Π Τ ΥΧ ΙΑ Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ ΙΑ Ε Ν Ε Ρ Γ Η Τ ΙΚ Α Κ Α Ι Π Α Θ Η Τ ΙΚ Α Η Λ ΙΑ Κ Α Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Τ Α

Π Τ ΥΧ ΙΑ Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ ΙΑ Ε Ν Ε Ρ Γ Η Τ ΙΚ Α Κ Α Ι Π Α Θ Η Τ ΙΚ Α Η Λ ΙΑ Κ Α Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Τ Α Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ ΙΚ Ο Ε Κ Π Α ΙΔ Ε Υ Τ ΙΚ Ο ΙΔΡΥ Μ Α Κ Α ΒΑ Λ Α Σ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ ΤΣΑΛΙΚΙΔΗΣ Δ. ΙΩΑΝΝΗΣ (Α.Ε.Μ. 3232) ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΠΊΒΛΈΠΩΝ ΠΟΤΟΛΙΑΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ Κ ΑΒΑΛΑ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2008

Π Τ ΥΧ ΙΑ Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ ΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ Ε Ν Ε Ρ Γ Η Τ ΙΚ Α Κ Α Ι Π Α Θ Η Τ ΙΚ Α Η Λ ΙΑ Κ Α Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Τ Α ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ ΤΣΑΛΙΚΙΔΗΣ Δ. ΙΩΑΝΝΗΣ (Α.Ε.Μ. 3232) ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΠΟΤΟΛΙΑΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ Κ ΑΒΑΛΑ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2008

Περιεχόμενα Περιεχόμενα... 1 Πρόλογος...3 o Ιστορική Αναδρομή...3 o Στόχος...5 o Ευχαριστίες...5 Θερμομόνωση Κτιρίων...6 1.1 Θερμομόνωση των εξωτερικών τοίχων... 10 o Θερμομόνωση του δώματος... 12 o Φράγματα ακτινοβολίας... 12 o Θερμομόνωση του δαπέδου... 13 o Μείωση των απωλειών των παραθύρων... 14 o Διαφανής μόνωση... 15 Παθητικά Συστήματα Θέρμανσης... 17 2.1 Εισαγωγή στα παθητικά συστήματα θέρμανσης... 17 2.2 Συστήματα άμεσου κέρδους... 19 2.3 Συστήματα έμμεσου κέρδους...24 2.3.1 Τοίχος μάζας και τοίχος Trombe...25 2.3.2 Τοίχος νερού...30 2.3.3 Προσαρτημένος ηλιακός χώρος (Θερμοκήπιο)...31 2.3.4 Ηλιακό αίθριο...38 2.4 Συστήματα διπλού κέρδους...38 2.5 Σύγκριση παθητικών συστημάτων θέρμανσης...40 Παθητικά Σηστήματα Δροσισμού...41 3.1 Μικροκλίμα...43 3.1.1 Η βλάστηση...43 3.1.2 Οι υδάτινες επιφάνειες...45 3.2 Τεχνικές ηλιοπροστασίας του κτιρίου...45 3.2.1 Σκίαση...46 3.2.2 Ειδικοί υαλοπίνακες...49 3.2.3 Προσανατολισμός, μέγεθος και γεωμετρία των ανοιγμάτων... 50 3.3 Η εξωτερική επιφάνεια του κελύφους... 51 3.4 Φυσικός αερισμός... 51 3.4.1 Ο ρόλος του ανέμου... 53 3.4.2 Χαρακτηριστικά της ροής του αέρα γύρω από το κτίριο...53 3.5 Άλλες τεχνικές φυσικού δροσισμού... 57 3.5.1 Εξατμιστική ψύξη...58 3.5.2 Το έδαφος ως μέσο παθητικού δροσισμού...60 3.5.3 Δροσισμός με ακτινοβολία... 61 Φυσικός Φωτισμός στα Κτίρια... 64 4.1 Ο φυσικός φωτισμός ως μέσο για την εξοικονόμηση ενέργειας...65 4.2 Ο ρόλος του κελύφους στη δημιουργία οπτικής άνεσης και στην αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού...65 4.3 Διατάξεις φυσικού φωτισμού...67 4.3.1 Αξιοποίηση της κεκλιμένης οροφής...68 4.3.2 Επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των ανοιγμάτων στην κατανομή της φωτεινότητας... 68 1

4.3.3 Η χρήση πολλαπλών ανοιγμάτων οροφής... 68 4.3.4 Κατακόρυφοι φεγγίτες οροφής...69 4.3.5 Φωτεινός σωλήνας (light pipe)...70 4.3.6 Σχεδιασμός και αξιοποίηση των αιθρίων... 70 4.4 Πίνακας ελέγχου...74 Ενεργητικά Ηλιακά Συστήματα...75 5.1 Ταξινόμηση των ενεργητικών ηλιακών συστημάτων...76 5.2 Ηλιακά συστήματα αέρος...77 5.3 Ηλιακά συστήματα υγρού...79 5.4 Απόδοση ενεργητικών ηλιακών συστημάτων... 82 Φωτοβολταικά Συστήματα... 84 6.1 Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκών συστημάτων... 84 6.2 Φωτοβολταϊκή τεχνολογία... 84 6.2.1 Φωτοβολταϊκές κυψελίδες... 85 6.2.2 Συστοιχίες φωτοβολταϊκών πλαισίων... 87 6.3 Βασικοί τύποι φωτοβολταϊκών συστημάτων... 88 6.3.1 Αυτόνομα συστήματα... 89 6.3.2 Διασυνδεδεμένα συστήματα...90 6.3.3 Υβριδικά συστήματα...91 6.3.4 Μικρής ισχύος συστήματα...92 6.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των Φ/Β συστημάτων...93 6.5 Υλικά κατασκευής Φ/Β στοιχείων... 94 6.6 Εγκατάσταση των Φ/Β πλαισίων σε ένα κτίριο...95 6.7 Διαστασιολόγηση του Φ/Β συστήματος...96 6.8 Εφαρμογές των Φ/Β στοιχείων...98 6.9 Περιβαλλοντική διάσταση... 104 Eπίλογος... 106 Βιβλιογραφια... 107 2

