1.0 Ο ήιηνο Ο ήιηνο είλαη ε πξσηαξρηθή πεγή ελέξγεηαο. πληεξεί ηε δσή ζηνλ πιαλήηε γε θαη δηέπεη ηελ θίλεζε ησλ αλέκσλ θαη ησλ πδάησλ, ην θιίκα θαη ηνπο θχθινπο δσήο (ρήκα 1.1). 1.1 Ηιηαθή αθηηλνβνιία Η ππξεληθή ζχληεμε ζηνλ ππξήλα ηνπ ήιηνπ απειεπζεξψλνπλ ελέξγεηα ζε κνξθή ειεθηξνκαγλεηηθήο αθηηλνβνιίαο πςειψλ ζπρλνηήησλ. Η αθηηλνβνιία απηή εθπέκπεηαη απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ ήιηνπ ζε έλα θάζκα απφ ξαδηνθχκαηα κεγάινπ κήθνπο θχκαηνο έσο αθηηλνβνιία Υ θαη Γάκα πνιχ κηθξνχ κήθνπο θχκαηνο. Χζηφζν ζε νξηζκέλα κήθε θχκαηνο εθπέκπνληαη αλαινγηθά κεγαιχηεξα πνζνζηά ελέξγεηαο (ρήκα 1.2). Σρήκα 1.2: ππεξηψδεο ππέξπζξε Μήθε θχκαηνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο γηα ην πςειφηεξν ζεκείν ηεο αηκφζθαηξαο (επάλσ θακπχιε) θαη ηελ επηθάλεηα ηεο γεο (θάησ θακπχιε)
Η ορατή αθηηλνβνιία απφ 0.35 έσο 0.75 κm, ζπληζηά ην 46% ηεο ζπλνιηθήο ελέξγεηαο πνπ εθπέκπεη ν ήιηνο θαη απαξηίδεηαη απφ ηα γλσζηά καο ρξψκαηα απφ ην βηνιεηί (0.35 κm ) έσο ην θφθθηλν (0.75 κm). 49% ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ έξρεηαη απφ ηνλ ήιην βξίζθεηαη ζηελ υπέρυθρη πεξηνρή πνπ μεθηλά ακέζσο κεηά ην κήθνο θχκαηνο ηνπ θφθθηλνπ ρξψκαηνο. Η ππέξπζξε αθηηλνβνιία γίλεηαη αηζζεηή σο ζεξκφηεηα. Σν ππφινηπν ηκήκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο βξίζθεηαη ζηελ πεξηνρή κήθνπο θχκαηνο κηθξφηεξνπ ηνπ βηνιεηί (0.35 κm) θαη ζπληζηά ηελ υπεριώδη αθηηλνβνιία. 1.2 Ηιηαθή αθηηλνβνιία θαη γήηλε αηκόζθαηξα Απφ ην ζχλνιν ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ε γε, πεξίπνπ 35% ανακλάηαι πίζσ ζην δηάζηεκα. Σελ αλάθιαζε απηή πξνθαινχλ ηα αηκνζθαηξηθά ζσκαηίδηα, λεθψζεηο αιιά θαη επηθάλεηεο ηνπ θινηνχ ηεο γεο, φπσο λεξφ, ρηφλη, πάγνο θαη άκκνο (ρήκα 1.3). Πεξίπνπ ην έλα ηξίην ηνπ ππνινίπνπ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, πνπ δελ αλαθιάηαη, διαζκορπίζεηαι θαζψο έξρεηαη ζε επαθή κε κφξηα ηνπ αέξα θαη ζθφλε. θαη θηάλεη σο διάχυηη αθηηλνβνιία ζηε γε απφ φιεο ηηο θαηεπζχλζεηο. Η δηάρπηε αθηηλνβνιία, θπξίσο απηή ηνπ θπαλνχ ηκήκαηνο ηνπ νξαηνχ θάζκαηνο δίλεη ζηνλ θαζαξφ νπξαλφ ην γαιαλφ ηνπ ρξψκα. Δπηπιένλ έλα πνζνζηφ 10-15% ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο απορροθάηαι απφ πδξαηκνχο, απφ ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα θαη ην φδνλ ηεο αηκφζθαηξαο. Σν φδνλ ζηα αλψηεξα αηκνζθαηξηθά ζηξψκαηα αλαθφπηεη ην ζχλνιν ζρεδφλ ηεο ππεξηψδνπο αθηηλνβνιίαο, θαζηζηψληαο έηζη δπλαηή ηε δσή ζηνλ πιαλήηε. Οη πδξαηκνί θαη ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα απνξξνθνχλ θαηά θχξην ιφγν ππέξπζξε αθηηλνβνιία. Σρήκα 1.3: Μεηαβνιέο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο φηαλ έξρεηαη ζε επαθή κε ηε γήηλε αηκφζθαηξα Πέξα απφ ηε ζχλζεζε ηεο αηκφζθαηξαο, ν ζεκαληηθφηεξνο παξάγσλ πνπ θαζνξίδε8η ηελ πνζφηεηα ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ θηάλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, είλαη ε απόζηαζη πνπ πξέπεη λα δηαλχζεη ε αθηηλνβνιία μέζα ζηελ αηκφζθαηξα. Όζν κεγαιχηεξε είλαη απηή ε δηαδξνκή, ηφζν κεγαιχηεξν είλαη ην πνζνζηφ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ απνξξνθάηαη θαη δηαρέεηαη. Σν κήθνο απηφ εμαξηάηαη απφ ηελ εκέξα, ηελ ώρα θαη ην μήνα ηνπ έηνπο. Σν κεζεκέξη, φηαλ ν ήιηνο βξίζθεηαη αθξηβψο πάλσ απφ έλα ζεκείν, ε αθηηλνβνιία δηαλχεη ηελ ειάρηζηε απφζηαζε κέζα ζηελ αηκφζθαηξα, ελψ φηαλ βξίζθεηαη θνληά ζηνλ νξίδνληα
(αλαηνιή θαη δχζε), ε δηαδξνκή καθξαίλεη. Λφγσ ηεο θιίζεο ηνπ άμνλα ηεο γεο θαηά 23.5, ε δηαδξνκή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο κέζσ ηεο αηκφζθαηξαο πνηθίιιεη αλάινγα κε ηελ επνρή θαη ην κήλα. Η θιίζε ηνπ άμνλα ηεο γεο επζχλεηαη γηα ηηο επνρηαθέο δηαθπκάλζεηο ηνπ θαηξνχ. Σν βφξεην εκηζθαίξην θιίλεη πξνο ηνλ ήιην θαηά ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο θαη δέρεηαη πεξηζζφηεξε ειηαθή αθηηλνβνιία γηα πεξηζζφηεξεο ψξεο. Σν ρεηκψλα ζπκβαίλεη ην αληίζεην θαη ην βφξεην εκηζθαίξην δέρεηαη ιηγφηεξε αθηηλνβνιία ελψ ην λφηην εκηζθαίξην έρεη θαινθαίξη (ρήκα 1.4). ΙΟΤΝΙΟ ΦΔΒΡΟΤΑΡΙΟ Σρήκα 1.4: Φαηλφκελε δηαδξνκή ηνπ ήιηνπ πάλσ απφ δεδνκέλν ζεκείν γηα δπν δηαθνξεηηθνχο κήλεο 1.3 Η έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε δεδνκέλε επηθάλεηα Πξνθεηκέλνπ λα αμηνινγεζεί κηα δεδνκέλε επηθάλεηα σο πξνο ηελ πνζφηεηα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη, είλαη αλαγθαίν λα μέξνπκε θάπνηα ζηνηρεία. Σν πξψην ζηνηρείν είλαη ην γεσγξαθηθφ πιάηνο ηεο, δεδνκέλνπ φηη ηα γεληθά θιηκαηηθά δεδνκέλα κεηαβάιινληαη κε ηελ απφζηαζε απφ ηνλ Ιζεκεξηλφ. Ξέξνληαο ην γεσγξαθηθφ πιάηνο, είλαη εχθνιν λα θάλνπκε θάπνηεο παξαδνρέο θαη λα εηζάγνπκε κηα ζεηξά εξγαιείσλ γηα ηελ αμηνιφγεζε κηαο ηνπνζεζίαο σο πξνο ηελ ειηαθή ελέξγεηα πνπ δέρεηαη. Καη αξρή ζεσξνχκε κηα θαηλνκεληθή ηξνρηά ηνπ ήιηνπ πάλσ απφ έλα ζεκείν. Η ηξνρηά απηή, ε νπνία είλαη δηαθνξεηηθή γηα θάζε εκέξα, θαζνξίδεηαη βάζεη δχν γσληψλ, ηεο γσλίαο χςνπο ηνπ ήιηνπ θαη ηνπ αδηκνπζίνπ (ρήκα 1.5). Σρήκα 1.5: Φαηλνκεληθή ηξνρηά ηνπ ήιηνπ πάλσ απφ ην ζεκείν Κ
Σν αδηκνύζην (ΑΖ ) γηα ζπγθεθξηκέλε κέξα θαη ψξα κεηξάηαη ζηελ θάηνςε, επάλσ ζηνλ νξίδνληα θαη είλαη ε γσλία κεηαμχ πξνβνιήο ζην νξηδφληην επίπεδν ηεο ζέζεο ηνπ ήιηνπ θαη ηνπ βνξξά. Η γσλία ύςνπο (Η) ηνπ ήιηνπ γηα ζπγθεθξηκέλε κέξα θαη ψξα κεηξάηαη ζηελ ηνκή σο ε γσλία κεηαμχ ηεο ζέζεο ηνπ ήιηνπ θαη ηνπ νξίδνληα. Η γσλία πξόζπησζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ θαζνξίδεη ηελ πνζφηεηα ελέξγεηαο πνπ δέρεηαη κηα επηθάλεηα. Δίλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηηο ειηαθέο αθηίλεο κε κηα επζεία θάζεηε ζε κηα επηθάλεηα (ρήκα 1.6). Λφγσ ηεο κεγάιεο απφζηαζεο θαη ηεο δηαθνξάο κεγέζνπο κεηαμχ ήιηνπ θαη γεο ζεσξνχκε φηη νη αθηίλεο ηνπ ήιηνπ είλαη παξάιιειεο κεηαμχ ηνπο. Σρήκα 1.6: Γσλία πξφζπησζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ζρέζε κε ηε γσλία χςνπο ηνπ ήιηνπ Μηα επηθάλεηα θάζεηε πξνο ηηο αθηίλεο ηνπ ήιηνπ δέρεηαη ην 100% ηεο άκεζεο αθηηλνβνιίαο. Με θιίζε έσο θαη 25 κηα επηθάλεηα δέρεηαη ην 90% θαη κε θιίζε 60 ην 50% ηεο άκεζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Χζηφζν, ην ζχλνιν ηεο ελέξγεηαο πνπ δέρεηαη κηα επηθάλεηα απνηειείηαη φρη κφλν απφ άκεζε αιιά θαη απφ αλαθιψκελε θαη δηάρπηε αθηηλνβνιία. Όηαλ ν ήιηνο βξίζθεηαη ρακειά, ην πνζνζηφ ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο θηάλεη ην 50% θαη ζε ζπλζήθεο πιήξσο λεθνζθεπνχο νπξαλνχ ην 100% ηνπ ζπλφινπ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πάλσ ζε κηα επηθάλεηα. Όηαλ ν νπξαλφο είλαη αίζξηνο, ηφηε βέβαηα ε δηάρπηε αθηηλνβνιία ζπκβάιιεη κε πνιχ κηθξφ πνζνζηφ ζηε ζπλνιηθή πξνζπίπηνπζα ελέξγεηα. Η ελέξγεηα πνπ δέρεηαη κηα επηθάλεηα απφ αλάθιαζε θαζνξίδεηαη απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ πιηθνχ ηεο επηθάλεηαο θαη απφ ηε γσλία πξφζπησζεο κεηαμχ ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ θαη ηεο αλαθιψζαο επηθάλεηαο. Όζν κεγαιψλεη ε γσλία πξφζπησζεο, ηφζν κεγαιχηεξν πνζνζηφ αθηηλνβνιίαο αλαθιάηαη. 1.4 Αλάθιαζε, κεηάδνζε θαη απνξξόθεζε Η ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη κηα επηθάλεηα ελ κέξεη απνξξνθάηαη, αλαθιάηαη θαη ελ κέξεη δηέξρεηαη κέζα απφ ηελ επηθάλεηα. Αλάινγα κε ηελ πθή ηεο επηθάλεηαο ελφο πιηθνχ, ε αλαθιψκελε αθηηλνβνιία είηε δηαρέεηαη, πξάγκα πνπ ζπκβαίλεη φηαλ πξνζπίπηεη επάλσ ζε ηξαρηέο επηθάλεηεο είηε αλαθιάηαη θαηά πξνβιέςηκε γσλία εάλ ε επηθάλεηα είλαη ιεία, φπσο απηή ελφο θαζξέθηε. Η γσλία πξφζπησζεο ηζνχηαη κε ηε γσλία αλάθιαζεο.
