ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΚΕΛΥΦΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΤΙΡΙΩΝ ΓΡΑΦΕΙΟΥ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Δ/ΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΚΕΛΥΦΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΤΙΡΙΩΝ ΓΡΑΦΕΙΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΓΙΑΡΜΑΣ Α.Ε.Μ.: 4578 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΓΙΣ Μ. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ ΑΡΜΟΔΙΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΧΡΙΣΤΙΝΑ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΑΡΤΙΟΣ 2013 i

1. 2. 3. 4. ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 5. Υπεύθυνος: Καθ. Άγις Μ. Παπαδόπουλος 6. Αρμόδια Παρακολούθησης: Χριστίνα Κωνσταντινίδου 7. Τίτλος Εργασίας: ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΚΕΛΥΦΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΤΙΡΙΩΝ ΓΡΑΦΕΙΟΥ 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή: Ευάγγελος Γιαρμάς 9. Αριθμός Μητρώο: 4578 10. Θεματική Περιοχή: ΘΕΡΜΑΝΣΗ-ΨΥΞΗ ΚΤΙΡΙΩΝ ΓΡΑΦΕΙΟΥ 11. Ημερ. Έναρξης: 5-2012 12. Ημερ. Παράδοσης: 02-2013 13. Αριθμός Εργασίας 14. Περίληψη: Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετηθεί η επίδραση της θερμοχωρητικότητας της κατασκευής, στην ενεργειακή συμπεριφορά διαφόρων τύπων κτιρίων γραφείου σε τέσσερα (4) διαφορετικά κλίματα. Συγκεκριμένα γίνεται μια προσπάθεια ποσοτικοποίησης της επιρροής της θερμοχωρητικότητας σε διάφορους τύπους κτιρίων και για διαφορετικά κλίματα με τη βοήθεια δυναμικής προσομοίωσης τεσσάρων τύπων κτιρίων. Το πρώτο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό και παρουσιάζονται ο στόχος, το πεδίο εφαρμογής και η δομή της εργασίας. Στόχος του κεφαλαίου αυτού είναι να κάνει τον αναγνώστη, να συνειδητοποιήσει από την αρχή, την ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας σε κτίρια γραφείων, δομημένα σε αστικές περιοχές. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξηγούνται αναλυτικότερα έννοιες που δεν ήταν δυνατόν να αναπτυχθούν στο πρώτο κεφάλαιο. Το τρίτο κεφάλαιο είναι μια αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση του θέματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται αρχικά τα κλιματικά δεδομένα και το νομικό πλαίσιο των εξεταζόμενων χωρών. Στη συνέχεια του κεφαλαίου περιγράφεται η μεθοδολογική προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την παρούσα έρευνα και γίνεται μια σύντομη παρουσίαση των χαρακτηριστικών των κτιρίων. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, η συζήτηση επ αυτών και τα συμπεράσματα παρουσιάζονται και μελετώνται στο πέμπτο, έκτο και έβδομο κεφάλαιο, αντίστοιχα. 15. Στοιχεία Εργασίας Αρ. Σελίδων: 93 Αρ. Εικόνων: Αρ. Διαγραμμάτων: 46 Αρ. Πινάκων: 5 Αρ. Παραρτημάτων: Αρ. Παραπομπών: 16. Λέξεις Κλειδιά: Θερμική μάζα κτιρίων Υλικά που αλλάζουν φάση Κατανάλωση ενέργειας 17. Σχόλια 18. Συμπληρωματικές Παρατηρήσεις: 19. Βαθμός ii

1. 2. 3. 4. ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY SECTOR LABORATORY OF HEAT TRANSFER AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING 5. Supervisor: Prof. Agis M. Papadopoulos 6. Undergraduate dissertation title: THE EFFECT OF THERMAL MASS IN ENERGY PERFORMANCE OF OFFICE BUILDINGS 7. Student name: Evangelos Giarmas 8. Student Registration No:4578 9. Topic area:heating and cooling of buildings 10. Start date: 5-2012 11. Presentation date:2-2013 12. Dissertation No. 13. Summary: The purpose of this paper is to study the effect of heat capacity of the structure, the energy behavior of various types of office buildings in four (4) different climates. Also check the typology with better energy performance is a challenge. The best types may vary depending on the climate of the region, where every building built, and this interaction climate-typology also has great interest. The first chapter is an introduction and presented the aim, scope and structure of this project. The aim of this chapter is to make the reader realize, from the beginning, the need to save energy in office buildings, structured in urban areas. The second chapter explains in detail concepts which could not be developed in the first one. The third chapter is a detailed literature review of the subject. Studies about the thermal mass of the building envelope and its effects on the overall energy performance of the building, are presented and discussed in this chapter. In the fourth chapter, firstly the climate data and the legal framework of the countries concerned. Later, the methodological approach used for this investigation described and a brief presentation of the characteristics of the buildings considered. The simulation results, discussion and conclusions on them are presented and discussed in the fifth, sixth and seventh chapter, respectively. 14. The dissertation comprises of: No. of pages:93 No. of pictures: No. of figures:46 No. of tables: 5 No. of annexes: No. of references: 15. Keywords: 1.Energy consumption 2.PCM 3.Thermal mass 16. Comments: 17. Additional notes: 18. Grade: iii

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει περισσότερο αντιληπτό από κάθε άλλη φορά ότι η ποιότητα του περιβάλλοντος συνεχώς υποβαθμίζεται. Το ενδιαφέρον αυξάνεται ακόμα περισσότερο στον τομέα των κτιρίων, καθώς όπως είναι εύκολα αντιληπτό τα κτίρια έχουν μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις και ως εκ τούτου η προσπάθεια εξοικονόμησης πρωτογενούς ενέργειας σε αυτά κρίνεται αναγκαία.. Η προσπάθεια αντιμετώπισης των ζητημάτων αυτών έγκειται στο ενδιαφέρον του ενεργειακού σχεδιασμού των κτιρίων. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας επιχειρείται η διερεύνηση της επίδρασης της θερμικής μάζας του κτιριακού κελύφους, στην ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων γραφείου. Μελετήθηκαν τέσσερις διαφορετικές τυπολογίες κτιρίων, σε τέσσερις διαφορετικές Ευρωπαϊκές πόλεις και τα αποτελέσματα προέκυψαν με τη βοήθεια κατάλληλου προγράμματος προσομοίωσης. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω βαθιά όλους όσους συνέβαλαν στην εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας και πιο συγκεκριμένα: Τον καθηγητή κ. Άγι Μ. Παπαδόπουλο, για την ανάθεση του παρόντος θέματος Την αρμόδια παρακολούθησης της διπλωματικής εργασίας, κ. Χριστίνα Κωνσταντινίδου, για το χρόνο της, τις εποικοδομητικές της παρατηρήσεις, αλλά πρωτίστως για τη στήριξη που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της ενασχόλησης μου με το παρόν θέμα. Την οικογένειά μου και τους φίλους μου, για τη στήριξη που μου παρείχαν καθ όλη τη διάρκεια της φοίτησης μου. Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2013 Βαγγέλης Γιαρμάς iv

Πίνακας περιεχομένων ΠΡΟΛΟΓΟΣ... iv Λίστα Σχημάτων... vii Λίστα πινάκων... ix 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 1.1 Αναγκαιότητα μείωσης της ενεργειακή κατανάλωσης στη σύγχρονη κοινωνια... 1 1.2 Σκοπός της εργασίας... 4 1.3 Δομή της εργασίας... 5 2. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ... 5 2.1 Ο ρόλος του κτιριακού κελύφους στο σχεδιασμό ενός κτιρίου υψηλής απόδοσης... 5 2.2 Η θερμοχωρητικότητα του κτιριακού κελύφους... 7 2.3 Ιδανική θερμοχωρητικότητα δομικών στοιχείων... 9 2.4 Ο ρόλος της θερμομόνωσης στη συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους... 10 2.4.1 Αποτελεσματική τοποθέτηση θερμομόνωσης... 11 2.5 Αποθήκευση θερμικής ενέργειας μέσω υλικών που αλλάζουν φάση (PCM)... 12 2.5.1 Τρόποι αποθήκευσης θερμικής ενέργειας... 13 2.5.2 Δυνατότητες χρήσης των υλικών που αλλάζουν φάση με σκοπό τον έλεγχο της θερμοκρασίας... 14 3. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ... 17 3.1 Εισαγωγή... 17 3.2 Θερμική προστασία κτιρίου... 18 3.3 Θερμοχωρητικότητα κτιρίου... 20 3.4 Η θέση και το πάχος της θερμομόνωσης στη κατασκευή... 24 3.5 Δυνατότητες χρήσης των υλικών που αλλάζουν φάση (PCM) με σκοπό τη ρύθμιση της θερμοχωρητικότητας του κτιριακού κελύφους... 29 4. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ... 36 4.1 Εισαγωγή... 36 4.2 Ενεργειακή προσομοίωση και Energy Plus... 36 4.3 Περιγραφή των μελετούμενων περιοχών... 37 4.3.1 Κλιματικά χαρακτηριστικά... 38 4.3.2 Νομικό πλαίσιο... 40 4. 4 Περιγραφή τυπολογίας κτιρίων... 43 v

4.5 Παραδοχές προσομοίωσης... 44 4.5.1 Κλιματικά δεδομένα... 44 4.5.2 Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και θερμική μάζα... 45 4.5.3 Θερμοκρασίες σχεδιασμού... 46 4.5.4 Εσωτερικά κέρδη... 46 4.6 Σενάρια προσομοίωσης... 47 5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΤΟ ENERGY PLUS... 48 5.1 Θερμό-Υγρό κλίμα (Θεσσαλονίκη)... 48 5.1.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact)... 48 5.1.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal)... 50 5.1.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type)... 52 5.1.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type)... 53 5.2 Θερμό-Ξηρό κλίμα (Λευκωσία)... 55 5.2.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact)... 55 5.2.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal)... 57 5.2.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type)... 59 5.2.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type)... 61 5.3 Ψυχρό-Υγρό κλίμα (Λονδίνο)... 63 5.3.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact)... 63 5.3.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal)... 65 5.3.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type)... 66 5.3.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type)... 68 5.4 Ψυχρό-Ξηρό κλίμα (Μόναχο)... 70 5.4.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact)... 70 5.4.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal)... 71 5.4.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type)... 73 5.4.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type)... 75 6.ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΕΠΙ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ... 77 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 87 Βιβλιογραφία... 91 vi

Λίστα Σχημάτων Σχήμα 1:Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία ενός κτιρίου... 3 Σχήμα 2: Χαρακτηριστικό παράδειγμα αστοχίας λόγω δημιουργίας θερμογέφυρας στη θέση συναρμογής της κάσας του κουφώματος με τον τοίχο.... 12 Σχήμα 3: Αποθήκευση λανθάνουσας θερμότητας στην περίπτωση αλλαγής φάσης από στερεό σε υγρό... 14 Σχήμα 4: Υλικό αλλαγής φάσης με θερμοκρασία τήξης κοντά στη μέση θερμοκρασία, το οποίο εξομαλύνει τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις... 15 Σχήμα 5: Υλικό αλλαγής φάσης που περιορίζει τις θερμοκρασιακές αιχμές, χάρη στην υψηλότερη θερμοκρασία τήξης που διαθέτει... 16 Σχήμα 6: Απαραίτητο πάχος διάφορων δομικών υλικών, ώστε να αποθηκεύσουν τόση θερμότητα, όση ένα υλικό αλλαγής φάσης πάχους 1 cm. Τα μονωτικά υλικά δεν λαμβάνονται υπόψη.... 17 Σχήμα 7: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 48 Σχήμα 8: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 49 Σχήμα 9: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 50 Σχήμα 10: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 50 Σχήμα 11: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 52 Σχήμα 12: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 52 Σχήμα 13: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 53 Σχήμα 14: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 54 Σχήμα 15: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη της Λευκωσίας... 55 Σχήμα 16: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη της Λευκωσίας... 56 Σχήμα 17: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Λευκωσίας... 57 Σχήμα 18: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης... 57 Σχήμα 19: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_typeκαι την πόλη του Μονάχου... 59 Σχήμα 20: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη της Λευκωσίας... 59 vii

Σχήμα 21: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη της Λευκωσίας... 61 Σχήμα 22:Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη της Λευκωσίας... 61 Σχήμα 23: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη του Λονδίνου... 63 Σχήμα 24: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη του Λονδίνου... 64 Σχήμα 25: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Λονδίνου... 65 Σχήμα 26: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Λονδίνου... 65 Σχήμα 27: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη του Λονδίνου... 66 Σχήμα 28: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη του Λονδίνου... 67 Σχήμα 29 Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη του Λονδίνου... 68 Σχήμα 30: : Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη του Λονδίνου... 68 Σχήμα 31: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη του Μονάχου... 70 Σχήμα 32: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη του Μονάχου... 70 Σχήμα 33: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Μονάχου... 71 Σχήμα 34: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Μονάχου... 72 Σχήμα 35: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη του Μονάχου... 73 Σχήμα 36: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη του Μονάχου... 73 Σχήμα 37: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη του Μονάχου... 75 Σχήμα 38: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη του Μονάχου... 75 Σχήμα 39: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα)... 79 Σχήμα 40: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα)... 80 Σχήμα 41Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Λονδίνο (ψυχρό-υγρό κλίμα)... 81 viii

Σχήμα 42: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Μονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα)... 82 Σχήμα 43: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα)... 83 Σχήμα 44: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα)... 84 Σχήμα 45: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα)... 85 Σχήμα 46: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Μονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα)... 86 Λίστα πινάκων Πίνακας 1: Τυπολογίες κτιρίων... 44 Πίνακας 2: Συντελεστές θερμοπερατότητας δομικών στοιχείων... 45 Πίνακας 3: Θερμική Μάζα κτιρίων... 45 Πίνακας 4: Εσωτερικά φορτία... 46 Πίνακας 5: Σενάρια προσομοίωσης... 47 ix

1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Αναγκαιότητα μείωσης της ενεργειακή κατανάλωσης στη σύγχρονη κοινωνια Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί πρωτοφανής αύξηση του ενδιαφέροντος, ολοένα και μεγαλύτερου μέρους του πληθυσμού, τόσο για την κλιματική αλλαγή όσο και για την αύξηση των ενεργειακών απαιτήσεων των διαφόρων ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Συγκεκριμένα, λόγω της αλόγιστης χρήσης υδρογονανθράκων ως καύσιμα, ο ανθρώπινος παράγοντας πλέον θεωρείται κύριος υπαίτιος για την κλιματική αλλαγή, εξαιτίας των συνεχώς αυξανόμενων εκπομπών CO 2 στην ατμόσφαιρα. Στηριζόμενη στην παραπάνω παρατήρηση, ολόκληρη πλέον η επιστημονική κοινότητα επισημαίνει πως η μείωση των εκπομπών του CO 2 είναι επιτακτική και αναγκαία, την ίδια στιγμή που τα αποθέματα των καυσίμων όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο γίνονται όλο και λιγότερο διαθέσιμα. [1] Το ενδιαφέρον αυξάνεται ακόμα περισσότερο στον τομέα των κτιρίων, καθώς όπως είναι εύκολα αντιληπτό τα κτίρια έχουν μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις και ως εκ τούτου η προσπάθεια εξοικονόμησης πρωτογενούς ενέργειας σε αυτά κρίνεται αναγκαία. Η οικονομική και τεχνολογική ανάπτυξη έχει ως αποτέλεσμα τον πολλαπλασιασμό των ενεργειακών αναγκών. Ιδίως, με τη διαρκή βελτίωση του βιοτικού επιπέδου, η κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία των κτιρίων συνεχώς αυξάνει. Η αύξηση είναι τόσο ποσοτική, καθώς καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια σε απόλυτο μέγεθος, όσο και ποιοτική, επειδή χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο ο ηλεκτρισμός για την ψύξη των κτιρίων. Για να γίνει αντιληπτός ο ρυθμός με τον οποίο αυξάνονται οι ενεργειακές απαιτήσεις και ως εκ τούτου και η ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας από αυτά, αξίζει να αναφερθεί ότι η κατανάλωση τελικής ενέργειας στην Ελλάδα ήταν σχεδόν σταθερή την περίοδο 1990-1994 και η ποσότητα κατανάλωσης ήταν γύρω στα 15 Mtoe, αφαιρώντας τις μη ενεργειακές χρήσεις. Μεταξύ των ετών 1995-1996 η κατανάλωση τελικής ενέργειας αυξήθηκε κατά 6,5% περίπου, ενώ από τότε ο μέσος ετήσιος ρυθμός αύξησης είναι γύρω στο 2,5%. Συνολικά, η κατανάλωση τελικής ενέργειας αυξήθηκε κατά 50% περίπου, την περίοδο 1990-2006, κυρίως ως συνέπεια της οικονομικής ανάπτυξης. Επίσης, η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα αυξήθηκε με μεγαλύτερο ρυθμό από το 1990. Η κύρια αύξηση προέρχεται από τον οικιακό και τον τριτογενή τομέα. Ειδικά ο οικιακός τομέας ήταν το 2006 ο μεγαλύτερος καταναλωτής ηλεκτρικής ενέργειας με 177 TWh ετήσια κατανάλωση. Πρόκειται για ποσοστιαία αύξηση της τάξης του 94% σε σχέση με τα επίπεδα του 1990, όταν η 1

κατανάλωση του οικιακού τομέα ήταν 91 TWh. Ενώ η βιομηχανία ήταν ο μεγαλύτερος καταναλωτής το 1990 με κατανάλωση 121 TWh, το 2006 έπεσε στην 3 η θέση με κατανάλωση 15 TWh και ποσοστό αύξησης 24% σε σχέση με τα επίπεδα του 1990. Ο τριτογενής τομέας έχει πλέον μεγαλύτερη κατανάλωση από τον βιομηχανικό τομέα. Σημείωσε δε κατανάλωση της τάξης των 175 TWh το 2006, σε σύγκριση με 56 TWh το 1990 παρουσιάζοντας μέσο ρυθμό αύξησης 77% το χρόνο και 215% συνολική αύξηση. [1] Ο κτιριακός τομέας απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας για τη λειτουργία του (θέρμανση, δροσισμός, φωτισμός, ζεστό νερό, λειτουργία συσκευών). Υπολογίζεται πως στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης το 41% της συνολικής παραγόμενης ενέργειας δαπανάται για την κάλυψη των αναγκών των κτιρίων, σε θέρμανση και ψύξη. Το αντίστοιχο ποσοστό για τις πρώην ανατολικές χώρες και τις χώρες της κεντρικής Ευρώπης ανέρχεται σε 49%. Στην Ελλάδα, ο γενικός εκσυγχρονισμός συνοδευόμενος με την αδιαφορία για την εξοικονόμηση ενέργειας, οδήγησαν σε υπέρμετρες καταναλώσεις στον τομέα των κτιρίων και των υπηρεσιών. To 1995, η χρήση ενέργειας στον οικιακό και τριτογενή τομέα για θέρμανση και ψύξη καθώς και για την παραγωγή θερμού νερού έφτασε τους 4.4 τόνους ισοδυνάμου πετρελαίου (ΤΙΠ). Έχει καταγραφεί ότι η θέρμανση των κτιρίων, παρόλο που η Ελλάδα είναι μια χώρα με ήπιο κλίμα, κατέχει σημαντικό μέρος των συνολικών ενεργειακών καταναλώσεων (69%), ακολουθούμενη από την παραγωγή ζεστού νερού ( 13%), τις ηλεκτρικές συσκευές, τη ψύξη και το φωτισμό (18%). Η ανάγκη λοιπόν για εξοικονόμηση ενέργειας στον τομέα αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανής, καθώς καλύπτει περίπου το 36% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης στην Ελλάδα. Επιπλέον, τα κτίρια στη χώρα μας ευθύνονται για πάνω από το 45% των συνολικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO ), 2 βασικού αερίου του φαινομένου του θερμοκηπίου. Αντιλαμβανόμαστε λοιπόν ότι τα ποσοστά αυτά είναι εξαιρετικά μεγάλα με συνέπεια να είναι εξίσου μεγάλη και η ανάγκη μείωσης των ενεργειακών απαιτήσεων των κτιρίων. [1] Σε αυτή τη κατεύθυνση κινείται και ο ενεργειακός σχεδιασμός των κτιρίων, που έχει σκοπό τη μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας, των αντίστοιχων ρύπων αλλά και του φορτίου αιχμής για θέρμανση, ψύξη και φωτισμό των κτιρίων, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα θερμική και οπτική άνεση μέσα στους χώρους. Βέβαια ο αρχιτεκτονικός ενεργειακός σχεδιασμός στο περιβάλλον μιας πόλης είναι ένα αντικείμενο που δέχεται πολλούς περιορισμούς. Είτε χωροταξικοί και οικοδομικοί, είτε 2

μικροκλιματικοί, υφίστανται έντονα προβλήματα στη προσπάθεια βελτίωσης του ενεργειακού προφίλ των κατοικιών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι προσπάθειες για τον ενεργειακό σχεδιασμό να επικεντρώνονται κυρίως σε παρεμβάσεις που αφορούν το ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό του κτιρίου. Πρέπει ακόμη να τονιστεί, πως το μεγαλύτερο ποσοστό των συστημάτων θέρμανσης και ψύξης των ελληνικών κτιρίων είναι σαφώς ξεπερασμένα, με αποτέλεσμα να είναι επιτακτική η ανάγκη αντικατάστασης τους. Η χρήση ΑΠΕ θα ήταν μια εξαιρετική λύση για την εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας, αν συλλογιστεί κανείς το πόσες εναλλακτικές λύσεις προσφέρονται χάρη στο κλίμα της χώρας μας. Βεβαίως για άλλη μια φορά αν κοιτάξουμε τα στοιχεία θα απογοητευτούμε, καθώς με λύπη θα συνειδητοποιήσουμε πως η εκμετάλλευση της ηλιακής αλλά και άλλων μορφών ενέργειας, βρίσκονται ακόμα σε πολύ πρώιμα στάδια. [1] Αυτό που κυρίως επιδιώκει ο ενεργειακός σχεδιασμός κτιρίων είναι η διατήρηση του εσωτερικού ισοζυγίου του χώρου σε χαμηλά, αν όχι μηδενικά επίπεδα, όπως φαίνονται στην εικόνα που ακολουθεί (Σχήμα 1). Βασικό χαρακτηριστικό για τη διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ των ηλιακών και εσωτερικών κερδών και θερμικών απωλειών αποτελεί το κτιριακό κέλυφος, καθώς μέσω αυτού πραγματοποιείται η μετάδοση θερμότητας μεταξύ του κτιρίου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του κελύφους, η θερμοχωρητικότητα των δομικών στοιχείων, το μέγεθος και η χωροθέτηση των ανοιγμάτων παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου. [2] Σχήμα 1:Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία ενός κτιρίου 3

1.2 Σκοπός της εργασίας Οι ημερήσιες μεταβολές της θερμοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργούν προκλήσεις για τη διατήρηση της θερμικής άνεσης των ανθρώπων σε κτίρια. Κάθε ημέρα του έτους προσφέρει τη δυνατότητα των συνθηκών που μπορεί να χαρακτηριστούν ως πολύ ζεστές ή πολύ κρύες. Παθητικά και ενεργειακά οικονομικά κτίρια δύναται να διαχειρίζονται τη διαθέσιμη θερμική ενέργεια, προκειμένου να διατηρηθούν οι συνθήκες για την ανθρώπινη θερμική άνεση. Η χρήση της αποθήκευσης θερμικής ενέργειας για θερμικές εφαρμογές έχει λάβει μεγάλη έκταση κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών. Μια ποικιλία από τεχνικές αποθήκευσης θερμικής ενέργειας έχουν αναπτυχθεί σε βιομηχανικές χώρες. Τέτοια συστήματα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας έχουν τεράστιες δυνατότητες ώστε να γίνει η χρήση του εξοπλισμού θερμικής ενέργειας πιο αποτελεσματική. Πολλοί τύποι αποθήκευσης ενέργειας διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ενέργειας. Η θερμική αποθήκευση σε ένα κτίριο μπορεί να είναι καθοριστική για τη μείωση των ψυκτικών φορτίων και τη μείωση των μέγιστων θερμοκρασιών. Οι εξωτερικές επιφάνειες του κτιριακού κελύφους εμφανίζουν υψηλότερες ή χαμηλότερες θερμοκρασίες, όχι μόνο εξαιτίας της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος αέρα, της ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και της ίδιας της ακτινοβολίας του περιβλήματος, αλλά εξαρτώνται επίσης από τις θερμικές ιδιότητες του ίδιου του κτιριακού κελύφους. Επιπλέον, η μετάδοση των εξωτερικών διακυμάνσεων της θερμοκρασίας μέσω του κτιριακού κελύφους είναι μία συνάρτηση της ικανότητας του κελύφους και των κτιριακών κατασκευών να αποθηκεύουν θερμότητα. Το αποτέλεσμα της θερμικής μάζας σε κτίρια που περιέχουν δομικά υλικά υψηλής θερμοχωρητικότητας, επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την μέση εσωτερική θερμοκρασία. Ως αποτέλεσμα, μπορούν να μεταφερθούν τα μέγιστα των απαιτήσεων σε ενέργεια πιο αργά το βράδυ, οπότε η τιμή του ρεύματος είναι μικρότερη, με αποτέλεσμα να έχουμε σοβαρές οικονομικές ελαφρύνσεις για τη διατήρηση της θερμικής άνεσης σε ένα κτίριο. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετηθεί η επίδραση της θερμοχωρητικότητας της κατασκευής, στην ενεργειακή συμπεριφορά διαφόρων τύπων κτιρίων γραφείου σε τέσσερα (4) διαφορετικά κλίματα. Επίσης η εξακρίβωση της τυπολογίας με την καλύτερη ενεργειακή συμπεριφορά είναι ένα ζητούμενο. Η βέλτιστη βέβαια τυπολογία μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το κλίμα της περιοχής, όπου είναι δομημένο το κάθε κτίριο, και αυτή η αλληλεπίδραση κλίματος-τυπολογίας έχει επίσης τεράστιο ενδιαφέρον.. 4

1.3 Δομή της εργασίας Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από επτά κεφάλαια. Το πρώτο από αυτά είναι εισαγωγικό και παρουσιάζονται ο στόχος, το πεδίο εφαρμογής και η δομή της εργασίας. Στόχος του κεφαλαίου αυτού είναι να κάνει τον αναγνώστη, να συνειδητοποιήσει από την αρχή, την ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας σε κτίρια γραφείων, δομημένα σε αστικές περιοχές. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξηγούνται αναλυτικότερα έννοιες που δεν ήταν δυνατόν να αναπτυχθούν στο πρώτο κεφάλαιο. Το τρίτο κεφάλαιο είναι μια αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση του θέματος. Μελέτες σχετικά με τη θερμική μάζα του κτιριακού κελύφους και το πώς αυτή επηρεάζει την γενικότερη ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, παρουσιάζονται και σχολιάζονται σε αυτό το κεφάλαιο. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται αρχικά τα κλιματικά δεδομένα και το νομικό πλαίσιο των εξεταζόμενων χωρών. Στη συνέχεια του κεφαλαίου περιγράφεται η μεθοδολογική προσέγγιση που χρησιμοποιείτε για την παρούσα έρευνα και γίνεται μια σύντομη παρουσίαση των χαρακτηριστικών των κτιρίων που θα μελετηθούν. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, παρουσιάζονται και μελετώνται στο πέμπτο κεφάλαιο. Ακολούθως στο έκτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη συζήτηση επί των αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφονται τα αποτελέσματα της παραπάνω συζήτησης επί των αποτελεσμάτων, καθώς και η βέλτιστη πρόταση για ένα ενεργειακά αποτελεσματικό σχεδιασμό. 2. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ 2.1 Ο ρόλος του κτιριακού κελύφους στο σχεδιασμό ενός κτιρίου υψηλής απόδοσης Ο όρος «ενεργειακός σχεδιασμός» αναφέρεται στο σχεδιασμό κτιρίων που ανταποκρίνονται στις κλιματικές συνθήκες του περιβάλλοντος και έχουν ως στόχο την επίτευξη βέλτιστων συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης για τους χρήστες και κατά συνέπεια την ελαχιστοποίηση της απαίτησης για θέρμανση και ψύξη. Τα κτίρια πρέπει να σχεδιάζονται βάσει αρχών και προδιαγραφών, ώστε αφενός να εξοικονομούν ενέργεια για τη θέρμανση και την ψύξη τους (μείωση θερμικού και ψυκτικού φορτίου) και αφετέρου να εκμεταλλεύονται τις ήπιες μορφές ενέργειας, για την κάλυψη του θερμικού και ψυκτικού τους φορτίου, με στόχο να επιτυγχάνεται και η μικρότερη δυνατή επιβάρυνση του περιβάλλοντος. 5

Στη χειμερινή περίοδο, ο ενεργειακός σχεδιασμός αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών αγωγιμότητας, αερισμού και εξάτμισης, επιτρέποντας μόνον τον απαραίτητο για λόγους υγιεινής αερισμό, και στην αύξηση της θερμικής προσόδου από την ηλιακή ακτινοβολία, ώστε αφενός να μειωθεί η διάρκεια της περιόδου θέρμανσης και αφετέρου να ελαττωθούν οι δαπάνες για την παροχή θέρμανσης. Αντίστοιχα, στην θερινή περίοδο ο ενεργειακός σχεδιασμός στοχεύει στην ελαχιστοποίηση της θερμικής προσόδου από την ηλιακή ακτινοβολία και στη βελτιστοποίηση των διαφόρων μεθόδων φυσικού δροσισμού, ώστε να ελαχιστοποιηθεί ή ακόμη και να αποτραπεί η με το μηχανολογικό εξοπλισμό παρεχόμενη ψύξη. [1] Με βάση τις αρχές που αναφέρονται παραπάνω, το κέλυφος καλείται να εκτελέσει περισσότερες από μια λειτουργίες. Αρχικά, καλείται να λειτουργήσει ως «επιλεκτικός ηλιακός συλλέκτης», δηλαδή να συνεισφέρει στη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας, όταν αυτή είναι διαθέσιμη και απαραίτητη κατά τη διάρκεια του χειμώνα και να την κρατήσει μακριά την καλοκαιρινή μέρα. Τα σωστά προσανατολισμένα ανοίγματα, εξοπλισμένα με τις κατάλληλες ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, καθορίζουν και επηρεάζουν τη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ταυτόχρονα, καλείται να λειτουργεί ως «φράγμα θερμικών απωλειών» ώστε η θερμότητα που δεσμεύτηκε από την ηλιακή ακτινοβολία να μη διαφύγει στο εξωτερικό περιβάλλον. Η θερμομόνωση του κελύφους και η νυχτερινή-κινητή θερμομόνωση των ανοιγμάτων συμβάλλουν στη μείωση των θερμικών απωλειών. Τέλος, το κτιριακό κέλυφος οφείλει να λειτουργεί ως «θερμική αποθήκη», ώστε η συλλεχθείσα θερμότητα να αποθηκευτεί για να αποδεσμευτεί και να αποδοθεί στους κατοικήσιμους χώρους όταν είναι χρήσιμη (τις βραδινές ώρες ή σε περιόδους με συννεφιά). Η θερμότητα που μπορεί να αποθηκεύσουν τα δομικά υλικά και τα δομικά στοιχεία αντίστοιχα, είναι ανάλογη με το μέγεθος της θερμοχωρητικότητάς τους. Ο ρόλος του κτιριακού κελύφους επεκτείνεται και κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, δεδομένου ότι η εξωτερική θερμοκρασία τη νύχτα είναι συνήθως χαμηλότερα από τις εσωτερικές θερμοκρασίες, είναι δυνατόν να επιτευχθεί η ψύξη του κτιρίου με φυσικό αερισμό. Ο αερισμός, ενισχύει τις θερμικές απώλειες μέσω συναγωγής από τα δομικά στοιχεία και διαχέει την θερμότητα απελευθερώνοντας την, στην χαμηλότερη εξωτερική θερμοκρασία. Ανεμιστήρες οροφής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν για την αύξηση της κίνησης του αέρα εσωτερικών χώρων και την αύξηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας μέσω συναγωγής, κάτι που τελικά διευκολύνει τη διαδικασία αποβολής θερμότητας από τα δομικά στοιχεία τη νύχτα. Ο στόχος είναι η μεγιστοποίηση της 6

θερμοδιαπερατότητας του κτιρίου κατά τη διάρκεια της νύχτας και ελαχιστοποίηση της, κατά τη διάρκεια της ημέρας. [3] Τώρα όσον αφορά τη χειμερινή περίοδο (περίοδος θέρμανσης), τα πράγματα είναι διαφορετικά, καθώς η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος είναι κατά το πλείστον χαμηλότερη από αυτή του εσωτερικού χώρου του κτιρίου. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι μέχρι και 50% από την συνολική κατανάλωση καυσίμων για την θέρμανση των κτιρίων, χρησιμοποιείται για να καλυφθούν οι θερμικές απώλειες λόγω του αερισμού. Συνεπώς, κατά τη περίοδο θέρμανσης προσπαθούμε να περιορίσουμε τον αερισμό του κτιρίου, μόνο στο ποσοστό που εξυπηρετεί τις συνθήκες υγιεινής του εσωτερικού χώρου. 2.2 Η θερμοχωρητικότητα του κτιριακού κελύφους Οι ημερήσιες μεταβολές στη θερμοκρασία και την ηλιακή ακτινοβολία θέτουν προκλήσεις για τη διατήρηση της θερμικής άνεσης για τους ανθρώπους σε κτίρια. Κύρια επιδίωξη των παθητικών και ενεργειακά οικονομικών κτιρίων είναι η διαχείριση της διαθέσιμης θερμικής ενέργειας, με στόχο την μείωση των θερμοκρασιακών αιχμών που παρατηρούνται στη διάρκεια της μέρας, ώστε να εκπληρώνονται οι συνθήκες θερμικής άνεσης των ανθρώπων που ζουν ή εργάζονται στα κτίρια. Η Θερμική μάζα λοιπόν, είναι ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία που διαθέτουν οι σχεδιαστές ώστε να είναι σε θέση να έχουν υπό έλεγχο τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του κτιρίου. [4] Για να γίνει κατανοητό πως χρησιμεύει η θερμική μάζα του κτιριακού κελύφους στον έλεγχο της θερμοκρασίας, είναι πρώτα απαραίτητο να σκεφτούμε δύο ακραία παραδείγματα. Το πρώτο είναι οι σκηνές, οι οποίες έχουν πολύ χαμηλή θερμοχωρητικότητα με αποτέλεσμα οι τιμές της θερμοκρασίας να υπόκεινται σε πολύ μεγάλες μεταβολές στη διάρκεια της ημέρας. Αρκεί να σκεφτούμε για παράδειγμα, ότι κατά τη διάρκεια ενός καλοκαιρινού μεσημεριού, η θερμοκρασία εντός της τέντας μπορεί να είναι απαγορευτικά υψηλή, ενώ κατά τη διάρκεια της νύχτας να είναι εξαιρετικά χαμηλή. Σε αντίθεση με της σκηνές, οι σπηλιές έχουν εξαιρετικά μεγάλη θερμοχωρητικότητα με αποτέλεσμα οι θερμοκρασιακές μεταβολές κατά τη διάρκεια της ημέρας να μην υπερβαίνουν τον 1 Κ, είτε κατά το χειμώνα, είτε κατά το καλοκαίρι. Ένα δομικό υλικό μπορεί να απορροφά και να αποθηκεύει περίσσεια θερμική ενέργεια, όταν το θερμικό φορτίο του κτιρίου είναι υψηλό και να την απελευθερώνει, όταν το φορτίο είναι 7

χαμηλό. Αυτή η ικανότητα μπορεί να εξομαλύνει τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, απορροφώντας θερμότητα την ημέρα και να τη απελευθερώνει τη νύχτα, τόσο κατά τη διάρκεια της ψύξης, όσο και κατά τη θέρμανση. Κατάλληλου μεγέθους θερμική μάζα μπορεί να βοηθήσει στην διαχείριση των ενεργειακών πόρων του κτιρίου, όταν συνδυάζεται με στρατηγικές παθητικής θέρμανσης και ψύξης. Το ποσοστό της μεταφοράς θερμότητας και η αποτελεσματικότητα της θερμικής μάζα καθορίζεται από μια σειρά παραμέτρων και συνθηκών. Για να επιτευχθούν τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα, πρέπει κανείς να ακολουθεί κάποιες γενικές κατευθυντήριες γραμμές και να λαμβάνει τα κατάλληλα μέτρα που εμπίπτουν στην όλη διαδικασία για την ενεργειακή απόδοση του κτιρίου. Είναι σημαντικό όμως να γίνει κατανοητή η σχέση αυτών των παραμέτρων, σχετικά με την απόδοση της θερμικής μάζας, προκειμένου να επιτευχθούν τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα. Η βελτιστοποίηση της θερμικής μάζας εξαρτάται από τις ιδιότητες των χρησιμοποιούμενων δομικών υλικών, τον προσανατολισμό και την τοποθεσία του κτιρίου, τη θερμομόνωση, τον αερισμό, τις κλιματικές συνθήκες και τη χρήση των βοηθητικών συστήματα ψύξης και θέρμανσης. [5] Η θερμική μάζα πρέπει να κατανέμεται δίκαια σε όλο το κτίριο, ανάλογα με τον προσανατολισμό μιας συγκεκριμένης επιφάνειας και την επιθυμητή χρονική υστέρηση. Βόρειοι και ανατολικοί προσανατολισμοί των επιφανειών, έχουν μεγάλη ανάγκη για χρονική υστέρηση. Για μια νότια και δυτική πλευρά, μια οχτάωρη χρονική υστέρηση αρκεί για να καθυστερήσει τη μεταφορά θερμότητας από το μεσημέρι μέχρι τις βραδινές ώρες. Η οροφή, η οποία εκτίθεται στην ηλιακή ακτινοβολία για τις περισσότερες ώρες της ημέρας, θα απαιτούσε μια πολύ βαριά κατασκευή με μεγάλη χρονική υστέρηση. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής τεράστιων στεγών, η χρήση επιπλέον μόνωσης συνιστάται συνήθως αντ 'αυτού. [4] Για τα κτίρια που χρησιμοποιούν το ηλιακό κέρδος ως στρατηγική θέρμανσης, το ενεργειακό όφελος προκύπτει από την απορρόφηση μεγάλης ποσότητας θερμότητας από τον ήλιο κατά την διάρκεια της μέρας, διατηρώντας ταυτόχρονα τη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα σε κανονικά επίπεδα, και την απελευθέρωση της κατά τη διάρκεια της νύχτας ώστε να αποφευχθεί η μείωση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του κτιρίου. Σε κτίρια που γίνεται χρήση τεχνικού ή φυσικού αερισμού ως μέσω ψύξης, το κτιριακό κέλυφος είναι σε θέση να απορροφά τη θερμότητα των εσωτερικών φορτίων των κτιρίων κατά τη διάρκεια της ημέρας 8

του καλοκαιριού (διατηρώντας το δροσερό αέρα) και η συσσωρευμένη θερμότητα της ημέρας να «ξεπλένεται» με δροσερό αέρα, κάθε βράδυ.[4] 2.3 Ιδανική θερμοχωρητικότητα δομικών στοιχείων Η κατανομή της θερμοκρασίας μέσα στα οικοδομικά υλικά ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο, τις οριακές συνθήκες και τις θερμοφυσικές ιδιότητες του υλικού. Τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, διαφέρουν σημαντικά, ανάλογα με το αν η μάζα υλικού θερμαίνεται ή ψύχεται, αντίστοιχα. Οι θερμοφυσικές ιδιότητες της θερμικής αποθήκευσης του υλικού, μπορεί να επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος. Για να αποθηκεύει, το υλικό θερμότητα αποτελεσματικά,θα πρέπει να επιδεικνύει σωστή πυκνότητα και μια υψηλή θερμική αγωγιμότητα, έτσι ώστε η θερμότητα να μπορεί να διαπεράσει όλο το υλικό κατά τη διάρκεια της φόρτωσης και εκφόρτωσης. Μεταξύ των κοινών οικοδομικών υλικών, το ξύλο δεν προτείνεται για τη χρήση ως μέσω αύξησης της θερμικής μάζας, επειδή όχι μόνο διαθέτει χαμηλή θερμοχωρητικότητα, αλλά δεν είναι επίσης πολύ αγώγιμο. Ως εκ τούτου, η θερμότητα δεν μεταφέρεται εύκολα στο εσωτερικό του υλικού, ώστε να αποθηκευτεί για μελλοντική χρήση, αλλά απορρίπτεται πρόωρα, (όσο αυξάνει η επιφανειακή θερμοκρασία), μέσω ακτινοβολίας προς τα ψυχρότερα αντικείμενα. Το γυαλί φαίνεται μια καλή επιλογή για την αποθήκευση θερμότητας, αλλά λόγω του ότι είναι διάφανο, επιτρέπει την υπέρυθρη ακτινοβολία να περάσει και επομένως να θερμάνει το εσωτερικό περιβάλλον του κτιρίου. Η προσθήκη χρωστικών ουσιών στο γυαλί (κυρίως το μπλε και το πράσινο) αυξάνει την ικανότητά του να απορροφά την ακτινοβολία, η οποία μπορεί να γίνει πρόβλημα κατά τη διάρκεια της περιόδου ψύξης. [6] Ο Χάλυβας, ενώ φαινομενικά θα ήταν μια καλή επιλογή ως υλικό που θα αποθηκεύει θερμότητα και θα μπορούσε να χρησιμοποιείτε ως εκ τούτου στις κατασκευές του κτιριακού κελύφους, έχει δύο μειονεκτήματα, πρώτο το χαμηλό συντελεστή εκπομπής, που δείχνει ότι ένα μεγάλο μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ανακλάται, αντί να απορροφάται και να αποθηκεύεται και δεύτερο, την υψηλή αγωγιμότητα του, που σηματοδοτεί την ικανότητα να μεταφέρεται γρήγορα η θερμότητα προς τον πυρήνα του υλικού κατά την αποθήκευση της, και να απελευθερώνεται εξίσου γρήγορα από επιφάνεια στο περιβάλλον, μειώνοντας έτσι τον κύκλο αποθήκευσης σε λίγα λεπτά και όχι σε ώρες, που είναι το ζητούμενο. Τέλος το σκυρόδεμα και άλλα υλικά τοιχοποιίας είναι ιδανικά για την χρήση στο κτιριακό κέλυφος 9

λόγω της υψηλής ικανότητας για την αποθήκευση θερμότητας, της μέτριας αγωγιμότητας, που επιτρέπει τη θερμότητα να μεταφέρεται βαθιά μέσα στο υλικό για την αποθήκευση και του υψηλού συντελεστή εκπομπής, που συνεπάγεται περισσότερη απορρόφηση της ακτινοβολίας από αυτήν που αντικατοπτρίζεται. Το σκυρόδεμα, όταν τοποθετείται ορθά, είναι αποτελεσματικό στη διαχείριση της ημερήσια ροής της ενέργειας. [6] Τα συνήθη δομικά υλικά (πλίνθοι, σκυρόδεμα, πέτρες) αν και έχουν μεγάλη κατασκευαστική σημασία, εντούτοις δε συμβάλλουν σε μεγάλο βαθμό στην αύξηση της θερμοχωρητικότητας του κτιριακού κελύφους. Για το λόγο αυτό βέβαια χρησιμοποιούμε διάφορα άλλα υλικά που εκπληρώνουν καλύτερα τις προδιαγραφές για μια λειτουργική θερμική μάζα του κτιριακού κελύφους. [6] 2.4 Ο ρόλος της θερμομόνωσης στη συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους Η θερμομόνωση συνίσταται από ένα σύνολο κατασκευαστικών δομικών στοιχείων (υλικών και συστημάτων) και συνδέεται άμεσα με το κόστος κατασκευής και λειτουργίας των κτιρίων. Τα συνήθη θερμομονωτικά υλικά εμποδίζουν την αγωγή θερμότητας από το κτίριο προς το εξωτερικό περιβάλλον (αντίστροφα το καλοκαίρι), επειδή περιέχουν ακίνητο αέρα παγιδευμένο είτε σε ίνες (π.χ. υαλοβάμβακας), είτε σε κλειστές κυψελίδες (π.χ. διογκωμένη πολυστερίνη). Ένα προσεκτικά μονωμένο κτίριο, με την απαιτούμενη από τους ισχύοντες κανονισμούς θερμομόνωση, καλύπτει εν γένει τις ανάγκες ενός σωστά σχεδιασμένου από ενεργειακή άποψη κτιρίου, αρκεί να προσεχθεί η μόνωση όλων των δομικών στοιχείων, ώστε να αποφεύγονται οι θερμογέφυρες (αμόνωτα ή περιορισμένης μονωτικής ικανότητας στοιχεία του κελύφους), οι οποίες μπορεί να δημιουργήσουν «ευαίσθητα» σημεία στην οικοδομή, ακόμα και συμπύκνωση υδρατμών. [7] Η θερμομόνωση του κτιρίου συνεισφέρει θετικά στη θερμική προστασία του κτιρίου κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, ιδιαίτερα εφ' όσον συνδυάζεται με τον απαιτούμενο αερισμό, ιδιαίτερα το νυχτερινό. Όταν δεν υπάρχει επαρκής αερισμός του κτιρίου, η αυξημένη μόνωση του κελύφους, πέραν της προβλεπόμενης από τους κανονισμούς, επιβαρύνει τη θερμική λειτουργία του το καλοκαίρι, καθώς εμποδίζει την «αποφόρτιση» του κτιρίου από τη συσσωρευμένη θερμότητα. [7]Η περισσότερη μόνωση έτσι δεν σημαίνει κατ 'ανάγκη ότι είναι καλύτερα για το κτίριο. Βέλτιστο οικονομικό πάχος της μόνωσης ορίζεται ως το πάχος για το οποίο το κόστος οποιασδήποτε περαιτέρω αύξησης της μόνωσης αντισταθμίζεται από 10

την αυξημένη εξοικονόμηση ενέργειας κατά τη διάρκεια της χρήσης του. Η θερμομόνωση δεν έχει πάντα την ίδια αποτελεσματικότητα για όλους τους τύπους κτιρίων. 2.4.1 Αποτελεσματική τοποθέτηση θερμομόνωσης Η θερμική μάζα του κτιρίου χάνει την αποτελεσματικότητα της όσο η θερμομόνωση τοποθετείτε από εξωτερικά προς εσωτερικά. Η εξωτερική θερμομόνωση (ή θερμοπρόσοψη) είναι προτιμότερη, γιατί εκμεταλλεύεται πλήρως τη θερμοχωρητικότητα των τοίχων και τους προστατεύει με τον καλύτερο τρόπο από τις καιρικές συνθήκες. Η εξωτερική θερμομόνωση εκτός των άλλων θα αναβαθμίσει και από αισθητικής πλευράς το σπίτι. [8] Η τοποθέτηση του μονωτικού υλικού σε ένα δομικό στοιχείο μπορεί να επηρεάσει την απόδοση του σχετικά με την παροδική ροή θερμότητας. Τις περισσότερες φορές, η καλύτερη απόδοση μπορεί να επιτευχθεί με την τοποθέτηση του μονωτικού υλικού κοντά στο σημείο εισόδου της ροής θερμότητας. Αυτό σημαίνει ότι η τοποθέτηση της θερμομόνωσης στο εσωτερικό είναι πιο ευνοϊκή για τις κλιματικές περιοχές όπου η θέρμανση το χειμώνα κατέχει δεσπόζουσα θέση, ενώ αντίστοιχα στο εξωτερικό στις περιοχές όπου η ψύξη το καλοκαίρι είναι κυρίαρχη. Ωστόσο, πρακτικά, είναι σύνηθες να χρησιμοποιείται μόνωση στον πυρήνα των τοίχων. [9] Πολλές παράμετροι θα πρέπει επομένως να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή της κατάλληλης θερμομόνωσης, συμπεριλαμβανομένων η ανθεκτικότητα, το κόστος, η θλιπτική αντοχή, η απορρόφηση των υδρατμών, η ευφλεξιμότητα, η ευκολία εφαρμογής, και η θερμική αγωγιμότητα. Ωστόσο, η θερμική αντίσταση των μονωτικών υλικών είναι η πιο σημαντική ιδιότητα, διότι είναι υψίστου ενδιαφέροντος κατά την εξέταση θεμάτων θερμικής απόδοσης και εξοικονόμησης ενέργειας. Η ύπαρξη ελλιπούς θερμομόνωσης μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα καθώς και σε σημαντικές αστοχίες της κατασκευής. Ένα χαρακτηριστικό πρόβλημα στις κατασκευές είναι η ύπαρξη θερμογεφυρών, οι οποίες σχηματίζονται είτε λόγω των γεωμετρικών χαρακτηριστικών, είτε λόγω της μορφολογίας. Στις θέσεις αυτές, η θερμομονωτική προστασία παρουσιάζεται μειωμένη και οι ροές θερμότητας δυσανάλογα αυξημένες σε σύγκριση με τις ροές θερμότητας στο υπόλοιπο κέλυφος. Γι αυτό και ο συντελεστής θερμοπερατότητας αποκλίνει της τιμής που παρουσιάζει στο υπόλοιπο δομικό στοιχείο ή στα γειτονικά του. Συχνά καταλήγουν να είναι πρόξενοι ποικίλων φθορών και καταστροφών, 11

ενίοτε ασήμαντων και επουσιωδών, κατά το πλείστον όμως επικίνδυνων και σοβαρών, οι οποίες οφείλονται κυρίως στην επιφανειακή συμπύκνωση των υδρατμών, λόγω της πτώσης της επιφανειακής θερμοκρασίας των δομικών στοιχείων. [10] Σχήμα 2: Χαρακτηριστικό παράδειγμα αστοχίας λόγω δημιουργίας θερμογέφυρας στη θέση συναρμογής της κάσας του κουφώματος με τον τοίχο. 2.5 Αποθήκευση θερμικής ενέργειας μέσω υλικών που αλλάζουν φάση (PCM) Ένας άλλος τρόπος για να επιτευχθεί αυτή η πιο αργή απόκριση στις θερμοκρασιακές μεταβολές του περιβάλλοντος και ταυτόχρονα να αποθηκεύεται θερμότητα, κατά της θερμοκρασιακές εξάρσεις, που θα απελευθερώνεται αργότερα όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος θα πέφτει, είναι διάφορες κατασκευές που περιέχουν υλικά που αλλάζουν φάση κατά την πρόσληψη θερμότητας. Αυτό που στην ουσία κάνουν αυτά τα υλικά είναι να προσλαμβάνουν την περίσσεια θερμότητα και να την εμποδίζουν να εισέλθει στους χώρους του κτιρίου, διατηρώντας έτσι την εσωτερική θερμοκρασία σε ανεκτά επίπεδα. Σε περίπτωση που απουσίαζε αυτή η κατασκευή, θα ήταν αναγκαία η χρήση ενός συστήματος κλιματισμού για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση του χώρου. Καθώς η μέρα περνάει και η εξωτερική θερμοκρασία πέφτει, αν δεν είχαμε αυτή την κατασκευή ο χώρος εντός του κτιρίου θα έχανε θερμότητα, όντας πιο ζεστός από το περιβάλλον, με αποτέλεσμα να ήταν επιτακτική η χρήση κάποιου συστήματος θέρμανσης για να διατηρηθούν οι συνθήκες θερμικής άνεσης. Στην περίπτωση όμως που γίνεται χρήση υλικών που αλλάζουν φάση, τη στιγμή που η θερμοκρασία του περιβάλλοντος πέφτει, αυτά απελευθερώνουν την θερμότητα που είχαν προσλάβει κατά τη διάρκεια της μέρας με αποτέλεσμα να διατηρούνται οι συνθήκες εντός του κτιρίου φυσιολογικές. [11] Αυτό που στην ουσία επιτυγχάνεται με την εφαρμογή της τεχνολογίας των υλικών που αλλάζουν φάση κατά τη πρόσληψη θερμότητας, είναι να μειώνονται κατά το δυνατόν οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εσωτερικού χώρου, ώστε εν τέλει η θερμοκρασία που θα επικρατεί μέσα στο κτίριο να είναι κατά το δυνατόν μέσα στα όρια της θερμικής άνεσης των 12

χρηστών.. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι αρχές λειτουργίας των υλικών αλλαγής φάσης καθώς και οι διάφορες δυνατότητες χρήσης τους ώστε να διατηρείται η θερμοκρασία του χώρου σε συγκεκριμένα επιθυμητά όρια. Η χρήση της τεχνολογίας αυτής, μπορεί να γίνει με τοποθέτηση υλικών που αλλάζουν φάση εντός των τοίχων, του δαπέδου και των στοιχείων σκυροδέματος της κατασκευής. Η τοποθέτηση γίνεται με τη χρήση διαφόρων πάνελ, που περιέχουν το συγκεκριμένο υλικό που έχει επιλεγεί. 2.5.1 Τρόποι αποθήκευσης θερμικής ενέργειας Η αποθήκευση θερμικής ενέργειας (Thermal Energy Storage) επιτρέπει την αποθήκευση θερμότητας, δίνοντας τη δυνατότητα χρησιμοποίησης της αργότερα. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που μπορεί να επιτευχθεί αυτό. Σε γενικές γραμμές μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τις φυσικές και τις χημικές μεθόδους. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της αποθήκευσης θερμότητας με φυσικές διεργασίες είναι ότι η χημική σύσταση των μέσων που προσλαμβάνουν την θερμική ενέργεια δεν αλλάζει. Οι φυσικές διεργασίες περιλαμβάνουν την αποθήκευση της θερμότητας ως αισθητής και ως λανθάνουσας θερμότητας αντίστοιχα. [11] Η ικανότητα των υλικών αλλαγής φάσης να αποθηκεύουν θερμότητα μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητή από τη διαφορά αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας. Ίσως η πιο συνήθης μέθοδος αποθήκευσης θερμικής ενέργειας η οποία παρατηρείται σε όλα τα κοινά δομικά υλικά είναι αυτή της αισθητής θερμότητας. Κατά τη διεργασία αυτή, η θερμότητα ρέει προς το μέσο αποθήκευσης και έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του, γεγονός που μπορεί εύκολα να μετρηθεί με έναν απλό αισθητήρα. [11] Από την άλλη πλευρά, όταν η θερμότητα αποθηκεύεται ως λανθάνουσα, τότε συμβαίνει αλλαγή φάσης στο υλικό το οποίο χρησιμοποιείται, κατά τη διάρκεια της οποίας η θερμοκρασία του υλικού διατηρείται σταθερή. Επιγραμματικά αναφέρεται ότι υπάρχουν τρεις υποπεριπτώσεις αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας: αλλαγή φάσης από στερεό σε υγρό, από υγρό σε αέριο και από στερεό σε στερεό. Η αλλαγή φάσης από στερεό σε υγρό (τήξη) και το αντίστροφο (στερεοποίηση) μας δίνει τη δυνατότητα να αποθηκεύσουμε μεγάλες ποσότητες θερμικής ενέργειας, αρκεί βέβαια να επιλεγεί το κατάλληλο υλικό. Αυτό που πρέπει να δώσουμε ιδιαίτερη σημασία είναι ότι κατά την τήξη του υλικού που έχε επιλεγεί και ενώ θερμότητα μεταφέρεται σε αυτό, η θερμοκρασία του υλικού παραμένει σταθερή και είναι γνωστή ως θερμοκρασία αλλαγής φάσης. Η αλλαγή φάσης από υγρό σε αέριο και το αντίστροφο, με εξάτμιση και συμπύκνωση αντίστοιχα, συνήθως ακολουθείται από μεγάλη 13

μεταβολή στην ενθαλπία αλλαγής φάσης. Σε αρκετές περιπτώσεις αλλαγής φάσης από στερεό σε στερεό παρατηρούμε τα ίδια χαρακτηριστικά όπως και στην μετατροπή από στερεό σε υγρό. Ωστόσο αυτό που έντονα διαφέρει είναι ότι δεν παρατηρούνται μεγάλες μεταβολές στην ενθαλπία αλλαγής φάσης. Υπάρχουν βέβαια και κάποιες εξαιρέσεις οι οποίες χρησιμοποιούνται σε κάποιες εφαρμογές. [11] Στην εικόνα που ακολουθεί (Σχήμα 3) παρατηρείται η διαφορά μεταξύ αποθήκευσης αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας. Σχήμα 3: Αποθήκευση λανθάνουσας θερμότητας στην περίπτωση αλλαγής φάσης από στερεό σε υγρό 2.5.2 Δυνατότητες χρήσης των υλικών που αλλάζουν φάση με σκοπό τον έλεγχο της θερμοκρασίας Ένα μεγάλο μέρος της ζωής του ο άνθρωπος το περνάει μέσα σε κτίρια, είτε αυτά είναι το σπίτι του, είτε ο χώρος εργασίας του. Είναι λοιπόν επόμενο η ποιότητα ζωής του, αλλά και η απόδοση του στην δουλειά να έχουν άμεση σχέση με τις συνθήκες που επικρατούν στο χώρο διαμονής και εργασίας του, αντίστοιχα. Έτσι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ή πολύ υψηλές αντίθετα, δημιουργούν όχι και τόσο ευχάριστες συνθήκες για την διαμονή κάποιου σε ένα χώρο. Τα υλικά που αλλάζουν φάση (PCMs) μπορούν να δώσουν άμεσες λύσεις σε τέτοια προβλήματα, εξομαλύνοντας τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις. [12] Τα υλικά που αλλάζουν φάση είναι περιβαλλοντικά ήπιες οργανικές ενώσεις ή διαλύματα αλάτων, τα οποία αποθηκεύουν και στη συνέχεια απελευθερώνουν λανθάνουσα θερμότητα αλλάζοντας φάση. Αν δεχτούμε ότι τα όρια της θερμικής άνεσης του ανθρώπου είναι 20-30 ο C, τότε τα υλικά που αλλάζουν φάση είναι σε θέση να αποθηκεύουν 5 έως 14 φορές 14

περισσότερη θερμότητα ανά μονάδα όγκου, από άλλα υλικά που αποθηκεύουν αισθητή θερμότητα. Είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα κατασκευών, που σαν σκοπό έχουν την θέρμανση και την ψύξη. Έτσι συναντώνται σε κατασκευές κτιρίων, σε οχήματα, σε ενδύματα, σε μηχανές ψύξης, σε μονάδες συμπαραγωγής θερμότητας και γενικότερα σε πολλές άλλες τεχνολογικές εφαρμογές. Η κατανόηση της χρήσης των υλικών που αλλάζουν φάση με σκοπό την εξομάλυνση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων είναι κάπως πιο δύσκολη εξαιτίας της επιπρόσθετης λανθάνουσας θερμότητας που εμφανίζεται. Στην προσπάθεια να γίνει περισσότερο κατανοητή η όλη διαδικασία, παρατίθενται παρακάτω δύο διαφορετικές περιπτώσεις ως παραδείγματα: 1) Η θερμοκρασία κυμαίνεται εξίσου γύρω από τη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Στην περίπτωση αυτή το υλικό αλλαγής φάσης, που έχει μία θερμοκρασία τήξης στη μέση θερμοκρασία, απορροφά και εξομαλύνει της θερμοκρασιακές διακυμάνσεις. Βεβαίως κάτι τέτοιο δεν αντιπροσωπεύει την γενική περίπτωση, καθώς σε αντίθεση με τη θερμοκρασία αλλαγής φάσης που είναι σταθερή, η θερμοκρασία του χώρου συνήθως αλλάζει ανάλογα με τις εποχές του έτους. [13] Σχήμα 4: Υλικό αλλαγής φάσης με θερμοκρασία τήξης κοντά στη μέση θερμοκρασία, το οποίο εξομαλύνει τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις 15

2) Στην περίπτωση αυτή η θερμοκρασία δεν διακυμαίνεται ομοιόμορφα γύρω από τη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, αλλά είναι άλλοτε υψηλότερη και άλλοτε χαμηλότερη (Σχήμα 5). Συνεπώς, το υλικό αλλαγής φάσης επιβραδύνει την άνοδο ή τη πτώση της θερμοκρασίας, πέρα από τη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, επιτυγχάνοντας έτσι τον περιορισμό των θερμοκρασιακών αιχμών. [13] Σχήμα 5: Υλικό αλλαγής φάσης που περιορίζει τις θερμοκρασιακές αιχμές, χάρη στην υψηλότερη θερμοκρασία τήξης που διαθέτει Για να γίνει κατανοητή η επίδραση των υλικών που αλλάζουν φάση ποσοτικά, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να ληφθή υπόψη το γεγονός ότι τα περισσότερα από αυτά που χρησιμοποιούνται σε πραγματικές εφαρμογές δεν έχουν κάποια συγκεκριμένη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, αλλά ένα θερμοκρασιακό εύρος, τουλάχιστον 1 με 2 Κ. Όπως γίνεται αντιληπτό το παραπάνω εύρος είναι της τάξης των τυπικών θερμοκρασιακών διακυμάνσεων, που μπορούν να σημειωθούν σε ένα χώρο. Επομένως, το εύρος της θερμοκρασίας τήξης θα πρέπει να ληφθεί υπόψη και κατά τον υπολογισμό της ωφέλιμης θερμοχωρητικότητας αλλά και κατά τον υπολογισμό της ροής θερμότητας, η οποία είναι ανάλογη της θερμοκρασιακής διαφοράς μεταξύ του αέρα και του υλικού αλλαγής φάσης. Για να γίνει ευκολότερα κατανοητή η ανάγκη χρησιμοποίησης των διαφόρων υλικών που αλλάζουν φάση σε κατασκευές με σκοπό την εξομάλυνση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων που πιθανόν να υπάρχουν σε ένα χώρο, θα πρέπει πρώτα να συγκρίνουμε την θερμοχωρητικότητα των τελευταίων με τις θερμοχωρητικότητες των συνηθισμένων δομικών υλικών. Το σχήμα 6 που ακολουθεί συγκρίνει τις θερμοχωρητικότητες διαφόρων δομικών στοιχείων με ένα υλικό που αλλάζει φάση. Ο τρόπος που γίνεται η σύγκριση αυτή παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Έτσι παρακάτω φαίνεται το απαραίτητο πάχος διαφόρων 16

δομικών υλικών, ώστε αυτά να είναι σε θέση να αποθηκεύσουν τόση θερμότητα, όση ένα στρώμα υλικού που αλλάζει φάση, πάχους 1 cm. Το εύρος της θερμοκρασιακής άνεσης μπορεί να ληφθεί από 22 o C έως 26 o C, κάτι που αντιστοιχεί σε 4 Κ. Σε αυτό το εύρος θερμοκρασιών, το υλικό αλλαγής φάσης αποθηκεύει περίπου 130 MJ/m 3.[13] Σχήμα 6: Απαραίτητο πάχος διάφορων δομικών υλικών, ώστε να αποθηκεύσουν τόση θερμότητα, όση ένα υλικό αλλαγής φάσης πάχους 1 cm. Τα μονωτικά υλικά δεν λαμβάνονται υπόψη. 3. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ 3.1 Εισαγωγή Διάφορες μελέτες έχουν διεξαχθεί για να αξιολογήσουν την επίδραση της θερμικής μάζας στις συνθήκες θερμικής άνεσης. Πολλές παράμετροι που επηρεάζουν τη λειτουργικότητα του κτιριακού κελύφους και κατ 'επέκταση τις συνθήκες θερμικής άνεσης. Σε αυτό το κεφάλαιο οι έννοιες που αναφέρθηκαν στο εισαγωγικό κεφάλαιο θα αναπτυχθούν περαιτέρω και μια σειρά από σχετικές μελέτες, που έχουν πραγματοποιηθεί, θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν. Έχει ήδη γίνει κατανοητή η ανάγκη της σωστής δόμησης του κτιριακού κελύφους, ώστε αυτό να ανταποκρίνεται στις μεταβολές της θερμοκρασίας του εξωτερικού περιβάλλοντος και να διατηρούνται οι συνθήκες θερμικής άνεσης του ανθρώπου. Ο σχεδιασμός του κελύφους είναι ζωτικής σημασίας, ώστε το κτίριο να ανταποκρίνεται αποτελεσματικά στις μεταβολές του περιβάλλοντος. Ταυτόχρονα, με το σωστό σχεδιασμό του κελύφους, μπορεί να πραγματοποιηθεί σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια. 17

Η θερμική μάζα μπορεί να μειώσει τις αιχμές των ψυκτικών φορτίων και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εσωτερικού αέρα σε κτίρια. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της θερμικής μάζας αναθεωρούνται και ταξινομούνται. Πειραματικές μελέτες, οι οποίες καταδεικνύουν την αποτελεσματικότητα της θερμικής μάζας ως εναλλακτική λύση διατήρηση της ενέργειας και παροχής πιο άνετων εσωτερικών συνθηκών, είναι επίσης αξιολογήσιμες. Κατά την τελευταία δεκαετία, έχει παρατηρηθεί μια σημαντική αύξηση του αριθμού των μελετών για τις παραμέτρους του οικοδομικού σχεδιασμού, με βάση τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις εφαρμογές μόνωσης, οι οποίες στοχεύουν στη μείωση της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση και ψύξη των κτιρίων. Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στα κτίρια είναι σημαντική λόγω των περιορισμένων ενεργειακών πόρων και των περιβαλλοντικών ανησυχιών. Σε μελέτη που ήταν σχετική με τη θερμική μόνωση και των εφαρμογών της στους εξωτερικούς τοίχους των κτιρίων, διερευνήθηκε κυρίως το βέλτιστο πάχος της. Οι επιδράσεις της μόνωσης και άλλες παράμετροι σχεδιασμού των κτιρίων, στην κατανάλωση ενέργειας και στις περιβαλλοντικές εκπομπές ερευνήθηκαν. Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να είναι μια χρήσιμη πηγή για τους ερευνητές, επειδή περιλαμβάνει ανασκόπηση των θερμομονωτικών συστημάτων (τόσο για το κτιριακό κέλυφος όσο και για άλλες εφαρμογές). [14] 3.2 Θερμική προστασία κτιρίου Η θερμική προστασία του κελύφους είναι βασική προϋπόθεση για τη σωστή θερμική συμπεριφορά οποιουδήποτε κτιρίου. Η θερμομόνωση αποτελεί βασική αρχή θερμικής προστασίας, μειώνοντας τις ανταλλαγές θερμότητας μεταξύ του κτιρίου και του περιβάλλοντος. Οι περισσότερες από τις διαθέσιμες μελέτες επικεντρώνονται στην καλύτερη δυνατή μόνωση των κτιρίων και στο βέλτιστο πάχος της θερμομόνωσης, ανεξάρτητα από την επιρροή της θέσης της μέσα στα δομικά στοιχεία. (Bolatturk 2008). [9] Εν γένει, συνιστάται τα θερμομονωτικά υλικά να τοποθετούνται εξωτερικά ή ενδιάμεσα στις τοιχοποιίες, οροφές και δάπεδα, έτσι ώστε να μην αδρανοποιείται η θερμική μάζα (θερμοχωρητικότητα) του κελύφους. Η τοποθέτησή της όμως εξαρτάται από τεχνικοοικονομικούς παράγοντες, αλλά και από τη χρήση (ωράριο λειτουργίας) των χώρων. 18

Εφαρμόζοντας το βέλτιστο πάχος μόνωσης σε κλιματιζόμενο κτίριο κατοικιών, το οικονομικό όφελος από τους εξωτερικούς τοίχους μπορεί να βελτιωθεί. Σε μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε 4 τυπικές πόλεις της Κίνας (Shanghai, Changsha, Shaoguan, και Chengdu), προσδιορίζεται το βέλτιστο πάχος μόνωσης σε τοίχους του κτιρίου. Οι πόλεις αυτές αντιπροσωπεύουν τέσσερις κλιματικές ζώνες της Κίνας, που κυμαίνονται από ζεστό καλοκαίρι, μέχρι κρύο χειμώνα, αντίστοιχα. Τα βέλτιστα πάχη πέντε υλικών μόνωσης, συμπεριλαμβανομένων της διογκωμένης πολυστερίνης, της εξηλασμένης πολυστερίνης, της αφρώδους πολυουρεθάνης, του περλίτη και του αφρώδους χλωριούχου πολυβινυλίου, υπολογίζονται σε ένα τυπικό οικιακό εξωτερικό τοίχωμα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επίδραση του προσανατολισμού σχετικά με τη βέλτιστη μόνωση, δεν μπορεί να αγνοηθεί, ειδικά στη Σαγκάη και στη Τσανγκσά, και ο σχεδιασμός της θερμομόνωσης των εξωτερικών τοίχων θα πρέπει να εξετάσει την ανομοιογενή κατανομή, σύμφωνα με διαφορετικούς προσανατολισμούς. Το χρώμα της επιφάνειας έχει αντιφατικές επιπτώσεις στο βέλτιστο πάχος θερμομόνωσης, σε διάφορες πόλεις. Στη Σαγκάη, το βέλτιστο πάχος είναι βασικά ανεξάρτητο από το χρώμα της επιφάνειας, ενώ στην Τσανγκσά και τη Σαογκουάν, όσο σκουρότερη είναι η επιφάνεια, τόσο υψηλότερο είναι το βέλτιστο πάχος. Αντιθέτως, στη Τσενγκντού, όσο σκουρότερη είναι η επιφάνεια, τόσο μικρότερο είναι το βέλτιστο πάχος θερμομόνωσης. Τα αποτελέσματα αυτά οφείλονται σαφώς στο διαφορετικό κλίμα που επικρατεί σε κάθε μια από αυτές τις πόλεις, με πιο ζεστή τη Σαγκάη και πιο κρύα τη Τσενγκντού. Τα βέλτιστα πάχη των πέντε μονωτικών υλικών κυμαίνονται μεταξύ 0.053-0,236 m, ενώ οι περίοδοι αποπληρωμής από 1,9 έως 4,7 ετών, ανάλογα πάντα με το προσανατολισμό, τα χρώματα των επιφανειών, των μονωτικών υλικών, και των πόλεων. [15] Μια ποσοτική κατανόηση της σχέσης μεταξύ της θερμικής μάζας του κτιριακού κελύφους και των φορτίων ψύξης, δηλαδή η επίδραση της θερμικής μάζας στην κατανάλωση ενέργειας λόγω του κλιματισμού, σε κτίρια γραφείων, έγινε στο πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ στην Κίνα. Ένα απλό κτίριο γραφείων, με κλιματισμό κατά τη διάρκεια της ημέρας και ελεύθερη ψύξη κατά τη διάρκεια της νύχτας, αναλύθηκε λεπτομερώς ώστε να βρεθούν η ωριαία και η συνολική μεταβολή των φορτίων ψύξης. Η ανάλυση εξακριβώνει την εξάρτηση του ψυκτικού φορτίου από τις θερμικές ιδιότητες της θερμικής μάζας, συμπεριλαμβανομένου του σταθερού χρόνου και των συντελεστών μεταφοράς θερμότητας μέσω συναγωγής, της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα, και οπωσδήποτε των εσωτερικών θερμικών κερδών. Τα αποτελέσματά έδειξαν ότι μόνο η κατάλληλη ποσότητα της θερμικής μάζας, τόσο από την 19

άποψη των θερμικών ιδιοτήτων, όσο και της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή, μαζί πάντα με τις κατάλληλες κλιματολογικές συνθήκες, θα ωφελήσουν περισσότερο. [16] Ένα προσεκτικά μονωμένο κτίριο με την απαιτούμενη από τους ισχύοντες κανονισμούς θερμομόνωση, καλύπτει εν γένει τις ανάγκες ενός σωστά σχεδιασμένου από ενεργειακή άποψη κτιρίου, αρκεί να προσεχθεί η μόνωση όλων των δομικών στοιχείων ώστε να αποφεύγονται οι θερμογέφυρες, οι οποίες μπορεί να δημιουργήσουν «ευαίσθητα» σημεία στην οικοδομή, ακόμα και συμπύκνωση υδρατμών. Εκτός από τα αδιαφανή σημεία του κελύφους (τοίχους, οροφές, δάπεδα), θα πρέπει να εξασφαλίζεται η θερμική προστασία των ανοιγμάτων, με τη χρήση διπλών (ή τριπλών για πολύ ψυχρές περιοχές), είτε απλών, είτε βελτιωμένων υαλοπινάκων,θερμομονωτικών κουφωμάτων και σε πολλές περιπτώσεις, με τη χρήση κινητής νυκτερινής μόνωσης (π.χ. θερμομονωτικά ρολά ή παντζούρια, θερμοκουρτίνες, κ.α). 3.3 Θερμοχωρητικότητα κτιρίου Σε γενικές γραμμές η θερμική μάζα είναι σημαντική για τη συνολική θερμική απόδοση ενός κτιρίου. Σε κλίματα όπου η ψύξη είναι πρωταρχικό μέλημα, η θερμική μάζα μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας με την προϋπόθεση ότι το κτίριο δεν χρησιμοποιείται κατά τις βραδινές ώρες, ώστε η αποθηκευμένη θερμότητα να μπορεί να διαχέεται, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου αδράνειας. Γενικότερα, επειδή η θερμική μάζα αποθηκεύει και απελευθερώνει θερμότητα, αλληλεπιδρά με τη λειτουργία του κτιρίου περισσότερο από την απλή προσθήκη κάποιας μόνωσης. Αυτό κάνει την ανάλυση της απόδοσης της θερμικής μάζας και της συνολικής θερμικής συμπεριφοράς ενός κτιρίου, ένα δύσκολο πρόβλημα προς επίλυση. Για να μειωθεί η εσωτερική θερμοκρασία του αέρα και οι αιχμές των φορτίων ψύξης, και να μεταφερθεί το φορτίο σε ένα μεταγενέστερο χρόνο στην ημέρα, είναι δυνατόν να αποθηκευτεί θερμότητα στο υλικό του εξωτερικού περιβλήματος και στην εσωτερική μάζα του κτιρίου. Το υλικό αποθήκευσης είναι η μάζα κατασκευής του ίδιου του κτιρίου, η οποία αναφέρεται ως θερμική μάζα. Στη θερμική μάζα συγκαταλέγονται οι τοίχοι, τα διαχωριστικά, τα ταβάνια και τα πατώματα του κτιρίου, κατασκευασμένα από υλικό με υψηλή ικανότητα θερμικής αποθήκευσης, όπως είναι το σκυρόδεμα, τα τούβλα και τα κεραμίδια. [17] 20

Πέρα από την αποτελεσματική θερμική προστασία του κελύφους, η ύπαρξη θερμικής μάζας σε ένα κτίριο μπορεί να έχει θετικό αντίκτυπο στις εσωτερικές του συνθήκες, τόσο κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, όσο και κατά τη διάρκεια του χειμώνα. [18] Η ενέργεια που διατίθεται από την υψηλή ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της ημέρας αποθηκεύεται και στη συνέχεια απελευθερώνεται αργά στο περιβάλλον των εσωτερικών χώρων σε μεταγενέστερο χρόνο. Το χειμώνα, η αποθηκευμένη θερμότητα μεταφέρεται πίσω στο δωμάτιο αργά το απόγευμα και το βράδυ, όταν είναι περισσότερο απαραίτητη, καλύπτοντας μέρος του φορτίου θέρμανσης, ενώ ταυτόχρονα συντελεί στην αποφυγή της υπερθέρμανσης κατά τη διάρκεια της ημέρας όπου τα επίπεδα της ηλιακής ακτινοβολίας είναι υψηλά. Το καλοκαίρι, η θερμότητα αποθηκεύεται στη θερμική μάζα, μειώνοντας έτσι τις ακραίες τιμές του ψυκτικού φορτίου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού αέρα εντός των ορίων θερμικής άνεσης, για τις περισσότερες ώρες της ημέρας. Εκτός από τη μείωση στην κατανάλωση ενέργειας, παρουσιάζεται μια αλλαγή στην ώρα εμφάνισης του φορτίου αιχμής, καθώς και μια χρονική υστέρηση της απελευθέρωσης της θερμότητας από το υλικό, στον εσωτερικό αέρα. Αυτή η χρονική υστέρηση είναι επιθυμητή, δεδομένου ότι κατά τη στιγμή που η θερμότητα αποδίδεται στον εσωτερικό χώρο, η εσωτερική θερμοκρασία του αέρα είναι σχετικά μικρότερη. [17] Η ύπαρξη θερμικής μάζας στο εσωτερικό των δομικών στοιχείων βοηθά στο να ξεπεραστούν οι αρνητικές επιπτώσεις που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια του χειμώνα, στην περίπτωση της εξωτερικής θερμομόνωσης. Στην περίπτωση αυτή, η άμεση ηλιακή ακτινοβολία που λαμβάνεται από τα τζάμια αποθηκεύεται στη μάζα του κτιρίου και κατά συνέπεια συντελεί στη μείωση του απαιτούμενου φορτίου θέρμανσης. Ταυτόχρονα, σε τέτοια κλίματα, η τοποθέτηση εξωτερικής θερμομόνωσης σε συνδυασμό με θερμική μάζα στο εσωτερικό της διατομής μειώνει σημαντικά τις αυξομειώσεις της θέρμανσης και ψύξης καθώς ενεργοποιείται η θερμική μάζα του κτιρίου.[9] Στρατηγικές παθητικής ψύξης χρησιμοποιούν υψηλή θερμική μάζα για την αποθήκευση εσωτερικών θερμικών κερδών που ξεπλένονται κάθε βράδυ με τη χρήση φυσικού αερισμού. Σε συνδυασμό με στρατηγικές θερμικής αποφυγής, οι μέθοδοι ψύξης με τη χρήση υψηλής θερμικής μάζας μπορεί να είναι κατάλληλοι για όλα τα κλίματα, αλλά όχι και για τις περιοχές με υψηλή υγρασία. Έχουν το μεγαλύτερο δυναμικό σε θερμά, ξηρά κλίματα που αντιμετωπίζουν υψηλές ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.[18] 21

Μια μελέτη διεξήχθη κάτω από μια σταθερή περιοδική κατάσταση για ένα δυτικά προσανατολισμένο τοίχο στην πόλη Riyadh της Σαουδικής Αραβίας, χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλο λογισμικό. Παρά το γεγονός ότι η μελέτη καλύπτει δύο υλικά τοιχοποιίας και δύο κατασκευές τοίχων, οι γενικές τάσεις δεν παρουσιάζουν αλλαγές. Συνεπώς, μια βαριά κατασκευή τοιχώματος με επαρκή ποσότητα θερμικής μάζας, με όσο το δυνατόν χαμηλότερη απορροφητικότητα επιφανείας, συνιστάται να χρησιμοποιείται σε χώρους όπου υπάρχει μεγάλη ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας. [19] Σε μια ακόμη έρευνα συγκρίνονται διαφορετικά παθητικά και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, συστήματα ψύξης, κατά τη νύχτα και ερευνάται η εφαρμογή τους σε διαφορετικές κλιματολογικές συνθήκες. Οι ιδανικές τοποθεσίες φαίνεται να είναι σε ξηρές περιοχές με θερμοκρασίες κάτω από 20 ο C, τη νύχτα και μεταξύ 30 και 36 ο C, την ημέρα. Ακόμη και αν άλλα συστήματα ψύξης θα έπρεπε να συνδέονται για τον έλεγχο της εσωτερικής θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας, ο νυχτερινός αερισμός μειώνει σημαντικά τις περιόδους και τη διάρκεια του χρόνου λειτουργίας, των πρόσθετων συστημάτων ψύξης. [20] Σε άλλη έρευνα αξιολογήθηκε η επίδραση της θερμικής αποθήκευσης, κατά τη διάρκεια του ψυκτικού φορτίου αιχμής, σε ένα κτίριο γραφείων στη Φλόριντα, με πρόψυξη του κτιρίου το βράδυ και κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακο, με τη βοήθεια μηχανικού αερισμού. Τα αποτελέσματα έδειξαν 18% μείωση της ενέργειας για ψύξη κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά καμία μείωση των ψυκτικών φορτίων αιχμής. Η έρευνα αυτή αποτελεί μία από τις πρώτες ενδιαφέρουσες και πλήρης μελέτες σχετικά με τη σύνδεση της θερμικής μάζας και της ψύξης τη νύχτα. [21] Σε μια ακόμη έρευνα παρακολουθήθηκαν κτίρια με διαφορετική θερμική μάζα, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, στη νότια Καλιφόρνια, κάτω από διαφορετικούς ρυθμούς αερισμού και συνθηκών σκίασης. Σημειώθηκε ότι η επίδραση του αερισμού τη νύχτα ήταν πολύ αποτελεσματική στη μείωση των εσωτερικών θερμοκρασιών μόνο για την υψηλή θερμοχωρητικότητα, αλλά όχι για τα πολύ μικρής θερμικής μάζας κτίρια. Μια πειραματική φόρμουλα εκπονήθηκε προκειμένου να προβλεφθεί η μέγιστη εσωτερική θερμοκρασία του αέρα σε μια συγκεκριμένη ημέρα αλλά δεν ήταν επεκτάσιμη σε δομές διαφορετικές από εκείνες που μελετήθηκαν. [22] Η επίδραση της μόνωσης και της θερμικής μάζας στα ψυκτικά φορτία μελετήθηκε σε μια έρευνα πολυόροφων κτιρίων κατοικιών στο Χονγκ Κονγκ. Η επιρροή της μόνωσης του κελύφους μείωσε το φορτίο για την πρόωρη ψύξη χώρων έως και 38%, αλλά ανάλογα με τις 22

θέσεις των στοιβάδων μόνωσης στον τοίχο θα μπορούσε είτε να αυξήσει ή να μειώσει τα ψυκτικά φορτία αιχμής, ενώ μειώνοντας τη μέγιστη χωρητικότητα του κελύφους οδηγούσε σε μεγάλη αύξηση των αιχμών των ψυκτικών φορτίων, έως 60%. [23] Σε μια ακόμη μελέτη εξετάστηκαν και συγκρίθηκαν οι επιδόσεις δύο συστημάτων ψύξης, το ένα ήταν ένας παραδοσιακός αερισμός αναμίξεως και το άλλο χαρακτηριζόταν από την δραστηριοποίηση της θερμικής μάζας της οροφής, λόγω της ύπαρξης κοίλων πυρήνων στην πλάκα. Και τα δύο συστήματα χρησιμοποιούν μεγάλη ποσότητα εξωτερικού αέρα κατά τη διάρκεια της νύχτας, ώστε να προκαλέσουν ψύξη στο χώρο. Στην πραγματικότητα, το προσομοιωμένο μοντέλο εκτέθηκε σε μια μεγάλη ποσότητα θερμότητας, αεριζόμενο μόνο με φυσικό αερισμό και όχι με κάποιο νυχτερινό αερισμό, ούτε με τη βοήθεια κάποιου ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι το σύστημα αερισμού στον κοίλο πυρήνα προσφέρει μια μέση θερμοκρασία λειτουργίας μικρότερη κατά περίπου 1 Ο C, σε σύγκριση με το παραδοσιακό σύστημα αερισμού, έχοντας μάλιστα τις ίδιες αναλογίες αερισμού για καθεμιά από τις τρεις τιμές των εσωτερικών κερδών που προσομοιώθηκαν (30, 45, 60W/m2). [24] Η επίδραση της θερμοχωρητικότητας του κτιρίου, στις αιχμές των ψυκτικών φορτίων, έχει αξιολογηθεί κατά τη διάρκεια ενός πειράματος σε ένα μεγάλο κτίριο γραφείων στο Jacksonville της Florida. Ο στόχος ήταν να προψυχθεί το κτίριο το βράδυ και κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου, με σκοπό να μειωθούν τα ψυκτικά φορτία κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ημερήσιοι υπολογισμοί θερμοχωρητικότητας χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια μείωση 18% στην τροφοδοτούμενη ψυκτική ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας. [17] Η θέση της θερμικής μάζας είναι σημαντική. Κάποιος μπορεί να διακρίνει δύο περιπτώσεις, με βάση το αν το υλικό αποθήκευσης θερμότητας λαμβάνει ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία (άμεση) ή την υπέρυθρη ακτινοβολία και μέσω του θερμού αέρα του δωματίου (έμμεσα). Άμεση αύξηση της θερμότητας βιώνεται από το εξωτερικό περίβλημα του κτιρίου, το οποίο εκτίθεται στην ηλιακή ακτινοβολία και από τις εσωτερικές επιφάνειες οι οποίες δύνανται απορροφούν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία καθώς εισέρχεται διαμέσου των ανοιγμάτων του κτιρίου. Τα έμμεσα κέρδη θερμότητας που βιώνουν τα αδιαφανή στοιχεία στο εσωτερικό του κτιρίου από την ενέργεια που μεταφέρεται σε κλειστούς χώρους μέσω των επιφανειών. Τα άμεσα θερμικά κέρδη είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τα έμμεσα, για την επιλογή μαζικής αποθήκευσης θερμότητας.[17] 23

Σε άλλη έρευνα αναπτύχθηκε ένα απλό μοντέλο συνεργασίας της θερμικής μάζας και του φυσικού αερισμού και ο αντίκτυπος της εσωτερικής, σε σύγκριση με την εξωτερική θερμική μάζα, στη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα. Όταν το εξωτερικό τοίχωμα ήταν τέλεια μονωμένο, ο μέσος όρος της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα ήταν ίσος με το άθροισμα του μέσου όρου της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα και οι αυξήσεις της θερμοκρασίας προκαλούνταν από τις εσωτερικές πηγές θερμότητας. Η εσωτερική θερμική μάζα επηρεάζει τον παράγοντα μείωσης και τη χρονική υστέρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα. Η διακύμανση των εσωτερικών θερμοκρασιών του αέρα μειώνεται και ο μέγιστος χρόνος μετατίθεται με την αύξηση της εσωτερικής θερμικής μάζας, αλλά η επίδραση καθίσταται αμελητέα όταν η σταθερά χρόνου του συστήματος είναι πάνω από 20 ώρες. Στη συνέχεια συγκρίνονται έξι διαφορετικοί τοίχοι. Όταν τα υλικά κατασκευής είναι τα ίδια, η χρήση της εξωτερικής μόνωσης μπορεί να πετύχει μικρότερη διακύμανση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα, από ό,τι η εσωτερική μόνωση. Η χρήση τοιχώματος βαριάς κατασκευής με εξωτερική μόνωση, προβλέπεται να έχει το χαμηλότερο πλάτος στην διακύμανση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα, μεταξύ των έξι διαφορετικών εξωτερικών τοίχων. Έτσι, η βαριά κατασκευή τοιχώματος με εξωτερική μόνωση είναι κατάλληλη, για κτίρια που επιλέγεται φυσικός αερισμός. [25] Συγκριτική ανάλυση διαφορετικών διαμορφώσεων υλικού, έδειξαν ότι η πιο αποτελεσματική κατασκευή τοίχου ήταν το τοίχωμα με θερμική μάζα (σκυρόδεμα), που εφαρμόζονται σε καλή επαφή με το εσωτερικό του κτιρίου. Τοίχοι, όπου το μονωτικό υλικό συγκεντρώθηκε στην εσωτερική πλευρά, συμπεριφέρθηκαν χειρότερα. Διαμορφώσεις τοίχων με το πυρήνα σκυροδέματος και την μόνωση να τοποθετούνται στις δύο πλευρές, συμπεριφέρονταν ελαφρώς καλύτερη, ωστόσο, η απόδοση τους ήταν σημαντικά χειρότερη από τους τοίχους που περιείχαν πυρήνα αφρού και σκυρόδεμα στις δύο πλευρές [26] 3.4 Η θέση και το πάχος της θερμομόνωσης στη κατασκευή Κατά το σχεδιασμό ενός κτιρίου δεν πρέπει κανείς να εξετάζει τη λύση της υπερβολικής θερμομόνωσης, έναντι των παθητικών ηλιακών συστημάτων, θεωρώντας ότι μία και μόνη στρατηγική είναι καλύτερη από την άλλη, ή ότι η μία αποκλείει την άλλη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μια συνδυασμένη στρατηγική είναι καλύτερη, από ό,τι μια μεμονωμένη στρατηγική, όσον αφορά το κόστος, την ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου και την ευελιξία αντιμετώπισης διαφόρων καταστάσεων. 24

Σε ένα ζεστό και ξηρό κλίμα, όπου η ημερήσια περιοχή θερμοκρασιών είναι πάντα υψηλή, η μάζα των στοιχείων του κτιρίου και η θέση της μόνωσης εντός των τοιχωμάτων, έδειξε σημαντική επίπτωση για την συνολική θερμική απόδοση του κτιρίου. Από την άποψη των φορτίων ψύξης και θέρμανσης, μία θερμομόνωση των 5-10 εκατοστών πάχους, εκτός της θερμικής μάζας του κτιρίου, δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα. Επίσης, με την τοποθέτηση εξωτερικής θερμομόνωσης η ύπαρξη θερμογεφυρών θα περιορισθεί σημαντικά. Για να ξεπεραστεί το αρνητικό αποτέλεσμα που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια του χειμώνα, όταν τα θερμομονωτικά υλικά βρίσκονται εντός της εξωτερικής πλευράς του κτιρίου, η άμεση ηλιακή ακτινοβολία θα πρέπει να λαμβάνεται μέσω των υαλοπινάκων και να αποθηκεύεται στη μάζα του κτιρίου και ως εκ τούτου τα φορτία θέρμανσης μπορούν να μειωθούν αρκετά. Τώρα όσον αφορά τη περίοδο ψύξης, όταν χρησιμοποιείτε ένα σύστημα κλιματισμού σε ένα κτίριο, έχοντας θερμομονωτικά υλικά στην εσωτερική πλευρά του κτιριακού κελύφους, η τυπική στάθμη της θερμικής άνεσης θα επιτευχθεί γρηγορότερα, από ό,τι αν υπήρχε θερμομόνωση στην εξωτερικού πλευρά του κτιρίου [27]Η μόνωση στο εσωτερικό της διατομής όμως παρόλο που είναι κατ αρχάς προστατευμένη από το εξωτερικό περιβάλλον και τις πιθανές ζημιές, έχει ωστόσο το μειονέκτημα ότι η θερμοκρασία της διατομής είναι πιο κοντά στην εξωτερική θερμοκρασία. [27] Η εξασφάλιση της αποτελεσματικής θερμομόνωσης, σε περιοχές όπου η απαίτηση ψύξης του κτιρίου σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις θέρμανσης είναι κυρίαρχη, είναι πολύ σημαντική από την άποψη της εξοικονόμησης ενέργειας. Σε μελέτη για ένα κτίριο που βρίσκεται στα Άδανα (Τουρκία),αξιολογήθηκε η επίδραση της θερμομόνωσης στα φορτία ψύξης του κτιρίου και στο σύστημα ψύξης, σε περίπτωση κλιματισμού από ένα κεντρικό σύστημα κλιματισμού, με βάση τα αποτελέσματα των τριών διαφορετικών τύπων μόνωσης(a, B και C). Σύμφωνα με τον δείκτη ενεργειακής απόδοσης που ορίζονται στον Κανονισμό Θερμομόνωσης που χρησιμοποιείται στην Τουρκία, με Α χαρακτηρίζονται τα κτίρια με πολύ καλή ενεργειακή απόδοση, Β με καλή και C με μέτρια. Το μέγιστο των ψυκτικών φορτίων του κτιρίου μειώθηκε κατά 33%, χάρη στη θερμομόνωση. Οι δυνατότητες του εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε στο σύστημα κλιματισμού για μονωμένα κτίρια, ήταν χαμηλότερες από εκείνων ενός κτιρίου χωρίς μόνωση. Συνεπώς, τόσο το αρχικό, όσο και το λειτουργικό κόστος του συστήματος ψύξης είχαν μειωθεί σημαντικά. [28] Τα αποτελέσματα των αναλύσεων δείχνουν ότι οι επενδύσεις μόνωσης για τα κτίρια Α, Β και C είναι εφικτές λόγω του μειωμένου λειτουργικού και αρχικού κόστους του συστήματος ψύξης. Ωστόσο, όταν λαμβάνονται υπόψη και τα διαφορετικά πάχη θερμομόνωσης ανάλογα 25

με τον τύπο μόνωσης, φαίνεται σαφώς ότι όταν η C-τύπου μόνωση εφαρμόζεται σε κτίρια είναι ικανοποιητική από την οικονομική πτυχή. Επομένως, εάν ένα κτίριο που βρίσκονται σε θερμές περιοχές της Τουρκίας κατασκευάζεται σύμφωνα με τη δόμηση τύπου C, σε «δείκτη ενεργειακής απόδοσης», τόσο το λειτουργικό όσο και το αρχικό κόστος του συστήματος ψύξης έχουν μειωθεί σημαντικά [28]Ως εκ τούτου, προτείνεται ότι το πάχος των θερμομονωτικών υλικών για τα κτίρια στις παράκτιες επαρχίες που βρίσκονται στις Μεσογειακές χώρες (όπως Τουρκία, Ιταλία, Ισπανία και Ελλάδα), οι οποίες έχουν ζεστά και μεγάλα καλοκαίρια και ζεστούς χειμώνες, θα πρέπει να προσδιορίζεται σύμφωνα με τη ψύξη που απαιτείται. Διαφορετικά, η θερμομόνωση εφαρμόζεται λαμβάνοντας υπόψη μόνο βαθμοημέρες θέρμανσης, έννοια που μπορεί να είναι ανεπαρκής κατά τη διάρκεια της περιόδου ψύξης [28] Ο προσδιορισμός του βέλτιστου πάχους της μόνωσης και η επιλογή του είναι το κύριο αντικείμενο πολλών ερευνών μηχανικής. Σε μελέτη που πραγματοποιήθηκε στην Τουρκία, το βέλτιστο πάχος μόνωσης στους εξωτερικούς τοίχους, σε εφαρμογές ψύξης αναλύεται βασιζόμενο σε δύο διαφορετικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας. Μία από τις μεθόδους είναι αυτή των βαθμό-ωρών (Μέθοδος 1), η οποία είναι η απλούστερη για την εκτίμηση της ετήσιας ενεργειακής κατανάλωσης ενός κτιρίου. Η άλλη (Μέθοδος 2), είναι η μέθοδος που χρησιμοποιεί το ετήσιο πλήρες ισοδύναμο ψυκτικό φορτίο του συστήματος. Στη μελέτη που έγινε, μια Ανάλυση Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) χρησιμοποιείται για να εκτιμηθεί η ακρίβεια των μεθόδων αυτών, και τα αποτελέσματα συγκρίνονται. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εξοικονόμηση χρημάτων, είναι έως και 44% μεγαλύτερη στη Μέθοδο 2, ενώ το βέλτιστο πάχος μόνωσης και η περίοδος αποπληρωμής, έχουν χαμηλότερες τιμές έως και 74% και 69%, αντίστοιχα στη Μέθοδο 2, από ότι στη Μέθοδο 1. Η μελέτη αυτή θα είναι ένας αποτελεσματικός οδηγός για τους ανθρώπους που εργάζονται στον τομέα των κτιριακών κατασκευών, ώστε να επιτύχουν καλύτερο σχεδιασμό, ανάλυση και λειτουργία της μόνωσης. Τα κατάλληλα υλικά μόνωσης, με βέλτιστο πάχος μόνωσης, παρέχουν τα οικονομικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα χάρη στη μείωση της μετάδοσης θερμότητας από τους τοίχους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μόνο την καταλληλότερη και απλούστερη μέθοδο. [29] Τα δυναμικά θερμικά χαρακτηριστικά ενός θερμομονωμένου κτιρίου, με την ίδια θερμική μάζα, έχουν μελετηθεί με βελτιστοποιημένο πάχος μόνωσης υπό σταθερές περιοδικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας τα κλιματικά δεδομένα της Ριάντ στη Σαουδική Αραβία. Η 26

θερμομόνωση επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός, δύο και τριών στρώσεων των μονωτικών υλικών, οι θέσεις των οποίων μεταβάλλονται έτσι ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη απόδοση. Τα πάχη των στρωμάτων μόνωσης βελτιστοποιούνται με την ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους της μόνωσης και της κατανάλωσης ενέργειας. [30] Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βέλτιστο πάχος, από ένα ενιαίο στρώμα μόνωσης ήταν ανεξάρτητο από τη θέση του στο τοίχωμα, και ότι, όταν περισσότερα από ένα μονωτικό στρώμα χρησιμοποιούνταν, το συνολικό βέλτιστο πάχος τους ήταν ίδιο όπως το βέλτιστο πάχος ενός μονωτικού στρώματος. Συνεπώς, οι τιμές των θερμικών αντιστάσεων όλων των τοίχων, ήταν ίσες αφού εξετάστηκαν υπό τις καλύτερες δυνατές συνθήκες. Το βέλτιστο συνολικό πάχος μόνωσης βρέθηκε να είναι 7,8 εκατοστά από τη χρήση πολυστερίνης για ένα δυτικά προσανατολισμένο τοίχο. [30] Στην περίπτωση εσωτερικής μόνωσης, η διαστολή και η συστολή γίνονται πιο σημαντικές, καθώς επίσης αναπτύσσονται περισσότερες θερμογέφυρες, λόγω των αναπόφευκτων ανοιγμάτων. Τέλος, ελαχιστοποιούνται πιθανά οφέλη θέρμανσης, από τη θερμική μάζα του κτιρίου. Από την άλλη πλευρά, η μόνωση στο εξωτερικό της διατομής, ευνοεί την ψύξη από συναγωγή το καλοκαίρι και την παθητική ηλιακή θέρμανση το χειμώνα και επιτρέπει στη θερμική μάζα την αποθήκευση επιπλέον ηλιακών και εσωτερικών κερδών. Ωστόσο, παρουσιάζει μικρότερη ανθεκτικότητα λόγω της έκθεσης στο εξωτερικό περιβάλλον. Τέλος, η μόνωση στη μέση της διατομής παρέχει ομοιόμορφη κατανομή της μόνωσης στη διατομή. [9] Μια ολοκληρωμένη οικονομική ανάλυση, κάτω από τις κλιματολογικές συνθήκες της Elazig στην Τουρκία, έχει εκτελεστεί με σκοπό να συσχετίσει μεταξύ τους το βέλτιστο πάχος της θερμομόνωσης για διάφορους προσανατολισμούς των τοίχων. Στην Τουρκία, το πάχος της θερμομόνωσης που χρησιμοποιείται σε εξωτερικούς τοίχους των κτιρίων, κυμαίνεται γενικά μεταξύ 5 και 6 εκατοστών, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι κλιματολογικές συνθήκες, οι προσανατολισμοί των τοίχων και διάφοροι οικονομικοί παράμετροι. Η θερμική μόνωση που χρησιμοποιείται κατά το σχεδιασμό των εξωτερικών τοίχων, θα πρέπει να μελετάται σύμφωνα με διαφορετικούς προσανατολισμούς, χρησιμοποιώντας ένα οικονομικό μοντέλο. Στην έρευνα που πραγματοποιήθηκε λοιπόν, τα ετήσια φορτία ψύξης και θέρμανσης του κτιριακού κελύφους, προσδιορίστηκαν με τη χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών, με σχετικά σταθερές περιοδικές συνθήκες. [31] Το οικονομικό μοντέλο, συμπεριλαμβανομένων και του κόστους του μονωτικού υλικού και την αξία του κόστους κατανάλωσης ενέργειας, κατά τη διάρκεια των 10 ετών ζωής του κτιρίου, χρησιμοποιήθηκαν για να βρεθούν το βέλτιστο πάχος της μόνωσης, η εξοικονόμηση ενέργειας και οι περίοδοι 27

αποπληρωμής για όλους τους δυνατούς προσανατολισμούς των τοίχων. Τα μονωτικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση ήταν η εξηλασμένη πολυστερίνη και η πολυουρεθάνη. [31] Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το βέλτιστο πάχος μόνωσης σε ένα τοίχο με νότιο προσανατολισμό είναι 5,5 και 7 εκατοστά, για εξηλασμένη πολυστερίνη και πολυουρεθάνη, αντίστοιχα, ενώ το βέλτιστο πάχος για όλες τις άλλες κατευθύνσεις, λαμβάνεται την ίδια τιμή 6 εκατοστά για την εξηλασμένη πολυστερίνη και τα 7,5 εκατοστά για την πολυουρεθάνη. Φαίνεται ότι το βέλτιστο πάχος μόνωσης που λαμβάνεται στην παρούσα μελέτη είναι κοντά στις τιμές εφαρμογής. Ωστόσο, το πάχος τμόνωσης για το βόρειο, ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό πρέπει να είναι 0,5 εκατοστά πιο παχύ, από ό,τι για έναν νότια προσανατολισμένο τοίχο. Αυτό το αποτέλεσμα θα είναι πολύ χρήσιμο στο σχεδιασμό του βέλτιστου πάχους μόνωσης στην οικοδόμηση εξωτερικών τοίχων. [31] Αυτά τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα, και ιδίως η σχετική απόδοση της πολυστερίνης και της πολυουρεθάνης, εξαρτώνται πολύ από τις συγκεκριμένες τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν στην θερμική και οικονομική ανάλυση. Σε ακόμη μία μελέτη [32], διερευνήθηκαν οι επιπτώσεις της μεταβολής του ποσοστού των τζαμιών των παραθύρων, η οποία κυμαινόταν από 10 έως 50%, σχετικά με τις ενεργειακές απαιτήσεις θέρμανσης και το βέλτιστο πάχος μόνωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα βέλτιστα πάχη μόνωσης κυμαινόταν μεταξύ 0,036 και 0,087 μέτρων για αφρό εξηλασμένης πολυστερίνης και χρήση φυσικού αερίου. Επιπλέον, οι εκπομπές CO 2 μειώθηκαν κατά 50,91% για το φυσικό αέριο, όταν χρησιμοποιήθηκε το βέλτιστο πάχος μόνωσης. Από την άλλη πλευρά, οι εκπομπές CO 2 και SO 2 μειώθηκαν κατά 54,67% με τη χρήση του καυσίμου πετρελαίου και του βέλτιστου πάχους της μόνωσης. [32] Μια άλλη μελέτη ασχολείται με τη θερμική απόδοση και το βέλτιστο πάχος της μόνωσης του τοίχους του κτιρίου, με διαφορετικά δομικά υλικά, κάτω όμως από δυναμικές θερμικές συνθήκες. Η θερμική συμπεριφορά του κτιριακού κελύφους που έχει κατασκευαστεί από σκυρόδεμα, πλίνθους και Αutoclaved Αerated Concrete (AAC) μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για μονωμένες είτε για μη μονωμένες κατασκευές. [33] [31]Η εξηλασμένη πολυστερίνη και η διογκωμένη πολυστερίνη επιλέγονται ως μονωτικά υλικά. Τα ετήσια φορτία ψύξης και θέρμανσης υπολογίζονται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο πεπερασμένων διαφορών, κάτω από σταθερές περιοδικές συνθήκες. [33]Το βέλτιστο πάχος μόνωσης, τα ενεργειακά κέρδη και οι περίοδοι αποπληρωμής, καθορίζονται κατά τη διάρκεια των 10 χρόνων ζωής του κτιρίου. Τα 28

αποτελέσματα δείχνουν ότι τα βέλτιστα πάχη θερμομόνωσης κυμαίνονται μεταξύ 2 και 8,2 εκατοστών, τα ενεργειακά κέρδη μεταξύ 2,78 και 102,16 $ / m 2, καθώς και οι περίοδοι αποπληρωμής ποικίλλουν μεταξύ 1,32 και 10,33 χρόνων, ανάλογα με τα διαφορετικά δομικά υλικά και τα δύο διαφορετικά υλικά μόνωσης. Η χαμηλότερη τιμή του βέλτιστου πάχους μόνωσης λαμβάνεται 2 εκατοστά για την κατασκευή του τοίχου με AAC και με εξηλασμένη πολυστερίνη, ενώ η υψηλότερη τιμή καθορίζεται στα 8,2 εκατοστά με το τσιμεντένιο τοίχο και με διογκωμένη πολυστερίνη. Όλα τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από αυτή τη μελέτη είναι πολύ χρήσιμα από την άποψη της θερμικής άνεσης και της εξοικονόμησης ενέργειας, ώστε να μειωθεί η ανάγκη για υψηλά ψυκτικά φορτία και ως εκ τούτου, το αρχικό και το λειτουργικό κόστος της κλιματιστικής μονάδας. [33] 3.5 Δυνατότητες χρήσης των υλικών που αλλάζουν φάση (PCM) με σκοπό τη ρύθμιση της θερμοχωρητικότητας του κτιριακού κελύφους Η έρευνα πάνω στα υλικά που αλλάζουν φάση για εφαρμογές σε θέρμανση και ψύξη των κτιρίων έχει μια μακρά ιστορία. Ήδη από τη δεκαετία του 1930, ο Μ. Telkes διερεύνησε τη δυνατότητα των PCM να αποθηκεύουν θερμότητα από τον ήλιο και να τη χρησιμοποιούν αργότερα για τη θέρμανση χώρων. Η ψύξη του χώρου μέσω κλιματισμού συχνά προκαλεί αιχμές της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας τις απογευματινές ώρες, και εξαιτίας αυτού του γεγονότος, ισχύουν υψηλές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας τις ώρες αυτές. Οι μέγιστες τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας και η γενική τάση για υψηλότερες τιμές της ενέργειας έχουν αλλάξει την οικονομική κατάσταση για την εφαρμογή των PCM στα κτίρια. Ωστόσο, θα αναρωτηθεί κανείς για ποιο λόγο να χρησιμοποιηθούν τα PCM σε αυτήν την εφαρμογή. Ο λόγος είναι διότι οι άνθρωποι θέλουν τη θερμοκρασία του χώρου στον οποίο βρίσκονται σε ένα πολύ στενό εύρος θερμοκρασιών και ένα μικρό εύρος είναι ακριβώς η κατάσταση όπου τα PCM μπορεί να χρησιμοποιηθούν για τη θερμοκρασιακή ρύθμιση τόσο κατά τη περίοδο ψύξης όσο και θέρμανσης, με ταυτόχρονη υψηλή πυκνότητα αποθήκευσης. Ειδικά σε κτίρια με χαμηλή θερμική μάζα, η θερμοκρασία μπορεί να αλλάζει γρήγορα και να φτάσει σε ψηλά ή χαμηλά επίπεδα που κάνουν τους ανθρώπους να αισθάνονται άβολα. Ως εκ τούτου, εφαρμογές βασιζόμενες σε υλικά που αλλάζουν φάση, για θέρμανση και ψύξη των κτιρίων αναμένεται να έχουν μεγάλη ζήτηση. [34] [35] Από το 1980, πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για την ενσωμάτωση των PCM σε κτιριακά υλικά, όπως σοβάς ή ξύλο. Συνήθως, το PCM σε αυτές τις απόπειρες ήταν η παραφίνη ή ένα λιπαρό οξύ. Στο αρχικό στάδιο της έρευνας, το PCM ήταν ενσωματωμένο με εμποτισμό. [36] 29

Εντούτοις, η διαρροή και η εξάτμιση των συστατικών του PCM ήταν ένα πρόβλημα, διότι το PCM απορροφήθηκε στους πόρους και τα κανάλια των άλλων υλικών. Η κοινή προσέγγιση σε αυτά τα προβλήματα είναι η ενθυλάκωση, αλλά η διαδικασία αυτή απαιτεί την κοπή των δομικών υλικών ή τη τοποθέτηση καρφιών ή βιδών σε αυτά. Για τα προβλήματα αυτά, η μικροενθυλάκωση είναι μια πιθανή λύση. Με μικροενθυλάκωση, δεν υπάρχει καμία απώλεια του PCM κάτω από την τακτική χρήση και η ποσότητα του PCM που απελευθερώνεται όταν μία κάψουλα έχει υποστεί βλάβη είναι πολύ μικρή. Αυτό σημαίνει ότι η μικροενθυλάκωση δεν επιφέρει κατασκευαστικές αλλοιώσεις στη δομή του κτιρίου. Αυτό είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα καθώς δεν είναι αναγκαίοι ειδικά εκπαιδευμένοι τεχνίτες για την εγκατάσταση. [37] Μια λεπτομερής μελέτη, για την χρήση PCM σε συνδυασμό με την αρχιτεκτονική των κτιρίων, για θέρμανση ή ψύξη χώρων και συνδυασμό και των δύο, έχει πραγματοποιηθεί. Οι θερμικές βελτιώσεις σε ένα κτίριο, λόγω της ένταξης των PCM εξαρτώνται από τη θερμοκρασία τήξης του PCM, τον τύπο του PCM, το κλίμα, το σχεδιασμό και τον προσανατολισμό της κατασκευής του κτίριο. [38]Η έρευνα που αναφέρθηκε, διεξάγεται για να αναλυθεί η θερμική απόδοση της οροφής ενός κτιρίου που ενσωματώνει PCM. Ένα μοντέλο αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας τα πειραματικά αποτελέσματα. Αρκετά πειράματα προσομοίωσης έγιναν χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο για τη μέση κατάσταση περιβάλλοντος που επικρατεί στην πόλη Chennai στην Ινδία, για όλους τους μήνες του χρόνου. Το συμπέρασμα είναι ότι, για την εξομάλυνση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων στο εσωτερικό του κτιρίου και για να είναι λειτουργικό καθ όλη τη διάρκεια του έτους, ένα διπλό στρώμα PCM στην οροφή του κτιρίου προτείνεται. [38] Το υλικό αλλαγής φάσης με βάση το σύστημα θερμικής διαχείρισης είναι πολύ σημαντικό, όταν υπάρχει αναντιστοιχία μεταξύ ζήτησης και προσφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, η οικονομική και αποτελεσματική αποθήκευση θερμικής ενέργειας παίζει σημαντικό ρόλο για τη διατήρηση της ενεργειακής ζήτησης σε μικρά επίπεδα. Σε μια μελέτη που βασίστηκε σε PCM για ένα σύστημα θερμικής διαχείρισης, εμφανίστηκε μια σημαντική βελτίωση στη ρύθμιση της θερμοκρασίας του αέρα, στους εσωτερικούς χώρους της αίθουσας δοκιμών, χρησιμοποιώντας διαφορετικές τιμές θερμικών φορτίων. Ήταν επίσης σαφές ότι η εσωτερική θερμοκρασία του αέρα, του δωματίου δοκιμής, διατηρήθηκε στα όρια θερμικής άνεσης για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το σύστημα θερμικής διαχείρισης δοκιμάστηκε με τρία διαφορετικά φορτία θερμότητας (1 kw, 2 kw και 3 kw), στην αίθουσα δοκιμών. Το προφίλ της θερμοκρασίας του δωματίου δοκιμής, υπό την παρουσία των συστημάτων θερμικής 30

διαχείρησης, διατηρήθηκε για 9, 3,5 και 2,5 ώρες, με 1 kw, 2 kw και 3 kw, αντίστοιχα. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, το θερμοκρασιακό προφίλ του δωματίου δοκιμής, με φορτίο ισχύος 1 kw, βρέθηκε να είναι μακρύτερο όταν χρησιμοποιήθηκε υπό την παρουσία συστημάτων θερμικής διαχείρισης, ενώ το συντομότερο θερμοκρασιακό προφίλ βρέθηκε κατά τη χρησιμοποίηση θερμάστρας δωματίου, ισχύος 3 kw, χωρίς σύστημα θερμικής διαχείρισης. [39] Σε έρευνα που έγινε, παρουσιάστηκε η ανάπτυξη ενός θερμικά ενισχυμένου τοιχώματος που μειώνει τις αιχμές των ψυκτικών φορτίων σε κτίρια κατοικιών. Ένα πλαίσιο που περιλαμβάνει εξαιρετικά κρυσταλλική παραφίνη ως PCM, μέσω μάκρο-ενθυλάκωσης αναπτύχθηκε, κατασκευάστηκε και αξιολογήθηκε. Το πλαίσιο αυτό συναντάται με την ονομασία Phase Change Frame Wall (PCFW). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το PCFW μειώνει τις αιχμές κατά τη ροή θερμότητας έως και κατά 38%. Σε εφαρμογές κτιρίων, αυτό θα μπορούσε να μεταφραστεί σε χαμηλότερα φορτία ψύξης, καθώς ένα τμήμα του θερμικού φορτίου μετατοπίζεται σε άλλες ώρες της ημέρας, ενώ η εσωτερική θερμοκρασία του αέρα του κτιρίου παραμένει σχετικά σταθερή. [40] Ένα νέο είδος σύνθετου συστήματος PCM για την ετήσια θερμική διαχείριση της ενέργειας μελετάται σε μια ακόμη έρευνα. Ο νεωτερισμός της έρευνας αυτής αποτελεί το γεγονός ότι δύο διαφορετικά PCM, με διαφορετικές θερμοφυσικές ιδιότητες χρησιμοποιήθηκαν και ενσωματώθηκαν στη δομή του τοίχου. Το κλειδί των θερμοφυσικών ιδιοτήτων που επηρεάζει την αποτελεσματικότητα του νέου συστήματος, είναι το σημείο τήξης των PCM και η λανθάνουσα θερμότητα αυτών. Το πρώτο στρώμα PCM είναι ενεργό κατά τη διάρκεια της περιόδου ψύξης και η λειτουργία του είναι να εξομαλύνει το πλάτος των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων του τοιχώματος που εκτίθεται στο εξωτερικό περιβάλλον. Κατά τη διάρκεια της αλλαγής φάσεως του πρώτου στρώματος PCM, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας επιβραδύνθηκε σημαντικά. Το δεύτερο στρώμα PCM είναι ενεργό κατά τη διάρκεια της περιόδου θέρμανσης και συμβάλλει αυξάνοντας την εσωτερική θερμική άνεση, εξομαλύνοντας τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, μετατοπίζοντας το μέγιστο φορτίο, μειώνοντας τους κύκλους φόρτισης των εξοπλισμών θέρμανσης και μειώνοντας το μέγιστο της θερμοκρασίας της εσωτερικής πλευράς του κελύφους. Η θερμοκρασία του δεύτερου στρώματος επηρεάζεται, από το εξωτερικό περιβάλλον του κτιρίου, σε ένα σχετικά μικρό βαθμό κατά την διάρκεια της περιόδου θέρμανσης, δεδομένου ότι είναι σε επαφή με το εσωτερικό περιβάλλον. [41] Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η παρουσία του PCM μειώνει την ετήσια ενεργειακή ζήτηση για θέρμανση και ψύξη, καθώς επίσης και τις αιχμές των φορτίων 31

θέρμανσης και ψύξης. Η μείωση του συνολικού φορτίου ψύξης βρέθηκε σε αυτή τη μελέτη περίπου στο 1%. Η αξία της ετήσιας εξοικονόμησης ενέργειας για τη θέρμανση υπολογίστηκε στο 12,8% και είναι συνεπής με τα ευρήματα άλλων ερευνών. Η τιμή για την μέγιστη μείωση των φορτίων θέρμανσης υπολογίστηκαν στο 35,4%. [41] Σε ένα πείραμα που έγινε στο Puigverd de Lleida στην Ισπανία, μελετήθηκε η θερμική συμπεριφορά τριών διαφορετικών θαλάμων, ίδιων εσωτερικών διαστάσεων (2.4x2.4x2.4 μέτρα), χωρίς παράθυρα και με μια μεταλλική μονωμένη πόρτα στη βόρεια πλευρά. Τα κατασκευαστικά στοιχεία των μελετούμενων θαλάμων, ήταν τα παρακάτω. [42] 1.Θάλαμος αναφοράς (REF): χτίστηκε με το παραδοσιακό σύστημα, χρησιμοποιώντας τούβλο και δομήθηκε με δύο στρώσεις από τούβλα, με διάκενο αέρα μεταξύ τους και χωρίς μόνωση. 2. Θάλαμος πολυουρεθάνης (PU): αυτό το μικρό δωμάτιο χτίστηκε επίσης με το παραδοσιακό σύστημα, χρησιμοποιώντας τούβλο, αλλά με 5 εκατοστά αφρού πολυουρεθάνης στους τοίχους και 3 εκατοστά στην οροφή. 3. Θάλαμος PCM (PCM): χτίστηκε όπως ο προηγούμενος θάλαμος με τη προσθήκη ενός στρώματος PCM στα νότια και δυτικά τοιχώματα και στην οροφή. Τα πάνελ που χρησιμοποιήθηκαν περιείχαν παραφίνη και τοποθετήθηκαν στην εσωτερική πλευρά της πολυουρεθάνης. Στα ελεύθερα πειράματα, όπου συμμετείχαν μόνο τα εσωτερικά κέρδη, το PCM αποθήκευε τη θερμότητα και διατηρούσε τη θερμοκρασία υψηλότερη από ό, τι στους άλλους θαλάμους, μειώνοντας έτσι τη θερμική άνεση του θαλάμου. Επιπλέον, στα θερμοκρασιακά ελεγχόμενα πειράματα, η διαφορά στην κατανάλωση ενέργειας μεταξύ των θαλάμων PU και του PCM είναι (6,4%), με θερμοκρασία χώρου 24 ο C και 26 ο C, αντίστοιχα. Και στις δύο περιπτώσεις, η κατανάλωση ενέργειας του θαλάμου PCM είναι υψηλότερη από την PU, λόγω της μειωμένης απαγωγής της θερμότητας. Αποδεικνύεται ότι η διαφορά μεταξύ του σημείου τήξεως του PCM και του σημείου ρύθμισης, είναι άμεσα σχετιζόμενα με την κατανάλωση ενέργειας, και είναι κρίσιμη σε περιπτώσεις με σημαντικά εσωτερικά θερμικά φορτία, ιδιαίτερα σε συνθήκες καλοκαιριού. Συνεπώς, η επιλογή του PCM είναι πολύ σημαντική όχι μόνο για την θερμοκρασία άνεσης, αλλά και για την δραστικότητα και τη λειτουργικότητα του κτιρίου. Επίσης, τα αποτελέσματα από τα πειράματα δείχνουν την ανάγκη για νυχτερινό 32

αερισμό, για την στερεοποίηση του PCM κατά τη διάρκεια της νύχτας, διαφορετικά η κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται.[42] Σε μια έρευνα των Diaconu και Cruceru [41] αναπτύχθηκε ένας νέος τύπος σύνθετων πάνελ PCM για ελαφριά κατασκευή και για ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας. Διαπιστώθηκε ότι επιλέγοντας κατάλληλα το σημείο τήξεως του PCM, μειώνεται η ετήσια ενεργειακή ζήτηση για θέρμανση και ψύξη και η μείωση του εξοπλισμού θέρμανσης και ψύξης είναι δυνατή. Τα συμπεράσματα βασίζονται σε πραγματικά δεδομένα θερμοκρασίας περιβάλλοντος, αλλά χωρίς να λαμβάνουν υπόψη την επίδραση των εσωτερικών φορτίων και εξαερισμού. Σε μια άλλη έρευνα, η επίδραση των εσωτερικών φορτίων και του εξαερισμού στην εξοικονόμηση ενέργειας σε κτίρια με PCM, έχουν αξιολογηθεί. [43] Η ζήτηση ενέργειας για θέρμανση υπολογίστηκε για διάφορες τιμές του σημείου τήξης του PMC. Η ενεργειακή ζήτηση για θέρμανση, έλαβε ελάχιστη τιμή περίπου στους 19 C για όλα τα εσωτερικά φορτία με ή χωρίς εξαερισμό. Το υψηλότερο ποσοστό εξοικονόμησης ενέργειας, χωρίς αερισμό, βρέθηκε για το σημείο τήξεως του PCM στους 18 C. Η μέγιστη τιμή της εξοικονόμησηw ενέργειας (περίπου 15%), με δραστικό εξαερισμό, βρέθηκε στην περίπτωση για το σημείο τήξεως του PCM στους 19 C. Το στρώμα PCM με σημείο τήξης 17 C εμποδίζει την αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας που μπορεί να προκαλείται εξαιτίας των διακυμάνσεων. [43] Σε μία έρευνα που πραγματοποιήθηκε (University of Lleida), δύο κτίρια το ένα δίπλα στο άλλο, μελετήθηκαν. Σε ένα από τα δύο τοποθετήθηκαν πάνελ με υλικό που αλλάζει φάση, στο νότιο και δυτικό τοίχο, καθώς και στην οροφή. Το PCM που χρησιμοποιήθηκε ήταν από την εταιρία BASF με θερμοκρασία τήξεως 26 C και με ενθαλπία αλλαγής φάσης της τάξεως των 110 kj/kg. Τα κτίρια δοκιμής είχαν εγκατασταθεί στην πόλη του Puigverd de Lleida (Ισπανία). Και τα δύο ήταν πλήρως εξοπλισμένα με όργανα για να παρακολουθούνται και να αξιολογούνται τα θερμικά χαρακτηριστικά. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και του φθινοπώρου του 2005, η συμπεριφορά των κτιρίων διερευνήθηκε. Τα αποτελέσματα ήταν σε καλή συμφωνία με την αναμενόμενη απόδοση. Μια σύγκριση των θερμοκρασιών του νότιου τοιχώματος στα δύο κτίρια έδειξε μία μείωση της θερμοκρασίας έως 4 C, στο κτίριο που χρησιμοποιήθηκε PCM. Τα αποτελέσματα επίσης έδειξαν ότι η ψύξη τη νύχτα ήταν σημαντική για την επίτευξη ενός πλήρη κύκλου κάθε μέρα.. [44] Τα συστήματα ψύξης χώρου με παράλληλη χρήση PCM έχουν αναπτυχθεί και υπάρχει πλέον η δυνατότητα να εκμεταλλεύονται τον ψυχρό αέρα του περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια της νύχτας και να τον απελευθερώνουν στο εσωτερικό του σπιτιού, κατά τη διάρκεια των θερμών 33

ημερών. Το PCM ψύχεται τη νύχτα όταν δροσερός εξωτερικός αέρας αφήνεται μέσα στο κτίριο και στο PCM. Ο ψυχρός αέρας απελευθερώνεται μέσα στο κτίριο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Σε έρευνα που πραγματοποιήθηκε, σε κάθε μελετούμενο κτίριο προσδόθηκε και μια διαφορετική συμπεριφορά, ανάλογα με το φωτισμό ή τη θερμική του μάζα (μικρή και μεσαία). Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η χρήση του PCM έχει μια σημαντική επίδραση στη μέγιστη εσωτερική θερμοκρασία του αέρα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τα αποτελέσματα είναι περισσότερο εμφανή στο κτίριο με μικρή θερμοχωρητικότητα, σε σχέση με αυτά με μεγαλύτερη. Τα αποτελέσματα επίσης δείχνουν, ότι με την εισαγωγή του PCM είναι δυνατόν να αλλάξει η θερμική αδράνεια του κτιρίου. Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι για ένα κτίριο μικρής θερμιχωρητικότητας το απαιτούμενο ποσό είναι περίπου 3-4 kg/m2 (εμβαδόν του δαπέδου). [40] Σε άλλη έρευνα, η βέλτιστη τιμή του πάχους των πάνελ του PCM διερευνάται. Προκειμένου να υπολογιστεί η βέλτιστη τιμή, το πρόγραμμα CODYMUR χρησιμοποιήθηκε και τα αποτελέσματα έδειξαν την ύπαρξη βέλτιστης τιμή, σύμφωνα με τις ημερήσιες διακυμάνσεις των εξωτερικών και εσωτερικών θερμοκρασιών. Το νέο προϊόν που δοκιμάστηκε, δημιουργήθηκε από την Dupont de Nemours Society. Αποτελείται κατά 60% από μικροενθυλακωμένη παραφίνη, η οποία έχει θερμοκρασία τήξεως περίπου 22 C. Η διαδικασία διεξήχθη χρησιμοποιώντας σαν πρότυπο ένα ελαφρύ τοίχο και εσωτερικές-εξωτερικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις εντός μιας περιόδου 24 ωρών. Τα αποτελέσματα, που αφορούν τη αποθηκευμένη ενέργεια σε πλήρη λειτουργία μιας ημέρας, έδειξαν ότι το βέλτιστο πάχος του PCM είναι 1 εκατοστό. Αυτό το πάχος του πάνελ επιτρέπει σε ένα διπλασιασμό της θερμικής αδράνειας του κτιρίου. Η αποθηκευμένη ενέργεια, αποτρέπει τα δωμάτια του κεντρικού κτιρίου από υπερθέρμανση κατά τη διάρκεια των ζεστών ημερών, και κατά τη διάρκεια της νύχτας, η αποθηκευμένη ενέργεια απελευθερώνεται, αυξάνοντας έτσι την ελάχιστη θερμοκρασία του αέρα. [45] Σε μια ακόμη μελέτη, έγινε προσομοίωση για να διερευνηθούν οι επιπτώσεις των διαφόρων παραμέτρων της χρήσης των PCM, συμπεριλαμβανομένων της μέσης θερμοκρασίας αλλαγής φάσης, του εύρους της θερμοκρασίας αυτής, των συντελεστών μεταφοράς θερμότητας και του πάχους του πάνελ για τη αποδοτική αποθήκευση θερμότητας και της εξομάλυνσης των θερμοκρασιακών αιχμών. [46] Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι η μέση θερμοκρασία αλλαγής φάσης πρέπει να είναι κοντά με τη μέση θερμοκρασία δωματίου για να μεγιστοποιηθεί η θερμική αποθήκευση θερμότητας. Η θερμική αποθήκευση θερμότητας αυξάνεται με την αύξηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας μέσω συναγωγής, και η 34

βέλτιστη μέση θερμοκρασία αλλαγής φάσης, ώστε να μεγιστοποιηθεί η αποθήκευση θερμότητας, πρέπει να μετατοπιστεί σε μια υψηλότερη θερμοκρασία. Τέλος, ένα πάχος 15 χιλιοστών του πάνελ, φαίνεται να είναι μια σωστή επιλογή, από το γεγονός ότι η αποθήκευση θερμικής ενέργειας φθάνει στο μέγιστο της.[46] Πολλές εξελίξεις λαμβάνουν χώρα στον τομέα της θερμικής αποθήκευσης με τη χρήση PCM στα κτίρια. Σε μια λεπτομερή μελέτη σχετικά με την ενσωμάτωση PCM σε οικοδομικά υλικά, ερευνήθηκε η αλληλεπίδραση της χρήσης PCM, με την αρχιτεκτονική των κτιρίων για θέρμανση και ψύξη χώρου και για συνδυασμό θέρμανσης και ψύξης. Είναι προφανές ότι οι θερμικές βελτιώσεις σε ένα κτίριο, λόγω της χρήσης PCM εξαρτώνται από τη θερμοκρασία τήξης του PCM, τον τύπο του PCM, την ποσοστό του PCM που αναμιγνύεται με συμβατικό υλικό, το κλίμα, το σχεδιασμό και τον προσανατολισμό της κατασκευής του κτιρίου. Η βελτιστοποίηση των παραμέτρων αυτών είναι θεμελιώδης για τις δυνατότητες επιτυχίας της χρήσης PCM στα δομικά υλικά. Συνεπώς, πληροφορίες όπως το εύρος λειτουργίας και οι περιορισμοί σε ένα έργο με PCM, ως μέσο μεταφοράς θερμότητας, υπολογίζονται από ένα πρόγραμμα προσομοίωσης, που θα είναι σίγουρα μια αξιόλογη καθοδήγηση για τη λήψη αποφάσεων, σχετικά με το σχεδιασμό κάποιας εφαρμογής PCM. [40] Η δυναμική ανάλυση επιβεβαιώνει ότι η εισαγωγή του PCM στο τούβλο είναι μια έγκυρη μέθοδος για τη μείωση των διακυμάνσεων της ροής θερμότητας. Αυτή η νέα τεχνολογία απέδειξε την δυνατότητα να μειωθούν οι αιχμές των θερμικών φορτίων και να μετατοπιστούν στις ώρες της ημέρας, όταν είναι πιο χρήσιμο το PCM, εξασφαλίζοντας σταθερή θερμοκρασία στο εσωτερικό περιβάλλον. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το PCM που χρησιμοποιείται είναι σε θέση να απορροφήσει τη πλεονάζουσα θερμότητα, αλλάζοντας έτσι φάση, από στερεού προς υγρό. Κατά τη διάρκεια της νύχτας το PCM στερεοποιείται και απελευθερώνει την αποθηκευμένη θερμότητα. Η εφαρμογή των PCM οδήγησε σε θερμοκρασιακή υστέρηση περίπου 6 ωρών. [47] Μια πειραματική δοκιμή της DuPont σε ένα πραγματικό κτίριο έχει πραγματοποιηθεί υπό την ευθύνη της ίδιας της εταιρίας και με τη βοήθεια του Ομίλου EDF (Electricite de France), σε έναν τόπο δοκιμών στη Γαλλία. Για την πρώτη δοκιμαστική φάση, αποφασίστηκε να εγκατασταθεί ένα πάνελ με PCM στη σοφίτα, το οποίο είναι το τμήμα του κτιρίου από τα πλέον ευαίσθητα σε υπερθέρμανση, για να δοκιμαστεί η απόδοση των πάνελ στο χειρότερο σενάριο. Επομένως, οι πλάκες είχαν εγκατασταθεί πίσω από τις γυψοσανίδες, στα τοιχώματα και στην οροφή της μίας από τις αίθουσες δοκιμής. Ένα δεύτερο δωμάτιο δοκιμής με μια 35

πανομοιότυπη δομή, αλλά χωρίς τα πάνελ με PCM, είχε χρησιμοποιηθεί ως αναφορά. Και οι δύο αίθουσες δοκιμών διαχωρίστηκαν με μια ουδέτερη ζώνη. Κατά τη διάρκεια των πρώτων έξι εβδομάδων των πειραμάτων, τον Αύγουστο και τον Σεπτέμβριο του 2006, παρατηρήθηκε μια σαφέστατη μείωση κατά μέσο όρο γύρω στους 6,7 C, στο κτίριο που είχαν τοποθετηθεί τα πάνελ με το υλικό που αλλάζει φάση. [48] 4. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 4.1 Εισαγωγή Κατά την εκπόνηση της εργασίας αυτής επιλέχθηκαν έξι διαφορετικές τυπολογίες κτιρίων, με σκοπό να εξεταστούν σε τέσσερα διαφορετικά κλίματα, σε τέσσερις διαφορετικές Ευρωπαϊκές χώρες. Καθ ένα από τα κτίρια αυτά μελετήθηκε σε 3 διαφορετικές περιπτώσεις, ανάλογα με τη θερμοχωρητικότητα του κτιριακού του κελύφους, ώστε να γίνει κατανοητό πως αυτό επηρεάζει τη θερμική συμπεριφορά του κτιρίου. Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε με ενεργειακή προσομοίωση των επιλεγμένων τυπολογιών με τη χρήση του λογισμικού Energy plus. 4.2 Ενεργειακή προσομοίωση και Energy Plus Η μελέτη και αξιολόγηση των κτιρίων ως προς την ενεργειακή τους συμπεριφορά είναι μία διεργασία ιδιαίτερα δύσκολη, αν αναλογιστεί κανείς το πόσο πολύπλοκα δυναμική είναι λόγω των πολλών παραγόντων από τους οποίους εξαρτάται. Η προσπάθεια μελέτης ενός τόσο δυναμικού συστήματος με απλούς στατικούς υπολογισμούς δεν έχει να προσφέρει κανένα αξιόπιστο αποτέλεσμα ούτε όσον αφορά την ενεργειακή αλλά ούτε και την περιβαλλοντική συμπεριφορά του κτιρίου. Στον αντίποδα, η χρήση της ενεργειακής προσομοίωσης κτιρίων προσφέρεται για την μελέτη τέτοιων συστημάτων, καθώς είναι σε θέση να αντιληφθεί την επίδραση διαφόρων παραγόντων όπως το κλίμα, τον τρόπο κατασκευής, το ενεργειακό κόστος και τους διάφορους περιβαλλοντικούς περιορισμούς. Υπάρχει πλέον πληθώρα τέτοιων λογισμικών που λόγω των πολλών δυνατοτήτων τους,πέραν ενός απλού υπολογισμού φορτίων, είναι απαραίτητα στην ενεργειακή μελέτη ενός κτιρίου. 36

Το πρόγραμμα που επιλέχθηκε για την εκπόνηση της συγκεκριμένης εργασίας είναι το Energy Plus. Έχει τις ρίζες του στα προγράμματα BLAST (Building Loads Analysis and System Thermodynamics) και DOE-2. Τα δύο παραπάνω προγράμματα αναπτύχθηκαν κατά τις δεκαετίες 70 και 80. Η γέννηση τους είναι αποτέλεσμα της ενεργειακής κρίσης στις αρχές της δεκαετίας του 70 και της καθολικής αναγνώρισης ότι η ενεργειακή κατανάλωση στις κατοικίες αποτελεί έναν σημαντικό παράγοντα, σύμφωνα πάντα με στατιστική υπηρεσία των Η.Π.Α. Αμφότερα τα δύο προγράμματα έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους, τους υποστηρικτές και τους επικριτές τους. Όσον αφορά το Energy Plus, είναι ένα πρόγραμμα ενεργειακής ανάλυσης και προσομοίωσης του θερμικού φορτίου, βασιζόμενο πάντα στα στοιχεία που ο εκάστοτε χρήστης βάζει στο λογισμικό. Τα στοιχεία που εισάγονται αφορούν τόσο το κτιριακό κέλυφος, όσο και τις ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις του κτιρίου. Το πρόγραμμα υπολογίζει τα απαραίτητα θερμικά και ψυκτικά φορτία που είναι αναγκαία για τη διατήρηση του θερμοστάτη σε δεδομένη θερμοκρασία, τις συνθήκες κατά τις οποίες δουλεύει ένα δευτερεύων σύστημα Θέρμανσης-Ψύξης-Κλιματισμού, την ενεργειακή κατανάλωση του βασικού εξοπλισμού που υφίσταται στο κτίριο καθώς επίσης και οποιαδήποτε άλλα στοιχεία που θα πιστοποιήσουν ότι η προσομοίωση ανταποκρίνεται στις πραγματικές ανάγκες του κτιρίου. Είναι ευνόητο ότι κανένα πρόγραμμα δεν μπορεί να προσομοιώσει οποιαδήποτε κατάσταση. Ωστόσο το Energy Plus είναι δυνατόν να λάβει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο όγκο πληροφοριών όσον αφορά το κτιριακό κέλυφος και τον μηχανολογικό εξοπλισμό, είτε άμεσα από τον χρήστη είτε έμμεσα από άλλα προγράμματα όπως είναι το Google Sketch Up. Στη συνέχεια μετά από όλα αυτά είναι σε θέση να υπολογίσει τα θερμικά φορτία και την ενεργειακή κατανάλωση είτε για μία δεδομένη μέρα είτε για μία συγκεκριμένη περίοδο που προφανώς ορίζεται από το χρήστη. Συμπερασματικά λοιπόν το Energy Plus είναι ένα σπουδαίο εργαλείο με μεγάλη χρησιμότητα στον τομέα του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων.[12] 4.3 Περιγραφή των μελετούμενων περιοχών Τέσσερις διαφορετικές κλιματικές περιοχές επιλέχθηκαν για τις ανάγκες της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Συγκεκριμένα, προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της θερμικής μάζας του κτιριακού κελύφους σε 4 διαφορετικά κλίματα, τεσσάρων διαφορετικών Ευρωπαϊκών Πόλεων, ένα θερμό-υγρό (Θεσσαλονίκη-Ελλάδα), ένα θερμό-ξηρό (Λευκωσία- 37

Κύπρος), ένα ψυχρό-υγρό (Λονδίνο-Ηνωμένο Βασίλειο) και ψυχρό-ξηρό κλίμα (Μόναχο- Γερμανία. Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται οι κλιματικές παράμετροι αυτών των τεσσάρων (4) Ευρωπαϊκών πόλεων και διερευνάται το ισχύων νομικό πλαίσιο των χωρών αυτών. 4.3.1 Κλιματικά χαρακτηριστικά 4.3.1.1 Θερμό-Υγρό κλίμα (Θεσσαλονίκη) Η Ελλάδα είναι μια από τις πιο ηλιόλουστες χώρες της Ευρώπης. Βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο της Ευρώπης και έχει γενικά ήπιο κλίμα. Το χαρακτηριστικό του κλίματος είναι οι ήπιοι και υγροί χειμώνες και τα ζεστά και ξηρά καλοκαίρια. Η Θεσσαλονίκη ( βόρειο γεωγραφικό πλάτος 40 31' και ανατολικό γεωγραφικό μήκος 22 58'), η οποία εξετάζεται στην παρούσα εργασία, είναι η δεύτερη μεγαλύτερη πόλη στην Ελλάδα και η πρωτεύουσα της περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας. Λόγω της θάλασσας, η Θεσσαλονίκη επηρεάζεται άμεσα από αυτήν. [49] Έχει αποδειχθεί ότι οι περιοχές κατά μήκος και τα κτίρια κοντά στο Θερμαϊκό κόλπο, επηρεάζονται ακόμα περισσότερο από την αύρα της θάλασσας. Σύμφωνα με την ταξινόμηση του κλίματος (Koppen CFA), η πόλη έχει ένα υγρό υποτροπικό κλίμα που συνορεύει με ένα ημίξηρο κλίμα. Τα δεδομένα από τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό δείχνουν ότι οι μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια του χειμώνα είναι 5,3-11,1 ο C. Οι χειμώνες είναι σχετικά ξηροί, με παγετό τις πρωινές ώρες. Κατά τη διάρκεια των ψυχρότερων χειμώνων, οι θερμοκρασίες μπορεί να πέσουν στους -10 C. Έτσι η ελάχιστη θερμοκρασία που έχει καταγραφέα ήταν -14 C. Κατά μέσο όρο, στη Θεσσαλονίκη επικρατούν 32 ημέρες το χρόνο θερμοκρασίες κάτω από τους 0 C. Ο άνεμος είναι επίσης ένα συνηθισμένο φαινόμενο για την πόλη της Θεσσαλονίκης. Τα καλοκαίρια είναι ζεστά και υγρά. Οι μέσες θερμοκρασίες είναι 22,8 έως 25,1 ο C, ωστόσο οι θερμοκρασίες συχνά κυμαίνονται πάνω από 30 C. Η μέγιστη θερμοκρασία που έχει καταγραφέα είναι 42 C. 4.3.1.2 Θερμό-Ξηρό κλίμα (Λευκωσία) Η Κύπρος βρίσκεται στη νότια Ευρώπη ανατολικά της Μεσογείου και 75 χιλιόμετρα νότια της Τουρκίας. Το κλίμα της χαρακτηρίζεται ως ένα καυτό υποτροπικά ημίξηρο κλίμα, σύμφωνα με την κατάταξη του κλίματος (Koppen). Έχει μακρά, ζεστά και ξηρά καλοκαίρια 38

με υψηλές θερμοκρασίες, ωστόσο, λόγω θαλασσινής αύρας, μια ευχάριστη ατμόσφαιρα δημιουργείται στις παράκτιες περιοχές. Οι μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού είναι 32 ο C. Οι χειμώνες είναι σχετικά υγροί και ήπιοι, με μέση θερμοκρασία 12 έως 15 ο C. Επιπλέον, το φθινόπωρο και η άνοιξη είναι σύντομες εποχές, με μέσες θερμοκρασίες 21 έως 28 ο C. Οι βροχοπτώσεις είναι σχετικά υψηλές, μόνο κατά τη διάρκεια του Δεκεμβρίου και του Ιανουαρίου. Η Λευκωσία (βόρειο γεωγραφικό πλάτος 35 11' και ανατολικό γεωγραφικό μήκος 33 23'), είναι η πρωτεύουσα της Κύπρου και βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα του νησιού. Το βασικό πρόβλημα με το κλίμα της Λευκωσίας είναι η υπερθέρμανση, που μειώνει την επίδραση της εξάτμισης κατά την ψύξη. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι, όπως έχουν πει οι G. Manioglu και Z. Yılmaz [49] ένα δυναμικό μοντέλο θα πρέπει να χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της θερμικής απόδοσης των περιοχών με ζεστό και ξηρό κλίμα, και πως η θερμοχωρητικότητα του κτιριακού κελύφους πρέπει να είναι ένας από τους παράγοντες που θα ληφθούν υπόψη. 4.3.1.3 Ψυχρό-Υγρό κλίμα (Λονδίνο) Η τρίτη χώρα είναι το Ηνωμένο Βασίλειο της Μεγάλης Βρετανίας και της Βόρειας Ιρλανδίας. Το Ηνωμένο Βασίλειο είναι περιτριγυρισμένο από τον Ατλαντικό Ωκεανό, τη Βόρεια Θάλασσα, το κανάλι της Μάγχης και τη Θάλασσα της Ιρλανδίας. Το κλίμα της είναι εύκρατο με άφθονες βροχοπτώσεις όλο το χρόνο. Οι άνεμοι πνέουν από τα νότιο-δυτικά, αν και οι ανατολικές περιοχές είναι κυρίως προστατευμένες από τον άνεμο. Το Λονδίνο (βόρειο γεωγραφικό πλάτος 51 30 'και ανατολικό γεωγραφικό μήκος 0 10'), βρίσκεται στο νότο. Σύμφωνα με την εθνική μετεωρολογική υπηρεσία του Ηνωμένου Βασιλείου, οι χειμώνες είναι ψυχροί και κρύοι με θερμοκρασίες που πέφτουν κάτω από τους -4 C ή αυξάνονται πάνω από 14 C. Τα καλοκαίρια στο Λονδίνο είναι ζεστά. Η μέση θερμοκρασία είναι περίπου 24 C. Ωστόσο, το Λονδίνο επηρεάζεται από την αστική θερμική νησίδα, με αποτέλεσμα αύξηση της θερμοκρασίας κατά 5 C στο κέντρο της πόλης, σε σχέση με τα περίχωρα. Τα δεδομένα αποκαλύπτουν ότι κατά τη διάρκεια του 2003 και τουευρωπαϊκού κύματος καύσωνα υπήρχαν 14 συνεχόμενες ημέρες με θερμοκρασίες πάνω από 30 C. 4.3.1.4 Ψυχρό-Ξηρό κλίμα (Μόναχο) Η τελευταία πόλη είναι το Μόναχο (βόρειο γεωγραφικό πλάτος 48 8' και ανατολικό γεωγραφικό μήκος 11 34'). Βρίσκεται στις όχθες του ποταμού Isar βόρεια των Βαυαρικών 39

Άλπεων. Στις περισσότερες περιοχές της Γερμανίας κυριαρχούν υγροί δυτικοί άνεμοι. Η διαφορά με τα δύο προηγούμενα κλίματα είναι ότι στη Γερμανία οι βροχοπτώσεις συμβαίνουν κυρίως το καλοκαίρι. Συγκεκριμένα, ο Ιούνιος και ο Αύγουστος είναι οι πιο υγροί μήνες, ενώ η πιο ξηρή περίοδος είναι κατά τον Οκτώβριο και το Φεβρουάριο. Ωστόσο, στα Ανατολικά έχει πιο ηπειρωτικό κλίμα με πολύ ψυχρούς χειμώνες και θερμά καλοκαίρια και με μεγάλες περιόδους ξηρασίας. Το Μόναχο διαθέτει ένα ηπειρωτικό κλίμα, έντονα επηρεασμένο από την εγγύτητα των Άλπεων. Το υψόμετρο της πόλης και κοντά στο βόρειο άκρο των Άλπεων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι η βροχόπτωση είναι υψηλή. Το εύρος της θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας ή το καλοκαίρι και το χειμώνα μπορεί να είναι ακραίο. Ένα ζεστό ρεύμα αρέα από τις Άλπεις μπορεί να αυξήσει θερμοκρασίες απότομα μέσα σε λίγες ώρες, ακόμα και το χειμώνα. [49] Οι χειμώνες διαρκούν από τον Δεκέμβριο μέχρι τον Μάρτιο. Το Μόναχο βιώνει κρύους χειμώνες, αλλά οι έντονες βροχοπτώσεις είναι σπάνιες στη διάρκεια του χειμώνα. Ο ψυχρότερος μήνας είναι ο Ιανουάριος με μέση θερμοκρασία -2.2 C. Η χιονοκάλυψη παρατηρείται για τουλάχιστον δύο εβδομάδες, κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Τα καλοκαίρια στην πόλη του Μονάχου είναι ζεστά, με μέση μέγιστη θερμοκρασία στους 24,0 C, το θερμότερο μήνα Ιούλιο. Τα καλοκαίρια διαρκούν από το Μάιο μέχρι το Σεπτέμβριο. Οι βροχοπτώσεις είναι ιδιαίτερα έντονες κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, από Μάιο έως Σεπτέμβριο. Λόγω της θερμικής νησίδας και του αστικού περιβάλλοντος της πόλης, η θερμοκρασία στο κέντρο της πόλης του Μονάχου μπορεί να είναι κατά 4 C υψηλότερη από ό, τι στις γύρω περιοχές. [49] 4.3.2 Νομικό πλαίσιο Η Ευρωπαϊκή Ένωση τον Μάρτιο του 2007 έθεσε τους στόχους για το κλίμα και την ενέργεια. Η πολιτική που προτείνεται, που είναι γνωστή ως "20-20-20", έχει τρεις κύριους στόχους για το 2020: μείωση κατά ένα ποσοστό ίσο με το 20%, στην ΕΕ, των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου όσον αφορά τα επίπεδα του 1990, αύξηση του μεριδίου των ανανεώσιμων πηγών στην παραγωγή πόρων, στην ΕΕ, κατά 20% και τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης, στην ΕΕ, κατά 20%. Οι στόχοι αυτοί είναι υποχρεωτικοί και τα κράτη μέλη της ΕΕ πρέπει να συμμορφώνονται με αυτούς. Έτσι, τα νέα κτίρια πρέπει να κατασκευάζονται σύμφωνα με τους νέους κανονισμούς, προκειμένου να είναι πιο 40

αποτελεσματικά. Η παρούσα εργασία είναι μια προσπάθεια, να δειχτεί πως η θερμική μάζα του κτιρίου μπορεί να επηρεάσει την ενεργειακή συμπεριφορά αυτού. [49] 4.3.2.1 Εφαρμογή της Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΕΑΚ) στην Ελλάδα Στην Ελλάδα, η πρώτη προσπάθεια που να περιλαμβάνει την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων στην εθνική νομοθεσία έγινε με το έργο, καλούμενο ως «Ενέργεια 2001». Ωστόσο, η πρώτη δημοσίευση του κανονισμού (KOXEE) ολοκληρώθηκε στις αρχές του 2004. Μετά από τέσσερα χρόνια, η Ελλάδα κατάφερε να προσαρμόσει την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων από το εθνικό δίκαιο N.3661/2008. Με τις εθνικές νομοθεσίες N.3855/2010 και N.3851/2010 για τις ΑΠΕ, η Ελλάδα συμμορφωνόταν με τις Ευρωπαϊκές Οδηγίες 2006/32/ΕΚ και 2009/28/ΕΚ αντίστοιχα. Ο Ελληνικός κανονισμός ωστόσο είναι ουσιαστικά μια μετάφραση από τον ευρωπαϊκό, και καλείται "Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων - ΚΕΝΑΚ", και στον οποίο οι έλεγχοι για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, σε συνδυασμό με τα συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού εισάγονται. Επιπλέον, εισήχθησαν μέσω του ΚΕΝΑΚ χαμηλότερες τιμές του συντελεστή θερμοπερατότητας U για τις τέσσερις ελληνικές κλιματικές ζώνες. Επιπλέον, τέσσερις τεχνικές κατευθυντήριες γραμμές (TOTEE) δημοσιεύθηκαν και ένα πρόγραμμα προσομοίωσης (ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ) αναπτύχθηκε για την πλήρη εφαρμογή του ΚΕΝΑΚ. [49] Για τα νέα κτίρια ορίσθηκαν συγκεκριμένες απαιτήσεις και για τα υπάρχοντα εισήχθη μια ταξινόμηση, ανάλογη με την ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου. Έτσι, εάν ένα υπάρχον κτίριο υποβάλλεται σε ριζική ανακαίνιση, θα πρέπει να ταξινομείται τουλάχιστον ως B κλάσης. [49] Για τη παρούσα εργασία τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων δομικών στοιχείων ελήφθησαν με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της κάθε χώρας. Η ελληνική επικράτεια διαιρείται σε τέσσερις κλιματικές ζώνες με βάση τις βαθμοημέρες θέρμανσης. Η Θεσσαλονίκη κατατάσσεται στην τρίτη ζώνη (Γ). Οι ελάχιστες απαιτήσεις για τις τιμές U άλλαξαν με την εφαρμογή του ΚΕΝΑΚ. 4.3.2.2 Εφαρμογή της Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΕΑΚ) στην Κύπρο Στην Κύπρο, ο νόμος για την ΕΑΚ βασίζεται στον κανονισμό για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων L. 142 (Ι) / 2006. Η εφαρμογή του νόμου αυτού ολοκληρώθηκε το 2009, μαζί με την έναρξη του Πιστοποιητικού Ενεργειακής Απόδοσης (ΠΕΑ). Το 2009 μια νέα Προεδρική Απόφαση ψηφίστηκε, με πιο αυστηρές απαιτήσεις, τόσο για το μέσο συντελεστή θερμοπερατότητας (U) του κελύφους του κτιρίου, όσο και του ΠΕΑ με κατηγορία Β. Το ΠΕΑ, μια διαδικασία δύο σταδίων, έγινε υποχρεωτική το 2010. Κατά την πρώτη φάση μόνο κτίρια κατοικιών έπρεπε να πιστοποιηθούν, αλλά στο δεύτερο πιστοποιήθηκαν εμπορικά, 41

εκπαιδευτικά, γραφεία και όλα τα άλλα μη οικιστικά κτίρια. Η μεθοδολογία περιγράφεται στον «Οδηγό Θερμομόνωσης Κτιρίων (2 η έκδοση)» και στη «Μεθοδολογία υπολογισμού της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων». [49] Για τη παρούσα διπλωματική εργασία τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων δομικών στοιχείων, ελήφθησαν με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της κάθε χώρας. Σύμφωνα με τις νέες απαιτήσεις απόδοσης του Υπουργείου Ενέργειας, που εξέδωσε τις τιμές του συντελεστή θερμοπερατότητας U, παραμένει το ίδιο με τους κανονισμούς του 2007 για το κέλυφος του κτιρίου, αλλά οι απαιτήσεις γίνονται πιο αυστηρές, καθώς τώρα το κτίριο υπολογίζεται ως μία οντότητα. 4.3.2.3 Εφαρμογή της Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΕΑΚ) στο Ηνωμένο Βασίλειο Στην Αγγλία και την Ουαλία ήταν το 2010, όταν κάποιες αναθεωρήσεις των Οικοδομικών Κανονισμών και οι Εγκεκριμένων Επιθεωρητών ξεκίνησαν. Στη Σκωτία «Οι κανονισμοί τροποποίησης των κτιρίων 2010» ( The Building Amendment Regulations 2010 ) ξεκίνησαν επίσης το 2010. Ωστόσο, στη Βόρεια Ιρλανδία, η ίδια νομοθεσία εισήχθη το 2006. Στην Αγγλία, η πιστοποίηση υλοποιήθηκε και ολοκληρώθηκε το 2008, οπότε τα Πιστοποιητικά Ενεργειακής Απόδοσης (ΠΕΑ) έγιναν υποχρεωτικά. Όπως και στις προηγούμενες ευρωπαϊκές χώρες, τα ΠΕΑ δείχνουν την ενεργειακή απόδοση ενός κτιρίου και έχουν μια κλίμακα διαβάθμισης. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, η ενέργεια που χρησιμοποιείται σε κτίρια υπολογίζεται σχεδόν στο 50% του συνόλου των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα του Ηνωμένου Βασιλείου, έτσι είναι μεγίστης σημασίας για την ταχεία βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του υφιστάμενου κτιριακού αποθέματος. Το Ηνωμένο Βασίλειο υποστηρίζει σθεναρά τις προσπάθειες για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Συγκεκριμένα, η κυβέρνηση έχει θέσει πρόσφατα ένα δεσμευτικό στόχο για μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά 80 % μέχρι το 2050. [49] Σύμφωνα με την συγκριτική ανάλυση [49] το ΠΕΑ κατέστη υποχρεωτικό στην Αγγλία και την Ουαλία, από τον πρώτο μήνα του 2008 για τις νέες κατοικίες, ενώ για εμπορικά κτίρια από τα μέσα του 2008. Στην Αγγλία και την Ουαλία, οι αξιολογητές ενέργειας πρέπει να είναι κάτοχοι τίτλου στην τρέχουσα Επιθεώρηση Ενέργειας. Ο εκτιμητής της ενέργειας πρέπει να είναι μέλος ενός συστήματος διαπίστευσης, εγκεκριμένο από την κυβέρνηση. Κάθε σύστημα πιστοποίησης είναι υπεύθυνο και διασφαλίζει ότι οι αξιολογητές ενέργειας έχουν τα κατάλληλα προσόντα για τη διεξαγωγή αξιολογήσεων και τη διασφάλιση της ποιότητας των αξιολογήσεων. 42

Για τη παρούσα μελέτη, τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων δομικών στοιχείων ελήφθησαν με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της κάθε χώρας. Στο Λονδίνο οι απαιτήσεις χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: για κατοικίες και μη-κατοικίες.. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι υπάρχει υποχρέωση, της μείωσης κατά 25% των εκπομπών CO2 σε όλη την κτιριακή κατασκευή. 4.3.2.4 Εφαρμογή της Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΕΑΚ) στη Γερμανία Στη Γερμανία ήταν τον Οκτώβριο του 2009, όταν το «Διάταγμα Εξοικονόμησης Ενέργειας» ξεκίνησε σε συνδυασμό με την υποχρέωση να χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για θέρμανση σε νέα κτίρια. Από το 2002 ένα «Πιστοποιητικό Ενεργειακής Απόδοσης» είναι υποχρεωτικό για τα νέα ή ανακαινισμένα κτίρια τα οποία, προκειμένου να είναι πιστοποιημένα, περιέχουν τυποποιημένα έντυπα. Ο πρώτος κανονισμός αναπτύχθηκε το 1982. Από το 1995, η ενεργειακή απόδοση των νέων κτιρίων είναι αντικείμενο ενός εγγράφου που καθορίζεται από το νόμο. Για τη παρούσα διπλωματική εργασία τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων δομικών στοιχείων ελήφθησαν με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της κάθε χώρας. Η μεθοδολογία υπολογισμού των απαιτήσεων για τα μη οικιακά κτίρια στη Γερμανία έχει ήδη γίνει μεθοδολογία για το κτίριο αναφοράς. Ωστόσο, για την ενεργειακή απόδοση του κελύφους του κτιρίου μια ελάχιστη απαίτηση τέθηκε επίσης. [49] 4. 4 Περιγραφή τυπολογίας κτιρίων Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν τέσσερις (4) τυπολογίες κτιρίων. Το βασικό χαρακτηριστικό είναι ότι όλα τα κτίρια έχουν τον ίδιο όγκο και αλλάζει μόνο η γεωμετρία τους. Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι τέσσερις διαφορετικοί τύποι κτιρίων που εξετάζονται. Η ενεργειακή συμπεριφορά της κάθε τυπολογίας ανάλογα με τη θερμική μάζα είναι ένα από τα ζητούμενα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. 43

Compact Lineal U_type L_type Πίνακας 1: Τυπολογίες κτιρίων 4.5 Παραδοχές προσομοίωσης 4.5.1 Κλιματικά δεδομένα Τα μετεωρολογικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση δίνoνται από το πρόγραμμα προσομοίωσης Energy Plus. Τα κλιματικά δεδομένα είναι διαθέσιμα για πάνω από 2.000 περιοχές σε μια μορφή αρχείου που μπορεί να διαβαστεί από το Energy Plus. Τα δεδομένα καιρού προέρχονται από 20 πηγές και είναι τοποθετημένα στον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό, ανά περιοχή και ανά Χώρα. Τα κλιματικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των κτιρίων σto Energy Plus καλύπτουν μια τυπική χρονιά για τους υπολογισμούς της ενεργειακής κατανάλωσης. Το τυπικό έτος που χρησιμοποιήθηκε είναι της μορφής IWEC (International Weather for Energy 44

Calculations) και είναι το αποτέλεσμα του ερευνητικού προγράμματος ASHRAE 1015 που υλοποιείται από την ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers). Technical Committee 4.2. 4.5.2 Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και θερμική μάζα Τα χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων έχουν ληφθεί με βάση την ισχύουσα νομοθεσία της κάθε χώρας. Οι εντός των απαιτήσεων περιορισμοί που χρησιμοποιήθηκαν για κάθε πόλη δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Οι τιμές του συντελεστή θερμοπερατότητας U[W/m 2.K] που χρησιμοποιήθηκαν για τα διάφορα κατασκευαστικά στοιχεία παρουσιάζονται στον πίνακα 2. Συντελεστής θερμοπερατότητας U [W/m 2.K] Θεσσαλονίκη / Ελλάδα Λευκωσία / Κύπρος Λονδίνο / Ηνωμένο Βασίλειο Μόναχο / Γερμανία Εξωτερική τοιχοιποιία 0.39 0.55 0.33 0.27 Δοκοί/Υποστηλώματα 0.41 0.54 0.33 0.28 Δάπεδο σε επαφή με έδαφος Οροφή σε επαφή με εξωτερικό αέρα 0.65 0.57 0.25 0.28 0.65 0.57 0.25 0.28 Πίνακας 2: Συντελεστές θερμοπερατότητας δομικών στοιχείων Η θερμική μάζα του κτιριακού κελύφους εξετάζεται στην παρούσα εργασία, με σκοπό να ερευνηθεί ο τρόπος, με τον οποίο επηρεάζει την ενεργειακή συμπεριφορά των κτιρίων. Τα κτίρια, ανάλογα με τη θερμική τους μάζα, κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες όπως φαίνεται και στο παρακάτω πίνακα. Μικρή < 130 kj/m 2 K Θερμοχωρητικότητα Μεσαία 130 260 (165 kj/m 2 K) Υψηλή > 260 kj/m 2 K Πίνακας 3: Θερμική Μάζα κτιρίων 45

Οι διατομές που χρησιμοποιούνται για τα κατασκευαστικά στοιχεία σε κάθε διαφορετικό κλίμα λαμβάνουν τιμές θερμοχωρητικότητας όσο το δυνατόν πλησιέστερα με αυτές που παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Οι κατασκευαστικές λεπτομέρειες για δοκούς και υποστυλώματα δεν διαφέρουν μεταξύ μικρής, μεσαίας και υψηλής θερμοχωρητικότητας κατασκευής για στατικούς λόγους.. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι οι δοκοί και τα υποστυλώματα αποτελούν μόνο το 10-15% της περιοχής του συνολικού κτιρίου έχουν αμελητέα επίδραση στους υπολογισμούς. 4.5.3 Θερμοκρασίες σχεδιασμού Στο λογισμικό προσομοίωσης έπρεπε να εισαχθούν οι θερμοκρασίες σχεδιασμού των κτιρίων. Συγκεκριμένα, οι θερμοκρασίες σχεδιασμού ήταν στους 26 o C για τη περίοδο ψύξης και στους 20 o C για τη περίοδο θέρμανσης. Επιλέχθηκαν οι συγκεκριμένες τιμές θερμοκρασιών, ώστε να είναι όσο πιο κοντά γίνεται στις συνθήκες θερμικής άνεσης του ανθρώπου. Το λογισμικό λοιπόν υπολογίζει την ενέργεια που απαιτείται ώστε να διατηρείται η θερμοκρασία, εντός των κτιρίων, στις τιμές που επιλέχθηκαν. 4.5.4 Εσωτερικά κέρδη Τα εσωτερικά φορτία προκύπτουν από τους ανθρώπους, το φωτισμό και τον εξοπλισμό και εξαρτώνται από τον αριθμό των ανθρώπων, το είδος της δραστηριότητας τους και το χρόνος λειτουργίας όλων των συσκευών. Κατά τη φάση του σχεδιασμού όλα τα εσωτερικά φορτία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Όσο περισσότερο αυξάνονται τα εσωτερική φορτία, τόσο υψηλότερες είναι οι ανάγκες ψύξης και εξαερισμού και λιγότερες οι ανάγκες θέρμανσης. Για την πραγματοποίηση της προσομοίωσης θεωρείται ότι τα κτίρια έχουν μέτρια χρήση και επομένως τα εσωτερικά φορτία λαμβάνουν τις τιμές που φαίνονται στον Πίνακα 4. Εσωτερικά θερμικά Φωτισμός [W/m 2 ] Άνθρωποι Εξοπλισμός κέρδη [m 2 /person] [W/m 2 ] Μέτρια χρήση 10 10 9 Πίνακας 4: Εσωτερικά φορτία 46

4.6 Σενάρια προσομοίωσης Παρακάτω παρατίθεται ένας πίνακας με τα σενάρια προσομοίωσης και τις κωδικές τους ονομασίες. Συντομογραφία Επεξήγηση Compact_Low_mass Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) χαμηλής θερμοχωρητικότητας Compact_Med_mass Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) μεσαίας θερμοχωρητικότητας Compact_High_mass Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) υψηλής θερμοχωρητικότητας L_type_Low_mass Τυπολογία κάτοψης L (L_type) χαμηλής θερμοχωρητικότητας L_type_Med_mass Τυπολογία κάτοψης L (L_type) μεσαίας θερμοχωρητικότητας L_type_High_mass Τυπολογία κάτοψης L (L_type) υψηλής θερμοχωρητικότητας Lineal_Low_mass Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) χαμηλής θερμοχωρητικότητας Lineal_Med_mass Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) μεσαίας θερμοχωρητικότητας Lineal_High_mass Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) υψηλής θερμοχωρητικότητας U_type_Low_mass Τυπολογία κάτοψης U (U_type) χαμηλής θερμοχωρητικότητας U_type_Med_mass Τυπολογία κάτοψης U (U_type) μεσαίας θερμοχωρητικότητας U_type_High_mass Τυπολογία κάτοψης U (U_type) υψηλής θερμοχωρητικότητας Πίνακας 5: Σενάρια προσομοίωσης 47

5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΤΟ ENERGY PLUS Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και κατόπιν ερμηνεύονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη προσομοίωση των κτιρίων στο Energy Plus. Ο βαθμός στον οποίο η θερμική μάζα σε συνδυασμό με την τυπολογία και τα κλιματικά δεδομένα επηρεάζουν την ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, θα επεξηγηθούν με τη βοήθεια γραφημάτων και διαγραμμάτων. Συγκεκριμένα γίνεται συγκριτική παρουσίαση της τελικής ενέργειας θέρμανσης και ψύξης για κάθε σενάριο καθώς και της συνολικής πρωτογενούς ενέργειας αντίστοιχα, για κάθε τυπολογία κτιρίου και κάθε κλίμα. 5.1 Θερμό-Υγρό κλίμα (Θεσσαλονίκη) Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για την περιοχή της Θεσσαλονίκης για τις διάφορες τυπολογίες των κτιρίων. Η Θεσσαλονίκη είναι μια πόλη όπου τόσο η θέρμανση όσο και η ψύξη είναι της ίδιας σημασίας. 5.1.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) Σχήμα 7: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη της Θεσσαλονίκης 48

Σχήμα 8: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη της Θεσσαλονίκης Στο κτίριο γραφείων με τετραγωνική κάτοψη (τυπολογία Compact) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 18,25 kwh/m 2, 15,2 kwh/m 2 και 13,91 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αυξημένη παρατηρείται η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 76,65 kwh/m 2, 73,34 kwh/m 2 και 73,58 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Παρατηρώντας τα σχήματα 7 και 8, προκύπτει πως στη τυπολογία Compact, η τελική ενέργεια ψύξης μειώνεται κατά περίπου 4,3% (3,3 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας δεν έχει ιδιαίτερη επίπτωση στην κατανάλωση ενέργειας. Όσον αφορά τη τελική ενέργεια θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 16,5% (3 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 23,8% (4,3 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση 5,3% (12,25kWh/m 2 ) και 5,5% (13 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από το κτίριο μικρής στο κτίριο μεσαίας και μεγάλης θερμοχωρητικότητας αντίστοιχα. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα) η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. Είναι επομένως σημαντικό να 49

προσδιοριστεί κατά το σχεδιασμό το ποσό της θερμοχωρητικότητας που είναι απαραίτητο ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη συμπεριφορά του κτιρίου. 5.1.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) Σχήμα 9: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης Σχήμα 10: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης 50

Στο κτίριο γραφείων με παραλληλόγραμμη κάτοψη (τυπολογία Lineal) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 25,7 kwh/m 2, 22,62 kwh/m 2 και 22,46 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αυξημένη παρατηρείται και πάλι η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 94,15 kwh/m 2, 95,08 kwh/m 2 και 88,87 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 9 και 10 παρατηρείται πως στην τυπολογία Lineal οι καταναλώσεις τελικής ενέργειας για ψύξη, δεν διαφέρουν από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 5,6% (5,3 kwh/m 2 ) στα φορτία ψύξης. Όσον αφορά τις καταναλώσεις τελικής ενέργειας για θέρμανση παρατηρείται μια μείωση 12% (3,1 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 12,5% (3,3 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση στο 2,5% (18,7 kwh/m 2 ) περίπου, κατά τη μετάβαση από το κτίριο μικρής στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας και σχεδόν καμία μεταβολή κατά τη μετάβαση σε ένα κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο ορθογωνικής κάτοψης (τυπολογία Lineal) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα) η αύξηση της θερμοχωρητικότητας έχει θετικά αποτελέσματα, όταν φτάνει στα επίπεδα της μεγάλης θερμικής μάζας, ενώ η μεσαία θερμική μάζα δεν φαίνεται να οδηγεί σε σημαντική βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. 51

5.1.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type) Σχήμα 11: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης Σχήμα 12: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης Στο κτίριο γραφείων, κάτοψης U (U_type) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 42,78 kwh/m 2, 39,3 kwh/m 2 και 53,4 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Ιδιαίτερα αυξημένη παρατηρείται η τελική ενέργεια για 52

ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 126,5 kwh/m 2, 126,47 kwh/m 2 και 107,69 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 11 και 12 της τυπολογίας U, παρατηρείται πως οι καταναλώσεις ενέργειας για ψύξη δεν διαφέρουν από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας, αποφέρει μια μείωση της τάξης του 15% (18,81 kwh/m 2 ). Όσον αφορά τη θέρμανση παρατηρείται μια μείωση 8.1% (3,48 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια αύξηση 24,8% (10,6 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Αυτή η αύξηση πιθανώς να οφείλεται σε έναν συνδυασμό μεγαλύτερης, από της απαιτούμενης, θερμικής μάζας και αυξημένου σκιασμού που προκαλεί η γεωμετρία της τυπολογίας που μελετάται. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 10% (43,4 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας και μια ελάχιστη μείωση στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας έχει θετικά αποτελέσματα, και στις δύο περιπτώσεις μεσαία και μεγάλης θερμοχωρητικότητας. 5.1.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type) Σχήμα 13: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης 53

Σχήμα 14: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη της Θεσσαλονίκης Στο κτίριο γραφείων κάτοψης L (L_type) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 19 kwh/m 2, 16,09 kwh/m 2 και 14,79 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη είναι 74,9 kwh/m 2, 71,68 kwh/m 2 και 71,9 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Από τα σχήματα 13 και 14 παρατηρείται πως οι απαιτήσεις ψύξης μειώνονται κατά περίπου 4,3% (3,23 kwh/m 2 ) καθώς αυξάνεται σε μεσαία η θερμοχωρητικότητα του κτιριακού κελύφους. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας δεν προκαλεί κάποια επίπτωση στις καταναλώσεις ψύξης. Όσον αφορά τη θέρμανση, φαίνεται μια μείωση 15,3%(2,91 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 22,2%(4,21 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 5,2%(12,4 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από το κτίριο μικρής στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και σχεδόν καμιά επίπτωση καθώς μελετάται ένα κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης L (L_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. Είναι επομένως σημαντικό να προσδιοριστεί κατά το σχεδιασμό το ποσό της θερμοχωρητικότητας που είναι απαραίτητο ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη συμπεριφορά του κτιρίου. 54

Συνοψίζοντας τα παραπάνω αποτελέσματα για τη πόλη της Θεσσαλονίκης, ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης (Compact) αν και φαίνεται να έχει ελαφρώς καλύτερη ενεργειακή συμπεριφορά από ένα κτίριο κάτοψης L (L_type), κατά τη περίοδο θέρμανσης, εντούτοις το τελευταίο παρουσιάζει μικρότερη τελική ενέργεια ψύξης και συνολικά, λιγότερη απαιτούμενη πρωτογενή ενέργεια. Ένα κτίριο παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) είναι το αμέσως συμφερότερο, ακολουθούμενο από ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), το οποίο δείχνει να έχει σαφώς μεγαλύτερες καταναλώσεις από τις υπόλοιπες τυπολογίες. Η θερμική μάζα δείχνει ακόμη να επηρεάζει κυρίως τις καταναλώσεις θέρμανσης, καθώς παρατηρείται σταθερή μείωση τους πάνω από 10% και 20%, στα κτίρια μεσαία και μεγάλης θερμοχωρητικότητας αντίστοιχα. Οι καταναλώσεις ψύξης μειώνονται επίσης με την αύξηση της θερμικής μάζας, αλλά σε μικρότερο βαθμό. Σταθερή μείωση σε ένα ποσοστό 5% φαίνεται να έχει και η απαιτούμενη πρωτογενής ενέργεια. 5.2 Θερμό-Ξηρό κλίμα (Λευκωσία) Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για την περιοχή της Λευκωσίας. Η Λευκωσία έχει ένα ζεστό υποτροπικό και ημίξηρο κλίμα με μεγάλα, ζεστά και ξηρά καλοκαίρια και σχετικά υγρούς και ήπιους χειμώνες. Ως εκ τούτου, η Λευκωσία είναι μια πόλη όπου οι ανάγκες ψύξης είναι οι πιο κρίσιμες στα κτίρια. 5.2.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) Σχήμα 15: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη της Λευκωσίας 55

Σχήμα 16: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη της Λευκωσίας Στο κτίριο γραφείων με τετραγωνική κάτοψη (τυπολογία Compact) η τελική ενέργεια για θέρμανση παρουσιάζεται ιδιαίτερα χαμηλή σε όλες τις περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας του κελύφους, με τιμές 1,95 kwh/m 2, 0,61 kwh/m 2 και 0,33 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αυξημένη παρατηρείται η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 98,78 kwh/m 2, 97,08 kwh/m 2 και 97,6 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Βλέποντας τα σχήματα 15 και 16, παρατηρείται πως στη τυπολογία Compact, η τελική ενέργεια ψύξης μειώνεται κατά περίπου 1,7% (1,7 kwh/m 2 ), κατά τη μετάβαση από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας δεν έχει ιδιαίτερη επίπτωση. Όσον αφορά τη τελική ενέργεια θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 68,7% (1,34 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 83% (1,52 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 2% (6,3 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και καμία περαιτέρω επίπτωση κατά τη μετάβαση σε ένα κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα) η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά 56

αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. 5.2.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) Σχήμα 17: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Λευκωσίας Σχήμα 18: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη της Θεσσαλονίκης 57

Στο κτίριο γραφείων με παραλληλόγραμμη κάτοψη (τυπολογία Lineal) η τελική ενέργεια για θέρμανση παρουσιάζεται ιδιαίτερα χαμηλή σε όλες τις περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας του κελύφους, με τιμές 2,28 kwh/m 2, 0,94 kwh/m 2 και 0,76 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αυξημένη αντιθέτως παρατηρείται η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 115,26 kwh/m 2, 117,62 kwh/m 2 και 112,17 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 17 και 18 παρατηρείται πως στην τυπολογία Lineal οι καταναλώσεις τελικής ενέργειας για ψύξη αυξάνονται κατά 2% (2,36 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από το κτίριο με μικρή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 2,3% (3,08 kwh/m 2 ) (σε σχέση με την αρχική κατανάλωση),στα φορτία ψύξης. Όσον αφορά τις καταναλώσεις τελικής ενέργειας για θέρμανση παρατηρείται μια μείωση 58,7% (1,34 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 66,6% (1,52 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μικρή αύξηση περίπου στο 1,7% (5,44 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μία μείωση 3% (10,54 kwh/m 2 ) σε ένα κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο ορθογωνικής κάτοψης για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας έχει θετικά αποτελέσματα, και στις δύο περιπτώσεις μεσαίας και μεγάλης θερμοχωρητικότητας. 58

5.2.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type) Σχήμα 19: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_typeκαι την πόλη του Μονάχου Σχήμα 20: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη της Λευκωσίας Στο κτίριο γραφείων κάτοψης U (U_type), η τελική ενέργεια για θέρμανση παρουσιάζεται ιδιαίτερα χαμηλή σε όλες τις περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας του κελύφους, με τιμές 5,19 kwh/m 2, 2,38 kwh/m 2 και 11,64 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή 59

θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη παρατηρείται και πάλι ιδιαίτερα αυξημένη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 160,49 kwh/m 2, 162,21 kwh/m 2 και 139,34 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 19 και 20 παρατηρείται πως οι καταναλώσεις ενέργειας για ψύξη δεν διαφέρουν από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 13,2%, (21,15 kwh/m 2 ) στην τελική ενέργεια ψύξης. Όσον αφορά τη θέρμανση παρατηρείται μια μείωση 54,4% (2,8 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και ένας διπλασιασμός των καταναλώσεων θέρμανσης στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Αυτή η αύξηση πιθανώς να οφείλεται σε έναν συνδυασμό μεγαλύτερης θερμικής μάζας από την απαιτούμενη και μεγαλύτερου σκιασμού που προκαλεί η γεωμετρία της τυπολογίας, όπως έχει προαναφερθεί. Τέλος, στο σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 11,5%, (54,57 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από ένα κτίριο μικρής σε ένα κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας και μια ελάχιστη αύξηση για τη περίπτωση της μεσαίας θερμικής μάζας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης U (U_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα) η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει ελάχιστες αρνητικές συνέπειες στην ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, ενώ η περαιτέρω αύξηση οδηγεί σε σαφή βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. 60

5.2.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type) Σχήμα 21: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη της Λευκωσίας Σχήμα 22:Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη της Λευκωσίας 61

