Θερμομονωτική προστασία και ενεργειακή απόδοση κτιρίου Κατερίνα Τσικαλουδάκη*, Θεόδωρος Θεοδοσίου *Δρ πολ. μηχ., επίκουρη καθηγήτρια, katgt@civil.auth.gr Εργαστήριο Οικοδομικής και Φυσικής των Κτιρίων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ.
Κτίρια με υψηλή ενεργειακή απόδοση: η νέα «τάση» Παθητικά Κτίρια «πράσινα» κτίρια Κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας Κτίρια με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας Κτίρια με μηδενική κατανάλωση ενέργειας Κοινό χαρακτηριστικό η ελαχιστοποίηση των ενεργειακών απαιτήσεων
Ενεργειακό ισοζύγιο Qs Ενεργειακές ροές Qi: Εσωτερικά θερμικά κέρδη Qs: Ηλιακά θερμικά κέρδη Qc: Ροές από αγωγιμότητα Qv: Ροές από αερισμό Qv Ροές από αερισμό Qc Ροές από αγωγιμότητα Ηλιακά Qs θερμικά φορτία Εσωτερικά θερμικά φορτία Qi Qi Qi Εσωτερικά θερμικά φορτία Εσωτερικά θερμικά φορτία Qi Qc Ροές από αγωγιμότητα Qc Qc Ροές από αγωγιμότητα
Επιδιωκόμενοι στόχοι τρόποι επίτευξης χειμώνας θέρμανση -η(qi + Qs) + (Qc + Qv) = Qm φωτισμός δροσισμός Μείωση θερμικών απωλειών Qc, Qv ισχυρή θερμομόνωση κουφώματα υψηλής τεχνολογίας έλεγχος απωλειών αερισμού Αύξηση ηλιακών κερδών Qs εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας με διάφορες τεχνικές ενταγμένες στο νότο με αποδεκτή απόκλιση +- 25 ο
Επιδιωκόμενοι στόχοι τρόποι επίτευξης καλοκαίρι θέρμανση +(Qi + Qs) - η(qc + Qv) = Qm φωτισμός δροσισμός «Αύξηση» θερμικών απωλειών Qc, Qv ενίσχυση νυχτερινού αερισμού χρήση υδάτινων στοιχείων εκμετάλλευση θερμοχωρητικότητας Μείωση ηλιακών κερδών Qs αποτελεσματική σκίαση του κελύφους υαλοπίνακες υψηλής τεχνολογίας χρήση υλικών υψηλής ανακλαστικότητας
Μείωση απωλειών θερμότητας Θερμική προστασία Συμπαγή στοιχεία Αυξάνει τη θερμική άνεση στους εσωτερικούς χώρους. Μειώνει την πιθανότητα συμπύκνωσης των υδρατμών όταν δεν υπάρχουν σημαντικές θερμογέφυρες. Μειώνει το κόστος λειτουργίας του κτιρίου λόγω της εξοικονόμησης ενέργειας. Διασφαλίζει τη διατήρηση των θερμικών ηλιακών κερδών για περισσότερο χρόνο στο εσωτερικό του κτιρίου.