Απηφ πνπ αληηιακβαλφκαζηε σο ρξψκα είλαη ε αλάθιαζε ελφο ζπγθεθξηκέλνπ κέξνπο ηνπ νξαηνχ θάζκαηνο ζε κηα επηθάλεηα, ελψ ην ππφινηπν νξαηφ θάζκα απνξξνθάηαη απφ ηελ επηθάλεηα ή δηέξρεηαη κέζα απφ απηή. Δάλ έλα αληηθείκελν απνξξνθά ην ζχλνιν ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο εκθαλίδεηαη σο μαύρο, ελψ αλ αλαθιά ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο γίλεηαη νξαηφ ζαλ λευκό. Τιηθά ηα νπνία αθήλνπλ λα δηέιζεη ην κεγαιχηεξν ηκήκα ηνπ νξαηνχ θάζκαηνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο απνθαινχληαη δηαθαλή. Δάλ έλα πιηθφ αθήλεη κελ λα δηέιζεη ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο νξαηήο αθηηλνβνιίαο αιιά δηαζιά ή δηαρέεη ηελ αθηηλνβνιία απηή, ηφηε ην πιηθφ ραξαθηεξίδεηαη θσηνδηαπεξαηό. Όηαλ ε ειηαθή αθηηλνβνιία απνξξνθάηαη απφ έλα πιηθφ, αιιάδεη κήθνο θχκαηνο θαη πεξλά ζην ππέξπζξν θάζκα, ην νπνίν γίλεηαη αηζζεηφ σο ζεξκόηεηα. 1.4 Μεηάδνζε ηεο ζεξκόηεηαο Η ελαιιαγή ζεξκφηεηαο κεηαμχ ελφο πιηθνχ θαη ηνπ πεξηβάιινληφο ηνπ πξαγκαηνπνηείηαη κε ηξεηο ηξφπνπο: αγσγή, ζπλαγσγή ή κεηαθνξά θαη αθηηλνβνιία. Αγσγή είλαη ε δηαδηθαζία κεηάδνζεο ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο είηε κεηαμχ κνξίσλ κέζα ζε έλα πιηθφ, ή κεηαμχ δχν πιηθψλ πνπ βξίζθνληαη ζε επαθή κεηαμχ ηνπο, κέζσ άκεζεο κνξηαθήο αληαιιαγήο. Η δηεχζπλζε ηεο ζεξκηθήο κεηάδνζεο είλαη πάληα απφ ην ζεξκφηεξν ζην ςπρξφηεξν. Σν πνζνζηφ ηεο ζεξκφηεηαο πνπ κεηαδίδεηαη κέζσ ελφο πιηθνχ ιέγεηαη ζεξκηθή αγσγηκφηεηα (ι) θαη θαζνξίδεηαη απφ ηελ ηθαλφηεηα ησλ κνξίσλ ηνπ πιηθνχ λα πξνζιάβνπλ θαη λα κεηαδψζνπλ ζεξκφηεηα. Μέηαιια έρνπλ πςειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, ελψ πιηθά πνπ εγθισβίδνπλ αέξα ζηνπο πφξνπο ηνπο έρνπλ ρακειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, επεηδή ηα αέξηα είλαη ελ γέλεη θαθνί αγσγνί ηεο ζεξκφηεηαο. Σπλαγσγή ή κεηαθνξά έρνπκε α) φηαλ ζεξκηθή ελέξγεηα κεηαθέξεηαη απφ ηελ επηθάλεηα ελφο πιηθνχ ζηα κφξηα θάπνηνπ ξεπζηνχ πνπ βξίζθεηαη ζε επαθή καδί ηνπ ή β) φηαλ ζεξκφηεηα κεηαθέξεηαη κε ηελ κεηαθίλεζε κνξίσλ ελφο ξεπζηνχ απφ έλα ζεκείν ζε έλα άιιν. Δξρφκελα ηα ςπρξά κφξηα ελφο ξεπζηνχ, φπσο ην λεξφ ή ν αέξαο, ζε θπζηθή επαθή κε κηα ζεξκή επηθάλεηα, κέξνο ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο ηεο επηθάλεηαο ζα κεηαθεξζεί ζε θνληηλά κφξηα ηνπ ξεπζηνχ. Όζν κεγαιχηεξε είλαη ε δηαθνξά ζεξκνθξαζίαο αλάκεζα ζηα δχν ζηνηρεία, ηφζν πεξηζζφηεξε ζεξκφηεηα κεηαθέξεηαη. Καζψο ην ξεπζηφ ζεξκαίλεηαη, δηαζηέιιεηαη, αξαηψλεη θαη αλέξρεηαη ζε ςειφηεξα ζηξψκαηα. Φπρξφηεξα κφξηα ζπεχδνπλ λα θαηαιάβνπλ ηε ζέζε ησλ ζεξκφηεξσλ κνξίσλ πνπ κεηαθηλνχληαη πξνο ηα επάλσ. Με ηνλ ηξφπν απηφ ην ξεπζηφ βξίζθεηαη ζε ζπλερή θίλεζε. Δάλ ε θίλεζε απηή πξνθαιείηαη απνθιεηζηηθά απφ ηε ζεξκφηεηα, ηφηε κηιάκε γηα θπζηθή ζπλαγσγή / κεηαθνξά. Όηαλ ην ξεπζηφ εμαλαγθάδεηαη λα δηέιζεη κε νξκή πάλσ απφ κηα επηθάλεηα, ε φιε δηαδηθαζία αληαιιαγήο ζεξκφηεηαο θαη κεηαθίλεζεο ησλ κνξίσλ ηνπ ξεπζηνχ επηηαρχλεηαη. Σφηε κηιάκε γηα εμαλαγθαζκέλε ζπλαγσγή / κεηαθνξά. Η δηαδηθαζία ιακβάλεη ρψξα θαη αληίζηξνθα. Σν ζεξκφ ξεπζηφ έξρεηαη ζε επαθή κε κηα ςπρξή επηθάλεηα, νπφηε ηα ζεξκφηεξα κφξηα ηνπ ξεπζηνχ κεηαθέξνπλ ζεξκφηεηα ζηελ επηθάλεηα, ςχρνληαη, ππθλψλνπλ θαη θαηαβαίλνπλ ρακειά. Με ηνλ ηξφπν απηφ δεκηνπξγνχληαη ςπρξά ξεχκαηα ζε ρψξνπο. Όια ηα πιηθά ζψκαηα αθηηλνβνινύλ ελέξγεηα αλά πάζα ζηηγκή θαη πξνο θάζε θαηεχζπλζε. ε αληίζεζε κε ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ είλαη κηθξνχ κήθνπο θχκαηνο θαη εθπέκπεηαη ζε πνιχ πςειέο ζεξκνθξαζίεο, ε ζεξκηθή αθηηλνβνιία πνπ εθπέκπεηαη
απφ ζηεξεά ζψκαηα είλαη κεγάινπ κήθνπο θχκαηνο θαη εθπέκπεηαη ζε πνιχ ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο. Η πνζφηεηα ζεξκηθήο ελέξγεηαο πνπ εθπέκπεη έλα πιηθφ εμαξηάηαη απφ ηε ζεξκνθξαζία θαη ηελ ηθαλφηεηα εθπνκπήο ηεο επηθαλείαο ηνπ, ε νπνία εθθξάδεηαη απφ ηνλ ζπληειεζηή εθπνκπήο. Σα πεξηζζφηεξα γλσζηά πιηθά εθπέκπνπλ γχξσ ζην 90% ηεο ζεξκφηεηαο πνπ είλαη ζεσξεηηθά δπλαηφ λα εθπέκςνπλ ζε δεδνκέλε ζεξκνθξαζία. Κάπνηεο πνιχ ζηηιπλέο επηθάλεηεο, φπσο π.ρ. θχιια αινπκηλίνπ εθπέκπνπλ πνιχ κηθξή πνζφηεηα ζεξκηθήο αθηηλνβνιίαο. Η εθπνκπή ζεξκηθήο ελέξγεηαο έρεη σο πξνυπφζεζε ηελ απνξξφθεζε ελέξγεηαο απφ έλα ζψκα. Πνιιά πιηθά φκσο δελ απνξξνθνχλ ζεξκηθή ελέξγεηα, αιιά ηελ αλαθινχλ ή ηελ αθήλνπλ λα δηέιζεη. Κάζε ζψκα ραξαθηεξίδεηαη απφ ηξεηο ζπληειεζηέο: Σν ζπληειεζηή πεξαηόηεηαο η, πνπ δίλεη ην πνζνζηφ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ πεξλά κέζα απφ έλα ζψκα, ην ζπληειεζηή εθπνκπήο ε πνπ ζεσξείηαη ίζνο κε ην ζπληειεζηή απνξξφθεζεο θαη ην ζπληειεζηή αλάθιαζεο r πνπ δίλεη ην πνζνζηφ πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο πνπ αλαθιά έλα ζψκα. Σν άζξνηζκα ησλ παξαπάλσ ηξηψλ ζπληειεζηψλ ηζνχηαη κε ηε κνλάδα: η + r +ε = 1. Η ηθαλφηεηα εθπνκπήο ελφο ζψκαηνο εμαξηάηαη πεξηζζφηεξν απφ ηελ ππθλφηεηα θαη ηελ ζχζηαζε ηεο επηθαλείαο ηνπ θαη ιηγφηεξν απφ ην ρξψκα ηνπ. Σα πεξηζζφηεξα δνκηθά πιηθά ιεηηνπξγνχλ σο κέιαλα ζώκαηα, απνξξνθνχλ δειαδή ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο, άξα έρνπλ ζπληειεζηή απνξξφθεζεο ίζν κε ηε κνλάδα. Σα ζψκαηα πνπ αλαθινχλ,εθπέκπνπλ θαη κεηαδίδνπλ ζεξκφηεηα ζε ίζα πνζνζηά απνθαινχληαη γθξίδα ζώκαηα, π.ρ. παινπίλαθεο θαη εθείλα πνπ αλαθινχλ φια ζρεδφλ ηα κήθε θχκαηνο αθηηλνβνιίαο πνπ θηάλνπλ ζηελ επηθάλεηά ηνπο ιέγνληαη ιεπθά ζώκαηα. Φπζηθά δελ απαληάηαη ζηε θχζε ζψκα απφιπηα καχξν, γθξίδν ή ιεπθφ. Σα πιηθά πνπ κεηαδίδνπλ νξαηή ειηαθή αθηηλνβνιία δελ κεηαδίδνπλ αλαγθαζηηθά ζεξκηθή αθηηλνβνιία. Απηφ ηζρχεη ζηελ πεξίπησζε ηνπ γπαιηνχ, ην νπνίν αθήλεη κελ φιν ην θάζκα νξαηήο αθηηλνβνιίαο λα πεξάζεη απφ κέζα ηνπ, αιιά απνξξνθά ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο πξνζπίπηνπζαο ζεξκηθήο αθηηλνβνιίαο. Απηή ε ηδηφηεηα ηνπ γπαιηνχ απνηειεί ηελ αθεηεξία θάζε ζηξαηεγηθήο κε ζηφρν λα απνθνκίζνπκε ειηαθή ελέξγεηα γηα έλα θηίξην. Γηα ην ππέξπζξν ηκήκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο κε κήθνο θχκαηνο ι 2500 nm ηα ζπλεζηζκέλα παινζηάζηα είλαη δηαπεξαηά, ελψ δελ είλαη δηαπεξαηά γηα ηελ ππέξπζξε αθηηλνβνιία πνπ εθπέκπεηαη απφ ηα θηηξηαθά ζηνηρεία θαη έρεη κεγαιχηεξν κήθνο θχκαηνο (ι > 5000 nm). ην γεγνλφο απηφ νθείιεηαη ην θαηλόκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ: Η ειηαθή αθηηλνβνιία πεξλά κέζα απφ ηα παινζηάζηα ζην εζσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ θαη απνξξνθάηαη απφ ηα θηηξηαθά ζηνηρεία. Απηά ζεξκαίλνληαη θαη εθπέκπνπλ ππέξπζξε αθηηλνβνιία, ε νπνία δελ κπνξεί πιένλ λα πεξάζεη απφ ηα παινζηάζηα.