Πρόλογος Το κτίριο αποτελεί ένα σύστημα που δένεται με το περιβάλλον και υπόκειται σε μία σειρά από επιδράσεις που επηρεάζουν τις συνθήκες μέσα σε αυτό. Οι επιδράσεις αυτές είναι οι εποχιακές και ημερήσιες αλλαγές των κλιματολογικών συνθηκών. Οι εξωτερικές αυτές, προς το σύστημα του κτιρίου φορτίσεις, δημιουργούν δυσμενείς συνθήκες για τους χρήστες του. Οι αποκλίσεις των διαμορφούμενων από το κλίμα συνθηκών, από αυτές που επιθυμούν οι χρήστες, για κάθε χώρο και κάθε χρονική στιγμή, συνήθως γιγαντώνονται με τη χρήση πολυδάπανων ενεργειακά συσκευών θέρμανσης, ψύξης και φωτισμού. Το αποτέλεσμα των παραπάνω είναι η τεράστια κατανάλωση ενέργειας, η κατασπατάληση των φυσικών πόρων και η υποβάθμιση του φυσικού περιβάλλοντος. o Ιστορική Αναδρομή Τα περιβαλλοντικά προβλήματα, που γνώρισε ο αιώνας μας, μας έκαναν να συνειδητοποιήσουμε τους κινδύνους που απειλούν το κλίμα του πλανήτη και οδήγησαν την παγκόσμια κοινότητα στην ανάληψη δράσεων για τη σωτηρία του πλανήτη, υιοθετώντας νέες λογικές και πρακτικές στα ζητήματα της ανάπτυξης, που να εγγυώνται οικονομική βιωσιμότητα, κοινωνική συνοχή, ευημερία, ποιότητα ζωής, ασφάλεια και κυρίως υψηλή προστασία του περιβάλλοντος και της ανθρώπινης υγείας. Οι πόλεις δεν είχαν ποτέ στεγάσει τόσο μεγάλο αριθμό ανθρώπων όσο σήμερα. Ο πληθυσμός τους πολλαπλασιάστηκε κατά δέκα φορές, κατά την περίοδο 1950 έως 1990, περνώντας από τα 200 εκατομμύρια σε περισσότερο από 2 δισεκατομμύρια, με αποτέλεσμα το μέλλον της ανθρωπότητας να καθορίζεται πλέον αποκλειστικά από τις πόλεις. Οι πόλεις καταναλώνουν τα 3/4 της παγκόσμιας ενέργειας και είναι η αιτία των 3/4 τουλάχιστον της παγκόσμιας ρύπανσης, ενώ αποτελούν τόπους παραγωγής και κατανάλωσης των περισσότερων βιομηχανοποιημένων προϊόντων, που προκειμένου να διατηρηθούν απομυζούν και απομειώνουν τους διαθέσιμους φυσικούς πόρους και έχουν μετατραπεί σε "παράσιτα". Υπολογίζεται ότι κατά τα τριάντα επόμενα χρόνια 2 δισεκατομμύρια άνθρωποι περίπου θα προστεθούν ακόμη στους πληθυσμούς των πόλεων, κυρίως στις αναπτυσσόμενες περιοχές και αυτή η μαζική αστικοποίηση θα επιφέρει μια τρομακτική αύξηση του όγκου των πόρων που θα 3

καταναλίσκονται αλλά και της ρύπανσης που θα παράγεται, ενώ τουλάχιστον το μισό του αστικού αυτού πληθυσμού θα ζει σε παραγκουπόλεις, χωρίς πόσιμο νερό, ηλεκτρικό και δίκτυα αποχέτευσης. Ο κίνδυνος να αναπαράγουν οι πόλεις του αύριο τα ίδια και σοβαρότερα προβλήματα με αποτέλεσμα την μη αναστρέψιμη πλέον διαταραχή των φυσικών οικοσυστημάτων είναι περισσότερο από ποτέ ορατός και είναι δύσκολο να αισιοδοξούμε αν υπολογίσουμε ότι μέχρι το 2025 τα τρία τέταρτα του παγκόσμιου πληθυσμού θα ζει στις πόλεις. Και αυτό κάνει ακόμη πιο επιτακτική την ανάγκη για την αντιμετώπιση της «πληθυσμιακής βόμβας» και των σοβαρών προβλημάτων διαβίωσης των ανθρώπινων κοινωνιών, μέσα από την οικοδόμηση δίκαιων, ισόνομων, υγιών και αειφόρων πόλεων, που θα αποτελέσουν το υπόβαθρο των νέων αειφόρων αλληλοεξαρτώμενων κοινωνιών. Οι φυσικοί πόροι δεν είναι ανεξάντλητοι. Η ίδια η φύση θέτει περιορισμούς και όρια τα οποία πρέπει να σεβόμαστε. Καμιά διορθωτική ενέργεια δεν είναι ικανή να αποκαταστήσει τη διαταραχή της οικολογικής ισορροπίας που συμβαίνει, εφόσον οι ανθρώπινες δραστηριότητες εξελίσσονται με εντατικό ρυθμό και αγνοούν τις δυνατότητες και τα όρια αυτά. Το σπουδαιότερο μέλημα του κάθε σχεδιασμού είναι να διασφαλίζει τις αρχές της πρόβλεψης και της πρόληψης, καθώς και τη λήψη κατάλληλων μέτρων περιβαλλοντικής απόδοσης. Οι σύγχρονες κοινωνίες αναζητούν βιώσιμες λύσεις που θα τις επιτρέψει να αντιμετωπίσουν την κρίση και τις περιβαλλοντικές προκλήσεις. Στρέφονται έτσι προς την παράδοση και διδάσκονται από τη «σοφία» των παλιότερων κοινωνιών, που δημιούργησαν θαυμάσιους οικισμούς και αρχιτεκτονικά έργα, που άντεξαν στον χρόνο, ώστε να δημιουργήσουν και πάλι γνήσια έργα, ικανά να «κατακτήσουν το διευρυμένο και σύνθετο οικουμενικό πλαίσιο, μέσα από τη μαγική ποικιλία των εκφράσεων που η αρχιτεκτονική μπορεί να δημιουργεί». Αναζητούν βέλτιστους τρόπους, ώστε οι πόλεις να μπορέσουν να ανασυγκροτηθούν, να απορροφήσουν σταδιακά την αστική ανάπτυξη και να προσφέρουν πολλαπλές ευκαιρίες, χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο τον πλανήτη και τις ευκαιρίες των μελλοντικών γενιών Η μέριμνα για εξοικονόμηση των φυσικών πόρων, όπως της ενέργειας και του νερού, για την επιλογή φιλικών, στο περιβάλλον, οικοδομικών υλικών - που ανακυκλώνονται, δεν εκπέμπουν επικίνδυνα ρυπογόνα αέρια, κλπ. - προτρέπει προς ένα σχεδιασμό που αναζητά τρόπους, ώστε να αξιοποιήσει τις κλιματικές παραμέτρους και να συνθέσει ένα σύνολο του 4

