αξιοποίηση της θερμοχωρητικότητας του κτιρίου έχει διπλό ρόλο: να αποσβέσει τις διακυμάνσεις του θερμικού φορτίου που εισέρχεται άμεσα στο κτίριο με τη μορφή της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς και να παρατείνει το χρονικό διάστημα στο οποίο η θερμότητα που προέρχεται άμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να αποδοθεί στον εσωτερικό χώρο. 10

Κεφάλαιο 2 Οι θερμογέφυρες στις κατασκευές 2.1 Η έννοια της θερμογέφυρας και τα αίτια εμφάνισής της Η ενασχόληση της επιστημονικής κοινότητας με θέματα σχετικά με τις θερμογέφυρες ξεκίνησε να αναπτύσσεται σχετικά πρόσφατα, στο πλαίσιο της περιβαλλοντικής θεώρησης των κτιριακών κατασκευών. Στην αρχή με τον όρο θερμογέφυρα νοούνταν το μη θερμομονωμένο τμήμα του κελύφους της κατασκευής. Με το πέρασμα των χρόνων και καθώς η επιστήμη εμβάθυνε πάνω στο συγκεκριμένο θέμα η έννοια της θερμογέφυρας άλλαξε. Σήμερα σύμφωνα με τη σύγχρονη επιστημονική προσέγγιση ο ορισμός που δίνεται από το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ ISO 10211 είναι ο εξής: Ως θερμογέφυρες ορίζονται τα τμήματα εκείνα στο εξωτερικό κέλυφος του κτιρίου, στα οποία η θερμική αντίσταση των δομικών στοιχείων εμφανίζεται σημαντικά διαφοροποιημένη συγκριτικά με τη θερμική αντίσταση στο υπόλοιπο περίβλημα. Στις θέσεις αυτές παρατηρείται δυσανάλογη μεταβολή στη ροή θερμότητας και στην εσωτερική επιφανειακή θερμοκρασία σε σχέση με τις γειτονικές τους. Στον ισχύοντας μέχρι το 2010 Κανονισμό Θερμομόνωσης Κτιρίων (Φ.Ε.Κ. 362/4-7-79), γινόταν η παραδοχή ότι η ροή θερμότητας μελετάται ως ένα μονοδιάστατο διάνυσμα με διεύθυνση κάθετη προς την επιφάνεια του εξεταζόμενου δομικού στοιχείου και φορά από τη θερμότερη προς τη ψυχρότερη περιοχή. Ωστόσο, ο Κ.Εν.Α.Κ. που απαιτεί μεθόδους μεγαλύτερης ακρίβειας, αναγνωρίζει πως η παραδοχή της μονοδιάστατης ροής δίνει αποτελέσματα που αποκλίνουν σημαντικά από την πραγματικότητα. Για το λόγο αυτό, στους υπολογισμούς πλέον λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της δισδιάστατης ροής θερμότητας, στο οποίο το διάνυσμα κατεύθυνσης της ροής θερμότητας μπορεί να αναλυθεί σε δύο κάθετες μεταξύ τους συνιστώσες. Το φαινόμενο της δισδιάστατης ροής θερμότητας εμφανίζεται κυρίως στις θέσεις των θερμογεφυρών, που η θερμική αντίσταση διαφοροποιείται. Η δισδιάστατη ροή θερμότητας αλλάζει σημαντικά την ποσότητα και τον τρόπο που πραγματοποιείται η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος συγκριτικά με τη μονοδιάστατη ροή. Σε αντίθεση με τα σημεία εμφάνισης των θερμογεφυρών τα περισσότερα δομικά στοιχεία 11