Μείωση απωλειών θερμότητας Θερμική προστασία Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή συντελεστή θερμοπερατότητας U [W/(m 2 K] Δομικό στοιχείο Κ.Θ.Κ. Ζώνη Α Κ.Εν.Α.Κ Κ.Θ.Κ. Ζώνη Β Κ.Εν.Α.Κ. Κ.Θ.Κ. Ζώνη Γ Κ.Εν.Α.Κ. Κ.Θ.Κ. Ζώνη Δ Κ.Εν.Α.Κ. Εξ. τοίχοι με αέρα 0,70 0,60 0,70 0,70 0,45 0,70 0,40 Εξ. τοίχοι με Μ.Θ.Χ./εδαφ. 3,00 1,50 1,90 1,00 0,70 0,80 0,70 0,70 Δάπεδο με αέρα 0,45 0,40 0,35 Δάπεδο με Μ.Θ.Χ.-έδαφος 3,00 1,20 1,90 0,90 0,70 0,75 0,70 0,70 Επιστέγαση 0,45 0,40 0,35 Κουφώματα - 3,20-3,00-2,80-2,60
Μείωση απωλειών θερμότητας Θερμική προστασία Ζώνη Γ Κ.Εν.Α.Κ. Κ.Θ.Κ. Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή συντελεστή θερμοπερατότητας U [W/(m 2 K] Δομικό στοιχείο Εξ. τοίχοι με αέρα Εξ. τοίχοι με Μ.Θ.Χ./εδαφ. Κουφώματα Επιστέγαση Δάπεδα σε έδαφος ή Μ.Θ.Χ. Κ.Θ.Κ. 0,70 3,00 Ζώνη Α 0.50 0.40 Κ.Εν.Α.Κ 0,60 0.70 0.75 1,50 Ζώνη Β Κ.Θ.Κ. Κ.Εν.Α.Κ. 0,70 1,90 1,00 Ζώνη Γ 2.80 Κ.Θ.Κ. Κ.Εν.Α.Κ. 0,70 0,45 0,70 0,80 Ζώνη Δ Κ.Θ.Κ. Κ.Εν.Α.Κ. 0,70 0,40 0,70 0,70 Δάπεδο με αέρα Δάπεδα - αέρας 0.50 0.40 0,45 0,40 0,35 Δάπεδο με Μ.Θ.Χ.-έδαφος Επιστέγαση Κουφώματα Εξωτερικοί τοίχοι - Μ.Θ.Χ. Εξωτερικοί τοίχοι 3,00-0.45 1,20 0.70 0.80 0.70 1,90 0,90 0,70 0,75 0,70 0,45 0,40 3,20-3,00-2,80-0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0,70 0,35 2,60 Μέγιστη επ. τιμή συντελεστή θερμοπερατότητας U [W/(m 2 K)]
Μείωση απωλειών θερμότητας Θερμική προστασία Χώρα Εξ. τοίχοι Επιστεγάσεις Κουφώματα Βέλγιο 0,35 0,27 2,20 Βουλγαρία 0,35 0,28 1,7-2,00 Γαλλία 0,45 0,28 2,60 Γερμανία 0,24 0,20 1,30 Δανία 0,20 0,15 1,70 Ην. Βασίλειο 0,30 0,20 2,00 Ιρλανδία 0,27 0,16-0,22 2,20 Ισπανία 0,57-0,94 0,35-2,60-3,20 Ιταλία 0,33-0,62 0,29-0,38 2,00-4,60 Κροατία 0,45-0,60 0,30-0,40 1,80 Κύπρος 0,85 0,75 3,80 Νορβηγία 0,18 0,13 1,20 Ουγγαρία 0,45 0,25 1,60-2,00 Πορτογαλία -0,70 0,40-3,30-4,20 Τσεχία 0,38 0,24 1,70 Φινλανδία 0,17 0,09 1,00
Μείωση απωλειών θερμότητας Χώρα Εξ. τοίχοι Επιστεγάσεις Κουφώματα Uτ: 0,17 Βέλγιο 0,35 0,27 2,20 Uw: 1,00 Βουλγαρία 0,35 0,28 1,7-2,00 Uτ: 0,20 Γαλλία 0,45 0,28 2,60 Uw: 1,70 Γερμανία Uτ: 0,24 0,21 0,20 1,30 Δανία Uw: 0,20 1,60 0,15 1,70 Uτ: 0,30 Ην. Βασίλειο 0,30 Uw: 2,00 0,20 2,00 Uτ: 0,24 Uw: 1,30 Ιρλανδία 0,27 0,16-0,22 2,20 Ισπανία 0,57-0,94 0,35-2,60-3,20 Ιταλία Uτ: 0,33-0,62-0,70 0,29-0,38 2,00-4,60 Uw: 3,30-4,20 Uτ: 0,45 Κροατία 0,45-0,60 0,30-0,40 Uw: 2,60 1,80 Κύπρος 0,85 0,75 3,80 Uτ: 0,33-0,62 Νορβηγία 0,18 0,13 1,20 Uw: 2,00-4,60 Ουγγαρία 0,45 0,25 1,60-2,00 Uτ: 0,57-0,94 Πορτογαλία -0,70 0,40-3,30-4,20 Uw: 2,60-3,20 Τσεχία 0,38 0,24 1,70 Φινλανδία 0,17 0,09 1,00 Uτ: 0,35- Uw: 2,60-3,20 Θερμική προστασία Uτ: 0,85 Uw: 3,80