οποίου τα επί μέρους στοιχεία συνεργάζονται και αποδίδουν το βέλτιστο, προς όφελος της απόδοσης. Αυτός ο νέος σχεδιασμός είναι ο βιοκλιματικός ή περιβαλλοντικός Οι αρχιτέκτονες οφείλουν «να κοιτάξουν τις πόλεις και τα κτίρια υπό νέα οπτική» και με μεράκι, φροντίδα και ενδιαφέρον να σχεδιάσουν με «ορθό», άρα «λογικό» τρόπο τα σύγχρονα κτίρια και τις πόλεις του μέλλοντος. Κτίρια υγιή, ενεργειακά και περιβαλλοντικά αποδοτικά, που θα προσφέρουν υψηλή ποιότητα, και άνετες συνθήκες διαβίωσης όλο το χρόνο. Κτίρια ελκυστικά και αποδοτικά σε πόλεις υγιείς, ασφαλείς, ισόνομους και βιώσιμους Με τον τρόπο αυτό θα επιτευχθεί περιορισμός των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και κυρίως αυτού, που εκλύεται από την παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας, ώστε να καταπολεμηθεί και η κλιματική αλλαγή. [1] o Στόχος Στην παρούσα πτυχιακή εργασία γίνεται μια προσπάθεια παρουσίασης των παθητικών και ενεργητικών ηλιακών συστημάτων, τα οποία καθιστούν ένα σχεδιασμό κτιρίου ως «Βιοκλιματικό». Στη συνέχεια η εφαρμογή μέρους των συστημάτων σε ένα υφιστάμενο ή καινούριο κτίριο θα μπορούσε να βοηθήσει ώστε να βελτιωθεί η ενεργειακή και κατ επέκταση και η περιβαλλοντική του συμπεριφορά.. o Ευχαριστίες Η παρούσα διπλωματική εργασία με θέμα «ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ» εκπονήθηκε από το σπουδαστή ΤΣΑΛΙΚΙΔΗ Δ. ΙΩΑΝΝΗ του Τμήματος Ηλεκτρολογίας της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών του ΤΕΙ καβάλας, στα πλαίσια των υποχρεώσεών του για την αποφοίτησή του από το τμήμα. Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου σε όλους εκείνους που βοήθησαν και συντέλεσαν στην ολοκλήρωση αυτής της διπλωματικής εργασίας. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον αξιότιμο καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολογίας του ΤΕΙ Καβάλας κύριο Ποτόλια Κωνσταντίνο για την αμέριστη και πολύτιμη βοήθειά του, για την προσεκτική ανάγνωση, τις παρατηρήσεις, τις τελικές διορθώσεις και την πολύχρονη υπομονή του. Καβάλα, Οκτώβριος 2008 Τσαλικίδης Δ. Ιωάννης 5

Θερμομόνωση Κτιρίων Κεφάλαιο 1 Οι θερμικές απώλειες προκαλούνται σε ένα κτίριο από τη μετάδοση της θερμότητας του αέρα ενός εσωτερικού χώρου προς την ατμόσφαιρα ή προς ψυχρότερους γειτονικούς χώρους ή/και αντίστροφα. Είναι γνωστό ότι, ανάμεσα σε δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες, προκαλείται μία συνεχής ροή θερμότητας από το θερμότερο προς το ψυχρότερο, κάτι που συμβαίνει το χειμώνα από το εσωτερικό του κτιρίου προς τον εξωτερικό κρύο αέρα, αλλά και το καλοκαίρι, από τον εξωτερικό θερμό αέρα προς το δροσερότερο εσωτερικό του κτιρίου. Αυτή η ροή θερμότητας είναι αδύνατο να εμποδιστεί τελείως και μπορεί, μόνο, να περιοριστεί ως προς την ένταση και τη διάρκειά της. Αυτό γίνεται κατορθωτό με την θερμομόνωση του κτιρίου η οποία επιβραδύνει την ταχύτητα ανταλλαγής θερμότητας μέσα από τις επιφάνειες (τοίχους, στέγες, πατώματα, κουφώματα) που χωρίζουν περιοχές ή χώρους διαφορετικής θερμοκρασίας. Στη σύγχρονη εποχή όπου οι κτιριακές κατασκευές είναι περισσότερο σύνθετες και ελαφρότερες από τα παραδοσιακά πέτρινα κτίρια του παρελθόντος, την προστασία από τις θερμικές μεταβολές ανέλαβαν τα διάφορα τεχνικά συστήματα ελέγχου, όπως η κεντρική θέρμανση και ο κλιματισμός. Η κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία τους δεν αποτελούσε πρόβλημα, μέχρι την Ενεργειακή Κρίση. Οι ενεργειακές πηγές, ουσιαστικά το πετρέλαιο, έπαψαν να είναι φθηνές και όλοι συνειδητοποιούν πλέον τη μεγάλη σημασία της θερμομόνωσης στην εξοικονόμηση ενέργειας. Όλα τα κτίρια που κατασκευάστηκαν στην Ελλάδα μετά το 1970 είναι μονωμένα βάσει του Κανονισμού Θερμομόνωσης /79, όμως σχεδόν όλα τα κτίρια που έχουν κατασκευαστεί πριν το 1970 (σχεδόν το 72% των κτιρίων στην Ελλάδα) δεν έχουν μόνωση. [2] Ένας κλειστός χώρος που θερμαίνεται ακτινοβολεί θερμότητα στο ψυχρότερο περιβάλλον που είναι γύρω του. Ταυτόχρονα, η θερμότητα διαφεύγει από τις ατέλειες του περιβλήματος γι αυτό και η θερμική συμπεριφορά ενός κτιρίου εξαρτάται κατά μεγάλο βαθμό από τη θερμομόνωση του κελύφους του η οποία αντιμετωπίζει το πρόβλημα των απωλειών. Πρέπει να τονιστεί ότι με το φράξιμο των χαραμάδων και τον περιορισμό της αθέλητης διείσδυσης του αέρα δεν πρέπει να εμποδίζεται ο απαραίτητος αερισμός της κατοικίας. Για την υγεία των 6

χρηστών, είναι απαραίτητο να ανανεώνεται ο αέρας που βρίσκεται στο εσωτερικό μιας κατοικίας. Για να μπορέσει να λειτουργήσει εύρυθμα το κτίριο με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, θα πρέπει να ελαχιστοποιηθούν οι θερμικές απώλειες του κελύφους του κτιρίου, ώστε να μη διασκορπίζεται η θερμική ενέργεια που μάζεψε και αποθήκευσε. Για να επιτευχθεί αυτός ο σκοπός είναι απαραίτητο να τοποθετηθεί η κατάλληλη θερμομόνωση σε εκείνα τα στοιχεία του κελύφους όπου παρατηρούνται οι μεγαλύτερες θερμικές απώλειες. Η σωστή θερμομόνωση σε συνδυασμό με ένα ικανοποιητικό σύστημα κλιματισμού, εξασφαλίζει την άνετη διαμονή μέσα στην κατοικία. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα προστατεύει τον εσωτερικό χώρο από το κρύο και κατά το καλοκαίρι από την υπερβολική ζέστη. Εξασφαλίζει οικονομία στην αρχική μελέτη εγκατάστασης και στις δαπάνες λειτουργίας της θέρμανσης, μειώνοντας τις ανταλλαγές θερμοκρασίας με το εξωτερικό περιβάλλον ή με χώρους που έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες. Εξοικονομεί χρήματα από τα έξοδα συντήρησης και αυξάνει το χρόνο ζωής της κατοικίας, συμβάλλοντας στην προστασία της από φθορές και από βλάβες. Οι κατά καιρούς έρευνες απέδειξαν ότι μια σωστή θερμομόνωση, που απαιτεί περίπου το 2-5% του αρχικού κόστους κατασκευής του κτιρίου, μπορεί να εξοικονομήσει μέχρι και 50% του κόστους λειτουργίας και θέρμανσής του. Επομένως, κρίνεται σκόπιμο να αναλυθούν οι ιδιότητες των υλικών καθώς και οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για να αυξήσουμε τη θερμική μόνωση των κτιρίων. Οι απώλειες θερμότητας από ένα κτίριο προς το εξωτερικό περιβάλλον κατά τη διάρκεια του χειμώνα (ή τα ανεπιθύμητα κέρδη από αυτό κατά την διάρκεια του καλοκαιριού) καθορίζονται με βάση τη ροή θερμότητας διαμέσου του κελύφους του. Η ροή θερμότητας εξαρτάται κυρίως από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβάλλοντος και τη θερμική αντίσταση των υλικών από τα οποία κατασκευάζεται το κέλυφος του κτιρίου. Θερμική αντίσταση (R) ενός υλικού ονομάζουμε το μέγεθος που εκφράζει τη δυσκολία με την οποία η θερμότητα διαδίδεται σε ένα υλικό. Η θερμική αντίσταση είναι συνάρτηση του πάχους του υλικού, των ρευστών που το περιβάλλουν (π.χ. αέρας) και της θερμικής του αγωγιμότητας (k). Για ένα σύνθετο υλικό, η θερμική του αντίσταση είναι ίση με το άθροισμα των θερμικών αντιστάσεων των επί μέρους στοιχείων του. Η Θερμική αγωγιμότητα (k) αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα κάθε υλικού και ισούται με τη ροή θερμότητας διαμέσου της μάζας του υλικού ανά μονάδα πάχους και διαφοράς θερμοκρασίας. Ως εκ τούτου μετράται σε W/m 0C. Επειδή η σχέση μεταξύ θερμικής 7

αντίστασης και θερμικής αγωγιμότητας, εκφράζεται από τον τύπο R=k/d (όπου d το πάχος του υλικού) είναι προφανές ότι η θερμική αντίσταση μετράται σε m2 0C/W. Το αντίστροφο της θερμικής αντίστασης είναι ο συντελεστής θερμικής διαπερατότητας του υλικού (U - value), μετράται σε W/m2 0C και εκφράζει τον τρόπο με τον οποίο το κτίριο διαμέσου του κελύφους του ανταλλάσει θερμότητα με το περιβάλλον. Όπως ισχύει και στην περίπτωση της θερμικής αντίστασης, έτσι και ο συντελεστής θερμικής διαπερατότητας εξαρτάται από τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας που συμβαίνουν στην εσωτερική και εξωτερική πλευρά του κελύφους, καθώς και από τις θερμικές ιδιότητες του υλικού (θερμική αγωγιμότητα). Η σχέση που δίνει το U - value για ένα σύνθετο δομικό στοιχείο είναι η ακόλουθη: U = 1/(1/hi) + (1/ho) + Σ dj kj όπου: hi, ho : συντελεστές θερμικής μεταφοράς του αέρα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του κτιρίου αντίστοιχα kj : συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού dj : πάχος του υλικού j [3] Συντελεστής θερμικής διαπερατότητας (U - value) Η επιτυχής θερμομόνωση ενός δομικού στοιχείου έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του συντελεστή θερμικής διαπερατότητας (U - value) του στοιχείου αυτού, άρα και τον περιορισμό της διαφυγής θερμότητας διαμέσου του στοιχείου. Η πιο κοινή μέθοδος για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών είναι η προσθήκη θερμομόνωσης, δηλαδή υλικών με μεγάλη θερμική αντίσταση, στο κέλυφος του κτιρίου έτσι ώστε να αυξηθεί η συνολική θερμική του αντίσταση. Άλλος τρόπος περιορισμού των απωλειών, ειδικότερα λόγω ακτινοβολίας, αποτελεί η προσθήκη φραγμάτων στη ροή θερμότητας με τοποθέτηση για παράδειγμα φύλλων αλουμινίου πίσω από τα θερμαντικά σώματα ή τη χρήση υαλοπινάκων με πολύ χαμηλή ικανότητα εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας. 8

Η σωστή και πλήρης θερμομόνωση του κελύφους ενός κτιρίου έχει ως αποτέλεσμα: > υγιεινή και άνετη διαμονή των χρηστών του κτιρίου, λόγω μικρότερης διαφυγής θερμότητας προς το περιβάλλον το χειμώνα και μικρότερου θερμικού φορτίου εισερχόμενου από το περιβάλλον, το καλοκαίρι > μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας για θέρμανση και κλιματισμό, λόγω ακριβώς των μειωμένων απωλειών θερμότητας το χειμώνα και θερμικών φορτίων το καλοκαίρι > την αύξηση του κατασκευαστικού κόστους αλλά και την μείωση των λειτουργικών εξόδων του κτιρίου χάρη στην αναμενόμενη εξοικονόμηση ενέργειας > μείωση της ρύπανσης το περιβάλλοντος από τα καυσαέρια, λόγω της σημαντικά μικρότερης κατανάλωσης καυσίμων > τη διατήρηση των θερμικών ηλιακών κερδών επί μεγάλο χρονικό διάστημα στο εσωτερικό του κτιρίου > τη μείωση της πιθανότητας σχηματισμού υδρατμών στις επιφάνειες του κτιρίου, αφού εξαφανίζει τις θερμογέφυρες, δηλαδή τα σημεία συνάντησης στοιχείων του κελύφους, των οποίων ο συντελεστής διαπερατότητας είναι μεγάλος και τα οποία έχουν ως αποτέλεσμα την έντονη τοπική ροή θερμότητας από το κτίριο προς το περιβάλλον λόγω της απότομης πτώσης της θερμοκρασίας επιφανείας Η τοποθέτηση της θερμομόνωσης θα πρέπει να γίνεται με προσοχή και ομοιόμορφα έτσι ώστε να αποφεύγονται οι θερμογέφυρες. Ταυτόχρονα, η επιλογή του υλικού και της θέσης της (εσωτερική, εξωτερική) θα πρέπει να αξιολογούνται ανάλογα με τη στρατηγική θέρμανσης και τα χαρακτηριστικά του κτιρίου (ωράριο λειτουργίας, θερμική μάζα, ηλιακά κέρδη, κ.τ.λ.). Τέλος το πάχος ενός μονωτικού υλικού θα πρέπει να υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη όχι μόνο τα θερμικά οφέλη αλλά και το κόστος. Εξάλλου, τα ενεργειακά κέρδη από την τοποθέτηση μονωτικού υλικού σε ένα δομικό δεν είναι ευθέως ανάλογα με το πάχος του μονωτικού στρώματος καθώς από κάποια τιμή πάχους και άνω η εξοικονόμηση ενέργειας είναι ασήμαντη. Τα στοιχεία του κτιριακού κελύφους που είναι υπεύθυνα για τις θερμικές απώλειες είναι τα παράθυρα, η στέγη, οι εξωτερικοί τοίχοι και οι επιφάνειες που βρίσκονται σε επαφή με το έδαφος. Επομένως, η αύξηση της θερμομονωτικής ικανότητας του κτιριακού κελύφους περιλαμβάνει παρεμβάσεις στους εξωτερικούς τοίχους, το δώμα και το δάπεδο όταν αυτό συνορεύει με μη θερμαινόμενους χώρους (υπόγειο) ή με τον εξωτερικό αέρα (πυλωτή) ή ακόμα και σε εσωτερικά δομικά στοιχεία του κτιρίου τα οποία συνορεύουν με μη θερμαινόμενους χώρους (αποθήκες, κλειστά δωμάτια, κ.τ.λ.). 9

1.1 Θερμομόνωση των εξωτερικών τοίχων Με βάση τις σύγχρονες αντιλήψεις, οι εξωτερικοί τοίχοι κατασκευάζονται με δύο κυρίως τρόπους: α) με χρήση θερμομονωτικών συμπαγών δομικών υλικών (θερμομονωτικών τούβλων, thermoblock, monoblock) τα οποία είναι πορώδη υλικά με μικρό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Ο παγιδευμένος αέρας στον πολύ μεγάλο αριθμό κοιλοτήτων στο εσωτερικό του υλικού αυξάνει τη μονωτική ικανότητα, με αποτέλεσμα να είναι συνήθως περιττή η χρήση πρόσθετου μονωτικού υλικού, ειδικά σε μεσογειακά κλίματα. Εντούτοις, προτείνεται η χρήση ενός μονωτικού επιχρίσματος για την περαιτέρω βελτίωση των θερμομονωτικών ιδιοτήτων του υλικού β) με τη χρήση συμβατικών δομικών υλικών (π.χ. τούβλων, τσιμέντου) και ενός στρώματος μονωτικού υλικού (συνήθως εξηλασμένης ή διογκωμένης πολυστερίνης, υαλοβάμβακα, μονωτικού υλικού με μεταλλικές ή φυτικές ίνες κ.τ.λ., αν και η χρήση εξηλασμένης πολυστερίνης δεν συνίσταται καθώς περιέχει HCPC το οποίο καταστρέφει το στρώμα του όζοντος στην ατμόσφαιρα). Ο τοίχος αποτελείται τότε από ένα εξωτερικό μονωτικό στρώμα το οποίο εμποδίζει τη διέλευση της θερμότητας προς ή από το εξωτερικό περιβάλλον και από ένα στρώμα με μεγάλη θερμοχωρητικότητα το οποίο χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της θερμότητας (θερμική μάζα). Η κατασκευή αυτή (η οποία φαίνεται στο (Σχήμα 1) έχει μικρότερο πάχος από αυτό της χρήσης συμπαγών δομικών υλικών. Η εξωτερική μόνωση του πλευρικού τοίχου: > εξαφανίζει τις θερμογέφυρες > αυξάνει το χρόνο ζωής του κτιρίου προστατεύοντας το κέλυφος από τις καιρικές συνθήκες > εκμεταλλεύεται τη θερμοχωρητικότητα των τούβλων για την εφαρμογή των παθητικών τεχνικών θέρμανσης και δροσισμού [3] 10

Σχήμα 1. Μόνωση διπλής τοιχοποιίας με κενό αέρα [3] Μία παραλλαγή της δομής αυτής, που χρησιμοποιείται συχνά στην Ελλάδα, είναι η τοποθέτηση της μόνωσης ανάμεσα σε δύο στρώματα από υλικό με μεγάλη θερμοχωρητικότητα (π.χ. τούβλο), ενώ σε ειδικές περιπτώσεις, για χρήσεις του κτιρίου στις οποίες απαιτείται η ταχεία θέρμανση του χώρου για περιορεσμένα χρονικά διαστήματα (κινηματογράφοι, εκκλησίες κ.τ.λ.), συνίσταται η τοποθέτηση της μόνωσης στο εσωτερικό της θερμικής μάζας, έτσι ώστε να μην αποθηκεύεται η θερμική ενέργεια στα τοιχώματα αλλά να αποδίδεται απευθείας στο χώρο. Μια άλλη συνηθισμένη παραλλαγή είναι αυτή στην οποία ανάμεσα σε δύο στρώματα από τούβλα ή άλλα υλικά με ικανή θερμική μάζα υπάρχει μόνωση και στρώμα αέρα. Για να είναι αποδοτική η θερμομόνωση σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει το μονωτικό υλικό να τοποθετείται στην εξωτερική επιφάνεια του εσωτερικού τοίχου (Σχήμα 2) γιατί σε αντίθετη περίπτωση δεν προσφέρει σχεδόν καμία προστασία. 11

Σχήμα 2. α) Τοίχος από συμπαγές μονωτικό υλικό β) Τοίχος με τούβλα και εξωτερική μόνωση Τέλος, μία πολύ καλή λύση η οποία συνίσταται σε όλες τις περιπτώσεις και ειδικά όταν το κλίμα είναι υγρό και ζεστό, είναι η αεριζόμενη πρόσοψη. Στην περίπτωση αυτή στο κενό αέρα ανάμεσα στους δύο τοίχους και την μόνωση κυκλοφορεί αέρας ο οποίος ανανεώνεται λόγω της φυσικής κυκλοφορίας. Έτσι, αποφεύγεται ο σχηματισμός των υδρατμών στην τοιχοποιία καθώς και η υπερθέρμανση του κελύφους κατά τη θερινή περίοδο. o Θερμομόνωση του δώματος Η σωστή θερμομόνωση της οροφής, είτε αυτή είναι κεκλιμένη είτε επίπεδη, είναι σημαντική για βέλτιστη ενεργειακή συμπεριφορά όλου του κτιρίου. Οι απαιτήσεις που πρέπει να καλύπτει η οροφή, κυρίως η επίπεδη που είναι και η πιο συνήθης σήμερα, ώστε να αποφεύγεται η καταπόνηση του κτιρίου και να ρυθμίζονται βέλτιστα οι εσωτερικές κλιματικές συνθήκες, συνοψίζονται στα εξής: > πρέπει να είναι υδατοστεγής ώστε να προστατεύει το κτίριο από τη βροχή και την υγρασία > πρέπει να έχει την απαραίτητη κλίση ώστε να ευνοείται η απομάκρυνση του νερού > πρέπει να παρέχει την απαραίτητη θερμική προστασία, τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι, στο εσωτερικό του κτιρίου o Φράγματα ακτινοβολίας Τα φράγματα ακτινοβολίας είναι λεπτά μεταλλικά φύλλα τα οποία επικαλύπτονται στη μία ή και στις δύο πλευρές τους από ένα στρώμα αλουμινίου υψηλής ανακλαστικότητας. 12

Τοποθετούνται συνήθως κάτω από τη στέγη με σκοπό την ανάκλαση τα θερμικής ακτινοβολίας λειτουργώντας ως καθρέφτες (Σχήμα 3). Σχήμα 3. Μόνωση οροφής με τη χρήση φράγματος ακτινοβολίας [3] Τα μονωτικά αυτά στοιχεία τοποθετούνται σε περιοχές όπου ο δροσισμός του κτιρίου είναι πιο σημαντικός από τη θέρμανσή του. Σε αυτή την περίπτωση, ο συνδυασμός ενός φράγματος ακτινοβολίας και ενός μικρού στρώματος θερμομόνωσης στην οροφή ή στο δώμα μπορεί να αντικαταστήσει ένα συμβατικό στρώμα μόνωσης μεγάλου πάχους. Η απόδοση του συστήματος εξαρτάται από τον αερισμό της στέγης καθώς απάγεται η πλεονάζουσα θερμότητα στο εξωτερικό του κτιρίου. o Θερμομόνωση του δαπέδου Το δάπεδο ενός κτιρίου έρχεται σε επαφή με το έδαφος ή με μη θερμαινόμενο χώρο (υπόγειο) ή με το εξωτερικό περιβάλλον (πυλωτή). Υπάρχουν πολλές δυνατότητες για τη βελτίωση της μόνωσης αυτών των δομικών στοιχείων. Η μόνωση είναι εσωτερική ή εξωτερική (όταν είναι δυνατή η πρόσβαση στην εξωτερική πλευρά του στοιχείου) και αποτελείται συνήθως από ένα στρώμα μονωτικού υλικού και ένα μονωτικό επίχρισμα. Η μόνωση του δαπέδου που έρχεται σε επαφή με το έδαφος είναι συνήθως περιττή, καθώς η θερμοκρασία του εδάφους μεταβάλλεται αργά και συνήθως είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική θερμοκρασία το χειμώνα και μικρότερη από αυτήν το καλοκαίρι. Στα θερμά 13

κλίματα η έλλειψη μόνωσης στο δάπεδο βοηθά την απαγωγή της πλεονάζουσας θερμότητας στο έδαφος. Στην περίπτωση που το έδαφος είναι σε επαφή με μη θερμαινόμενο χώρο ή με πιλοτή, η προσθήκη μόνωσης είναι ενδεδειγμένη (ειδικά στη δεύτερη περίπτωση) παρόλο που οι απώλειες δεν είναι τόσο έντονες όσο από άλλα δομικά στοιχεία του κτιρίου όπως οι πλευρικοί τοίχοι και το δώμα. Το μονωτικό υλικό πρέπει να τοποθετείται στην εξωτερική πλευρά του δαπέδου έτσι ώστε η θερμότητα να αποθηκεύεται στη θερμική του μάζα. Η μόνωση του δαπέδου προς την πιλοτή εκτός από θερμική προστασία παρέχει και ηχομόνωση. [5] o Μείωση των απωλειών των παραθύρων Το μεγαλύτερο μέρος των απωλειών στα κτίρια οφείλεται στα παράθυρα. Το γεγονός αυτό δεν εξηγείται μόνο από τη χαμηλή θερμική αντίσταση των υαλοπινάκων αλλά και από τη διείσδυση του αέρα. Η διείσδυση προκαλεί το μεγαλύτερο μέρος των απωλειών το χειμώνα και ανεπιθύμητα κέρδη το καλοκαίρι. Οι απώλειες από αγωγιμότητα δια μέσου υαλοστασίου μειώνονται σημαντικά αυξάνοντας τον αριθμό των υαλοπινάκων (διπλά, τριπλά). Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη της τεχνολογίας των υαλοπινάκων για παράθυρα έχει προχωρήσει με ραγδαίους ρυθμούς. Μέχρι πριν από δύο - τρία χρόνια ένας υαλοπίνακας με συντελεστή U ίσο με 1,7 W/m2 0C θεωρείτο βέλτιστος, ενώ σήμερα υαλοπίνακες με τιμές U μικρότερες από 1,2 W/m2 0C είναι κάτι το συνηθισμένο. Διατίθεται ήδη υαλοπίνακες με τιμές U ίσο με 0,4 W/m2 0C ενώ αναμένεται στο μέλλον οι υαλοπίνακες που θα κυκλοφορούν να είναι απόλυτα θερμομονωτικοί. Στις περιπτώσεις όπου τα παράθυρα είναι δύσκολο να σκιαστούν, χρησιμοποιούνται ειδικοί υαλοπίνακες οι οποίοι αποδεικνύονται πολύ χρήσιμοι στο να περιορίσουν τα ανεπιθύμητα ηλιακά κέρδη, ενώ δεν επηρεάζουν την εξωτερική θέα. Οι απορροφητικοί υαλοπίνακες μειώνουν την ηλιακή ακτινοβολία που περνάει μέσα από το παράθυρο απορροφώντας την άμεση ακτινοβολία και αυξάνοντας την εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας προς το εξωτερικό περιβάλλον. Χρησιμοποιούνται επίσης ανακλαστικοί υαλοπίνακες. Σε αυτούς, το γυαλί καλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα ενός ισχυρά ανακλαστικού μεταλλικού οξειδίου που ανακλά το μεγαλύτερο μέρος της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Εντούτοις, η χρήση αυτού του τύπου των υαλοπινάκων δεν συνίσταται καθώς δημιουργεί εξαιρετικά μεγάλη θάμβωση στο γειτονικό 14

περιβάλλον του κτιρίου. Γενικότερα, η ηλιοπροστασία με τη βοήθεια ειδικών υαλοπινάκων περιλαμβάνει τη χρήση των ακόλουθων τύπων γυαλιού: > ανακλαστικό ή απορροφητικό γυαλί, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή απορροφητικότητα (34% - 75% της ακτινοβολίας) > γυαλί με μεταβλητή διαπερατότητα (για να επιτευχθεί η μεταβλητή διαπερατότητα χρησιμοποιούνται φωτοχρωμικά, θερμοχρωμικά και ηλεκτροχρωμικά υλικά) > διπλοί ή ακόμα και τριπλοί υαλοπίνακες, με ή χωρίς αδρανή αέρια στο εσωτερικό τους και με ή χωρίς ειδικές επιστρώσεις που φιλτράρουν την υπέρυθρη ακτινοβολία (low-e) Στον Πίνακα 1 δίνονται οι τιμές του συντελεστή θερμικής διαπερατότητας (U - value), καθώς και του συντελεστή ηλιακών κερδών (δηλαδή του ποσοστού της θερμικής ηλιακής ακτινοβολίας το οποίο εισέρχεται στο εσωτερικό του κτιρίου σε σχέση με το ποσό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας) για διάφορα είδη διαφανών υαλοπινάκων που διατίθενται ευρέως σήμερα στην αγορά. ν ' * " * * * iuy istecm ii: ηλιβκώί κερδών Α πλώς S I o a r Δ ιπ λ ϋς μ a m 12 m m a e o a. 4m m ) 9 0 7 6 GsttyOiiavutiKO^ διη λΰ ς u t εηιοίμΐϋση low-fiκβι w o * (6m m - 15m m - 6m m ) 1,3 0 8 3 βερμομονωίικίκ; rpini-oc μ * f π ι σ ΐ ο υ ο η L o w - i χαι κρυπτόν (4 m n - amm - 4m m - θπτπι - 4mm) D,7 Πίνακας 1. Σύγκριση συντελεστών θερμικής διαπερατότητας για διάφορους τύπους υαλοπινάκων [3] o Διαφανής μόνωση Διαφανής είναι η μόνωση που χρησιμοποιεί υλικά με μικρές θερμικές απώλειες και υψηλή διαπερατότητα στο ηλιακό φως. Σύμφωνα με τη γενικά αποδεκτή ορολογία, στα διαφανή μονωτικά υλικά κατατάσσονται και αυτά που επιτρέπουν την μερική διέλευση του φωτός (ημιδιαφανή υλικά). Τα διαφανή μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται σε παράθυρα, σε τοίχους που εκτίθενται σε άμεση ηλιακή ακτινοβολία καθώς και ως μονωτικά στοιχεία σε ηλιακούς συλλέκτες. Επειδή τα διαφανή μονωτικά υλικά που διατίθενται στην αγορά δεν έχουν τη διαφάνεια εκείνη που θα τους επέτρεπε να χρησιμοποιηθούν ως κανονικοί υαλοπίνακες, χρησιμοποιούνται κυρίως σε 15

περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται θέα, π.χ. σε φεγγίτες και ανοίγματα οροφής ή σε περιπτώσεις όπου εσκεμμένα η διαφάνεια αποφεύγεται όπως για παράδειγμα σε παράθυρα λουτρών. Οι κατακόρυφοι ημιδιαφανείς υαλοπίνακες ονομάζονται και «τοίχοι φυσικού φωτισμού». Επίσης, τα διαφανή μονωτικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όπως θα δούμε και στα επόμενα κεφάλαια, στην εξωτερική επιφάνεια «τοίχων μάζας» ή «τοίχων Trombe» στη θέση των συμβατικών υαλοπινάκων, μειώνοντας τις απώλειες θερμότητας από τους τοίχους, μειώνοντας ταυτόχρονα και τα ηλιακά κέρδη εξαιτίας της χαμηλότερης διαπερατότητας των υλικών αυτών στην ηλιακή ακτινοβολία. 16

Κεφάλαιο 2 Παθητικά Συστήματα Θέρμανσης Αφού εξετάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο η σπουδαιότητα της θερμομόνωσης για την ενεργειακή επίδοση ενός κτιρίου, στο παρόν κεφάλαιο θα παρουσιαστούν τα παθητικά συστήματα θέρμανσης, τα είδη των συστημάτων αυτών καθώς και ο τρόπος με τον οποίο υποβοηθούν την διαμόρφωση των συνθηκών άνεσης και την εξοικονόμηση ενέργειας. 2.1 Εισαγωγή στα παθητικά συστήματα θέρμανσης Κέλυφος χαρακτηρίζεται η εξωτερική επιδερμίδα των κτιρίων, δηλαδή η περιοχή όπου λαμβάνουν χώρα ανταλλαγές θερμότητας ανάμεσα στο κτίριο και στο εξωτερικό περιβάλλον. Τα βασικά αρχιτεκτονικά στοιχεία, που ρυθμίζουν τη θερμική συμπεριφορά του κτιρίου είναι: > τα γυάλινα ανοίγματα και ο εξοπλισμός τους > οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης ή συλλέκτες θερμότητας > τα προσαρτημένα στο κτίριο θερμοκήπια Τα χαρακτηριστικά αυτά στοιχεία πρόκειται να διαδραματίσουν ένα σημαντικό ρόλο, ένα ρόλο «ενεργητικό», δηλαδή να τροφοδοτήσουν το κτίριο με «φυσικές» θερμίδες που παίρνουν από το εξωτερικό περιβάλλον και συγκεκριμένα από τον ήλιο, χωρίς να επιβαρύνουν τις συνθήκες θερμικής άνεσης στον εσωτερικό χώρο. Για να εφαρμοστούν οι βασικές βιοκλιματικές αρχές και να επιτευχθούν οι στόχοι που θέτει η βιοκλιματική αρχιτεκτονική, χρησιμοποιείται μία ήπια τεχνική για την αξιοποίηση και εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, τα λεγόμενα παθητικά συστήματα. Παθητικά συστήματα είναι εκείνα που για την εκμετάλλευσή της ηλιακής ενέργειας δεν κάνουν χρήση υψηλής τεχνολογίας και μηχανικών μέσων. Βασίζονται στη φυσική ροή της θερμικής ενέργειας, εκμεταλλεύονται τις φυσικές ιδιότητες των υλικών του κτιρίου και χρησιμοποιούν για τη συλλογή και την αποθήκευση της ηλιακής ακτινοβολίας τα δομικά στοιχεία του κελύφους (τοίχους, δάπεδα, οροφές, δώμα). Με ορισμένες ιδιότυπες κατασκευές αποθηκεύεται ή μεταφέρεται θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία, που στη συνέχεια 17

αξιοποιείται για τη θέρμανση των χώρων των κτιρίων. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα σχετίζονται με το κέλυφος των κτιρίων και βασικά στοιχεία που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό τους αποτελούν οι κλιματικές και μικροκλιματικές συνθήκες της περιοχής, οι ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου, οι ανάγκες σε φυσικό φωτισμό, τα δομικά υλικά και ιδιαίτερα ο προσανατολισμός των όψεων των κτιρίων. [6] Τα παθητικά ηλιακά συστήματα επιτρέπουν σημαντική μείωση του ενεργειακού κόστους για τη θέρμανση των κτιρίων και βελτιώνουν τη θερμική άνεση των ενοίκων τους. Η θέρμανση των κτιρίων με παθητικά ηλιακά συστήματα βασίζεται: > στη συλλογή της ηλιακής ενέργειας και στη μετατροπή της σε χρήσιμη > στην αποθήκευση της θερμικής ενέργειας > στη διανομή της θερμότητας Τα παθητικά ηλιακά συστήματα είναι συνήθως απλές κατασκευές ενσωματωμένες στο κέλυφος του κτιρίου. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι πολύ συχνά κοινά οικοδομικά υλικά. Ο βασικός τους σκοπός είναι η συλλογή ηλιακής ενέργειας, η αποθήκευσή της και η διανομή της στους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου. Οι τρεις βασικές συνθήκες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την κατασκευή των παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης είναι οι εξής: > το κτίριο πρέπει να έχει νότιο προσανατολισμό με απόκλιση ± 30% ανατολικά ή δυτικά του νότου > το κτίριο πρέπει να έχει σχεδιαστεί με ενεργειακά κριτήρια > το κέλυφος πρέπει να είναι καλά μονωμένο ώστε να ελαχιστοποιούνται οι θερμικές απώλειες [3] Τα παθητικά ηλιακά συστήματα, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους από θερμική άποψη, μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: 1. σε συστήματα με άμεσο ή απευθείας ηλιακό κέρδος 2. σε συστήματα με έμμεσο ηλιακό κέρδος 3. σε συστήματα διπλού κέρδους, που συνδυάζουν έμμεσο και άμεσο ηλιακό κέρδος [7] 18