Σρήκα 1.7: Φαηλφκελν ζεξκνθεπίνπ 1.5 Θεξκνζπζζώξεπζε Κάζε πιηθφ έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα πξνζιακβάλεη ζεξκφηεηα θαη λα ηελ απνζεθεχεη. Η πνζφηεηα ζεξκφηεηαο πνπ κπνξεί έλα πιηθφ λα πξνζιάβεη νλνκάδεηαη εηδηθή ζεξκνρσξεηηθφηεηα c θαη απνδίδεηαη ζε kj/(kgk). Η εηδηθή ζεξκνρσξεηηθφηεηα c απνδίδεη ην πνζφ ελέξγεηαο ζε kj πνπ απνζεθεχεηαη ζε 1 kg πιηθνχ φηαλ ε ζεξκνθξαζία απμάλεηαη θαηά 1 C, ή, κε άιια ιφγηα, πφζε ζεξκηθή ελέξγεηα πξέπεη λα πξνζιάβεη έλα ρηιηφγξακκν ελφο πιηθνχ, ψζηε λα αλέιζεη ε ζεξκνθξαζία ηνπ θαηά 1 C. Σν γηλφκελν ηεο εηδηθήο ζεξκνρσξεηηθφηεηαο επί ηελ ππθλφηεηα απνθαιείηαη ζεξκνρσξεηηθφηεηα ή ζεξκηθή κάδα ηνπ πιηθνχ. Τιηθά κε κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα απνζεθεχνπλ κεγάιεο πνζφηεηεο ζεξκφηεηαο. Απφ ηα δηαδεδνκέλα ζηε θχζε ζηνηρεία ην λεξφ είλαη εθείλν κε ηε κεγαιχηεξε ζεξκνρσξεηηθφηεηα ελψ ν αέξαο είλαη απηφ κε ηε κηθξφηεξε. Όζνλ αθνξά ηα δνκηθά πιηθά, ε πέηξα θαη ην ζθπξφδεκα δηαζέηνπλ κεγάιε ζεξκηθή κάδα θαη αθνινπζνχλ νη ζπκπαγείο νπηφπιηλζνη. Σα ζεξκνκνλσηηθά πιηθά έρνπλ πνιχ κηθξή ζεξκνρσξεηηθφηεηα, γηαηί πεξηέρνπλ κεγάιν πνζνζηφ αέξα. Η απνζεθεπκέλε ζε έλα ζψκα ζεξκφηεηα απνηειεί ην άζξνηζκα ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο φισλ ησλ κνξίσλ ηνπ θαη απμάλεηαη επζέσο αλάινγα κε Σελ πνζφηεηα θηλεηηθήο ελέξγεηαο ησλ κνξίσλ ηνπ πιηθνχ Σελ ππθλφηεηα ηνπ πιηθνχ, δειαδή ηνλ αξηζκφ κνξίσλ πνπ πεξηέρεη ην πιηθφ. Ο ρξφλνο πνπ ρξεηάδεηαη γηα ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε έλα θηηξηαθφ ζηνηρείν είλαη ηφζν κεγαιχηεξνο, φζν κηθξφηεξε είλαη ε ζεξκηθή αγσγηκφηεηα θαη φζν πςειφηεξε ε ζεξκνρσξεηηθφηεηα ησλ ζηξσκάησλ κεηαμχ επηθάλεηαο θαη ηνπ ελ ιφγσ κνξίνπ. Άξα ε ζεξκνρσξεηηθφηεηα αμηνπνηείηαη γξεγνξφηεξα θαη πιεξέζηεξα φζν κεγαιψλεη ε ζεξκηθή αγσγηκφηεηα ελφο πιηθνχ. Όια ηα ζπζηήκαηα απνθνκηδήο ειηαθψλ θεξδψλ ζηεξίδνληαη ζηε ζπζζώξεπζε ειηαθήο ελέξγεηαο κέζα ζε έλα πιηθφ γηα κηα δεδνκέλε ρξνληθή πεξίνδν. Σα παζεηηθά ζπζηήκαηα ςχμεο επηδηψθνπλ λα αθαηξέζνπλ ζεξκφηεηα απφ έλα πιηθφ ψζηε λα πξνζιάβεη απηφ ζεξκφηεηα κε θάπνηα ρξνληθή θαζπζηέξεζε. Οπζηαζηηθά πξφθεηηαη γηα ηελ ίδηα ζηξαηεγηθή, ε νπνία ζπλίζηαηαη ζηε δηαηήξεζε κηαο δηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο κεηαμχ ηνπ πιηθνχ θαη ηνπ πεξηβάιινληφο ηνπ γηα θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα.
2.0 Πξνζεγγίζεηο κε ζηφρν ηελ πξνζθνκηδή ειηαθψλ θεξδψλ Πεξίπνπ ην ήκηζπ ηεο παγθφζκηαο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο, ε νπνία ζπλδέεηαη άκεζα κε ηελ έθιπζε ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα, ιακβάλεη ρψξα ζε θηίξηα. Η ζσζηή δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο ζηα θηίξηα απνηειεί επνκέλσο θαη βηψζηκε ζηξαηεγηθή δφκεζεο. Η ειηαθή αξρηηεθηνληθή δελ απνηειεί ζχγρξνλε επηλφεζε αιιά επαλαθνξά ζην πξνζθήλην παξαδνζηαθψλ πξαθηηθψλ πνπ θηάλνπλ κέρξη ηε λενιηζηθή επνρή θαη πξνέθπςαλ ζαλ απνηέιεζκα εκπεηξίαο, ινγηθήο θαη εγγελνχο πεξηβαιινληηθήο ζπλείδεζεο. Μηα κηθξή αλαδξνκή καο πεγαίλεη ζηνλ Ξελνθψληα, ν νπνίνο ην 400 π.υ. πεξίπνπ, ζηα Απνκλεκνλεχκαηα ηνπ σθξάηε πεξηγξάθεη έλαλ ηχπν θαηνηθίαο, ζηξακκέλεο πξνο ην λφην, κε ζθηαζκέλν πξναχιην θαη ζηέγε κε θιίζε πξνο ην βνξά (ρήκα 2.1) Σρήκα 2.1: Η πξφηππε θαηά ην σθξάηε θαηνηθία, φπσο πεξηγξάθεηαη απφ ηνλ Ξελνθψληα ηελ Πξηήλε ηεο Μηθξάο Αζίαο (ρήκα 2.2) έρνπκε θαηνηθίεο ζηξακκέλεο πξνο ην λφην, θηηζκέλεο θαηά ζεηξά κε εζσηεξηθέο απιέο ή αίζξηα, νη νπνίεο πξνζηαηεχνληαη απφ κνλψξνθα βνεζεηηθά θηίζκαηα. Οη ξσκαίνη ζθίαδαλ πεξηκεηξηθά ην αίζξην (atrium) κε έλα πεξηζηχιην. ΣΟΜΗ Σρήκα 2.2: Καηνηθίεο κε αίζξηα ζηελ Πξηήλε- αμνλνκεηξηθφ θαη ηνκή
ηε ξσκατθή βηβιηνγξαθία απαληνχκε ηα δέθα βηβιία ηνπ Βηηξνχβηνπ θαη αληίζηνηρα έξγα απφ ηνλ Πιίλην ηνλ Νεφηεξν θαη ηνλ Οπιπηαλφ, φπνπ πεξηγξάθνληαη νη δηαδξνκέο ηνπ ήιηνπ ζε δηάθνξα γεσγξαθηθά πιάηε, θαη δίλνληαη εθηελείο νδεγίεο γηα κηα δφκεζε ζε αξκνλία κε ηελ ηνπνζεζία θαη ην θιίκα. ε πξνγελέζηεξεο πεξηφδνπο νη άλζξσπνη είραλ αληηιεθζεί ηα πιενλεθηήκαηα ηεο ππφζθαθεο δφκεζεο, πνπ παξείρε ηε δπλαηφηεηα εθκεηάιιεπζεο ηεο ζεξκηθήο αδξάλεηαο ησλ πιηθψλ πέηξα θαη ρψκα. πλαληνχκε αμηφινγα δείγκαηα ππφζθαθεο δφκεζεο ζε πιήζνο παξαδνζηαθψλ νηθηζκψλ ζε φια ηα κήθε θαη πιάηε ηεο γεο, απφ ηηο θνηιάδεο ηεο Dordogne θαη ηεο Vézére ζηε Γαιιία, ηα ππφζθαθα ηεο Οίαο ζηε αληνξίλε θαη ηεο Matera ζηελ Ιηαιία κέρξη ηελ Καππαδνθία ζηελ Σνπξθία, ηε Matmata ζηελ Σπλεζία, ηε Mesa Verde ηνπ Κνινξάλην θαη ην Loyang ηεο Κίλαο (βιέπε θσηνγξαθηθφ πιηθφ). ηελ αξραία Πεξζία αιιά θαη ζε φιε ηε Μέζε Αλαηνιή ζπλαληνχκε αμηφινγα κέηξα θπζηθνχ θιηκαηηζκνχ ησλ θαηνηθηψλ γηα φιεο ηηο επνρέο, πνπ πεξηιακβάλνπλ ζπγθεθξηκέλε δηάηαμε φγθσλ, θελνχ ρψξνπ θαη πδάηηλσλ επηθαλεηψλ ζε ζπλδπαζκφ κε επνρηαθή κεηαηφπηζε ησλ ρξήζεσλ ησλ ρψξσλ θαη αλεκφππξγνπο γηα ελίζρπζε ηνπ θπζηθνχ αεξηζκνχ (ρήκα 2.3) Σρήκα 2.3: Φπζηθφο θιηκαηηζκφο ζηελ αλψλπκε αξραία πεξζηθή αξρηηεθηνληθή ε ςπρξά βφξεηα πιάηε αληίζεηα παξαηεξνχκε ζηξαηεγηθέο κείσζεο ηελ ζεξκηθψλ απσιεηψλ θαη δηαηήξεζεο ηεο ζεξκφηεηαο πνπ παξάγεηαη απφ αλζξψπνπο θαη νηθηαθέο δξαζηεξηφηεηεο (ρήκα 2.4). Χζηφζν νη πξνζφςεηο θαη εθεί ζηξέθνληαη θαηά πξνηίκεζε πξνο ην Νφην. Σρήκα 2.3: Αγξνηθία ζηε Νφηηα Γεξκαλία πεξί ην 1300 κ.υ.