Στο κτίριο γραφείων κάτοψης L (L_type) η τελική ενέργεια για θέρμανση παρουσιάζεται ιδιαίτερα χαμηλή σε όλες τις περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας του κελύφους, με τιμές 2,19 kwh/m 2, 0,74 kwh/m 2 και 0,4 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αυξημένη αντιθέτως παρατηρείται η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 96,98 kwh/m 2, 95,37 kwh/m 2 και 95,9 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Από τα σχήματα 21 και 22 παρατηρείται πως οι απαιτήσεις ψύξης μειώνονται κατά περίπου 1,6%, (1,61 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα, στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας, δεν προκαλεί κάποια μεταβολή στις καταναλώσεις ψύξης. Όσον αφορά τις ανάγκες για θέρμανση, φαίνεται μια μείωση 66% (1,45 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 81% (1,79 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας να μειώνεται περίπου στο 2,2% (6,19 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και να μη μεταβάλλεται παραπέρα, στο κτίριο υψηλής θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης L (L_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά της Λευκωσίας (θερμόξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. Παρατηρώντας τα παραπάνω αποτελέσματα για τη πόλη της Λευκωσίας, ένα κτίριο κάτοψης L (L_type) φαίνεται να έχει καλύτερη ενεργειακή συμπεριφορά από ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης (Compact), κατά τη περίοδο ψύξης. Δεν αξίζει να δοθεί ιδιαίτερη σημασία και βαρύτητα στις καταναλώσεις θέρμανσης, καθώς όπως ήταν αναμενώμενο, είναι ιδιαίτερα χαμηλές, οπότε οι μειώσεις που πααρτηρούνται, αν και είναι ποσοστιαία μεγάλες, δεν επηρεάζουν ιδιαίτερα τη συνολική απαιτούμενη πρωτογενή ενέργεια. Ένα κτίριο παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) είναι το αμέσως συμφερότερο, ακολουθούμενο από ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), το οποίο δείχνει να έχει σαφώς μεγαλύτερες καταναλώσεις από τις υπόλοιπες τυπολογίες. Όσον αφορά τις καταναλώσεις ψύξης, μειώνονται με την αύξηση της θερμικής μάζας, αλλά σε μικρό βαθμό, περίπου κοντά στο 2%. Εξαίρεση αποτελεί ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), του οποίου οι καταναλώσεις ψύξης παρουσιάζουν μια μείωση 13,2% (21,15 kwh/m 2 ). Μικρή μείωση σε ένα ποσοστό 1-2% φαίνεται να έχει και η απαιτούμενη πρωτογενής ενέργεια, με αξαίρεση να αποτελεί πάλι ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), του οποίου η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας στο κτίριο μεγάλης 62

θερμοχωρητικότητας, μειώνεται κατά 11,5% (54,57 kwh/m 2 ). Πρέπει να επισημανθεί ωστόσο, πως παρότι μειώνονται σε τέτοιο βαθμό οι καταναλώσεις ένος κτιρίου κάτοψης U (U_type), παραμένει ωστόσο σν τυπολογία η περισσότερο ενεργοβόρα και λιγότερο συμφέρουσα. 5.3 Ψυχρό-Υγρό κλίμα (Λονδίνο) Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για την περιοχή του Λονδίνου. Το Λονδίνο έχει ένα υγρό και κρύο κλίμα και ως εκ τούτου οι ανάγκες θέρμανσης είναι οι πιο κρίσιμες, αλλά σε καμιά περίπτωση δεν μπορούν να αμεληθούν οι ανάγκες ψύξης. 5.3.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) Σχήμα 23: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη του Λονδίνου 63

Σχήμα 24: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη του Λονδίνου Στο κτίριο γραφείων με τετραγωνική κάτοψη (τυπολογία Compact) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 28,06 kwh/m 2, 25,82 kwh/m 2 και 24,6 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη είναι 43,03 kwh/m 2, 39,89 kwh/m 2 και 40,14 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Βλέποντας τα σχήματα 23 και 24, παρατηρείται επίσης πως στη τυπολογία Compact, η τελική ενέργεια ψύξης μειώνεται κατά περίπου 7,3% (3,14 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας δεν έχει ιδιαίτερη επίπτωση. Όσον αφορά τη τελική ενέργεια θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 8% (2,24 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 12,3% (3,47 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7,8% (11,45 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και καμία παραπέρα μεταβολή με επιπλέον άυξηση της θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. 64

5.3.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) Σχήμα 25: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Λονδίνου Σχήμα 26: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Λονδίνου Στο κτίριο γραφείων παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal), η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 37,38 kwh/m 2, 33,87 kwh/m 2 και 32,58 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα ίδια περίπου επίπεδα, η τελική ενέργεια για ψύξη 65

παίρνει τις τιμές 44,2 kwh/m 2, 41 kwh/m 2 και 39,37 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 25 και 26 παρατηρείται πως στην τυπολογία Lineal οι καταναλώσεις τελικής ενέργειας ψύξης είναι μειωμένες κατά 7,2% (3,2 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας, σε σχέση με το κτίριο μικρής. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 11% (4,83 kwh/m 2 ) στα φορτία ψύξης. Όσον αφορά τις καταναλώσεις θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 9,4% (3,51 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 13% (4,8 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7,8% (12,96 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 11,4% (19,06 kwh/m 2 ) με παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας, οδηγεί σε σημαντικές ενεργειακές βελτιώσεις τόσο στη περίπτωση της μεσαίας όσο και της μεγάλης θερμικής μάζας. 5.3.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type) Σχήμα 27: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη του Λονδίνου 66

Σχήμα 28: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη του Λονδίνου Στο κτίριο γραφείων κάτοψης U (U_type) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 61,12 kwh/m 2, 56,18 kwh/m 2 και 74,02 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη κυμαινόμενη στα ίδια περίπου επίπεδα τιμών, είναι 55 kwh/m 2, 49,9 kwh/m 2 και 38,61 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Παρατηρώντας τα σχήματα 27 και 28 παρατηρείται πως οι καταναλώσεις ενέργειας για ψύξη μειώνονται κατά περίπου 9,3% (5,1 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 29,8% (16,39 kwh/m 2 ). Όσον αφορά τη θέρμανση, παρατηρείται μια μείωση 8% (4,94 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια αύξηση 21% (12,89 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 8,9% (19,97 kwh/m 2 ) και 15,2% (34 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από το κτίριο μικρής στα κτίρια μεσαίας και μεγάλης θερμοχωρητικότητας αντίστοιχα. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης U (U_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας, οδηγεί σε σημαντικές ενεργειακές βελτιώσεις τόσο στη περίπτωση της μεσαίας όσο και της μεγάλης θερμικής μάζας. 67

5.3.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type) Σχήμα 29 Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη του Λονδίνου Σχήμα 30: : Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη του Λονδίνου Στο κτίριο γραφείων κάτοψης L (L_type) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 29,14 kwh/m 2, 26,96 kwh/m 2 και 25,38 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή 68

θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη παίρνει τις τιμές 40,74 kwh/m 2, 37,61 kwh/m 2 και 38,1 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Από τα Σχήματα 29 και 30 παρατηρείται πως οι απαιτήσεις ψύξης μειώνονται κατά περίπου 7,7% (3,13 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας προκαλεί μια αύξηση 1,3% στα φορτία ψύξης, τα οποία όμως παραμένουν μειωμένα κατά 6,5% (2,64 kwh/m 2 ) σε σχέση με το κτίριο χαμηλής θερμοχωρητικότητας. Όσον αφορά τις ανάγκες για θέρμανση, φαίνεται μια μείωση 7,5% (2,19 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 13% (3,77 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7,4% (11,37 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και σχεδόν καμιά επίπτωση με περαιτέρω αύξηση της θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης L (L_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. Συνοψίζοντας τα παραπάνω αποτελέσματα για τη πόλη του Λονδίνου, ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης (Compact) αν και φαίνεται να έχει ελαφρώς καλύτερη ενεργειακή συμπεριφορά από ένα κτίριο κάτοψης L (L_type), κατά τη περίοδο θέρμανσης, εντούτοις το τελευταίο παρουσιάζει μικρότερη τελική ενέργεια ψύξης και συνολικά, λιγότερη απαιτούμενη πρωτογενή ενέργεια σε ένα ποσοστό 3,5%. Ένα κτίριο παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) είναι το αμέσως συμφερότερο, ακολουθούμενο από ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), το οποίο δείχνει να έχει σαφώς μεγαλύτερες καταναλώσεις από τις υπόλοιπες τυπολογίες. Η θερμική μάζα δείχνει ακόμη να επηρεάζει στον ίδιο βαθμό τόσο τις καταναλώσεις θέρμανσης όσο και αυτές τη ψύξης. Αξίζει να αναφερθεί ότι ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), δομημένο στη περιοχή του Λονδίνου, με αύξηση της θερμοχωρητικότητας του σε υψηλή, παρουσιάζει μια μείωση 16,4 Kwh/m 2 (29,8%) και 34 Kwh/m 2 (15,2) στα φορτία ψύξης και την πρωτογενή ενέργεια αντίστοιχα. Η πρωτογενής ενέργεια φαίνεται να παρουσιάζει μια σταθερή περίπου πτώση της τάξης του 7% με την αύξηση της θερμικής μάζας. 69

5.4 Ψυχρό-Ξηρό κλίμα (Μόναχο) Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για την περιοχή του Μονάχου. Το Μόναχο έχει ένα ξηρό και κρύο κλίμα και ως εκ τούτου οι ανάγκες θέρμανσης είναι οι πιο κρίσιμες, αλλά δεν μπορούν να αγνοηθούν και οι ανάγκες ψύξης. 5.4.1. Τυπολογία τετραγωνικής κάτοψης (Compact) Σχήμα 31: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Compact και την πόλη του Μονάχου Σχήμα 32: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Compact και την πόλη του Μονάχου 70

Στο κτίριο γραφείων με τετραγωνική κάτοψη (τυπολογία Compact) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 47,45 kwh/m 2, 45,2 kwh/m 2 και 42,99 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα ίδια περίπου επίπεδα η τελική ενέργεια για ψύξη κυμαίνεται στις τιμές 47,66 kwh/m 2, 44,08 kwh/m 2 και 44,56 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Βλέποντας τα σχήματα 31 και 32 παρατηρείται επίσης πως στη τυπολογία Compact, η τελική ενέργεια ψύξης μειώνεται κατά περίπου 7,5% (3,58 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας δεν έχει ιδιαίτερη επίπτωση. Όσον αφορά τη τελική ενέργεια θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 4,7% (2,26 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 9,4% (4,46 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7% (12,76 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και καμία παραπέρα μεταβολή με επιπλέον αύξηση της θερμοχωρητικότητας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Μονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. 5.4.2. Τυπολογία παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) Σχήμα 33: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Μονάχου 71

Σχήμα 34: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία Lineal και την πόλη του Μονάχου Στο κτίριο γραφείων με παραλληλόγραμμη κάτοψη (τυπολογία Lineal) η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 63,91 kwh/m 2, 60,73 kwh/m 2 και 57,86 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Η τελική ενέργεια για ψύξη είναι 48,93 kwh/m 2, 45,37 kwh/m 2 και 43,51 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 33 και 34 παρατηρείται πως στην τυπολογία Lineal οι καταναλώσεις τελικής ψύξης μειώνεται κατά περίπου 7,3% (3,56 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 11% (5,43 kwh/m 2 ) στα φορτία ψύξης. Όσον αφορά τις καταναλώσεις θέρμανσης παρατηρείται μια μείωση 5% (3,18 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 9,5% (6,04 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 6,7% (13,67 kwh/m 2 ) και 11% (22,08 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαία και μεγάλης θερμοχωρητικότητας, αντίστοιχα. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο τυπολογίας Lineal για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Mονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας, οδηγεί σε σημαντικές ενεργειακές βελτιώσεις τόσο στη περίπτωση της μεσαίας όσο και της μεγάλης θερμικής μάζας. 72

5.4.3 Τυπολογία κάτοψης U (U_type) Σχήμα 35: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία U_type και την πόλη του Μονάχου Σχήμα 36: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία U_type και την πόλη του Μονάχου 73

Στο κτίριο γραφείων κάτοψης U (U_type), η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 94,42 kwh/m 2, 90,17 kwh/m 2 και 105,37 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Αρκετά μειωμένη η τελική ενέργεια για ψύξη και στις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις θερμοχωρητικότητας, συγκεκριμένα 63,55 kwh/m 2, 57,89 kwh/m 2 και 45,37 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα σχήματα 35 κα 36 παρατηρείται πως οι καταναλώσεις τελικής ενέργειας ψύξης είναι μειωμένες κατά 9% 5,56 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας, σε σχέση με ένα κτίριο μικρής. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας αποφέρει μια μείωση της τάξης του 28,6%(18,17 kwh/m 2 ). Όσον αφορά τη θέρμανση παρατηρείται μια μείωση 4,5% (4,24 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια αύξηση 11,5% (10,95 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7,4% (20,84 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 14,5% (41,2 kwh/m 2 ) με επιπλέον αύξηση της θερμικής μάζας του κτιρίου. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης U (U_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Mονάχου (ψυχρόξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας, οδηγεί σε σημαντικές ενεργειακές βελτιώσεις τόσο στη περίπτωση της μεσαίας όσο και της μεγάλης θερμικής μάζας. Εξαίρεση αποτελεί η περίπτωση των καταναλώσεων θέρμανσης για ένα κτίρια μεγάλης θερμοχωρητικότητας, όπου οι καταναλώσεις φαίνεται να αυξάνονται, κάτι που σημαίνει ότι ένας συνδυασμός υψηλής θερμικής μάζας και της τυπολογίας U, μπορεί να αυξήσει τις ανάγκες για θέρμανση. 74

5.4.4 Τυπολογία κάτοψης L (L_type) Σχήμα 37: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για την τυπολογία L_type και την πόλη του Μονάχου Σχήμα 38: Σύνολο πρωτογενούς ενέργειας για την τυπολογία L_type και την πόλη του Μονάχου Στο κτίριο γραφείων κάτοψης L (L_type), η τελική ενέργεια για θέρμανση είναι 48,55 kwh/m 2, 46,34 kwh/m 2 και 43,88 kwh/m 2 για τα κτίρια με χαμηλή, μεσαία και υψηλή θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Στα ίδια επίπεδα η τελική ενέργεια για ψύξη παίρνει τις τιμές 45,53 kwh/m 2, 42 kwh/m 2 και 42,56 kwh/m 2 για κτίρια με χαμηλή, μεσσαία και υψηλή 75

θερμοχωρητικότητα αντίστοιχα. Από τα σχήματα 37 και 38 παρατηρείται πως οι απαιτήσεις ψύξης μειώνονται κατά περίπου 7,7% (3,52 kwh/m 2 ) από το κτίριο με χαμηλή θερμική μάζα στο κτίριο με μεσαία. Παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας προκαλεί μια αύξηση 1,3% στα φορτία ψύξης, τα οποία όμως παραμένουν μειωμένα κατά 6,5% (2,97kWh/m 2 ) σε σχέση με το κτίριο χαμηλής θερμοχωρητικότητας. Όσον αφορά τις ανάγκες για θέρμανση, φαίνεται μια μείωση 4,5% (2,2 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και μια μείωση 9,6% (4,67 kwh/m 2 ) στο κτίριο μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Τέλος, το σύνολο πρωτογενούς ενέργειας παρατηρείται μία μείωση περίπου στο 7% (12,53 kwh/m 2 ) κατά τη μετάβαση από κτίριο μικρής σε κτίριο μεσαίας θερμοχωρητικότητας και σχεδόν καμιά επίπτωση με παραπέρα αύξηση της θερμικής μάζας. Από τα αποτελέσματα γίνεται φανερό ότι σε ένα κτίριο κάτοψης L (L_type) για τα κλιματικά χαρακτηριστικά του Mονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα), η αύξηση της θερμοχωρητικότητας μέχρι κάποιο σημείο μπορεί να έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, ενώ η περαιτέρω αύξηση δεν οδηγεί σε αντίστοιχη βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου. Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα για τη πόλη του Μονάχου, ένα κτίριο τετραγωνικής κάτοψης (Compact) αν και φαίνεται να έχει ελαφρώς καλύτερη ενεργειακή συμπεριφορά από ένα κτίριο κάτοψης L (L_type), κατά τη περίοδο θέρμανσης, εντούτοις το τελευταίο παρουσιάζει μικρότερη τελική ενέργεια ψύξης και συνολικά, λιγότερη απαιτούμενη πρωτογενή ενέργεια σε ένα ποσοστό 3,5%. Ένα κτίριο παραλληλόγραμμης κάτοψης (Lineal) είναι η αμέσως συμφερότερη, ακολουθούμενο από ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), το οποίο δείχνει να έχει σαφώς μεγαλύτερες καταναλώσεις από τις υπόλοιπες τυπολογίες. Η θερμική μάζα δείχνει ακόμη να επηρεάζει στον ίδιο βαθμό τόσο τις καταναλώσεις θέρμανσης όσο και αυτές τη ψύξης. Αξίζει να αναφερθεί ότι ένα κτίριο κάτοψης U (U_type), που δομημένη στη περιοχή του Λονδίνου, με αύξηση της θερμοχωρητικότητας του σε υψηλή, παρουσιάζει μια μείωση 18Kwh/m 2 (28,5%) και 41 Kwh/m 2 (14,5%) στα φορτία ψύξης και την πρωτογενή ενέργεια αντίστοιχα. Η πρωτογενής ενέργεια φαίνεται να παρουσιάζει μια σταθερή περίπου πτώση της τάξης του 6% με την αύξηση της θερμικής μάζας. 76

6.ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΕΠΙ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει μια συζήτηση επί των αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, πριν καταλήξουμε στα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. Όπως φαίνεται η θερμική μάζα επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ενεργειακή κατανάλωση, ανεξάρτητα σχεδόν της τυπολογίας. Το ποσοστό βέβαια αυτό εξαρτάται σημαντικά από τα κλιματικά χαρακτηριστικά των περιοχών που εξετάζονται. Στα σχήματα 39-42 παρουσιάζεται συγκριτικά η τελική ενέργεια θέρμανσης κ ψύξης για όλες τις τυπολογίες για θερμό-υγρό, θερμό-ξηρό, ψυχρό-υγρό και ψυχρό-ξηρό κλίμα αντίστοιχα. Απο τα διαγράμματα αυτά γίνεται φανερό ότι η τυπολογία κάτοψης U (U-type) παρουσιάζει αυξημένη κατανάλωση τόσο ψύξης όσο και θέρμανσης. Το γεγονός είναι αναμενόμενο λόγω του σκιασμού που προκύπτει από τη γεωμετρία του κτιρίου. Ταυτόχρονα, στην ίδια τυπολογία η αύξηση της θερμοχωρητικότητας οδηγεί στη μέγιστη μείωση της απαίτησης για ψύξη συγκριτικά με τις υπόλοιπες τυπολογίες και σε αύξηση αντίστοιχα της απαίτησης για θέρμανσης σε όλα τα εξεταζόμενα κλίματα. Συγκεκριμένα, τα κτίρια με ψηλή θερμοχωρητικότητα παρουσιάζουν μία μείωση της κατανάλωσης για ψύξη της τάξης του 14,8 %, 13,17 %, 29,8 % και 28,59 % για τη Θεσσαλονίκη, τη Λευκωσία, το Λονδίνο και το Μόναχο αντίστοιχα, συγκριτικά με τα κτίρια χαμηλής θερμοχωρητικότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι τυπολογίες τετραγωνικής κάτοψης (Compact) και κάτοψης L (Ltype) έχουν την ιδιαιτερότητα ότι με αύξηση της θερμικής τους μάζας από μεσαία σε μεγάλη, δεν παρουσιάζουν επιπλέον σημαντικές μειώσεις σε όλες τις εξεταζόμενες κλιματικές συνθήκες. Θα πρέπει επομένως στις περιπτώσεις αυτές να υπολογίζεται η βέλτιστη θερμοχωρητικότητα της κατασκευής κατά το σχεδιασμό και στη συνέχεια να λαμβάνονται επιπρόσθετα μέτρα περιορισμού των τελικών καταναλώσεων. Επίσης, παρατηρείται ότι η αύξηση της θερμοχωρήτικότητας στα ψυχρά κλίματα οδηγεί σε σημαντική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη συγκρίτικα με τα θερμότερα κλίματα. Συγκεκριμένα, η μείωση της κατανάλωσης για ψύξη κυμαίνεται μεταξύ 1% και 26,7% για στα θερμά κλίματα (Θεσσαλονίκη και Λευκωσία), ενώ η αντίστοιχη μείωση στα ψυχρά κλίματα (Λονδίνο και Μόναχο) κυμαίνεται μεταξύ 2 % και 29,8 %. Η υψηλή θερμική μάζα φαίνεται να προκαλεί μείωση των καταναλώσεων, κάτι που ήταν αναμενόμενο λόγω των ιδιοτήτων που προσφέρει στο κτιριακό κέλυφος μια κατασκευή υψηλής θερμοχωρητικότητας. Συνδυάζοντας τα σχήματα 39 και 40, φαίνεται ότι στις 77

περιοχές με θερμό κλίμα (Θεσσαλονίκη-Λευκωσία), οι καταναλώσεις θέρμανσης να επηρεάζονται περισσότερο από αυτές τις ψύξης. Αντίθετα στις ψυχρές χώρες (Μόναχο- Λονδίνο) φαίνεται η αύξηση της θερμικής μάζας να επιφέρει τις ίδιες περίπου μειώσεις στις καταναλώσεις θέρμανσης και ψύξης. Στα σχήματα 43 46 παρουσιάζεται η συνολική πρωτογενής ενέργεια για όλες τις τυπολογίες για θερμό-υγρό, θερμό-ξηρό, ψυχρό-υγρό και ψυχρό-ξηρό κλίμα αντίστοιχα. Εξαιτίας των μεγαλύτερων μειώσεων σε ψύξη που παρατηρείται στα ψυχρά κλίματα, είναι εύκολα αντιληπτό ότι και οι μειώσεις στην απαιτούμενη πρωτογενή ενέργεια είναι μεγαλύτερες στις χώρες αυτές, λόγω του γεγονότος ότι το ηλεκτρικό ρεύμα έχει μεγαλύτερο συντελεστή απ ότι το φυσικό αέριο ή το πετρέλαιο για τη εύρεση της ισοδύναμης πρωτογενούς ενέργειας. Στα θερμά κλίματα από την άλλη (σχήματα 43 και 44), παρατηρείται ότι η συνολική πρωτογενής ενέργεια είναι σε απόλυτη τιμή μεγαλύτερη, σε σχέση με τα ψυχρά κλίματα, διότι στις περιοχές αυτές η ψύξη έχει βαρύνουσα σημασία, με αποτέλεσμα, να προκύπτουν υψηλότερες απαιτήσεις πρωτογενούς ενέργειας στις περιοχές αυτές. Επομένως η ανάγκη πρόσθετων βελτιωτικών μέτρων είναι πιο επιτακτική στις θερμότερες περιοχές όπου οι ανάγκες ψύξης έχουν πρωταγωνιστικό ρόλο στην καλή ενεργειακή συμπεριφορά της κατασκευής. Βλέποντας όλες τις περιπτώσεις των κλιμάτων, παρατηρείται επίσης πως μια κατασκευή κάτοψης U (U_type) με υψηλή θερμική μάζα φαίνεται να παρουσιάζει, μεγάλη αύξηση στις καταναλωσεις ψύξης με ποσοστά 24,8%, 124%, 21% και 11,59% σε Θεσσαλονίκη, Λευκωσία, Λονδίνο και Μόναχο, αντίστοιχα. Καταλήγοντας, συμπραίνεται πως οι ενεργειακά συμφερότερες επιλογές φαίνεται να είναι οι κατασκευές κάτοψης L (L_type) και τετραγωνικής κάτοψης (Compact), καθώς εμφανίζουν τις χαμηλότερες καταναλώσεις σε όλες τις περιπτώσεις, κάτι που οφείλεται στο γεγονός ότι είναι πιο συμπαγείς κατασκευές. Επίσης σε αντίθεση με τα κτίρια κάτοψης U (U_type), φαίνεται ότι στα κτίρια κάτοψης L (L_type), οι σκιάσεις λειτουργούν θετικά και έτσι ενώ το χειμώνα μπορεί οι καταναλώσεις θέρμανσης να είναι λίγο αυξημένες, εντούτοις το καλοκαίρι οι ανάγκες ψύξης μειώνονται καθώς οι σκιασμοί λειτουργούν θετικά στο κτίριο. 78

Σχήμα 39: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα) 79

Σχήμα 40: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα) 80

Σχήμα 41Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Λονδίνο (ψυχρό-υγρό κλίμα) 81

Σχήμα 42: Τελική ενέργεια θέρμανσης και ψύξης για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Μονάχου (ψυχρό-ξηρό κλίμα) 82

Σχήμα 43: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Θεσσαλονίκης (θερμό-υγρό κλίμα) 83

Σχήμα 44: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή της Λευκωσίας (θερμό-ξηρό κλίμα) 84

Σχήμα 45: Σύνολο πρωτογενούς Ενέργειας για όλες τις τυπολογίες και την περιοχή του Λονδίνου (ψυχρό-υγρό κλίμα) 85