του κτιριακού κελύφους, τα οποία δεν έχουν μεταβολές υλικών στο εσωτερικό τους, παρουσιάζουν γεωμετρική και κατασκευαστική ομοιομορφία, επομένως κοινή θερμική αντίσταση. Στα σημεία αυτά γίνεται η παραδοχή της μονοδιάστατης ροής θερμότητας, χωρίς αυτό να έχει σημαντικές αποκλίσεις από την πραγματικότητα. Σύμφωνα με μελέτες που έχουν διεξαχθεί προκύπτει πως οι θερμογέφυρες επιβαρύνουν κατά μέσο όρο την πραγματική κατανάλωση ενέργειας του κτιρίου σε σχέση με αυτή που υπολογίστηκε θεωρητικά. Στη θεωρητικά υπολογιζόμενη ενεργειακή κατανάλωση έγινε η παραδοχή ότι η ροή θερμότητας είναι μονοδιάστατη και έχει διεύθυνση κάθετη στην επιφάνεια του εξεταζόμενου δομικού στοιχείου. Το ποσοστό της επιβάρυνσης κυμαίνεται από 5% έως 30% και το εύρος του εξαρτάται από το μέγεθος του κτιρίου, τα γεωμετρικά και αρχιτεκτονικά του χαρακτηριστικά, συνεπώς και από τον αριθμό των θερμογεφυρών. Η δημιουργία μιας θερμογέφυρας στο εξωτερικό περίβλημα του κτιρίου μπορεί να οφείλεται (Αραβαντινός, 2009): Στη χρήση, κατά μήκος ενός δομικού στοιχείου, υλικών διαφορετικής θερμικής αγωγιμότητας (αλλαγή στη σύνθεση των υλικών). Στην αλλαγή του πάχους των υλικών μεταξύ δύο γειτονικών θέσεων. Στην ασυνέχεια της θερμομονωτικής στρώσης ή στην απουσία της ή στη μείωση του πάχους της σε κάποιο τμήμα του περιβλήματος. Στη διαφορά στο εμβαδό μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών επιφανειών, όπως συμβαίνει στις εξωτερικές γωνίες. Στη συνάντηση δύο κάθετων μεταξύ τους δομικών στοιχείων που η πλήρης θερμομονωτικής τους προστασία είναι δυσχερής ή και πιθανών ανέφικτη. Σε κατασκευαστικούς λόγους εξαιτίας των οποίων η πλήρης θερμομόνωση του κτιρίου είναι αδύνατη. 2.2 Οι συνέπειες των θερμογεφυρών Με βάση τα παραπάνω, οι θερμογέφυρες χαρακτηρίζονται ως τα «ασθενή» σημεία του κτιριακού κελύφους και λειτουργούν επιβαρυντικά στη θερμική προστασία του κτιρίου καθώς συμμετέχουν στις θερμικές απώλειες. Λόγω της ιδιαίτερης φύσης τους, οι θερμογέφυρες επηρεάζουν σε σημαντικό βαθμό τη λειτουργικότητα των κτιρίων και προκαλούν διάφορα προβλήματα. Λειτουργούν αρνητικά στο αίσθημα της θερμικής άνεση στον εσωτερικό χώρο του κτιρίου και επηρεάζουν την ενεργειακή συμπεριφορά του. Ακόμη, συμβάλλουν στη δημιουργία φθορών, άλλοτε ασήμαντων, τις περισσότερες φορές όμως σοβαρών και επικίνδυνων. Από αυτές, οι περισσότερες δημιουργούνται στην επιφάνεια των δομικών στοιχείων λόγω της εκδήλωσης του φαινομένου της συμπύκνωσης των υδρατμών και της 12

ανάπτυξης μυκήτων και διάφορων μικροοργανισμών στις θέσεις εμφάνισης των θερμογεφυρών (Αραβαντινός, 2009). Αναλυτικότερα, οι πλέον σημαντικές βραχυπρόθεσμες ή μακροπρόθεσμες επιπτώσεις λόγω των θερμογεφυρών περιγράφονται παρακάτω: Αυξημένες θερμικές απώλειες και θερμικά κέρδη κατά τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο αντίστοιχα. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως στα σημεία των θερμογεφυρών η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος είναι εντονότερη συγκριτικά με τα γειτονικά δομικά στοιχεία και δυσανάλογη ως προς την επιφάνεια του δομικού στοιχείου. Συνέπεια είναι να παρατηρούνται αυξημένες θερμικές απώλειες το χειμώνα (ή θερμικά κέρδη το καλοκαίρι), καθιστώντας το κτίριο περισσότερο ενεργοβόρο, καθώς απαιτούνται υψηλά ποσά ενέργειας για την κάλυψη των θερμαντικών ή ψυκτικών απαιτήσεών του. Σε μία μελέτη υπολογίστηκαν οι συνολικές ετήσιες απαιτήσεις σε ενέργεια για θέρμανση και ψύξη με ή χωρίς την επίδραση των θερμογεφυρών για τέσσερα διαφορετικά σενάρια θερμομόνωσης (Theodosiou, Papadopoulos, 2008). Για τις ανάγκες της μελέτης λήφθηκε ένα τυπικό τριώροφο κτίριο, το οποίο βρίσκεται στην πόλη της Θεσσαλονίκης και είναι εξοπλισμένο με αυτόνομο σύστημα θέρμανσης και ψύξης. Για το σενάριο που θερμομόνωση πάχους 5cm τοποθετείται εξωτερικά των δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος και στον πυρήνα της οπτοπλινθοδομής, υπολογίστηκε ότι η ετήσια ενεργειακή ανάγκη για θέρμανση χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση των θερμογεφυρών είναι 71 kwh/m 2 a. Λαμβάνοντας υπόψη τις θερμογέφυρες, το ποσό αυξάνεται σε 92 kwh/m 2 a (αύξηση 30% ή 21 kwh/m 2 a). Αντίστοιχα οι ετήσιες ενεργειακές απαιτήσεις για ψύξη παρουσίασαν αύξηση 3% ή 1 kwh/m 2 a όταν λήφθηκαν υπόψη οι θερμογέφυρες (από 30 kwh/m 2 a σε 31 kwh/m 2 a). Η μεγαλύτερη ενεργειακή κατανάλωση λόγω της ύπαρξης των θερμογεφυρών έχει μακροπρόθεσμα οικονομική αλλά και περιβαλλοντική επιβάρυνση καθώς αυξάνεται η εξάρτηση από τα καύσιμα (κυρίως από το πετρέλαιο) και κατ επέκταση η εκπομπή ρύπων στην ατμόσφαιρα. Χαμηλότερες εσωτερικές επιφανειακές θερμοκρασίες κατά την περίοδο θέρμανσης. Στις θέσεις που εντοπίζονται θερμογέφυρες οι επιφανειακές θερμοκρασίες είναι δυσανάλογα χαμηλές σε σχέση με τις γειτονικές τους κατά τη χειμερινή περίοδο. Μπορούν να είναι 2-5 C χαμηλότερες στις επίπεδες γειτονικές επιφάνειες και 3-7 C στις γωνίες του κτιρίου. Στα σημεία αυτά η θερμοκρασία πέφτει κάτω από το σημείο δρόσου του εσωτερικού αέρα με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι πιθανότητες να παρατηρηθεί επιφανειακή συμπύκνωση υδρατμών, η οποία με τη σειρά της μπορεί να συντελέσει στην ανάπτυξη μούχλας. Σύμφωνα με το Ινστιτούτο της Γερμανίας (Fraunhofer - Instituts für Bauphysik IBP) 13

οι θερμογέφυρες ευθύνονται για το 44% τέτοιων περιπτώσεων. Ακόμη, οι χαμηλές επιφανειακές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν φθορά στην επιφάνεια του δομικού στοιχείου, λόγω της διαφορετικής συστολοδιαστολικής συμπεριφοράς, υπό τη μορφή ρηγματώσεων και αποφλοιώσεων στο επίχρισμα. Περιορισμό του αισθήματος θερμικής άνεσης στο εσωτερικό ενός χώρου. Η επιφανειακή θερμοκρασία του δομικού στοιχείου σε συνδυασμό με τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία και την ταχύτητα κίνησης του αέρα στο εσωτερικό του χώρου αποτελούν σημαντικούς παράγοντες στις ανταλλαγές θερμότητας μεταξύ του περιβάλλοντος και του ανθρώπινου σώματος. Οι θερμογέφυρες λόγω της διαφορετικής θερμοκρασίας τους δημιουργούν αίσθημα δυσφορίας στον άνθρωπο ακόμη και αν παρέχονται άφθονα ποσά ενέργειας για τη θέρμανση ή τη ψύξη του χώρου (ανάλογα με την εποχή). Όσο μεγαλύτερη διαφορά θερμοκρασίας έχει ο εσωτερικός αέρας από την εσωτερική επιφάνεια του κτιρίου και όσο μεγαλύτερης έκτασης είναι η επιφάνεια αυτή, τόσο το πρόβλημα είναι εντονότερο. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να μην εμφανιστούν θερμογέφυρες σε μια κατασκευή αποτελεί η πλήρης θερμική θωράκισή της. Όμως σε ένα συμβατικό κτίριο η ολοκληρωτική εξάλειψη των θερμογεφυρών είναι πρακτικά ανέφικτη, ακόμα και αν έχει εκπονηθεί η απαραίτητη μελέτη θερμικής προστασίας και αυτή έχει εφαρμοσθεί πλήρως. Αυτό που μπορεί να γίνει κατά το στάδιο της κατασκευής ενός κτιρίου είναι να περιοριστεί ο αριθμός και η έκταση των θερμογεφυρών, προσδιορίζοντας τις θέσεις εμφάνισής τους και λαμβάνοντας τα κατάλληλα μέτρα για τον περιορισμό ή την αποφυγή των αρνητικών συνεπειών τους. Η εκ των υστέρων καταπολέμησή τους, ώστε να αποφευχθούν μελλοντικά προβλήματα, απαιτεί έγκαιρο εντοπισμό, σωστή κατανόηση του αιτίου του προβλήματος και λήψη κατάλληλων μέτρων για την εξάλειψη ή τον περιορισμό της επίδρασής τους (π.χ. τοποθέτηση πρόσθετης θερμομονωτικής στρώσης στις προβληματικές περιοχές). Ωστόσο, αποθαρρυντικοί παράγοντες για την αντιμετώπιση των θερμογεφυρών είναι οι συχνά δαπανηρές και πολύπλοκες οικοδομικές εργασίες που απαιτούνται (Αραβαντινός, 2009). 2.3 Κατηγοριοποίηση των θερμογεφυρών Μία πρώτη διάκριση των θερμογεφυρών γίνεται ανάλογα με τη φύση τους στις γραμμικές και τις σημειακές. Οι γραμμικές θερμογέφυρες εντοπίζονται στις θέσεις που η ροή θερμότητας παρουσιάζει έντονα δισδιάστατη φύση και η παραδοχή της μονοδιάστατης ροής θερμότητας παύει να ισχύει. Έχουν ομοιόμορφη διατομή κατά μήκος ενός από τους τρεις ορθογώνιους άξονες και λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς. Στην Εικόνα 2.1 απεικονίζονται οι θέσεις των συνηθέστερων τύπων γραμμικών θερμογεφυρών που εντοπίζονται στο περίβλημα ενός κτιρίου. 14

Εικόνα 2.1: Χαρακτηριστικοί τύποι γραμμικών θερμογεφυρών και οι θέσεις εμφάνισής τους στο κτιριακό κέλυφος (Πηγή: Τ.Ο.Τ.Ε.Ε 20701-1/2010). Οι σημειακές θερμογέφυρες εντοπίζονται στις ενώσεις των γραμμικών θερμογεφυρών, στις οποίες η θερμική ροή έχει τρισδιάστατη φύση (Εικόνα 2.2). Δεν έχουν καμία διάσταση και η επιρροή τους στις ανταλλαγές θερμότητας πρακτικά θεωρείται αμελητέα. Συγκριτικά με τις γραμμικές έχουν πολύ μικρότερη επίδραση στη θερμική συμπεριφορά του κτιρίου. Επομένως, δε λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς. Εικόνα 2.2: Σημειακή θερμογέφυρα (σημειώνεται με κύκλο) που δημιουργείται στη θέση συναρμογής των κατακόρυφων δομικών στοιχείων με την πλάκα του δαπέδου (Πηγή: ΕΛΟΝ ΕΝ ISO 10211). Κατόπιν, με βάση τις αιτίες δημιουργίας τους οι γραμμικές θερμογέφυρες μπορούν να χωριστούν σε τρεις βασικές κατηγορίες. Στις γεωμετρικές, στις κατασκευαστικές καθώς και στο συνδυασμό των δύο προηγούμενων τύπων. Οι γεωμετρικές θερμογέφυρες προκύπτουν ως επακόλουθο του δισδιάστατου χαρακτήρα των κτιρίων. Εμφανίζονται σε θέσεις που η γεωμετρία του δομικού στοιχείου παύει να είναι γραμμική, όπως είναι οι γωνίες (Εικόνα 2.3). Στις θερμογέφυρες αυτές, δεν παρατηρείται ανομοιομορφία στις στρώσεις των υλικών του δομικού στοιχείου, ούτε ασυνέχεια της θερμομόνωσης, παρά μόνο διαφορά στην συνολική εξωτερική επιφάνειά του από την εσωτερική, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη έντονων φαινομένων δισδιάστατης ροής θερμότητας. 15