Μείωση απωλειών θερμότητας Θερμική προστασία Στις χώρες της βόρειας Ευρώπης, για την επίτευξη κτιρίων με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας οι μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές των συντελεστών θερμοπερατότητας θα μειωθούν κατά 25% έως 50% Uτ: 0,57-0,94 Uw: 2,60-3,20 Uτ: 0,35- Uw: 2,60-3,20 Uτ: 0,85 Uw: 3,80 Στην Ελλάδα;
Αύξηση θερμομονωτικής προστασίας Θερμική προστασία Μεθοδολογική προσέγγιση 1. 2. Υπολογισμός ενεργειακής απόδοσης κτιρίου πολυκατοικίας σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ΚΕνΑΚ για τις 4 κλιματικές ζώνες Σενάρια «αυστηροποίησης» των απαιτήσεων για θερμομονωτική προστασία κατά 20%, 30%, 40% και 50% σε σχέση με τις απαιτήσεις του ισχύοντος κανονισμού 3. Υπολογισμός συντελεστών θερμοπερατότητας και παχών θερμομόνωσης για κάθε σενάριο 4. Εκτίμηση ενεργειακής απόδοσης κτιρίου για κάθε σενάριο για τις 4 κλιματικές ζώνες
θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Εξεταζόμενο κτίριο πολυκατοικία: 4 τυπικοί όροφοι ισόγειο: πυλωτή Συν. εμβαδό κτιρίου: 1057 m² Εμβαδό θερμ. χώρου: 908 m² 3 διαμερίσματα στον όροφο Το κτίριο εντάσσεται κάθε φορά σε μία αντιπροσωπευτική πόλη των 4 κλιματικών ζωνών της χώρας: Ηράκλειο (ζώνη Α) Αθήνα (ζώνη Β) Θεσσαλονίκη (ζώνη Γ) Κοζάνη (ζώνη Δ) Για κάθε κλιματική ζώνη Έλεγχος θερμικής επάρκειας κτιρίου Υπολογισμός ενεργειακής απόδοσης κτιρίου Σενάρια «αυστηροποίησης» τιμών U
θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά δομικών στοιχείων αρχικού κτιρίου Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,584 0,05 4 0,05 0,496 0,06 0,496 0,06 3,20-0 0,06 0,442 0,06 0,434 0,07 0,434 0,07 3,00 - Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,438 0,07 0,394 0,07 0,386 0,08 0,386 0,08 2,80-0,389 0,08 0,355 0,08 0,348 0,09 0,348 0,09 2,60 -
θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά δομικών στοιχείων αρχικού κτιρίου Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,584 0,05 4 0,05 0,496 0,06 0,496 0,06 3,20-0 0,06 0,442 0,06 0,434 0,07 0,434 0,07 3,00 - Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,438 0,07 0,394 0,07 0,386 0,08 0,386 0,08 2,80-0,389 0,08 0,355 0,08 0,348 0,09 0,348 0,09 2,60 -
θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά δομικών στοιχείων αρχικού κτιρίου Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,584 0,05 4 0,05 0,496 0,06 0,496 0,06 3,20-0 0,06 0,442 0,06 0,434 0,07 0,434 0,07 3,00 - Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,438 0,07 0,394 0,07 0,386 0,08 0,386 0,08 2,80-0,389 0,08 0,355 0,08 0,348 0,09 0,348 0,09 2,60 -
θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά δομικών στοιχείων αρχικού κτιρίου Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,584 0,05 4 0,05 0,496 0,06 0,496 0,06 3,20-0 0,06 0,442 0,06 0,434 0,07 0,434 0,07 3,00 - Δομικά στοιχεία Στοιχεία ΟΣ Οπτοπλινθοδομή Δάπεδο Δώμα Κουφώματα 0,438 0,07 0,394 0,07 0,386 0,08 0,386 0,08 2,80-0,389 0,08 0,355 0,08 0,348 0,09 0,348 0,09 2,60 -
Συμμετοχή στη διαμόρφωση του Um 14% 13% 12% 11% 22% 21% 20% 19% 22% 24% 25% 27% 18% 20% 21% 23% θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά κτιριακού κελύφους Μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας κτιριακού κελύφους U m (W/m²K) 0,685 0,632 0,592 0,560 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 7% 7% 7% 7% 7% 7% 6% 6% Θερμογέφυρες Κουφώματα Δάπεδο Δώμα Οπτοπλινθοδομή Στοιχεία ΟΣ 20% 10% Εξωτερική θερμομόνωση Κουφώματα U w =2,50 W/(m² K) 0% ΖΩΝΗ Α ΖΩΝΗ Β ΖΩΝΗ Γ ΖΩΝΗ Δ
Πρωτογενής ενέργεια (kwh /m 2 ) θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Ενεργειακή απόδοση κτιρίου στις τέσσερις κλιματικές ζώνες Υπολογισμός με ΤΕΕ ΚΕΝΑΚ, με βάση τις θερμοφυσικές ιδιότητες του κελύφους, με απουσία σκίασης από γειτονικά κτίρια & τα χαρακτηριστικά των ΗΜ εγκαταστάσεων του κτιρίου αναφοράς 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Θέρμανση Ψύξη 68,9 49,5 29,7 14,2 15,7 13,1 11,8 7 ΖΩΝΗ Α ΖΩΝΗ B ΖΩΝΗ Γ ΖΩΝΗ Δ
Πρωτογενής ενέργεια [kwh/m 2 ] 14,2 13,6 12,7 13,4 11,3 13,3 10,7 13,2 9,7 13,2 Πρωτογενής ενέργεια [kwh/m 2 ] 16,3 16 15,9 15,8 15,6 29,7 27,5 26,1 24,3 22,8 θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Σενάρια: η ενεργειακή απόδοση του κτιρίου 100 90 80 Θέρμανση Ψύξη Ζώνη Ζώνη 100 90 80 Θέρμανση Ψύξη 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 Κατά Κ.Εν.Α.Κ. +20% +30% +40% +50% Σενάρια θερμικής προστασίας 0 Κατά Κ.Εν.Α.Κ. +20% +30% +40% +50% Σενάρια θερμικής προστασίας
Πρωτογενής ενέργεια [kwh/m 2 ] 11,8 11,7 11,6 11,5 11,3 37,5 49,5 46,7 43,2 41 Πρωτογενής ενέργεια [kwh/m 2 ] 7 7 7,1 7,1 7,1 65,2 61,4 58,3 56,1 69,8 θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Σενάρια: η ενεργειακή απόδοση του κτιρίου 100 90 Θέρμανση Ζώνη Ζώνη 100 90 Θέρμανση 80 Ψύξη 80 Ψύξη 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 Κατά Κ.Εν.Α.Κ. +20% +30% +40% +50% Σενάρια θερμικής προστασίας 0 Κατά Κ.Εν.Α.Κ. +20% +30% +40% +50% Σενάρια θερμικής προστασίας
Εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας [%] 6% 5% 5% 6% 12% 9% 11% 11% 14% 13% 14% 15% 18% 17% 20% 18% θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Σενάρια: εξοικονόμηση ενέργειας 30% Πάχος θερμομόνωσης - 20% 30% 40% 50% 25% ΖΩΝΗ Α ΖΩΝΗ B Α 5 6 7 8 10 12 8 10 12 15 20% ΖΩΝΗ Γ ΖΩΝΗ Δ Β 6 7 8 9 12 15 9 10 12 15 15% 10% Γ 7 8 9 12 15 24 10 12 15 24 5% Δ 8 9 10 12 15 24 12 15 24 24 0% +20% +30% +40% +50% Σενάρια θερμικής προστασίας
Κόστος θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Κόστος; 30000 Ζώνη Πάχος θερμομόνωσης - 20% 30% 40% 50% 25000 Α 5 6 7 8 10 12 8 10 12 15 20000 15000 Β 6 7 8 9 12 15 9 10 12 15 10000 Γ 7 8 9 12 15 24 10 12 15 24 5000 0 20% 30% 40% 50% Σενάριο θερμομονωτικής προστασίας Δ 8 9 10 12 15 24 12 15 24 24 Οικονομικό όφελος από εξοικονόμηση ενέργειας ( ) Αρχικό κόστος επένδυσης ( )
Κόστος θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Κόστος; 30000 Ζώνη Πάχος θερμομόνωσης - 20% 30% 40% 50% 25000 Α 5 6 7 8 10 12 8 10 12 15 20000 15000 Β 6 7 8 9 12 15 9 10 12 15 10000 Γ 7 8 9 12 15 24 10 12 15 24 5000 0 20% 30% 40% 50% Σενάριο θερμομονωτικής προστασίας Δ 8 9 10 12 15 24 12 15 24 24 Οικονομικό όφελος από εξοικονόμηση ενέργειας ( ) Αρχικό κόστος επένδυσης ( )
Κόστος θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Κόστος; 30000 Ζώνη Πάχος θερμομόνωσης - 20% 30% 40% 50% 25000 Α 5 6 7 8 10 12 8 10 12 15 20000 15000 Β 6 7 8 9 12 15 9 10 12 15 10000 Γ 7 8 9 12 15 24 10 12 15 24 5000 0 20% 30% 40% 50% Σενάριο θερμομονωτικής προστασίας Δ 8 9 10 12 15 24 12 15 24 24 Οικονομικό όφελος από εξοικονόμηση ενέργειας ( ) Αρχικό κόστος επένδυσης ( )
Κόστος θερμομονωτική προστασία & ενεργειακή απόδοση Κόστος; 30000 Ζώνη Πάχος θερμομόνωσης - 20% 30% 40% 50% 25000 Α 5 6 7 8 10 12 8 10 12 15 20000 15000 Β 6 7 8 9 12 15 9 10 12 15 10000 Γ 7 8 9 12 15 24 10 12 15 24 5000 0 20% 30% 40% 50% Σενάριο θερμομονωτικής προστασίας Οικονομικό όφελος από εξοικονόμηση ενέργειας ( ) Αρχικό κόστος επένδυσης ( ) Δ 8 9 10 12 15 24 12 15 24 24 Στη ζώνη Α η αυστηροποίηση των απαιτήσεων για θερμομονωτική προστασία είναι από οικονομικής άποψης μη αποδοτική. Στις υπόλοιπες ζώνες η περίοδος αποπληρωμής κυμαίνεται μεταξύ 15 & 25 έτη.
Θερμομονωτική προστασία και ενεργειακή απόδοση κτιρίου Κατερίνα Τσικαλουδάκη*, Θεόδωρος Θεοδοσίου *Δρ πολ. μηχ., επίκουρη καθηγήτρια, katgt@civil.auth.gr Εργαστήριο Οικοδομικής και Φυσικής των Κτιρίων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ.