ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ Υ.Π.Ε.Κ.Α. ΕΙ ΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΙ ΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΕΛΛΑ ΑΣ Νίκης 4, 102 48, Σύνταγμα Αθήνα Τηλ: 210 3291200, Φαξ: 210 3221772, www.info-at-central.tee.gr ΤΕΧΝΙΚΗ Ο ΗΓΙΑ ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟΥ ΕΛΛΑ ΑΣ Τ.Ο.ΤΕΕ 20702-5/2010 ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ A Έκδοση Αθήνα, Ιανουάριος 2011
Η ομάδα εργασίας που συνέταξε αυτήν την T.O.T.E.E Ονοματεπώνυμο Ειδικότητα ΑΛΕΞΑΝ ΡΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΑΞΑΡΛΗ ΚΛΕΟΝΙΚΗ ΓΡΑΨΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΗΜΟΥ Η ΑΡΓΥΡΩ ΛΑΜΠΡΟΠΟΥΛΟΥ ΕΛΕΝΗ ΧΡΟΝΑΚΗ ΕΛΕΝΗ ρ. Πολιτικός Μηχανικός ρ. Αρχιτέκτων Μηχανικός MPhil Αρχιτέκτων Μηχανικός ρ. Πολιτικός Μηχανικός Αρχιτέκτων Μηχανικός M.Sc ρ. Αρχιτέκτων Μηχανικός
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η κλιματική αλλαγή, η ενεργειακή απεξάρτηση από τρίτες χώρες και η αναγκαιότητα αναβάθμισης του υπάρχοντος κτιριακού αποθέματος οδήγησαν την Ευρώπη στην έκδοση της Κοινοτικής Οδηγίας 2002/91/ΕΚ περί ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων. Η Χώρα μας, ως όφειλε απέναντι στις απαιτήσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης και κυρίως απέναντι στους Πολίτες της, εναρμόνισε την εθνική μας νομοθεσία με την Κοινοτική Οδηγία, σύμφωνα με τον Νόμο 3661/2008. Προϋπόθεση για την εφαρμογή του Νόμου υπήρξε η έκδοση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτηρίων (Κ.Εν.Α.Κ) και το Προεδρικό ιάταγμα που θα καθόριζε τις προδιαγραφές και τις διαδικασίες εφαρμογής του συστήματος των Ενεργειακών Επιθεωρητών των Κτηρίων. Η προσπάθεια έκδοσής τους διήρκησε συνολικά τρία χρόνια και έχει πια ολοκληρωθεί. Σε αυτήν τη μακρά πορεία δοκιμάστηκαν πολλά διαφορετικά μοντέλα επιστημονικής μεθοδολογίας και άλλαξαν αμέτρητες φορές οι επιμέρους διατάξεις. Είναι αξιοσημείωτη η μεγάλη καθυστέρηση, ενώ η Χώρα, αρκετά χρόνια πριν την έκδοση της Κοινοτικής Οδηγίας, είχε ανενεργή πλήρη πρόταση και κανονισμό (ΚΟΧΕΕ). Το ΤΕΕ, ως τεχνικός Σύμβουλος της Πολιτείας και εκπροσωπώντας τα 106.000 πλέον Μέλη του, συνέβαλε καθοριστικά στη σύνταξη του Κ.Εν.Α.Κ και των Τεχνικών Οδηγιών του ΤΕΕ (ΤΟΤΕΕ), οι οποίες εξειδικεύουν τα πρότυπα των μελετών και των επιθεωρήσεων της ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων στα ελληνικά κλιματικά και κτιριακά δεδομένα. Για τον λόγο αυτόν, ενεργοποίησε πάνω από εκατό επιστήμονες διαφόρων ειδικοτήτων οι οποίοι ανέπτυξαν και ολοκλήρωσαν τις παραπάνω οδηγίες και έθεσαν τις βάσεις, ώστε τα οφέλη του εγχειρήματος εξοικονόμησης ενέργειας να είναι πολλαπλά, δηλαδή να είναι η ενεργειακή επιθεώρηση μια ουσιαστική επιθεώρηση αναβάθμισης του κτιριακού αποθέματος και όχι μια γραφειοκρατική, τυπική διαδικασία και να αλλάξει η ενεργειακή μελέτη τις ως σήμερα διακριτές μελέτες αρχιτεκτονικών, στατικών και ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων και να εισαγάγει στην εκπόνηση των μελετών την ουσιαστική συνεργασία και το κοινό σχεδιασμό, τη συμφιλίωση, δηλαδή, της σύγχρονης αρχιτεκτονικής με την τεχνολογία. Αξίζει να επισημανθεί η καινοτομία εισαγωγής της Βιοκλιματικής Αρχιτεκτονικής Κτηρίων, μέσω του Κ.Εν.Α.Κ και των ΤΟΤΕΕ, στο σχεδιασμό των κτηρίων μας. Οφείλω να ευχαριστήσω όλους τους συναδέλφους, και τους υπόλοιπους επιστήμονες άλλων ειδικοτήτων, που με όραμα και επιμονή και κυρίως εθελοντική εργασία συνέβαλαν καθοριστικά στη διαμόρφωση του Κ.Εν.Α.Κ και των ΤΟΤΕΕ. Ιδιαίτερα, θα ήθελα να ξεχωρίσω τη συμβολή των παρακάτω συναδέλφων, τους οποίους και αναφέρω αλφαβητικά: Γαγλία Αθηνά, ΜΜ, που καθ όλη τη διάρκεια της προσπάθειας αυτής του ΤΕΕ κατέβαλε υπεράνθρωπες προσπάθειες Γιδάκου Λία, ΧΜ, στέλεχος του ΥΠΕΚΑ που στήριξε πολύπλευρα την προσπάθεια του ΤΕΕ Ευθυμιάδη Απόστολο, ΜΜ, και την Επιτροπή Κ.Εν.Α.Κ του ΤΕΕ, που εισήγαγαν και στήριξαν τη μέθοδο του κτηρίου αναφοράς Λάσκο Κώστα, ΠΜ
και Μαντά ημήτρη, ΜΜ Μπαλαρά Κώστα, ΜΜ, ιευθυντή Ερευνών Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών τον Αραβαντινό ήμητρη, αναπληρωτή Καθηγητή του ΑΠΘ, τα στελέχη του ΚΑΠΕ τα στελέχη του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών Το ΤΕΕ, υπερήφανο για την έως σήμερα συμβολή του, δεσμεύεται για τη συνέχιση της έκδοσης νέων ΤΟΤΕΕ και την αναβάθμιση των υπαρχόντων. Το εγχείρημα της εξοικονόμησης ενέργειας, του μεγαλύτερου εγχώριου ενεργειακού κοιτάσματος της χώρας μας, μπορεί να αποτελέσει την αιχμή της προσπάθειάς μας για την ανάταξη του περιβάλλοντος για την αναβάθμιση των φυσικών και τεχνητών συνθηκών της ποιότητας της ζωής μας, για μια νέα παραγωγική δομή, για την ανάπτυξη της χώρας μας. Ο Πρόεδρος του ΤΕΕ Χρήστος Σπίρτζης
Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 4 1. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ... 6 1.1. Εισαγωγή... 6 1.2. Περιβαλλοντικές παράμετροι... 6 1.2.1. Το κλίμα του τόπου... 7 1.2.2. Το φυσικό περιβάλλον... 7 1.3. Αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού... 7 1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης... 8 1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο Προσανατολισμός... 8 1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου... 9 1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού... 10 1.3.1.4. ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων... 10 1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας... 11 1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους... 11 1.3.2.2. Θερμική προστασία - Θερμομόνωση... 11 1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας... 12 1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα... 12 1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης... 13 1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων... 13 1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών... 13 1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας... 13 1.3.4.4. Θερμομόνωση... 13 1.3.4.5. Φυσικός αερισμός... 14 1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία... 14 1.3.4.7. Μικροκλίμα... 14 1.4. Βιβλιογραφία... 14 1.5. Πηγές σχημάτων... 15 2. ΗΛΙΑΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ... 16 2.1. Ηλιακή ακτινοβολία... 16 2.2. Υπολογισμός Ηλιακών Γωνιών... 17 2.3. Ηλιακοί χάρτες... 20 2.3.1. Παράδειγμα εφαρμογής... 24 2.4. Βιβλιογραφία... 25 2.5. Πηγές σχημάτων... 25 3. ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ... 26 3.1. Εισαγωγή... 26 3.2. Βασικές αρχές λειτουργίας των παθητικών ηλιακών συστημάτων... 26 3.3. Υλικά παθητικών ηλιακών συστημάτων... 27 3.3.1. Υλικά συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας... 27 3.3.2. Υλικά αποθήκευσης της θερμότητας... 29 3.4. Κατηγορίες παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης... 30 3.4.1. Σύστημα άμεσου κέρδους... 30 3.4.1.1. Κριτήρια σχεδιασμού για το άνοιγμα... 31 3.4.1.2. Κριτήρια σχεδιασμού για τη θερμική αποθήκη... 33 3.4.2. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης ή τοίχος μάζας ή ηλιακός τοίχος... 34 3.4.3. Θερμοκήπιο ή ηλιακός χώρος... 36 3.4.4. Θερμοσιφωνικό πανέλο ή αεροσυλλέκτης... 40 1
3.4.5. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση... 41 3.5. Επιλογή παθητικού συστήματος θέρμανσης... 42 3.5.1. Σύστημα άμεσου κέρδους... 44 3.1.1. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης... 44 3.1.2. Προσαρτημένο θερμοκήπιο... 45 3.1.3. Θερμοσιφωνικό πανέλο... 45 3.1.4. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση... 45 3.6. Απαιτήσεις Κ.Εν.Α.Κ. για τα Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης... 45 3.7. Βιβλιογραφία... 47 3.8. Πηγές σχημάτων και εικόνων... 48 4. ΦΥΣΙΚΟΣ ΡΟΣΙΣΜΟΣ... 49 4.1. Εισαγωγή... 49 4.2. Τεχνικές φυσικού δροσισμού... 49 4.2.1. Ηλιοπροστασία... 49 4.2.1.1. Ο σκιασμός του κτηρίου και των ανοιγμάτων... 50 4.2.1.2. Ο σχεδιασμός της ηλιοπροστασίας... 53 4.2.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών... 57 4.2.3. Επάρκεια θερμικής μάζας... 58 4.2.3.1. Ημιϋπόσκαφες κατασκευές... 58 4.2.3.2. Υπεδάφιοι αγωγοί... 59 4.2.4. Θερμομόνωση... 59 4.2.4.1. Θερμική μάζα και θερμομόνωση... 60 4.2.5. Φυσικός Αερισμός... 60 4.2.5.1. Η κίνηση του αέρα μέσα στο κτήριο... 60 4.2.5.2. Κατασκευαστικές ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου... 62 4.2.5.3. Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων... 66 4.2.5.4. Η χρήση του κτηρίου... 68 4.2.6. Νυχτερινή ακτινοβολία... 68 4.2.6.1. Μεταλλικός ακτινοβολητής... 68 4.2.7. Μικροκλίμα - Φύτευση ωμάτων... 69 4.2.7.1. Φύτευση δωμάτων... 69 4.2.7.2. Εξάτμιση άμεση ή έμμεση... 71 4.3. Βιβλιογραφία... 72 4.4. Πηγές σχημάτων και εικόνων... 74 5. ΠΕΡΙΒΑΛΛΩΝ ΧΩΡΟΣ - ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑ... 75 5.1. Εισαγωγή... 75 5.2. Φύτευση... 75 5.2.1. Έλεγχος της ανεμορροής... 76 5.2.2. Προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία... 78 5.2.3. Εξατμισοδιαπνοή... 80 5.2.4. Οπτική άνεση... 80 5.2.5. Ηχοπροστασία... 81 5.2.6. Ποιότητα περιβάλλοντος... 81 5.3. Υλικά επίστρωσης υπαίθριων χώρων... 81 5.3.1. Ψυχρά υλικά... 83 5.4. Σύνοψη... 83 5.5. Βιβλιογραφία... 84 5.6. Πηγές σχημάτων και πινάκων... 84 2
6. ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ... 85 6.1. Εισαγωγή... 85 6.1.1. Βασικές έννοιες... 85 6.2. Στρατηγικές σχεδιασμού... 86 6.2.1. Αρχικές επιλογές σχεδιασμού... 87 6.2.1.1. Προσανατολισμός... 87 6.2.1.2. Το σχήμα του κτηρίου... 88 6.2.1.3. ιατάξεις ενσωματωμένες στον πυρήνα του κτηρίου... 89 6.2.1.4. ιάταξη εσωτερικού χώρου και επιλογή υλικών... 90 6.2.1.5. Περιβάλλων χώρος... 91 6.2.2. Ο σχεδιασμός των διαφανών στοιχείων του κελύφους... 92 6.2.2.1. Πλευρικά ανοίγματα... 92 6.2.2.2. Ανοίγματα οροφής... 95 6.2.2.3. ιαφανείς τοίχοι και οροφές... 99 6.2.3. ιαφανή υλικά ανοιγμάτων... 100 6.2.4. Ηλιοπροστατευτικές και φωτοενισχυτικές διατάξεις... 103 6.2.4.1. Ράφια φωτισμού... 103 6.2.4.2. Ανακλαστήρες... 104 6.2.4.3. Κανάλια φωτισμού ή φωτεινοί αγωγοί ή φωτοσωλήνες... 106 6.3. Βιβλιογραφία... 107 6.4. Πηγές σχημάτων, εικόνων και πινάκων... 108 3
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το σημερινό μοντέλο ανάπτυξης βασίζεται, κυρίως, στην υπερκατανάλωση αγαθών και στην αλόγιστη εκμετάλλευση των φυσικών πόρων. Ως εναλλακτική λύση προτείνεται η βιώσιμη ή αειφόρος ανάπτυξη, η οποία στοχεύει στη συνετή διαχείριση του φυσικού χώρου, στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του δομημένου χώρου, στη χρήση ήπιων τεχνικών και υλικών, μη επιβλαβών για την υγεία των ανθρώπων. Με άλλα λόγια, στοχεύει στην καθιέρωση προδιαγραφών οικολογικής προσέγγισης για το σχεδιασμό και τη χρήση των χώρων ζωής, εσωτερικών και υπαίθριων. Η βιοκλιματική αντίληψη για τον σχεδιασμό οικιστικών συνόλων και κτηρίων εντάσσεται στη στρατηγική αυτή: μιας ήπιας, δηλαδή συμβιωτικής διαχείρισης του φυσικού και δομημένου χώρου και του περιβάλλοντός του, με επιλογές που συντείνουν στη διατήρηση των οικοσυστημάτων. Επιχειρεί να επαναπροσδιορίσει την αρχιτεκτονική με αρχές και κατευθύνσεις που βασίζονται στην αρμονική συνύπαρξη φυσικού και ανθρωπογενούς περιβάλλοντος, χρησιμοποιεί τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, κυρίως την αδάπανη ηλιακή ενέργεια για τη θέρμανση και τον φυσικό φωτισμό των κτηρίων, τους δροσερούς ανέμους για την φυσική τους ψύξη, αποκαθιστώντας έτσι, σε μεγάλο βαθμό, την διαταραγμένη ισορροπία ανάμεσα στον δομημένο και τον φυσικό χώρο. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός του αστικού χώρου είναι μια συνειδητή ενεργειακή προσέγγιση για τη διαχείριση του δομημένου περιβάλλοντος. Αποσκοπεί στην επίλυση των προβλημάτων, τα οποία συνδέονται με την ενέργεια, μέσω μιας προσεκτικής και μελετημένης διαμόρφωσης του αστικού ιστού και των χαρακτηριστικών του μεγεθών, ώστε να βελτιώνεται το μικροκλίμα και η θερμική άνεση στο φυσικό περιβάλλον, ενώ παράλληλα να περιορίζεται η κατανάλωση ενέργειας των κτηρίων. Ουσιαστικά πρόκειται για μια εμπλουτισμένη άποψη για τον σχεδιασμό του δομημένου χώρου υφιστάμενου ή νέου, γιατί εμπεριέχει πιο έντονα την περιβαλλοντική διάσταση και την αντίστοιχη ευαισθησία. Η προκύπτουσα αρχιτεκτονική χαρακτηρίζεται φιλική τόσο προς το περιβάλλον, όσο και προς τους χρήστες, γιατί διασφαλίζει πιο υγιεινές συνθήκες κατοικησιμότητας, με τη μικρότερη δυνατή επιβάρυνση στο φυσικό χώρο. O όρος "βιοκλιματικός σχεδιασμός" ή "βιοκλιματική αρχιτεκτονική" συχνά προκαλεί απορία στους αρχιτέκτονες. Από ορισμένους διατυπώνεται ως ενεργειακός σχεδιασμός ή ως παθητικός ηλιακός σχεδιασμός. Όμως, τα τελευταία χρόνια, ο όρος βιοκλιματικός σχεδιασμός έχει καθιερωθεί διεθνώς και θεωρείται επιστημονικά δόκιμος, επειδή η ονομασία αυτή ανταποκρίνεται πληρέστερα στην αντίληψη εναρμόνισης των κτηρίων με το κλίμα και το περιβάλλον, διασφαλίζοντας παράλληλα βιολογικά άνετη διαβίωση του ανθρώπου μέσα στα κτήρια, αλλά και στον υπαίθριο χώρο. Η παρούσα Τεχνική Οδηγία «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Κτηρίων», ανταποκρινόμενη στις απαιτήσεις εφαρμογής του Κ.Εν.Α.Κ., παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για το σχεδιασμό των κτηρίων και του άμεσου περιβάλλοντός τους. Σκοπός της είναι να διευκολύνει το μελετητή στη σύνταξη της αρχιτεκτονικής μελέτης, βάσει αρχών σχεδιασμού εναρμονισμένων με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες, έτσι ώστε να τεκμηριώνονται οι συνθετικές επιλογές του και στην συγκρότηση της αιτούμενης Τεχνικής Έκθεσης. Οι προτεινόμενες κατευθύνσεις - προδιαγραφές σχεδιασμού αφορούν τόσο τα νέα κτήρια, όσο και τα υφιστάμενα - ανακαινιζόμενα, καθώς επίσης και τα παλαιά κτήρια στα οποία πραγματοποιούνται συνολικές επεμβάσεις επανάχρησης ή/και αποκατάστασης. Η Τεχνική Οδηγία διαρθρώνεται σε έξι (6) κεφάλαια, στα οποία αναλύονται διεξοδικά τα ποιοτικά στοιχεία, βάσει των οποίων πρέπει να σχεδιάζονται τα κτήρια. εν περιλαμβάνει αριθμητικούς υπολογισμούς και διαστασιολογικά δεδομένα, διασφαλίζοντας έτσι ελευθερία στους αρχιτεκτονικούς χειρισμούς και στην προκύπτουσα σύνθεση του κτηρίου, αρκεί να αποδεικνύεται η αποτελεσματική ενεργειακή του απόδοση. Τα περιεχόμενα της Τεχνικής Οδηγίας διαρθρώνονται στις ακόλουθες ενότητες: 4
Στο Κεφάλαιο Ένα (1) αναπτύσσονται ζητήματα που αφορούν τις περιβαλλοντικές παραμέτρους, δηλαδή τα τοπικά κλιματικά δεδομένα και του περιβάλλοντος φυσικού χώρου, βασικές προϋποθέσεις για την εφαρμογή τού βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτηρίων. ιατυπώνονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού και οργάνωσης των κτηρίων, σε σχέση πάντα με το κλίμα, προκειμένου να διασφαλίζονται άνετες συνθήκες διαβίωσης των ενοίκων με την μικρότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Στο Κεφάλαιο ύο (2) παρέχονται πληροφορίες που αφορούν τον ηλιασμό των κτηρίων, καθώς και τα εργαλεία υπολογισμοί των γωνιών του ήλιου, ηλιακοί χάρτες- έτσι ώστε οι αρχιτέκτονες, κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού, να μπορούν να εκτιμήσουν την προς εκμετάλλευση διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία το χειμώνα. Στο Κεφάλαιο Τρία (3) περιγράφονται αναλυτικά οι βασικές κατηγορίες των Παθητικών Ηλιακών Συστημάτων, τα οποία συνεπικουρούν τη λογική του βιοκλιματικού σχεδιασμού, οι αρχές λειτουργίας τους και οι σχεδιαστικοί χειρισμοί για την προσαρμογή τους στα κελύφη των κτηρίων, προκειμένου η ενεργειακή τους απόδοση να είναι αποτελεσματικότερη. Επίσης διατυπώνονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα εκάστου συστήματος, καθώς και τα καταλληλότερα προς χρήση υλικά. Στο Κεφάλαιο Τέσσερα (4) επισημαίνονται οι τεχνικές Φυσικού ροσισμού των κτηρίων, οι οποίες αφορούν την θερινή περίοδο. Αναλύονται διεξοδικά οι μέθοδοι ηλιοπροστασίας των κτηρίων, αλλά κυρίως των ανοιγμάτων τους, ο ρόλος του χρώματος και της υφής των εξωτερικών επιφανειών, καθώς επίσης η σημασία της θερμικής μάζας, προκειμένου τα κτήρια να αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά την έντονη ηλιακή ακτινοβολία και τις υψηλές θερμοκρασίες του περιβάλλοντος. Επίσης, διατυπώνονται οι τεχνικές και τα συστήματα φυσικού ή/και εξαναγκασμένου αερισμού των εσωτερικών χώρων, προκειμένου αυτά, κατά το σχεδιασμό των κτηρίων, να εντάσσονται λειτουργικά και αισθητικά στα κελύφη τους. Το Κεφάλαιο Πέντε (5) πραγματεύεται το μικροκλίμα, τον σχεδιασμό του περιβάλλοντος το κτήριο χώρου, τις δυνατότητες φύτευσης για προστασία από ψυχρούς ανέμους ή από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία το καλοκαίρι, καθώς και τα καταλληλότερα υλικά επίστρωσης των υπαίθριων χώρων, έτσι ώστε ο συνδυασμός των ανωτέρω να δημιουργεί πιο άνετο μικροκλίμα. Στο Κεφάλαιο Έξι (6) διατυπώνονται οι στρατηγικές σχεδιασμού για τη διασφάλιση ποσοτικής και ποιοτικής επάρκειας φυσικού φωτισμού μέσα στα κτήρια. Αναλύονται οι αρχικές επιλογές που αφορούν την αρχιτεκτονική σύνθεση, καθώς επίσης και οι σχεδιαστικοί χειρισμοί καθορισμού των ανοιγμάτων στο κέλυφος του κτηρίου, τόσο ως προς την θέση, όσο και ως προς τα μεγέθη, προκειμένου να διασφαλίζεται επάρκεια φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους. Τέλος παρέχονται πληροφορίες για τις διαθέσιμες τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας του φωτισμού αποφυγή της θάμβωσης, καθώς και τις σύγχρονες τεχνολογίες που σχετίζονται με τα διαφανή υλικά. 5
1. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ 1.1. Εισαγωγή Τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του ευνοϊκού κλίματος και των φυσικών, ανανεώσιμων πόρων που διαθέτει η χώρα μας οφείλουμε να τα αξιοποιήσουμε, προκειμένου να αναβαθμιστεί η ενεργειακή μας πολιτική στον κτιριακό τομέα. Οι πόλεις μας και τα κτήρια πρέπει να καταστούν βιώσιμα ως προς την ενεργειακή τους συμπεριφορά, αξιοποιώντας τις διαθέσιμες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όχι μόνον για την εξοικονόμηση ενέργειας, αλλά και για τον περιορισμό της ρύπανσης της ατμόσφαιρας, συνεπώς για λόγους υγιεινής διαβίωσης των κατοίκων. Η βιοκλιματική αντίληψη για το σχεδιασμό κτηρίων και οικιστικών συνόλων εντάσσεται στην στρατηγική της βιωσιμότητας, μιας ήπιας, συμβιωτικής διαχείρισης του περιβάλλοντος, φυσικού και δομημένου. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αποσκοπεί στην προσαρμογή των κτηρίων στο περιβάλλον και στο τοπικό κλίμα, διασφαλίζοντας παράλληλα συνθήκες θερμικής άνεσης στο εσωτερικό τους. Η υιοθέτηση του βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτηρίων εξυπηρετεί τέσσερις (4) βασικούς στόχους: α. Την απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα, μέσω της εξοικονόμησης ενέργειας και της υποκατάστασής τους από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), άρα την εξοικονόμηση συμβατικής ενέργειας. β. Την εξοικονόμηση χρήματος. Η χρησιμοποίηση της αδάπανης ηλιακής ενέργειας για την θέρμανση των κτηρίων ή/και των δροσερών ανέμων για τον δροσισμό τους αποτελούν πρόκληση οικονομική, μια και η προκύπτουσα εξοικονόμηση χρημάτων είναι της τάξης του 50%, ενδεχομένως και μεγαλύτερη. γ. Την προστασία του περιβάλλοντος, λόγω του περιορισμού στη χρήση συμβατικών καυσίμων και ηλεκτρισμού, συνεπώς τη μείωση των εκλυόμενων ρύπων στην ατμόσφαιρα. δ. Τη βελτίωση του εσω-κλίματος των κτηρίων με τη διασφάλιση συνθηκών βιολογικής άνεσης θερμικής και οπτικής, ποιότητας αέρα και τη δημιουργία υγιεινών συνθηκών κατοικησιμότητας. Ουσιαστικά η βιοκλιματική αντίληψη διατυπώνει μια εμπλουτισμένη άποψη για τον σχεδιασμό του δομημένου χώρου, η οποία εμπεριέχει την περιβαλλοντική διάσταση και την αντίστοιχη ευαισθησία. Πρόκειται για μια αρχιτεκτονική φιλική προς το περιβάλλον και τους χρήστες, για μια εναλλακτική θεώρηση της δόμησης του χώρου -αναπόφευκτης δραστηριότητας του ανθρώπου- η οποία οφείλει να επιφέρει τη μικρότερη δυνατή επιβάρυνση στο φυσικό χώρο, με το μικρότερο δυνατό ενεργειακό και περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Συνεπώς, η στόχευση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτηρίων (Κ.Εν.Α.Κ.), όντας μακροπρόθεσμη, επιδιώκει την ενεργειακή βιωσιμότητα των κτηρίων και των πόλεων, με την εφαρμογή των αρχών του βιοκλιματικού σχεδιασμού και των οδηγιών που παρατίθενται στην παρούσα Τεχνική Οδηγία. 1.2. Περιβαλλοντικές παράμετροι Από τις παραμέτρους του περιβάλλοντος που επηρεάζουν καθοριστικά το βιοκλιματικό σχεδιασμό των κτηρίων διακρίνονται: α. Το κλίμα του τόπου. β. Το φυσικό περιβάλλον, δηλαδή το ανάγλυφο του εδάφους, η βλάστηση, το τοπίο θέα, η γειτνίαση με νερό. 6
1.2.1. Το κλίμα του τόπου Το σύνολο των μετεωρολογικών δεδομένων συνθέτει το κλίμα κάθε τόπου ή περιοχής. Τα στοιχεία του κλίματος επηρεάζουν την ανταλλαγή θερμότητας ανάμεσα στο κτήριο και το εξωτερικό περιβάλλον, συνεπώς καθορίζουν την αίσθηση της άνεσης ευεξίας στους ανθρώπους. Επίσης καθορίζουν την ποσότητα και ποιότητα του παρεχόμενου φυσικού φωτός και κατά συνέπεια την αίσθηση οπτικής άνεσης. Οι βασικές παράμετροι του κλίματος, οι οποίες κρίνονται απαραίτητες για το βιοκλιματικό σχεδιασμό των κτηρίων, είναι: Η θερμοκρασία του αέρα (μέση, μέγιστη, ελάχιστη) και οι διακυμάνσεις της χειμώνα και καλοκαίρι, Η ηλιακή ακτινοβολία, ηλιοφάνεια και ένταση σε μηναία βάση, Οι άνεμοι χειμερινοί, ψυχροί θερινοί, δροσεροί κατεύθυνση και ένταση, Η σχετική υγρασία (μέση, μέγιστη, ελάχιστη) και οι διακυμάνσεις της χειμώνα και καλοκαίρι. Οι κλιματικές συνθήκες επηρεάζουν το σχεδιασμό του κτηρίου στη φάση των αρχικών επιλογών, δηλαδή στα προσχέδια, με την έννοια της χωροθέτησής του στο οικόπεδο, έτσι ώστε να αξιοποιούνται οι θετικές παράμετροι ήλιος το χειμώνα, δροσεροί άνεμοι το καλοκαίρι με παράλληλη αποφυγή των ψυχρών ανέμων και της υγρασίας. Στην περίπτωση που δεν είναι διαθέσιμα τα τοπικά κλιματικά δεδομένα, λαμβάνονται υπόψη αυτά του πλησιέστερου μετεωρολογικού σταθμού. 1.2.2. Το φυσικό περιβάλλον Το ανάγλυφο του εδάφους, επίπεδο ή με κλίση, επηρεάζει την τοποθέτηση του κτηρίου, αλλά και τη μορφολογία του, σε επίπεδη διάταξη ή κλιμακωτή προσαρμοσμένη στο έδαφος. Ο προσδιορισμός των προσήλιων και υπήνεμων περιοχών, σε σχέση με τους ψυχρούς χειμερινούς ανέμου καθορίζει την ένταξη του κτηρίου στο οικόπεδο. Το τοπίο -βλάστηση χαμηλή ή δέντρα- καθορίζει τις επιλογές για τη χωροθέτηση του κτηρίου -αποφυγή της σκίασης το χειμώνα, εξαρτώμενης από το ύψος των γύρω στοιχείων - κτηρίων, αναγλύφου και δέντρων -φυλλοβόλα ή αειθαλή, ενώ αντίστροφα το καλοκαίρι επιδιώκεται η σκίασή του από τα δέντρα και τα γύρω στοιχεία, εφόσον είναι εφικτή. Η θέα -εφόσον υπάρχει- είναι καθοριστικός παράγων ως προς την τοποθέτηση του κτηρίου και των ανοιγμάτων στο κέλυφός του, καθώς και ως προς τη διάταξη των εσωτερικών χώρων. Στην περίπτωση που η θέα βρίσκεται στη βορεινή πλευρά του οικοπέδου, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, προβλέποντας μεγάλα ανοίγματα στο κτήριο προς το Βορρά, παρά το γεγονός ότι ίσως αυξάνονται οι θερμικές απώλειες του κελύφους. Η γειτνίαση με νερό -θάλασσα, ποτάμι, λίμνη- αποτελεί στοιχείο βοηθητικό για τη δημιουργία άνετου μικροκλίματος το καλοκαίρι στο άμεσο περιβάλλον του κτηρίου, αρκεί να διασφαλίζεται η προστασία του από την υγρασία, κυρίως το χειμώνα. 1.3. Αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού Ο σχεδιασμός του κτηρίου οφείλει να συνάδει με τις ακόλουθες βιοκλιματικές αρχές λειτουργίας του: 1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης τον χειμώνα: 1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο Προσανατολισμός, 7
1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου, 1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού, 1.3.1.4. ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων. 1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας: 1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους, 1.3.2.2. Θερμική προστασία θερμομόνωση. 1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας: 1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα 1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης: 1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων, 1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών, 1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας, 1.3.4.4. Θερμομόνωση, 1.3.4.5. Φυσικός αερισμός, 1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία, 1.3.4.7. Μικροκλίμα. 1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης 1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο Προσανατολισμός Η χωροθέτηση του νέου κτηρίου στο οικόπεδο οφείλει να διασφαλίζει νότιο προσανατολισμό της μεγαλύτερης όψης του. Επιτρέπονται αποκλίσεις έως ± 30 o (ανατολικά ή δυτικά) του νότου. Στην περίπτωση αστικού οικοπέδου με δυσμενή προσανατολισμό, δηλαδή με όψεις ελεύθερες μόνον σε ανατολή και δύση, η δυνατότητα προσανατολισμού προς το νότο μπορεί να επιτευχθεί μέσω προεξοχών του κελύφους, των οποίων η όψη στρέφεται προς το νότο. Ο έλεγχος του ηλιασμού του κτηρίου πραγματοποιείται με την χρήση των ηλιακών χαρτώνδιαγραμμάτων, βάσει των οποίων καθορίζεται και η απόσταση από τα γειτονικά κτήριαεμπόδια. Ο έλεγχος αυτός καθορίζει την τελική τοποθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο (Σχήμα 1.1). Η χρήση των ηλιακών χαρτών περιγράφεται στο κεφ. 2, 2.2. Υφίσταται ένας εμπειρικός κανόνας χρήσιμος στη φάση των προσχεδίων για τον έλεγχο του ηλιασμού το χειμώνα, ο οποίος καθορίζει ότι: για νότιο προσανατολισμό η απόσταση ανάμεσα στο χωροθετούμενο κτήριο και το υφιστάμενο εμπόδιο πρέπει να ισούται με 1,5 το ύψος του εμποδίου (Σχήμα 1.2). Αναγκαία η χρήση της τομής του υφιστάμενου εμποδίου και του νέου κτηρίου. Για παράδειγμα, εάν το υφιστάμενο κτήριο-εμπόδιο έχει ύψος 15 μ., η ελάχιστη απόσταση χωροθέτησης του νέου κτηρίου πρέπει να είναι ίση με 1,5 15μ.= 22,50 μ., προκειμένου το νέο κτήριο να έχει ήλιο τον χειμώνα. Πιο αναλυτικές οδηγίες δίνονται στο κεφ. 2. 8
Σχήμα 1.1. Έλεγχος του ηλιασμού μιας ανεγειρόμενης και μιας προτεινόμενης θέσης της οικοδομής Σχήμα 1.2. Ηλιασμός οικοδομής, στην περίπτωση υποχώρησης στο οικόπεδο 1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου Για το εύκρατο κλίμα της Ελλάδας, το καταλληλότερο σχήμα είναι το επίμηκες κατά τον άξονα ανατολής-δύσης, γιατί προσφέρει μεγαλύτερη επιφάνεια προς το νότο για την συλλογή της ηλιακής θερμότητας το χειμώνα. Η αναλογία βάθους προς πλάτος της κάτοψης πρέπει να είναι 1/1,5. Βεβαίως, όταν το οικόπεδο είναι επίμηκες κατά τον άξονα βορρά-νότου, τότε επιλέγουμε λύσεις με όγκους σπαστούς, ή κλιμακωτή οργάνωση του κτηρίου, έτσι ώστε οι πίσω χώροι να δέχονται ήλιο το χειμώνα (Σχήμα 1.3). Σχήμα 1.3. Κτήριο επίμηκες κατά τον άξονα βορρά-νότου, σε κλιμακωτή διάταξη 9
1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού Οι γυάλινες επιφάνειες των ανοιγμάτων ενός κτηρίου αποτελούν τον οικονομικότερο, αποδοτικότερο και απλούστερο ηλιακό συλλέκτη το χειμώνα, αρκεί να έχουν προσανατολισμό νότιο ή ± 30 ο ανατολικά ή δυτικά του νότου. Προτείνονται μεγάλα μεγέθη ανοιγμάτων προς το νότιο προσανατολισμό, μέτριου μεγέθους στην ανατολική και δυτική όψη και μικρότερα ανοίγματα στο βορρά. Τα τελευταία, παρά το προτεινόμενο μικρό μέγεθός τους, πρέπει οπωσδήποτε να προβλέπονται στο σχεδιασμό των κτηρίων, διότι πέραν της διασφάλισης φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους, παρέχουν τη δυνατότητα διαμπερούς αερισμού το καλοκαίρι, συνεπώς και φυσικού δροσισμού του κτηρίου. 1.3.1.4. ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων Ο προσανατολισμός των εσωτερικών χώρων παραμένει ένα κρίσιμο ζήτημα, εξαρτώμενος από τη χρήση ενός χώρου και τις ανάγκες των ενοίκων. Η βορεινή πλευρά του κτηρίου το χειμώνα είναι η πιο ψυχρή, η λιγότερη φωτεινή και δε δέχεται καθόλου ήλιο. Για τους λόγους αυτούς, στην πλευρά αυτή τοποθετούνται οι χώροι των οποίων η χρήση είναι ολιγόωρη, ενώ ταυτόχρονα λειτουργούν ως ζώνη προστασίας από τους ψυχρούς ανέμους και ως χώροι ανάσχεσης των θερμικών απωλειών των κύριων χώρων ζωής. Για παράδειγμα, στην κατοικία προς το βορρά τοποθετούνται τα κλιμακοστάσια, λουτρό W.C., αποθήκη και χώρος στάθμευσης αυτοκινήτων. Στη νότια πλευρά τοποθετούνται οι χώροι κύριας και πολύωρης χρήσης, έτσι ώστε να απολαμβάνουν τα θερμικά κέρδη από τον ήλιο το χειμώνα, είναι πιο ευχάριστοι και πιο φωτεινοί, ενώ παράλληλα παρέχουν τη δυνατότητα ένταξης παθητικών ηλιακών συστημάτων (Σχήμα 1.4). Σε κτήρια άλλης χρήσης, όπως νοσοκομεία, ξενοδοχεία, γραφεία κ.λ.π. επιδιώκεται, κατά τον σχεδιασμό, οι χώροι πολύωρης - κύριας χρήσης να τοποθετούνται προς το νότο ή ανατολή, υπό την προϋπόθεση ότι λαμβάνεται μέριμνα για το σκιασμό τους το καλοκαίρι, ενδεχομένως και το χειμώνα, προς αποφυγή της θάμβωσης που προκαλείται στους χρήστες από το έντονο φως του ήλιου, π.χ. στα γραφεία. Σε κτήρια ειδικής χρήσης, όπως εργοστάσια, βιβλιοθήκες κ.λ.π., η εσωτερική οργάνωση των χώρων ρυθμίζεται, κυρίως, σε σχέση με την ποιότητα και την ποσότητα του απαιτούμενου φυσικού φωτισμού. Σχήμα 1.4. Εσωτερική διάταξη χώρων κατοικίας - ιαγραμματική κάτοψη και τομή βιοκλιματικού κελύφους 10
h h h 1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας Για την αποτελεσματική λειτουργία του κτηρίου, ως φυσικού ηλιακού συλλέκτη, είναι ανάγκη η θερμότητα, που προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία, να παγιδεύεται στο εσωτερικό του. Προς τούτο συνιστάται αφενός προστασία του κτηρίου από τους ψυχρούς χειμερινούς ανέμους και αφετέρου θερμομόνωση του κελύφους του. 1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους Η προστασία του κτηρίου από τους ψυχρούς, χειμερινούς ανέμους επιτυγχάνεται με κατάλληλους χειρισμούς στο άμεσο εξωτερικό περιβάλλον του: με τη φύτευση αειθαλών δέντρων ή χαμηλής βλάστησης ή ανεμοφράκτη για την εκτροπή των ανέμων (Σχήμα 1.5) ή με την πρόβλεψη κατάλληλων προεξοχών στο κέλυφος του κτηρίου. 5h 17h/ 4 15h/ 4 α h h h h/ 8 h/ 2 h 3h 3h 4h h h h 2h h h β 25-30 % 40 % 60 % 2h 2h 2h 1, 5m 1, 5m h h γ Σχήμα 1.5. Εκτροπή ψυχρού ανέμου με την χρήση ανεμοφράκτη, δέντρων ή θάμνων: (α) οι συμπαγείς φράκτες προκαλούν στροβιλισμούς, ενώ οι διάτρητοι -συνδυασμός θάμνων και δέντρων- αυξάνουν τη ζώνη ηρεμίας. (β) Ζώνη επίδρασης ανεμοφράκτη, ανάλογα με τη μορφή και το πάχος του. (γ) Ικανότητα μείωσης της διείσδυσης του ανέμου από ανεμοφράκτες διαφόρων τύπων. 1.3.2.2. Θερμική προστασία - Θερμομόνωση Για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών από το κέλυφος του κτηρίου προς το εξωτερικό περιβάλλον επιβάλλεται: α) Κατάλληλη θερμομόνωση των συμπαγών στοιχείων του κελύφους, δηλαδή τοίχων, δαπέδων, οροφών. Οι επιλογές, ως προς τα υλικά και το πάχος της θερμομόνωσης, εξαρτώνται από την κλιματική ζώνη (μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές συντελεστή θερμοπερατότητας). Περισσότερες τεχνικές πληροφορίες στην ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010 «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής 11
απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης». Ωστόσο, επισημαίνεται ότι για να λειτουργήσει το κτήριο αποτελεσματικότερα, ως αποθήκη θερμότητας, πρέπει η θερμομόνωση των συμπαγών δομικών του στοιχείων να τοποθετείται στην εξωτερική τους πλευρά (Σχήμα 1.6). Έτσι περιορίζονται και οι θερμογέφυρες. Η περίπτωση κατασκευής διπλού τοίχου από τούβλο με την θερμομόνωση στον πυρήνα, αποτελεί λύση αποδεκτή, αρκεί το πάχος κάθε παρειάς του τοίχου να είναι τουλάχιστον 9 εκ. β) Eπιλογή κατάλληλων κουφωμάτων, ανάλογα με την κλιματική ζώνη, με διπλά ή πολλαπλά τζάμια με χαμηλό συντελεστή θερμοπερατότητας και εξώφυλλα με θερμομόνωση ή όχι. γ) Καλή αεροστεγάνωση των αρμών των κουφωμάτων. Σχήμα 1.6. ιαγραμματική τομή κελύφους για την αποθήκευση της θερμότητας 1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας Για την αποτελεσματική βιοκλιματική λειτουργία του κτηρίου, η συλλεγείσα θερμότητα από τον ήλιο πρέπει να αποθηκεύεται στη μάζα του. 1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα Ο πιο αποτελεσματικός «αποθηκευτής» της ηλιακής θερμότητας είναι η ίδια η κατασκευή του κτηρίου, δηλαδή τα δάπεδα, οι τοιχοποιίες, οι οροφές. Τα βαριά υλικά, σκυρόδεμα, πέτρα, τούβλα, άργιλος έχουν μεγάλη πυκνότητα και ειδική θερμοχωρητικότητα, συνεπώς μεγάλη θερμοχωρητικότητα, άρα και ικανότητα αποθήκευσης της θερμότητας. Η απορρόφηση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας γίνεται άμεσα από το δάπεδο και τους παρακείμενους τοίχους και έμμεσα από την οροφή με την κίνηση του θερμού αέρα προς τα πάνω (όντας ελαφρύτερος). Όσο περισσότερη μάζα διαθέτει το κτήριο στο εσωτερικό του, τόσο μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας αποθηκεύει, διατηρώντας τη θερμοκρασία του χώρου σταθερή, σε επίπεδα θερμικής άνεσης για πολλές ώρες, ενώ παράλληλα περιορίζεται η λειτουργία της βοηθητικής θέρμανσης το χειμώνα, αλλά και της ψύξης το καλοκαίρι. Επισημαίνεται ότι οι συνήθεις κατασκευές με σκελετό από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιίες από τούβλα παρέχουν την αναγκαία θερμική μάζα και την αντίστοιχη θερμοχωρητικότητα για την αποθήκευση των ηλιακών απολαβών, υπό την προϋπόθεση ότι η θερμομόνωση βρίσκεται στην εξωτερική παρειά των φερόντων στοιχείων. Οι τοίχοι πλήρωσης από διπλή οπτοπλινθοδομή με θερμομόνωση στον πυρήνα εξασφαλίζουν επίσης επαρκή θερμική μάζα, υπό τον όρο ότι η εσωτερική παρειά της οπτοπλινθοδομής έχει πάχος 9 εκ. 12
1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης Το καλοκαίρι η έντονη ηλιακή ακτινοβολία και οι υψηλές θερμοκρασίες επιβαρύνουν το κτήριο, με αποτέλεσμα να προκαλείται κίνδυνος υπερθέρμανσης στους εσωτερικούς χώρους. Για την επίτευξη του φυσικού δροσισμού απαιτείται τόσο η προστασία του κτηρίου από τον ήλιο, ιδιαίτερα των ανοιγμάτων του, όσο και η μεταφορά της περίσσειας θερμότητας προς το ύπαιθρο, με φυσικό αερισμό και άλλες τεχνικές που παρατίθενται κατωτέρω. Συνεπώς οι ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου, που προτείνονται για την επίτευξη του φυσικού δροσισμού, είναι οι εξής: 1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων α) Τοποθέτηση φυλλοβόλων δέντρων ή βλάστησης, σε κατάλληλες θέσεις, στην περίπτωση χαμηλής δόμησης ή μεμονωμένων κτηρίων. β) Για το σκιασμό των ανοιγμάτων, τοποθέτηση σκιάστρων ή προεξοχών του ίδιου του κτηρίου, των οποίων η γεωμετρία και η θέση τους εξαρτώνται από τον προσανατολισμό τους: για το νότιο προσανατολισμό τα πιο κατάλληλα συστήματα σκίασης είναι τα οριζόντια, σταθερά ή κινητά. Το βάθος της προεξοχής καθορίζεται από το ύψος του ανοίγματος και το ύψος του ήλιου, δηλαδή από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (βλ. κεφ. 2, 2.2). για τον ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό κατάλληλα είναι τα κατακόρυφα συστήματα σκίασης, κάθετα στην όψη του κτηρίου ή υπό κλίση (βλ. κεφ. 2, 2.2). για νοτιανατολικό και νοτιοδυτικό προσανατολισμό, τα συστήματα σκίασης πρέπει να είναι συνδυασμός οριζόντιων και κατακόρυφων στοιχείων (βλ. κεφ. 2, 2.2). 1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών Η μέγιστη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας τη θερινή περίοδο συμβαίνει στα δώματα, με αποτέλεσμα οι τελευταίοι όροφοι των κτηρίων να είναι περισσότερο επιβαρυμένοι. Επομένως συνιστώνται: ώματα ανοιχτού χρώματος ή με ανακλαστική επιφάνεια ή με φύτευση (φυτεμένα δώματα), Εξωτερικοί τοίχοι ανοιχτού χρώματος, κυρίως οι δυτικού προσανατολισμού καθώς και φυτεμένοι τοίχοι με αναρριχητικά φυτά ή κατακόρυφοι κήποι (vertical gardens). 1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας Τα υλικά της κατασκευής του κτηρίου, εφόσον είναι βαριά, συνιστούν την αναγκαία θερμική μάζα για την παραλαβή της αυξημένης θερμότητας το καλοκαίρι. Τα κτήρια που ανήκουν στις κλιματικές ζώνες (Α) και (Β) έχουν ανάγκη μεγαλύτερης θερμικής μάζας, προκειμένου να λειτουργήσουν αποτελεσματικά και να περιορίζεται η χρήση κλιματισμού. 1.3.4.4. Θερμομόνωση Η θερμομόνωση του κελύφους του κτηρίου είναι αναγκαία, γιατί μειώνει το ψυκτικό του φορτίο. 13
1.3.4.5. Φυσικός αερισμός Η κίνηση του δροσερού αέρα μέσα στο κτήριο απομακρύνει την πλεονάζουσα θερμότητα προς το ύπαιθρο. Οι παράμετροι που επηρεάζουν τις συνθήκες φυσικού αερισμού είναι: α) Η διεύθυνση και η ένταση των δροσερών ανέμων στην περιοχή τη θερινή περίοδο, β) Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων στο κτήριο, γ) Η χρήση του κτηρίου. 1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία Όλες οι εξωτερικές επιφάνειες των κτηρίων ακτινοβολούν σημαντικά ποσά θερμότητας προς τον καθαρό ουρανό κατά την διάρκεια της νύχτας, το καλοκαίρι. Ιδιαίτερα τα δώματα των κτηρίων, λόγω της οριζόντιας επιφάνειάς τους, εκπέμπουν μεγαλύτερα ποσά θερμότητας προς τον ουρανό, σε σχέση με τις άλλες επιφάνειες των κτηρίων. Για το λόγο αυτό, στα δώματα μπορούν να εφαρμοσθούν ειδικά συστήματα κατασκευές, εκ των οποίων οι συνηθέστερες είναι οι μεταλλικοί ακτινοβολητές. 1.3.4.7. Μικροκλίμα Η εξάτμιση του νερού από υδάτινα στοιχεία, καθώς και η εξατμισοδιαπνοή από τα φυλλώματα των δέντρων ή/και της βλάστησης προκαλούν πτώση της θερμοκρασίας του αέρα. Ως χρόνος καλύτερης απόδοσης της εξάτμισης ορίζονται οι μεσημβρινές ώρες, γιατί τότε η υγρασία του αέρα είναι χαμηλή. 1.4. Βιβλιογραφία 1. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006. 2. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., Ερευνητικό Πρόγραμμα: «Aplication of RES in Saint John's Settlement Renewal - ECO TOWN», ALTENER II Programme, Directorate General XVII for Energy, 1999-2001. 3. Colombo, R., Landabaso, A., Sevilla, A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communities, 1994. 4. Fathy, H., «Natural Energy and Vernacular Architecture», The University of Chicago Press, Chicago, 1986. 5. Grapsas, K., «Considering Microclimate in Building Design, a Design Study in Lefkada, Hellas». MPhil Dissertation, Department of Architecture, University of Cambridge, 2001. 6. Grapsas, K., «The Use of Transitional Spaces in Environmental Control a Study through History and Different Climates». Proceedings of Passive and Low Energy Architecture Conference (PLEA), Santiago, Chile, 2003. 7. Goulding J.R, Lewis J.O., Steemers T,C. (Επιμ), «Energy in Architecture, The European Passive Solar Handbook», Commission of the European Communities, 1994. Ελληνική έκδοση: «Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα Παθητικά ηλιακά κτήρια», μεταφρ. Ε. Τσίγκας, Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Ένωση, 1996. 8. Huet,O., & Celaire, R., «Bioclimatisme en Zone Tropicale», GRET, Paris, 1986. 9. Mazria (Ed.), «The Passive Solar Energy Book», Rodale Press, Emmaus, Pa., 1979. 14
10. Παπαδόπουλος, Μ., & Αξαρλή, Κ., «ομική Φυσική ΙΙ, Ενεργειακός Σχεδιασμός Παθητικά Ηλιακά Συστήματα», Αφοί Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη, 1982. 11. Rapoport, A., «House Form and Culture», New Jersey, 1969. 12. Roaf, S., et al «Adapting Buildings and Cities for Climate Change», Elsevier, Amsterdam, 2005. 13. Szokolay, S.V. «Introduction to Architectural Science, The Basis for Sustainable Design», Elsevier, Amsterdam, 2008. 14. Yannas, S., «Solar Energy and Housing Design: Principles, Objectives, Guidelines», Architectural Association Publications, 1993. 1.5. Πηγές σχημάτων Σχήμα 1.1. Πηγή: Ανδρεαδάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 67. Σχήμα 1.2. Πηγή: όπ. π.: σελ. 66. Σχήμα 1.3. Πηγή: όπ. π.: σελ. 65. Σχήμα 1.4. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής:: Ανδρεαδάκη-Χρονάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Περιβάλλον και Βιωσιμότητα»,University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 72. Σχήμα 1.5. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communitieς, 1994, σελ. 120. Σχήμα 1.6. Πηγή: Ανδρεαδάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 75. 15
2. ΗΛΙΑΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ 2.1. Ηλιακή ακτινοβολία Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια του ήλιου περιλαμβάνει όλα τα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, από τη μεγάλου μήκους θερμική ακτινοβολία, μέχρι την πολύ μικρού μήκους υπεριώδη ακτινοβολία. Το ορατό φως, στο οποίο το ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητο, αποτελεί το 46% της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας και εμπεριέχει όλο το φάσμα των χρωμάτων. Το 49% της ακτινοβολίας ανήκει στην υπέρυθρη ζώνη, την οποία αισθανόμαστε ως θερμότητα, ενώ η υπόλοιπη ποσότητα (5%) ανήκει στην υπεριώδη και κοσμική ακτινοβολία, την οποία δεν αντιλαμβανόμαστε. Προκειμένου να προσδιοριστεί ο ηλιασμός ενός κτηρίου ή ενός οικοπέδου υιοθετείται η παραδοχή των φαινόμενων τροχιών του ήλιου, δηλαδή θεωρείται ότι η γη παραμένει σταθερή, ενώ ο ήλιος κινείται. Αυτή η παραδοχή διευκολύνει στη γεωμετρική απεικόνιση των φαινόμενων τροχιών του ήλιου, οι οποίες ακολουθούν μια μεγάλη συνεχή σπείρα (Σχήμα 2.1). Οι φαινόμενες τροχιές του ήλιου ταυτίζονται ανά δύο μήνες εκτός του εκεμβρίου και του Ιουνίου. Ο μήνας εκέμβριος έχει τη χαμηλότερη τροχιά, ενώ ο Ιούνιος την υψηλότερη. Για να συσχετιστούν οι φαινόμενες τροχιές του ήλιου με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των κτηρίων, κατά το σχεδιασμό τους, πρέπει να είναι γνωστή η θέση του ήλιου στον ουρανό και στον ορίζοντα αντίστοιχα. Σχήμα 2.1. Σχηματική αναπαράσταση των φαινόμενων τροχιών του ήλιου Η θέση αυτή προσδιορίζεται από τη στερεά γωνία, η οποία αναλύεται σε δύο επίπεδες γωνίες: τη γωνία ύψους, που ορίζεται από τη θέση του ήλιου στον ουρανό ως προς το οριζόντιο επίπεδο και τη γωνία αζιμουθίου, η οποία ορίζεται από την ορθή προβολή της θέσης του ήλιου στο οριζόντιο επίπεδο σε σχέση με την πραγματική κατεύθυνση του νότου (Σχήμα 2.2). Ο προσδιορισμός του ηλιασμού βασίζεται στη συσχέτιση των γεωμετρικών δεδομένων του κτηρίου με τα γεωμετρικά δεδομένα της εκάστοτε θέσης του ήλιου. 16