Εικόνα 2.3: Γεωμετρική θερμογέφυρα (σημειώνεται με κύκλο) που δημιουργείται στη θέση κάθετης τομής δύο εξωτερικών τοιχοποιιών με τη συνέχεια της θερμομόνωσης να μη διακόπτεται (Πηγή: Τ.Ο.Τ.Ε.Ε 20701-2/2010). Οι κατασκευαστικές θερμογέφυρες δημιουργούνται σε θέσεις όπου υπάρχει ασυνέχεια της θερμομονωτικής στρώσης, με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται έντονη δισδιάστατη ροή θερμότητας στην περιοχή. Το είδος αυτών των θερμογεφυρών είναι αποτέλεσμα κατασκευαστικών αποφάσεων. Παράδειγμα κατασκευαστικής θερμογέφυρας είναι το σημείο ένωσης μιας εσωτερικής τοιχοποιίας με ένα τοιχίο οπλισμένου σκυροδέματος που είναι θερμομονωμένο εσωτερικά (Εικόνα 2.4). Εικόνα 2.4: Κατασκευαστική θερμογέφυρα (σημειώνεται με κύκλο) που δημιουργείται στη θέση ένωσης μιας εσωτερικής τοιχοποιίας με ένα τοιχίο οπλισμένου σκυροδέματος με εσωτερική θερμομόνωση (Πηγή: Τ.Ο.Τ.Ε.Ε 20701-2/2010). Στις κατασκευές πιο συχνά συναντάται ο συνδυασμός των δύο παραπάνω τύπων θερμογεφυρών, όπως για παράδειγμα ένα τοιχίο θερμομονωμένο εξωτερικά που εφάπτεται κάθετα με οπτοπλινθοδομή θερμομονωμένη στον πυρήνα της (Εικόνα 2.5). Στις περιπτώσεις αυτές εμφανίζονται αυξημένες θερμικές απώλειες και μείωση της εσωτερικής επιφανειακής θερμοκρασίας. 16

Εικόνα 2.5: Γεωμετρική και κατασκευαστική θερμογέφυρα (σημειώνεται σε κύκλο) σε γωνιακό τοιχίο θερμομονωμένο εξωτερικά στο οποίο εφάπτεται κάθετα τοιχοποιία με θερμομόνωση στον πυρήνα (Πηγή: Τ.Ο.Τ.Ε.Ε 20701-2/2010). Τέλος, ανάλογα με τη θέση εμφάνισής τους στο κτίριο, οι θερμογέφυρες διαχωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Στις κατακόρυφες θερμογέφυρες, οι οποίες εμφανίζονται στο σημείο συναρμογής των κατακόρυφων δομικών στοιχείων, στις οριζόντιες, που εμφανίζονται στη συναρμογή των οριζόντιων δομικών στοιχείων με τα κατακόρυφα και στις θερμογέφυρες κουφωμάτων, οι οποίες εμφανίζονται στη συναρμογή των κουφωμάτων με τα συμπαγή δομικά στοιχεία. Πιο αναλυτικά, οι κατακόρυφες θερμογέφυρες εντοπίζονται στα σχέδια των κατόψεων ενός κτιρίου. Το μήκος τους λαμβάνεται από τα σχέδια των τομών, καθώς η κύρια διάστασή τους αναπτύσσεται καθ ύψος των δομικών στοιχείων. Σύμφωνα με την τεχνική οδηγία Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-2/2010 η κατηγορία αυτή των θερμογεφυρών κατατάσσεται σε τρεις υποκατηγορίες: στις θερμογέφυρες εξωτερικών γωνιών (ΕΞΓ), στις θερμογέφυρες εσωτερικών γωνιών (ΕΣΓ) και στις θερμογέφυρες ένωσης δομικών στοιχείων (ΕΔΣ). Από την άλλη μεριά, οι οριζόντιες θερμογέφυρες εντοπίζονται στα σχέδια των τομών ενός κτιρίου και η κύρια διάστασή τους αναπτύσσεται κατά μήκος των δομικών στοιχείων. Οπότε το μήκος τους λαμβάνεται από τα σχέδια των κατόψεων. Με βάση την Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-2/2010 η κατηγορία αυτή διακρίνεται σε επτά υποκατηγορίες: στις θερμογέφυρες δώματος ή οροφής σε προεξοχή (Δ), στις θερμογέφυρες δαπέδου σε προεξοχή ή δαπέδου επάνω από πυλωτή (ΔΠ), στις θερμογέφυρες οροφής σε εσοχή (ΟΕ), στις θερμογέφυρες δαπέδου σε εσοχή (ΔΕ), στις θερμογέφυρες ενδιάμεσου δαπέδου (ΕΔΠ), στις θερμογέφυρες περιδέσμου ενίσχυσης (ΠΡ) και τέλος, στις θερμογέφυρες δαπέδου που εδράζεται σε έδαφος (ΕΔ). Ολοκληρώνοντας, οι θερμογέφυρες κουφωμάτων εμφανίζονται στις θέσεις συναρμογής των κουφωμάτων με τα συμπαγή δομικά στοιχεία του κτιρίου. Ανάλογα με τις διαστάσεις των ανοιγμάτων, οι οποίες συνήθως αναφέρονται στα σχέδια των κατόψεων, λαμβάνεται το μήκος των θερμογεφυρών. Σύμφωνα με την Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-2/2010 κατατάσσονται σε δύο υποκατηγορίες: στις θερμογέφυρες στο λαμπά του κουφώματος (Λ), στο σημείο δηλαδή που ενώνεται το κούφωμα με την παράπλευρη τοιχοποιία και στις θερμογέφυρες στο ανωκάσι/κατωκάσι του κουφώματος (ΑΚ). 17

2.4 Ο συντελεστής γραμμικής θερμοπερατότητας Ψ Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, σύμφωνα με τις απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισμών, οι θερμογέφυρες πρέπει να συνυπολογίζονται στις συνολικές θερμικές απώλειες ενός κτιρίου, ώστε να είναι πληρέστερη η εκτίμηση του θερμικού ισοζυγίου και της ενεργειακής συμπεριφοράς του. Ο συνυπολογισμός των θερμογεφυρών είναι σημαντικός καθώς όπως περιγράφτηκε προηγουμένως, οι θερμογέφυρες εμφανίζουν δισδιάστατη ροή θερμότητας, η οποία σε παλιότερους κανονισμούς δε λαμβάνονταν υπόψη και το μέγεθός τους είναι ικανό να τροποποιήσει αισθητά τα τελικά αποτελέσματα της εκτίμησης του θερμικού ισοζυγίου των κτιρίων. Για το σκοπό αυτό εισάγεται η έννοια του γραμμικού συντελεστή θερμοπερατότητας. Ο συντελεστής Ψ [W/(m K)]. εκφράζει ποσοτικά την επιρροή μιας γραμμικής θερμογέφυρας στη συνολική ροή θερμότητας και προσδιορίζεται από τον τύπο (ΕΛΟΤ ΕΝ ISO 10211): όπου Nj Ψ = L2D j=1 Uj lj [W/(m K] (2.1) Ψ [W/(m K)] ο συντελεστής γραμμικής θερμοπερατότητας, L 2D [W/(m K)] ο συντελεστής γραμμικής θερμικής ζεύξης που προκύπτει από δισδιάστατο υπολογισμό του στοιχείου που διαχωρίζει τα δύο εξεταζόμενα περιβάλλοντα, Uj [W/(m 2 K)] ο συντελεστής θερμοπερατότητας του μονοδιάστατου στοιχείου j που διαχωρίζει τα δύο εξεταζόμενα περιβάλλοντα, lj [m] το μήκος επί του οποίου εφαρμόζεται η τιμή U j Nj [-] το πλήθος των μονοδιάστατων στοιχείων Ο συντελεστής Ψ λειτουργεί ως διόρθωση στους υπολογισμούς των ροών θερμότητας που έγιναν με παραδοχή μονοδιάστατης ροής στις θέσεις των θερμογεφυρών. Μπορεί να λάβει θετικές, αρνητικές ή και μηδενικές τιμές. Θετική τιμή του Ψ δηλώνει ότι η δισδιάστατη ροή θερμότητας είναι μεγαλύτερη από αυτή που θα λαμβάνονταν υπολογίζοντας για μονοδιάστατη ροή. Αντίθετα, η αρνητική τιμή του Ψ δηλώνει ότι υπάρχει υπερεκτίμηση της ροής θερμότητας όταν αυτή θεωρείται ως μονοδιάστατη, η τιμή δηλαδή της ροής είναι μικρότερη από αυτή που βρέθηκε με μονοδιάστατους υπολογισμούς. Τέλος, μηδενική τιμή του Ψ δηλώνει ότι δεν υπάρχει ροή θερμότητας. Επιπλέον, κατά τον προσδιορισμό του συντελεστή Ψ είναι απαραίτητο να αναφέρονται οι διαστάσεις που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς (εσωτερικές ή εξωτερικές), καθώς για διάφορους τύπους θερμογεφυρών η τιμή του Ψ διαφοροποιείται από αυτήν την επιλογή. Εκτός του συντελεστή γραμμικής θερμοπερατότητας Ψ υπάρχει και ο συντελεστής σημειακής θερμοπερατότητας χ [W/K], ο οποίος εκφράζει ποσοτικά την επιρροή μιας σημειακής θερμογέφυρας στη συνολική ροή θερμότητας. Όπως έχει αναφερθεί προηγουμένως η επιρροή των σημειακών θερμογεφυρών στις ανταλλαγές θερμότητας πρακτικά θεωρείται αμελητέα. 18

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογική προσέγγιση 3.1 Περιγραφή της μεθοδολογίας Βασικός στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν να αποτιμηθεί ο τρόπος εκτίμησης των θερμογεφυρών, καθώς και η επιρροή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο των κτιρίων. Τα βήματα που ακολουθήθηκαν για την επίτευξη αυτού του στόχου περιγράφονται αναλυτικά στη συνέχεια. Αρχικά συγκεντρώθηκαν τα αρχιτεκτονικά σχέδια και τα σχέδια ξυλοτύπων υφιστάμενων διώροφων κτιρίων. Έχοντας ως δεδομένο ότι τα κτίρια πρέπει να έχουν χρήση κατοικίας, διότι αυτά αποτελούν στην Ελλάδα το μεγαλύτερο ποσοστό των κτιρίων, επιλέχθηκε να μελετηθούν τρία κτίρια που παρουσιάζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά ως προς το σχεδιασμό τους: 1) Ένα διώροφο κτίριο χωρίς υπόγειο, με απλή ορθογωνική κάτοψη που επαναλαμβάνεται στους δύο ορόφους, χωρίς αρχιτεκτονικά σπασίματα στις όψεις. 2) Μία διώροφη κατοικία με υπόγειο, με τις κατόψεις των ορόφων να εμφανίζουν διαφοροποιήσεις μεταξύ τους και να έχουν πιο σύνθετη μορφή, με μικρό αριθμό αρχιτεκτονικών σπασιμάτων. 3) Ένα διώροφο κτίριο χωρίς υπόγειο, με μεγάλο αριθμό αρχιτεκτονικών σπασιμάτων στις όψεις του και με διαφορετικές κατόψεις ορόφων. Επιπλέον επιλέχθηκε τα κτίρια να μην έρχονται σε επαφή με άλλα καθώς με τον τρόπο αυτό η ενεργειακή τους συμπεριφορά θα εξαρτάται μόνο από τις τοπικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Κατόπιν δημιουργήθηκαν τα αναπτύγματα των όψεων όλων των κτιρίων, ώστε να υπολογιστούν τα εμβαδά που καταλαμβάνουν τα δομικά στοιχεία του εξωτερικού τους κελύφους, τα οποία ήταν απαραίτητα για να διενεργηθεί ο έλεγχος της θερμικής επάρκειας του συνόλου του κτιρίου που περιγράφεται σε επόμενη ενότητα του κεφαλαίου. Η λογική που ακολουθήθηκε στο σχεδιασμό των αναπτυγμάτων των όψεων είναι η εξής: Για κάθε κτίριο σχεδιάστηκαν τέσσερα αναπτύγματα (A, B, C, D), ένα για κάθε όψη. Ακόμη σε κάθε όψη σχεδιάστηκαν διαφορετικά αναπτύγματα ανά όροφο. Οπότε στην περίπτωση των κτιρίων χωρίς υπόγειο σχεδιάστηκαν δύο αναπτύγματα για κάθε όψη, ενώ αντίστοιχα στην 19