2.1 Πξνϋπνζέζεηο θαη ζηξαηεγηθέο αμηνπνίεζεο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο Οη ζηξαηεγηθέο δφκεζεο κε ζηφρν ηα ειηαθά θέξδε θαηά ελ ςπρξή πεξίνδν απαξηίδνληαη απφ κηα ζεηξά ηεξαξρεκέλσλ κέηξσλ. Σα πξσηεύνληα κέηξα αθνξνχλ ηε ρσξνηαμία, ηελ πνιενδνκία, ην ζρεδηαζκφ ηνπ αληηθεηκέλνπ θαη ηελ θαηαζθεπή θαη είλαη ζε ζέζε λα πξνζθέξνπλ κείσζε ησλ ελεξγεηαθψλ δαπαλψλ ρσξίο επηπιένλ ρξεκαηηθή δαπάλε. Σα δεπηεξεύνληα κέηξα αθνξνχλ ηελ θαηαζθεπή θαη ηνλ ηερληθφ εμνπιηζκφ θαη επηζχξνπλ θάπνηα επηπιένλ νηθνλνκηθή δαπάλε. 2.1.1 Πνιενδνκηθόο ζρεδηαζκόο κε γλώκνλα ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο Η κειέηε ησλ θιηκαηηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ελφο ηφπνπ θαη ν θαηάιιεινο πξνζαλαηνιηζκφο ελφο θηηξίνπ απνηεινχλ ηα πξψηα θξίζηκα ζηνηρεία θάζε ζηξαηεγηθήο κε ζηφρν ηελ αμηνπνίεζε ησλ ειηαθψλ θεξδψλ. Κέξδε απφ ηνλ ήιην είλαη δπλαηά φρη κφλν ζε παληαρφζελ ειεχζεξε δφκεζε ρσξίο εκπφδηα θαη ζθηαζκφ αιιά θαη ζε ππθλά δνκεκέλεο αζηηθέο πεξηνρέο. 2.1.1.1 Κιίκα Σν θιίκα κηαο ηνπνζεζίαο είλαη ην ζχλνιν ησλ αηκνζθαηξηθψλ κεηαβνιψλ θνληά ζην έδαθνο ζε δεδνκέλε ρξνληθή πεξίνδν. Γίλεηαη δηάθξηζε ζε Δπξχηεξε θιηκαηηθή δψλε, π.ρ. Βαιθάληα, Μεζφγεηνο. Σα θξίζηκα δεδνκέλα πνπ θαζνξίδνπλ ηελ αξρηηεθηνληθή επέκβαζε είλαη ην γεσγξαθηθφ πιάηνο, ε ζέζε ηνπ νηθηζκνχ ζε ζρέζε κε ηε ζάιαζζα θαη ε ζρέζε δνκεκέλνπ θαη ειεχζεξνπ ρψξνπ. Απφ ηα παξαπάλσ δεδνκέλα πξνθχπηεη ζε γεληθέο γξακκέο ε κνξθή ηνπ θηηξίνπ. Οξηζκέλε θιηκαηηθή δψλε, π.ρ. νξεηλή Διιάδα, λεζησηηθή Διιάδα, Θεζζαιία, θ.ι.π. Καηαρσξνχληαη ηα κείδνλα γεσγξαθηθά ζηνηρεία κηαο πεξηνρήο, φπσο πνηακφο, ιίκλε, ζάιαζζα, βνπλφ θιπ., ην πςφκεηξν. Δπίζεο κειεηάηαη ε ηνπηθή θηηξηαθή κνξθνινγία, εθφζνλ ππάξρεη. Απφ ηα δεδνκέλα απηά πξνθχπηεη ν πξνζαλαηνιηζκφο ηνπ θηηξίνπ, ε κνξθή θαη ε θαηαζθεπή. Σνπηθφ θιίκα, π.ρ. Κνηιάδα, χςσκα, πφιε, θιπ. Κξίζηκνη παξάγνληεο είλαη ε ζρέζε ηνπ θηίζκαηνο κε ηπρφλ πςψκαηα ή πδάηηλεο κάδεο, βιάζηεζε, ζπληειεζηέο δφκεζεο, νκαδνπνίεζε θηηζκάησλ, ζχζηεκα δφκεζεο, δηακφξθσζε ππαίζξησλ ρψξσλ. Βάζεη απηψλ ησλ ζηνηρείσλ ζπγθεθξηκελνπνηείηαη ε ζέζε ηνπ θηίζκαηνο θαη ε κνξθή ηνπ. Μηθξνθιίκα. Δδψ ε θιίκαθα πεξηιακβάλεη ην νηθφπεδν, ηε ζέζε ηνπ θηίζκαηνο, ην κέγεζνο θαη ηνπο ππαίζξηνπο ρψξνπο. Σα δεδνκέλα πνπ αληινχληαη είλαη ε ζχζηαζε ηνπ εδάθνπο, ε θιίζε, ε βιάζηεζε, ηα πιηθά θαη ε θαηαζθεπή θαη ε ζχζηαζε ηνπ λεξνχ. Οξηζηηθνπνηείηαη έηζη ε κνξθή ηνπ θηηξίνπ, ηα επί κέξνπο θηηξηαθά ζηνηρεία, ε δηακφξθσζε ησλ εμσηεξηθψλ επηθαλεηψλ θαη ησλ ππαίζξησλ θαη εκηππαίζξησλ ρψξσλ. Καηά ην ζρεδηαζκφ νηθηζκψλ θαη θηηξίσλ ιακβάλνληαη ππφςε ην ηνπηθφ θιίκα θαη ην κηθξνθιίκα. Δλδηαθέξνπλ νη εμσηεξηθέο ζεξκνθξαζίαο αλάινγα κε ηελ επνρή θαη ηελ ρξνληθή πεξίνδν ηνπ 24ψξνπ, ε ειηαθή αθηηλνβνιία θαη νη άλεκνη, θαζψο επίζεο νη βξνρνπηψζεηο θαη ρηνλνπηψζεηο, ε πγξαζία ηνπ αέξα θαη ε αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε. Οη παξαπάλσ παξάκεηξνη επεξεάδνληαη κε ηε ζεηξά ηνπο απφ ηελ ηνπνγξαθία, ηε βιάζηεζε, ηηο πδάηηλεο κάδεο θαη ηελ πθηζηάκελε δφκεζε. Η ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο ζε ιαθθψκαηα ή ζε θνξπθέο πςσκάησλ είλαη ρακειφηεξε απφ φ,ηη ζε πξνζηαηεπκέλεο απφ πςψκαηα ή άιια θηίζκαηα ηνπνζεζίεο, ζε παξαζαιάζζηα νηθφπεδα ή ζε λφηηεο πιαγηέο (ρήκα 2.5). ε ππθλά δνκεκέλν πεξηβάιινλ νη ζεξκνθξαζίεο είλαη κέρξη θαη θαηά 10 C πςειφηεξεο ζε ζχγθξηζε κε ηελ εμνρή (ρήκα 2.4). Αλαηνιηθέο, δπηηθέο θαη λφηηεο πιαγηέο είλαη πξνηηκφηεξεο απφ ελεξγεηαθή άπνςε ζε ζχγθξηζε κε θνηιάδεο, φπνπ θαηά ηε λχθηα θαζηδάλεη ςπρξφο αέξαο αιιά θαη ξχπνη ηνπ αέξα θαη δελ κπνξνχλ πιένλ λα δηαθχγνπλ θαη λα δηαρπζνχλ.
Σρήκα 2.4: Κιηκαηηθέο δηαθνξέο κεηαμχ πφιεο θαη εμνρήο. Η πνζόηεηα θαη ε ζπρλόηεηα ηεο άκεζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο απνηεινχλ ηα θξίζηκα θξηηήξηα γηα ηελ απνθνκηδή ειηαθψλ θεξδψλ. Σα δεδνκέλα απηά δηαθέξνπλ απφ πεξηνρή ζε πεξηνρή θαη είλαη πξνζβάζηκα κέζσ κεηεσξνινγηθψλ ζηαζκψλ θαη ππεξεζηψλ. Οξηζκέλα ινγηζκηθά θηηξηαθήο αλάιπζεο δηαζέηνπλ ηα δεδνκέλα απηά γηα κηα πιεηάδα πεξηνρψλ. Πιαγηέο πςσκάησλ ζηξακκέλεο πξνο ην λφην δέρνληαη 10-30% πεξηζζφηεξε ζπλνιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία θαη κέρξη 50% πεξηζζφηεξε άκεζε απφ φηη βφξεηεο πιαγηέο. Καηά ηελ επηινγή ηνπνζεζίαο πξέπεη λα κειεηεζεί πξνζεθηηθά ν ζθηαζκφο απφ πςψκαηα, θπξίσο ην ρεηκψλα, θαζψο θαη απφ άιια εκπφδηα, φπσο βιάζηεζε θαη γεηηνληθά θηίζκαηα. εκαληηθφ ξφιν ζην ελεξγεηαθφ ηζνδχγην ησλ θηηξίσλ παίδνπλ νη άλεκνη πνπ επηθξαηνχλ ζε κηα πεξηνρή. Καηά ηελ ςπρξή πεξίνδν ν άλεκνο αθελφο απμάλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο θαηά ηνλ αεξηζκφ ησλ ρψξσλ θαη αθεηέξνπ εληζρχεη ηηο απψιεηεο κέζσ ηνπ θειχθνπο, θαζψο επηηαρχλεη ηε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο απφ ηηο εμσηεξηθέο επηθάλεηεο ηνπ θηηξίνπ. Η ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ εμαξηάηαη απφ ην πςφκεηξν, ηε κνξθή ηνπ θηηξίνπ, ην χςνο ηνπ θαη ηε δηακφξθσζε ησλ εμσηεξηθψλ ηνπ επηθαλεηψλ. Απμάλεηαη κε ην χςνο ηνπ θηηξίνπ - πάλσ απφ ηνλ δέθαην φξνθν ε αλεκνπίεζε απμάλεηαη ζην ηξηπιάζην- θαη εληζρχεηαη ζεκαληηθά ζε ζπγθεθξηκέλεο κνξθνινγίεο ηνπ εδάθνπο, φπσο άθξεο γθξεκνχ, θνξπθέο πςσκάησλ θαη ζε ζηελέο θνηιάδεο θαη ξεκαηηέο. Αληίζεηα, ε νξκή ηνπ αλέκνπ αλαραηηίδεηαη απφ ηξαρείεο επηθάλεηεο, δέληξα, αλαρψκαηα θαη φκνξα θηίξηα (ρήκα 2.5). πγθεθξηκέλα κέηξα, φπσο ε θιηκαθσηή δηάηαμε ησλ θηηξίσλ, ε ηνπνζέηεζε ησλ θηηζκάησλ ππφ γσλία 45 ζε ζρέζε κε ηελ θχξηα θαηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ ην ρεηκψλα, ε θαηάιιειε δηακφξθσζε ησλ φγθσλ θαη ν πεξηνξηζκφο ηνπ χςνπο ηνπ θηηξίνπ κεηξηάδνπλ ηελ επίδξαζε ηνπ αλέκνπ ζην θηίξην. Η πγξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο ιφγσ πνιιψλ βξνρνπηψζεσλ ή θνληά ζε πδάηηλεο κάδεο, πξνθαιεί νκίριεο, νη νπνίεο κεηψλνπλ ηελ έληαζε θαη ηε δηάξθεηα ηεο άκεζεο θαη έκκεζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ππνβαζκίδνπλ ηε ζεξκνκνλσηηθή ηθαλφηεηα ηνπ θειχθνπο. Η αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε, πέξα απφ ηελ ππνβάζκηζε ηεο πνηφηεηαο ηνπ αέξα, επίζεο κεηψλεη ηελ έληαζε θαη ηε δηάξθεηα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Η ξχπαλζε εκθαλίδεηαη θαη εμνρή ζηηο πφιεηο αιιά επίζεο θαη ζε ππνρσξήζεηο ηνπ εδάθνπο θαη νπνπδήπνηε εκπνδίδεηαη ε ελαιιαγή ηνπ αέξα.
Κνξπθή πςψκαηνο Δπίπεδν έδαθνο Λάθθσκα Νφηηα πιαγηά Διεχζεξε ηνπνζεζία Δθηεζεηκέλε ηνπνζεζία Πξνζηαηεπκέλε ηνπνζεζία Σρήκα 2.5: Καηαιιειφηεηα ζέζεσλ γηα θηίζκαηα, κε βάζε ζχγθξηζεο ηελ ηνπνζέηεζε ζε επίπεδν έδαθνο (100%). Παξαηεξνχκε επάλσ φηη ελψ ζε ππνρσξήζεηο ηνπ εδάθνπο θαη ζε θνξπθέο έρνπκε πεξηζζφηεξα ειηαθά θέξδε, ην ηζνδχγην απνβαίλεη αξλεηηθφ, ελψ ζε πξνζηαηεπκέλεο λφηηεο πιαγηέο δελ έρνπκε ζεξκηθέο απψιεηεο (+2 ). Κάησ βιέπνπκε επίζεο φηη ζε πξνζηαηεπκέλε πιαγηά ην θηίζκα δέρεηαη ην 50% ηεο έληαζεο ηνπ αλέκνπ. Σα επίγεηα ύδαηα, ιφγσ ηεο κεγάιεο ζεξκνρσξεηηθφηεηαο ηνπ λεξνχ, κεηξηάδνπλ ηηο δηαθπκάλζεηο ηεο ζεξκνθξαζίαο ζε εγγχο πεξηνρέο. Με πιάηνο ηεο πδάηηλεο επηθάλεηαο κεγαιχηεξν απφ 300 κέηξα δεκηνπξγείηαη ηνπηθή θπθινθνξία αλέκσλ απφ θαη πξνο ην λεξφ. Αιιά επίζεο κηθξφηεξεο κάδεο, φπσο ξπάθηα κε βάζνο πάλσ απφ 1 κέηξν δεκηνπξγνχλ κηα δψλε ζεξκηθήο πξνζηαζίαο γηα ηηο άκεζα γεηηληάδνπζεο πεξηνρέο. Τδάηηλεο κάδεο ζηε λφηηα πιεπξά ηνπ θηίζκαηνο πξνζθέξνπλ ελίζρπζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ην ρεηκψλα, κέζσ αλάθιαζεο, ελψ ην θαινθαίξη δξνζίδνπλ ηελ πεξηνρή κέζσ ηεο εμαέξσζεο ηνπ λεξνχ. Η ζπλεξγηθή δξάζε ζεηηθψλ θιηκαηηθψλ παξακέηξσλ, κε ζσζηή εθκεηάιιεπζή ηνπο, δεκηνπξγεί ζηηο παξαθείκελεο πεξηνρέο επκελέζηεξεο θιηκαηηθέο ζπλζήθεο ζε ζχγθξηζε κε πην απνκαθξπζκέλεο ηνπνζεζίεο ηεο ίδηαο θιηκαηηθήο δψλεο. ηα αζηηθά θέληξα, ε ππθλή δφκεζε θαη ε αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε δεκηνπξγνχλ έλα ηδηαίηεξν, αζηηθφ θιίκα. Σν θαηλφκελν απηφ επηηείλεηαη κε ηελ έιιεηςε βιάζηεζεο θαη πδαηίλσλ επηθαλεηψλ. Οη θιηκαηηθέο απηέο ζπλζήθεο είλαη κελ δπζάξεζηεο, ελ ηνχηνηο κεηψλνπλ ηηο αλάγθεο ζε ζεξκηθή ελέξγεηα ην ρεηκψλα, κε ζεξκνθξαζίεο θαηά θαλφλα πςειφηεξεο θαηά 2 C έσο 5 C ζε ζρέζε κε ηελ χπαηζξν. Παξάιιεια βέβαηα απμάλνπλ ηελ αλάγθε ςχμεο ην θαινθαίξη, γηαηί ην λέθνο δελ επηηξέπεη ζηε ζεξκφηεηα πνπ ζπζζσξεχεηαη ζηα πιηθά ησλ θηηξίσλ θαη ησλ νδψλ θαζψο θαη ζε απηή πνπ εθπεκπφκελεο απφ νρήκαηα θαη εγθαηαζηάζεηο λα δηαθχγεη πξνο ηνλ νπξαλφ. Οη ζεξηλέο αζηηθέο ζεξκνθξαζίεο κπνξνχλ λα αλέιζνπλ ηνπηθά έσο θαη 15 C ζε ζρέζε κε ηελ χπαηζξν θαηά ην ίδην ρξνληθφ δηάζηεκα. ηα ειιεληθά αζηηθά θέληξα κε ηελ ηεξάζηηα αλεπάξθεηα ζε επηθάλεηεο πξαζίλνπ πνπ ζθηάδνπλ θαη δξνζίδνπλ κέζσ εμάηκηζεο, νη ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο ην θαινθαίξη δελ είλαη βηψζηκεο. Δπνκέλσο ζηηο ειιεληθέο πφιεηο ην θαη εμνρήλ πξφβιεκα είλαη ε ςχμε.
2.1.2 Πνιενδνκηθόο θαη θηηξηαθόο ζρεδηαζκόο κε ζηόρν ειηαθά θέξδε Σα κέηξα πνπ ιακβάλνληαη ζην επίπεδν ζρεδηαζκνχ νηθηζκψλ θαη θηηξίσλ είλαη ζε ζέζε, ρσξίο λα επηθέξνπλ αμηφινγε επηπιένλ δαπάλε, λα πξνζθέξνπλ νηθνινγηθά θαη ελεξγεηαθά απνδεθηέο ιχζεηο, ε απνηειεζκαηηθφηεηα ησλ νπνίσλ ππεξβαίλεη απηή ησλ θαηαζθεπαζηηθψλ θαη ζεξκνηερληθψλ κέηξσλ. 2.1.2.1 Ο πξνζαλαηνιηζκφο ηα βφξεηα γεσγξαθηθά πιάηε, απφ 32 έσο 56, ε κεζεκβξηλή (λφηηα) πιεπξά ελφο θηηξίνπ πξνζιακβάλεη πεξίπνπ ηξεηο θνξέο πεξηζζφηεξε ειηαθή ελέξγεηα θαηά ην ρεηκψλα ζε ζχγθξηζε κε ηελ αλαηνιηθή θαη ηε δπηηθή πιεπξά. Καηά ηνπο ζεξηλνχο κήλεο νη ζπλζήθεο αληηζηξέθνληαη θαη ην θηίξην πξνζιακβάλεη πνιχ ιηγφηεξε ειηαθή αθηηλνβνιία ζε ζχγθξηζε κε ηε ζηέγε θαη ηελ αλαηνιηθή θαη δπηηθή πιεπξά (ρήκα 2.6). Σφζν ην ρεηκψλα, φζν θαη ην θαινθαίξη ε βφξεηα πιεπξά ηνπ θηηξίνπ πξνζιακβάλεη ειάρηζηε άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία (ρήκα 2.7β). ε εδάθε κε θιίζε ζπληζηάηαη ε κεξηθή ή νιηθή βχζηζε ηεο βφξεηαο πιεπξάο ηνπ θηηξίνπ ζην έδαθνο, ηδηαίηεξα ζε πεξηνρέο κε πνιχ ςπρξνχο ρεηκψλεο. Σρήκα 2.6: Ηιηαζκφο θηηξίσλ ην ρεηκψλα θαη ην θαινθαίξη α) β) Σρήκα 2.7: χγθξηζε ειηαζκνχ λφηηαο (α.) θαη βφξεηαο (β) πιεπξάο ηνπ θηηξίνπ Καηά ηνπο ζεξηλνχο κήλεο, ε λφηηα πιεπξά, ελψ κελ βιέπεη ηνλ ήιην επί κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα, ιφγσ ηεο κεγάιεο γσλίαο χςνπο ηνπ ήιηνπ θαη επνκέλσο ηεο κηθξήο γσλίαο πξφζπησζεο, ζθηάδεηαη πνιχ εχθνια θαη νηθνλνκηθά κε έλα νξηδφληην πέηαζκα (ρήκα 2.7 α).
Η αλαηνιηθή θαη ε δπηηθή πιεπξά είλαη δχζθνιν λα ζθηαζηνχλ κε ζηαζεξά πεηάζκαηα. Η δπζκελέζηεξε είλαη ε δπηηθή πιεπξά, γηαηί δέρεηαη άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία ελφζσ ε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο είλαη ήδε πςειή. Η βφξεηα πιεπξά είλαη ε ζθνηεηλφηεξε θαη ςπρξφηεξε ηνπ θηηξίνπ, άξα έλαο βνξηλφο ππαίζξηνο ή εκηππαίζξηνο ρψξνο είλαη εππξφζδεθηνο ην θαινθαίξη. Δπίζεο ζε θηίξηα γξαθείσλ, ζε ζρνιεία, εξγαζηήξηα θαη ηδίσο εθζεζηαθά θηίξηα ν θσηηζκφο απφ βνξξά πξνηηκάηαη γηαηί είλαη δηάρπηνο θαη ζηαζεξφο. Πξνθχπηεη φηη γηα θάζε επίκεθεο θηίξην ε πξνέθηαζε θαηά ηνλ αλαηνιηθφ δπηηθφ άμνλα είλαη πνιχ επκελέζηεξε απφ φηη κηα δηεχζπλζε θαηά κήθνο ηνπ άμνλα βνξξά λφηνπ. 2.1.2.2 Ο πξνζαλαηνιηζκφο θαη ν ειηαζκφο ηνπ νηθνπέδνπ Καίξην ξφιν ζην ζρεδηαζκφ παίδεη ε κειέηε ειηαζκνχ ηνπ νηθνπέδνπ θαη ηνπ ζθηαζκνχ ηνπ απφ εκπφδηα, φπσο θηίξηα, δέλδξα ή πςψκαηα. Οη παξαδνζηαθέο κέζνδνη πξνζδηνξηζκνχ ηνπ ζθηαζκνχ ζηεξίδνληαη ζε δηαθαλείο κεκβξάλεο πνπ απεηθνλίδνπλ ηελ ηξνρηά ηνπ ήιηνπ ζε θπιηλδξηθή ή ζηεξενζθνπηθή πξνβνιή (ρήκα 2.8). Σα χςε ησλ ζθηψλ πξνζδηνξίδνληαη ζηε κελ θπιηλδξηθή πξνβνιή κε εηδηθά φξγαλα, φπσο ην νξηδνληνζθφπην θαη ν ζενδφιηρνο, θαη ζηε ζπλέρεηα θαηαρσξνχληαη ζην ειηαθφ δηάγξακκα, ζηε δε ζηεξενζθνπηθή πξνβνιή ρξεζηκνπνηείηαη εηδηθφο θσηνγξαθηθφο θαθφο. ηε ζηεξενζθνπηθή κέζνδν θαηαρσξνχληαη νη ζθηέο γηα θάζε ψξα επάλσ ζε θσηνγξαθία (ρήκα 2.9) α) β) Σρήκα 2.8: Ηιηαθά δηαγξάκκαηα ζε θπιηλδξηθή (α) θαη ζηεξενζθνπηθή (β) πξνβνιή
Σρήκα 2.9: Καηαρψξεζε ζθηαζκνχ ζε θσηνγξαθία θαη ζε ειηαθφ δηάγξακκα Αλάινγα κε ηα δεδνκέλα ειηαζκνχ θαη ζθηαζκνχ είλαη ζε ζέζε ν κειεηεηήο λα πξνβεί ζην ζρεδηαζκφ ηνπ θηηξίνπ θαη λα επηιέμεη ηελ θαηάιιειε ζηξαηεγηθή εθκεηάιιεπζεο ησλ ειηαθψλ θεξδψλ. Δάλ ην νηθφπεδν ζθηάδεηαη ζε κεγάιν βαζκφ, ηφηε ην θηίξην πξέπεη λα ζρεδηαζηεί κε ηξφπν πνπ λα πεξηνξίδεη ζην ειάρηζην ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο. Δάλ ν ζθηαζκφο ζηε λφηηα πιεπξά είλαη ακειεηένο, ηφηε κπνξεί ην θηίξην λα δηακνξθσζεί κε ζηφρν ηε κεγαιχηεξε δπλαηή εθκεηάιιεπζε ησλ ειηαθψλ θεξδψλ. ήκεξα ν πξνζδηνξηζκφο ηνπ ειηαζκνχ θαη ηνπ ζθηαζκνχ πξαγκαηνπνηείηαη κε ηε βνήζεηα ςεθηαθψλ εξγαιείσλ. Σα δηάθνξα ινγηζκηθά θηηξηαθνχ ζρεδηαζκνχ θαη θηηξηαθήο αλάιπζεο, ζηα νπνία ζα γίλεη εθηελέζηεξε αλαθνξά, ελζσκαηψλνπλ θαη ρξεζηκνπνηνχλ θαηά βάζε ηα πξναλαθεξζέληα ειηαθά δηαγξάκκαηα ζε θπιηλδξηθή θαη ζηεξενζθνπηθή πξνβνιή. ην επίπεδν ηνπ πνιενδνκηθνχ ζρεδηαζκνχ δηαηίζεηαη επίζεο ινγηζκηθφ, ην νπνίν επηηξέπεη ηνλ αθξηβή ππνινγηζκφ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο γηα δεδνκέλν ζεκείν ηνπ πνιενδνκηθνχ ηζηνχ ιακβαλνκέλσλ ππφςε ησλ φκνξσλ θηηξίσλ, ηεο βιάζηεζεο θαη ηεο κνξθνινγίαο ηνπ εδάθνπο (ρήκα 2.11). Σρήκα 2.11: Λνγηζκηθφ πξνζνκνίσζεο GOSOL. Τπνινγηζκφο ηνπ ζθηαζκνχ ζε αζηηθή πεξηνρή
2.1.3 Η κνξθή ηνπ θηίζκαηνο 2.1.3.1 Ο ιφγνο φγθνπ πξνο επηθάλεηα Έλα πνιχ ζεκαληηθφ κέγεζνο πνπ θαζνξίδεη ηε κνξθή θαη ηελ ππθλφηεηα εο δφκεζεο θαη επεξεάδεη ζεκαληηθά ηα ζεξκηθά θέξδε θαη ηηο απψιεηεο ησλ θηηξίσλ είλαη ε ζρέζε ηεο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο ηνπ θηηξίνπ πξνο ηνλ φγθν πνπ απηή πεξηθιείεη. Ο ιφγνο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο πξνο ηνλ φγθν Α/V είλαη πεξίπνπ 1.00 ζηελ πεξίπησζε ησλ κνλνθαηνηθηψλ θαη θηάλεη ηηκέο ηεο ηάμεο 0.20 0.10 γηα πνιπψξνθα θηίξηα. Η ηηκή ηνπ επεξεάδεη άκεζα ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο ησλ θηηξίσλ (ρήκα 2.12) Σρήκα 2.12: Λφγνο Α/V γηα δηαθνξεηηθνχο ηχπνπο θηηξίσλ. Απηφ ζεκαίλεη φηη ζε αζηηθέο ζπλζήθεο δφκεζεο νη απψιεηεο απφ ζεξκηθή κεηάβαζε κεηψλνληαη έσο θαη ζην 15% ησλ αληίζηνηρσλ απσιεηψλ ζε αξαηή δφκεζε κε κνλνθαηνηθίεο. Απηφ έρεη ηδηαίηεξε ζεκαζία γηα ηε ρψξα καο, φπνπ ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηνπ πιεζπζκνχ δηακέλεη ζε αζηηθά θέληξα. Κεληξηθή επηδίσμε ζηα πιαίζηα ηεο βηψζηκεο αλάπηπμεο πξέπεη λα είλαη ελεξγεηαθά απνδνηηθή δφκεζε ζε ειάρηζην δπλαηφ έδαθνο. Δθηφο απφ ην κέγεζνο ηνπ νηθνδνκήκαηνο, ην νπνίν θαζνξίδεη ην ιφγν A/V, ζεκαληηθφ ξφιν παίδεη ε γεσκεηξία θαη ε δηάηαμε ησλ φγθσλ θαη ησλ επηθαλεηψλ. Γηα παξάδεηγκα, ε ζθαίξα θαη ν θχβνο είλαη κνξθέο θαηαιιειφηεξεο απφ φ,ηη νη πξηζκαηηθνί φγθνη. Η έληνλε θιηκάθσζε κηαο πξφζνςεο κε πξνεμνρέο θαη εζνρέο, θφγρεο θαη πξνβφινπο απμάλεη ηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα θαη θαηά ζπλέπεηα θαη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο κέρξη θαη ζην ηεηξαπιάζην. Χζηφζν κείσζε ηεο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο δελ ζεκαίλεη αλαινγηθή κείσζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ, δεδνκέλνπ φηη ηα κεγαιχηεξα θηίζκαηα έρνπλ κεγαιχηεξεο απαηηήζεηο ζε ελέξγεηα γηα αεξηζκφ θαη θσηηζκφ. Μεγάιν ξφιν παίδεη νπσζδήπνηε θαη ην πνζνζηφ ησλ γπάιηλσλ επηθαλεηψλ κε κεησκέλε ζεξκνκφλσζε- ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ θηηξίνπ. Δμάιινπ, θαηά ηνπο ζεξηλνχο κήλεο είλαη επηζπκεηή κηα αχμεζε ηεο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο, ζε πεξίπησζε πνπ ν λπθηεξηλόο αεξηζκόο είλαη ε πξνθξηλφκελε ζηξαηεγηθή ςχμεο (Βιέπε ζρεηηθφ θεθάιαην). 2.1.3.2 Δλεξγέο θαη παζεηηθέο επηθάλεηεο Δλεξγέο είλαη νη επηθάλεηεο εθείλεο ηνπ θηηξίνπ πνπ θξίλνληαη θαηάιιειεο γηα πξφζιεςε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, γηα παξάδεηγκα παιψζεηο, θαη νη νπνίεο είλαη φλησο εθηεζεηκέλεο ζηελ άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία.
Παζεηηθέο είλαη φια νη ππφινηπεο επηθάλεηεο. Απηέο αλαιακβάλνπλ ηε ζεξκνπξνζηαζία ηνπ θηηξίνπ θαη πξέπεη λα είλαη αλάινγα ζεξκνκνλσκέλεο.. 2.3.1.2 πληειεζηήο θαηαιιειφηεηαο γηα ειηαθά θέξδε Ο ζπληειεζηήο απηφο είλαη έλα απιφ εξγαιείν αμηνιφγεζεο ηνπ θηίζκαηνο φζνλ αθνξά ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο. Δίλαη ν ιφγνο ηεο πξνβνιήο φισλ ησλ ελεξγψλ επηθαλεηψλ ζε έλα επίπεδν ζηξακκέλν αθξηβψο λφηηα πξνο ηε ζπλνιηθή εμσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ θηηξίνπ, ε νπνία ζπκπεξηιακβάλεη ελεξγέο θαη παζεηηθέο επηθάλεηεο: E = FN / AΟΛ. ην γξάθεκα πνπ αθνινπζεί (ρήκα 2.13) ζπγθξίλνληαη κεξηθέο απιέο κνξθέο θάηνςεο, Έζησ φηη πξφθεηηαη γηα δηψξνθα θηίξηα κε εκβαδφλ πεξίπνπ 70 m 2 αλά φξνθν, πνπ ζηεγάδνληαη κε δψκα. Γηα θάζε ηχπν θάηνςεο Α έσο D δίλεηαη θαη ν αληίζηνηρνο ζπληειεζηήο E. Σρήκα 2.13: πληειεζηέο θαηαιιειφηεηαο (EGZ) γηα ειηαθά θέξδε γηα δηάθνξεο κνξθέο θηηζκάησλ Παξαηεξνχκε φηη: Η ηεηξάγσλε θάηνςε δελ είλαη ε θαιχηεξε απφ άπνςε εθκεηάιιεπζεο ηνπ ήιηνπ Η επηκήθεο νξζνγψληα θάηνςε έρεη πνιχ θαιφ ζπληειεζηή E θαη ελδείθλπηαη γηα εθκεηάιιεπζε ειηαθψλ θεξδψλ. Ο ζπληειεζηήο βειηηψλεηαη φζν απμάλεη ην κήθνο ηεο πξφζνςεο πνπ δέρεηαη άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία. Οη κάιινλ αζπλήζηζηεο κνξθέο C θαη D εκθαλίδνπλ θαιχηεξνπο ζπληειεζηέο ζε ζχγθξηζε κε ην επίκεθεο νξζνγψλην. 2.1.3.3 Η κνξθή θηίζκαηνο πνπ κεγηζηνπνηεί ηα ειηαθά θέξδε Η ινγηθή ηεο κνξθνπνίεζεο ηνπ θηηξίνπ ψζηε λα εθκεηαιιεχεηαη ζε κέγηζην βαζκφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία ελδείθλπηαη θαη εμνρήλ ζε ζπλζήθεο αξαηήο δφκεζεο, φπνπ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα λα εθηεζνχλ άκεζα ηα θηίξηα ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία, ρσξίο λα παξεκβάιινληαη ζεκαληηθά εκπφδηα πνπ ξίρλνπλ ζθηά. Η ινγηθή απηή νδεγεί ζηελ επηινγή κηαο κνξθήο πνπ εθζέηεη ηε κέγηζηε δπλαηή ελεξγή επηθάλεηα ζηνλ ήιην (ρήκα 2.14). Σρήκα 2.14: Μνξθέο θηηξίσλ θαηάιιειεο γηα κεγηζηνπνίεζε ησλ ειηαθψλ θεξδψλ
Η κνξθή πνπ κεγηζηνπνηεί ηα ειηαθά θέξδε εθζέηεη ηε κέγηζηε δπλαηή επηθάλεηα ηνπ θηηξίνπ ζηνλ ήιην θαηά ηελ ςπρξή πεξίνδν ηνπ έηνο θαη επηηξέπεη ηνλ ειηαζκφ ησλ εζσηεξηθψλ ρψξσλ ζε βάζνο, γεγνλφο κε ζεηηθέο ζπλέπεηεο ζηελ πγεία θαη επεμία ησλ ρξεζηψλ ηνπ θηηξίνπ. Δλδείθλπηαη γηα επαγή ηδξχκαηα φπσο λνζνθνκεία, ζαλαηφξηα θαη νίθνπο επγεξίαο. Η θαηαζθεπή θαη ιεηηνπξγία ηέηνηαο κνξθήο θηηξίσλ είλαη ζρεηηθά δαπαλεξή. Γηα θηίξηα θαηνηθίαο πξέπεη λα ηζνδπγηζηεί ην φθεινο απφ ηα ειηαθά θέξδε ην ρεηκψλα κε ηε δαπάλε απαγσγήο ηνπ ςπθηηθνχ θνξηίνπ ην θαινθαίξη. Δλδείθλπηαη ζε νκάδεο θαηνηθηψλ ζε ζεηξά. 2.1.3.4 Η κνξθή θηίζκαηνο πνπ ειαρηζηνπνηεί ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο ηηο πφιεηο, κε ππθλή δφκεζε, κεγάια χςε θηηξίσλ θαη κε ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ λα θαζνξίδεηαη απφ ηε ξπκνηνκία, είλαη ελ γέλεη δχζθνιν λα ππάξμνπλ θαηάιιειεο ζπλζήθεο γηα ζηξαηεγηθέο κεγηζηνπνίεζεο σλ ειηαθψλ θεξδψλ. Δθεί πξνηείλεηαη κηα άιιε κνξθή θηηξίσλ, πην ζπκπαγή, κε αίζξην. Η βέιηηζηε πξφηαζε πξνβιέπεη θηίξην απνηεινχκελν απφ δύν επηκήθε ηκήκαηα κε ελδηάκεζν δηάδξνκν, φπνπ ην έλα ηκήκα είλαη ζηξακκέλν αλαηνιηθά θαη ην άιιν δπηηθά. Με ηνλ ηξφπν απηφ εμαζθαιίδεηαη ν ειηαζκφο ησλ ρψξσλ ηνπιάρηζηνλ ζε έλα ηκήκα ηεο εκέξαο. Οη θνηλφρξεζηνη ρψξνη, φπσο δηάδξνκνη, ζηνέο, αίζξηα ζηεγάδνληαη κε αλνηγόκελεο γπάιηλεο επηθάλεηεο νη νπνίεο ην ρεηκψλα πξνζθέξνπλ ειηαθά θέξδε θαη αεξηζκφ κε αλάθηεζε ζεξκφηεηαο ελψ θαηά ηε ζεξκή πεξίνδν επηηξέπνπλ ηνλ θαηαθόξπθν αεξηζκφ (ρήκα 2.15). Σρήκα 2.15: Πξνηεηλφκελεο κνξθέο θηηξίσλ γηα ειαρηζηνπνίεζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ Οη ζηεγαζκέλεο κε γπαιί δψλεο κπνξνχλ λα απνθέξνπλ αμηνζεκείσηα ειηαθά θέξδε ην ρεηκψλα, αξθεί λα πξνβιέπεηαη επαξθήο αεξηζκφο θαη ελδερνκέλσο θαη ειηνπξνζηαζία ην θαινθαίξη. Δπίζεο πξνζθέξνπλ επαξθή θπζηθφ θσηηζκφ, δεδνκέλνπ φηη νη νξηδφληηεο δηαθαλείο επηθάλεηεο είλαη πνιχ πην απνηειεζκαηηθέο απφ πιεπξάο θσηηζκνχ ζε ζχγθξηζε κε ηηο θάζεηεο δηαθαλείο επηθάλεηεο. Μηα ζηξαηεγηθή ειαρηζηνπνίεζεο ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ βξίζθεη εθαξκνγή ζε κεγάινπο θηηξηαθνχο φγθνπο. Οθείιεη ζε θάζε πεξίπησζε λα εμαζθαιίδεη επαξθή ειηαζκφ, θσηηζκφ θαη αεξηζκφ ησλ ρψξσλ ελδηαίηεζεο. Να ιεθζεί ππφςε φηη ην ειηαθφ θσο ην ρεηκψλα είλαη ιηγφηεξν ζηηο αλαηνιηθέο θαη δπηηθέο πιεπξέο θαη δελ εηζρσξεί ζε αξθεηφ βάζνο, ελψ ην θαινθαίξη νη φςεηο απηέο δέρνληαη πνιχ ηζρπξή ειηαθή αθηηλνβνιία θαη πξνθαινχλ ππεξζέξκαλζε ησλ ρψξσλ, άξα επηβάιιεηαη επαξθήο ειηνπξνζηαζία. Σέηνηα θηίξηα είλαη νπσζδήπνηε πην νηθνλνκηθά ζε ζχγθξηζε κε θηίξηα πνπ απνζθνπνχλ ζε κεγηζηνπνίεζε ησλ ειηαθψλ θεξδψλ, δεδνκέλνπ φηη ειαηηψλνληαη νη δαπαλεξέο εμσηεξηθέο επηθάλεηεο. Οη δχν ζηξαηεγηθέο πνπ πεξηγξάθνληαη παξαπάλσ απνηεινχλ δχν άθξα. Πνιιέο θνξέο ν κειεηεηήο έρεη ε δπλαηφηεηα λα αλαδεηήζεη ελδηάκεζεο, πην θαηάιιειεο ιχζεηο.
2.1.3.5 χγθξηζε ησλ δχν ζηξαηεγηθψλ Η νξηζηηθή απφθαζε φζνλ αθνξά ηε ζηξαηεγηθή πνπ ζα αθνινπζήζεη ν κειεηεηήο ιακβάλεηαη ή δε ζην ζηάδην ηεο θαηάξηηζεο ησλ ηνπνγξαθηθψλ ζρεδίσλ. Η ζηξαηεγηθή πνπ κεγηζηνπνηεί ηα ζεξκηθά θέξδε απνθέξεη ζπληειεζηέο θάιπςεο απφ 0.5 (κνλψξνθα θηίξηα) έσο 1.27 (ηεηξαψξνθα θηίξηα ζε ζεηξά, ρήκα 2.16). Σρήκα 2.16: Μεηαβνιέο ηνπ ζπληειεζηή δφκεζεο, ηνπ ιφγνπ A/V θαη ηνπ ζπληειεζηή θαηαιιειφηεηαο γηα ειηαθά θέξδε κε αχμεζε ηνπ αξηζκνχ ησλ νξφθσλ. Απφ ην παξαπάλσ ζρήκα θαίλεηαη φηη κε αχμεζε ησλ νξφθσλ βειηηψλεηαη (κηθξαίλεη) ν ιφγνο A/V ελψ ν ζπληειεζηήο Δ έρεη ηελ θαιχηεξε ηηκή ζε θηίξην δχν νξφθσλ. Σα κεγέζε πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ αμηνιφγεζε ησλ ελεξγεηαθψλ ζηξαηεγηθψλ δφκεζεο αλαθέξνληαη ζε παξαδνζηαθέο θαηαζθεπέο. Η ηερλνινγία, ηδηαίηεξα απηή ησλ παινζηαζίσλ θαη θνπθσκάησλ, πξνζθέξεη πνιιέο δπλαηφηεηεο βειηίσζεο ηεο ελεξγεηαθήο ζπκπεξηθνξάο ησλ θηηξίσλ. Πξνθεηκέλνπ λα θαηαζηεί πην ζαθήο ε ζχγθξηζε θηηξίσλ πνπ αθνινπζνχλ ηε ινγηθή ηεο κεγηζηνπνίεζεο ησλ ειηαθψλ θεξδψλ κε εθείλα πνπ ζηνρεχνπλ ζηελ ειαρηζηνπνίεζε ησλ απσιεηψλ, είλαη ζθφπηκν λα επηζηξέςνπκε ζηα ζρήκαηα 2.14 θαη 2.15 φπνπ εκθαλίδνληαη εθάζηνηε δχν ηχπνη θηηξίνπ γηα θάζε ζηξαηεγηθή, δει. G1, G2- κεγηζηνπνίεζε θεξδψλ θαη V1 V2 ειαρηζηνπνίεζε απσιεηψλ. Σν παξαθάησ γξάθεκα θαηαγξάθεη ηνπο φγθνπο, ηηο ζπλνιηθέο εμσηεξηθέο επηθάλεηεο θαη ηνπο ζπληειεζηέο A/V θαη Δ γηα θάζε ηχπν (ρήκα 2.17).
Σρήκα 2.17: χγθξηζε κεηαμχ ησλ ηεζζάξσλ θηηξηαθψλ ηχπσλ Σχπνη G1 θαη G2 κεγηζηνπνίεζε θεξδψλ Μεγάιν εκβαδφλ εμσηεξηθήο επηθάλεηαο. Τςειή πνηφηεηα ζπλζεθψλ δηαβίσζεο κε ρψξνπο πξνζαλαηνιηζκέλνπο πξνο λφην θαη πνιχ επλντθέο ζπλζήθεο εθκεηάιιεπζεο ησλ ειηαθψλ θεξδψλ. Λφγσ κεγάιεο επηθάλεηαο ζπιινγήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πξνθχπηεη πςειφ θφζηνο θαηαζθεπήο. Δπηβάιιεηαη ε ρξήζε πςειψλ πξνδηαγξαθψλ ζηα θνπθψκαηα, κε παινζηάζηα πςειήο ελεξγεηαθήο δηαπεξαηφηεηαο θαη πνιχ πςειήο ζεξκνκφλσζεο, ψζηε αθελφο λα ειαρηζηνπνηεζνχλ νη ζεξκηθέο απψιεηεο ηηο λχρηεο ηνπ ρεηκψλα θαη αθεηέξνπ λα αληηκεησπηζηεί ε ππεξζέξκαλζε ην θαινθαίξη. Τπφ ηηο παξαπάλσ πξνυπνζέζεηο, έλα ηέηνην θηίξην απνθηά πςειφ βαζκφ ελεξγεηαθήο απηνλνκίαο ζε κεζνγεηαθέο θιηκαηηθέο ζπλζήθεο. Σχπνο V1 ειαρηζηνπνίεζε απσιεηψλ Οηθνλνκηθή, ζπκπαγήο κνξθή. Σν ρεηκψλα ππάξρεη πξφβιεκα επάξθεηαο ειηαζκνχ, ν δηάδξνκνο παξακέλεη ζθνηεηλφο. Πνιχ πεξηνξηζκέλεο δπλαηφηεηεο απνθνκηδήο ειηαθψλ θεξδψλ. Σχπνο V2 ειαρηζηνπνίεζε απσιεηψλ Απμεκέλε πνηφηεηα ζπλζεθψλ δηαβίσζεο ιφγσ ηεο επξχρσξεο ελδηάκεζεο ζηνάο. Απμεκέλεο δπλαηφηεηεο παζεηηθήο εθκεηάιιεπζεο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο. Δλ γέλεη ζε ζπλζήθεο ππθλήο δφκεζεο ζπληζηάηαη επξχηεξε εθαξκνγή ιχζεσλ κε αίζξηα θαη ζηνέο ζηεγαζκέλεο κε γπαιί. Απφ αξρηηεθηνληθή άπνςε εληζρχεηαη ε πιαζηηθφηεηα ηνπ φγθνπ θαη αλαβαζκίδεηαη ε αηζζεηηθή ηεο αξρηηεθηνληθήο πξφηαζεο. Απφ ελεξγεηαθή άπνςε, δεκηνπξγείηαη έλα επλντθφ κηθξνθιίκα, ιφγσ ησλ ειηαθψλ θεξδψλ ην ρεηκψλα. Σν θαινθαίξη, ε κεγάιε ζεξκηθή κάδα ησλ θηηξίσλ εμνκαιχλεη ηηο ζεξκνθξαζηαθέο δηαθπκάλζεηο. Δθφζνλ νη γπάιηλεο επηθάλεηεο ηεο ζηέγεο κπνξνχλ λα αλνίγνπλ είλαη εθηθηά κέηξα δξνζηζκνχ κε δηακπεξή θαη θαηαθφξπθν αεξηζκφ.
3.0 Παζεηηθά ζπζηήκαηα ρξήζεο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο πλήζσο φηαλ γίλεηαη αλαθνξά ζηε ρξήζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ελλνείηαη ε ρξήζε ζπιιεθηηθψλ επηθαλεηψλ γηα ηε κεηαηξνπή ηεο ελέξγεηαο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ελέξγεηα ξνήο θαη ζεξκηθή ελέξγεηα. Η ελέξγεηα ξνήο ηνπ λεξνχ ή ηνπ αέξα νπζηαζηηθά ράλεηαη γηα ηνλ ρξήζηε. Απφ βηνινγηθή θαη νηθνλνκηθή άπνςε είλαη πξνηηκφηεξν λα επηηξέςνπκε ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία λα γίλεη άκεζα ελεξγή. Απηφ είλαη εθηθηφ κε ηα ιεγφκελα παζεηηθά ζπζηήκαηα. ηελ πεξίπησζε ησλ παζεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ ηα θέξδε ζε ελέξγεηα απφ ηνλ ήιην είλαη άκεζα ρσξίο λα απαηηείηαη ελέξγεηα απφ έμσ γηα ηελ ππνζηήξημε ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ρσξίο ηελ εγθαηάζηαζε θηλεηψλ ζηνηρείσλ γη απηφ θαη ν ραξαθηεξηζκφο «παζεηηθά». Σα παζεηηθά ζπζηήκαηα είλαη επνκέλσο πην απιά θαη εχρξεζηα απφ ηα ελεξγά. ε ζχγθξηζε κε ηα ελεξγά ζπζηήκαηα, ηα παζεηηθά έρνπλ αθφκα ην πιενλέθηεκα φηη κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ θαη ζε ζπλζήθεο ρακειήο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, θαζψο δελ ππάξρεη θξίζηκε ηηκή, πέξα απφ ηελ νπνία θάπνηα αληιία ζα κπεη ζε ιεηηνπξγία πξνθεηκέλνπ λα κεηαθέξεη ηε ζεξκφηεηα. ηα παζεηηθά ζπζηήκαηα, κία ρακειήο έληαζεο αθηηλνβνιία κεηψλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο, κηα κέζεο έληαζεο αθηηλνβνιία επηθέξεη ηζνξξνπία κεηαμχ απσιεηψλ θαη θεξδψλ θαη πςειφηεξεο έληαζεο αθηηλνβνιία απνθέξεη θαζαξφ ζεξκηθφ θέξδνο. Άξα ηα παζεηηθά ζπζηήκαηα ιεηηνπξγνχλ θαη θαηά ηνπο ςπρξνχο κήλεο. ηα παζεηηθά ζπζηήκαηα πνπ είλαη ελζσκαησκέλα ζην θηηξηαθφ θέιπθνο ε ειηαθή ελέξγεηα απνξξνθάηαη απφ θάπνηα αλεμάξηεηε ζπκπαγή εμσηεξηθή θαηαζθεπή, ε νπνία είηε είλαη απιά κία ηνηρνπνηία ζηε λφηηα πιεπξά ηνπ θηηξίνπ κε κεγάιε κάδα θαη ζθνχξν ρξψκα είηε παινζηάζηα ζην λφηην ηνίρν ή ηελ νξνθή ηνπ θηηξίνπ. Η ειηαθή ελέξγεηα κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκηθή ελέξγεηα, ε νπνία δηαλέκεηαη ζηνπο εζσηεξηθνχο ρψξνπο κε θπζηθή θπθινθνξία ή κε αλεκηζηήξα. Πξφθεηηαη δειαδή γηα κεηάδνζε ζεξκφηεηαο θαηά θχξην ιφγν κε κεηαθνξά. Σν απινχζηεξν παζεηηθφ ζχζηεκα είλαη κία ζπκπαγήο ηνηρνπνηία κεγάιεο κάδαο, ζηξακκέλε ζην λφην. Νφηηεο νκνηνγελείο ηνηρνπνηίεο κεγάινπ βάξνπο απνξξνθνχλ ηελ πξνζπίπηνπζα θαη ηε δηάρπηε ειηαθή αθηηλνβνιία θαη ζεξκαίλνληαη. Απηή ε απνζεθεπκέλε πνζφηεηα ζεξκφηεηαο απνδίδεηαη ελ κέξεη ζηνπο εζσηεξηθνχο ρψξνπο. Σν ρεηκψλα σζηφζν κεγάιν κέξνο ηεο ζεξκφηεηαο πνπ θεξδίδεηαη θαηά ηελ εκέξα αθηηλνβνιείηαη πξνο ην εμσηεξηθφ θαηά ηε λχρηα. Απηή ε απψιεηα κπνξεί λα απνθεπρζεί κε δηάθνξνπο ηξφπνπο: 3.1 Καηεγνξηνπνίεζε 3.1.1 Άκεζα ειηαθά θέξδε Η ειηαθή αθηηλνβνιία δηέξρεηαη κέζσ αλνηγκάησλ κε πάισζε, φπσο λφηηα παξάζπξα θαη θεγγίηεο νξνθήο, απνξξνθάηαη απφ ηηο εζσηεξηθέο επηθάλεηεο ηνπ ρψξνπ θαη κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκφηεηα (ρήκα 3.1). Ο ρψξνο επσθειείηαη άκεζα απφ ηελ ειηαθή ελέξγεηα. Η άκεζε εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, αμηνινγνχκελε ππφ ην πξίζκα ηεο ζρέζεο δαπάλεο πξνο φθεινο, είλαη ε πην απνηειεζκαηηθή παζεηηθή εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο. Λακβαλνκέλσλ ππφςε ησλ θιηκαηηθψλ δεδνκέλσλ, ηζρχνπλ σο πξνυπνζέζεηο ε ζσζηή δηαζηαζηνιφγεζε ησλ αλνηγκάησλ, ηεο κάδαο πνπ δηαηίζεηαη γηα ζεξκνζπζζψξεπζε, ν ηχπνο ηεο πάισζεο, ε δηαηήξεζε ησλ ειηαθψλ θεξδψλ ηηο λπθηεξηλέο ψξεο κε αλάινγε ζεξκνκφλσζε θαη θπζηθή ε θαηάιιειε ειηνπξνζηαζία γηα ηε ζεξκή πεξίνδν. Δάλ δελ ηεξεζνχλ νη παξαπάλσ πξνυπνζέζεηο, ηφηε θαηά ηνλ κελ ρεηκψλα ζα ππάξρνπλ κεγάιεο ζεξκηθέο απψιεηεο, ην δε θαινθαίξη ζα επέιζεη ππεξζέξκαλζε.
Σρήκα 3.1: Άκεζα παζεηηθά ειηαθά θέξδε 3.1.2 Έκκεζα ειηαθά θέξδε Η ειηαθή αθηηλνβνιία θηάλεη κέζσ κηαο γπάιηλεο επηθάλεηαο ζε κηα κάδα ζεξκνζπζζψξεπζεο θαη ηελ ζεξκαίλεη. Η κάδα ζεξκνζπζζψξεπζεο απνδίδεη ζεξκφηεηα κε ρξνληθή θαζπζηέξεζε ζηνλ γεηηνληθφ ρψξν. Τπάξρνπλ δηάθνξα ζπζηήκαηα έκκεζεο παζεηηθήο εθκεηάιιεπζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. 3.1.2.1 Σνίρνο Trombė Michel Δμσηεξηθά, εκπξφο απφ ηελ εμσηεξηθή νκνηνγελή ηνηρνπνηία, ε νπνία βάθεηαη κε ζθνχξν ρξψκα, ηνπνζεηείηαη γπαιί. Χο πιηθφ θαηαζθεπήο ηνπ ηνίρνπ ζπληζηάηαη αξγηιφρσκα, πιήξεηο νπηφπιηλζνη, πέηξα ή ζθπξφδεκα. Σν πάρνο ππνινγίδεηαη ηφζν, ψζηε ε απνζεθεπκέλε ζεξκφηεηα λα απνδίδεηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ κε ρξνληθή θαζπζηέξεζε 8 έσο 12 σξψλ θαη θπκαίλεηαη απφ 20 έσο 30 cm. Η απφζηαζε κεηαμχ ηνηρνπνηίαο θαη παινπίλαθα είλαη πεξίπνπ 10 cm. Πξνθεηκέλνπ ην ζχζηεκα λα απνδψζεη πην γξήγνξα ζεξκφηεηα ζηνπο εζσηεξηθνχο ρψξνπο πξνβιέπνληαη αλνίγκαηα ρακειά θαη ςειά ζηελ ηνηρνπνηία. Ο αέξαο κεηαμχ ηνπ ηνίρνπ θαη ηνπ παινπίλαθα ζεξκαίλεηαη, αλεβαίλεη ςειά θαη εηζέξρεηαη ζην ρψξν απφ ην επάλσ άλνηγκα ελψ ν ςπρξφηεξνο αέξαο εηζέξρεηαη ζην δηάθελν απφ ην εζσηεξηθφ κέζα απφ ην θάησ άλνηγκα γηα λα αθνινπζήζεη ηνλ ίδην θχθιν. Έλαο αλεκηζηήξαο εληζρχεη ηε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο. Σηο λπθηεξηλέο ψξεο ε αληίζηξνθε ξνή ηνπ αέξα ςχρεη ην ρψξν Σα αλνίγκαηα θιείλνπλ κε έλα δηάθξαγκα θαη ην ζηξψκα αέξα ζην δηάθελν ιεηηνπξγεί σο κφλσζε γηα ηε κείσζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ (ρήκα 3.2). Σρήκα 3.2: ρεκαηηθή απεηθφληζε ηνπ ζπζηήκαηνο Trombė Michel
Ο ελεξγεηαθφο ηζνινγηζκφο ηνπ ηνίρνπ Trombė εμαξηάηαη απφ ηελ πάισζε θαη ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ. Ο ηειεπηαίνο πξέπεη λα είλαη λφηηνο κε θαζφινπ ή κηθξή απφθιηζε πξνο ηα δπηηθά ή ηα αλαηνιηθά. πληζηάηαη ε ηνπνζέηεζε ζεξκνκνλσηηθνχ παινπίλαθα. Καηά ηνπο ζεξηλνχο κήλεο ν αέξαο ζην δηάθελν πξέπεη λα κπνξεί λα δηαθεχγεη πξνο ηα έμσ, εηδάιισο πξέπεη λα πξνβιέπεηαη ζχζηεκα ζθίαζεο ηνπ ηνίρνπ ψζηε λα κελ αλέρεηαη ε εζσηεξηθή ζεξκνθξαζία πάλσ απφ ηα επηηξεπηά επίπεδα. Οπζηαζηηθά ε επηλφεζε ηνπ ηνίρνπ Trombė απεηέιεζε ηελ απαξρή ηεο έξεπλαο γηα ηελ αμηνπνίεζε ηεο ζεξκηθήο κάδαο ηνπ θηηξίνπ ζε ζπλδπαζκφ κε έλα δηαθαλέο πιηθφ ην νπνίν εγθισβίδεη ηελ ειηαθή ελέξγεηα, ψζηε ε κάδα λα είλαη ζε ζέζε λα απνζεθεχζεη ην κεγαιχηεξν δπλαηφ κέξνο ηεο. Η δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε (βιέπε Παξάγξαθν 3.1.2.4) απνηειεί ην επφκελν ζηάδην εμέιημεο πξνο απηή ηελ θαηεχζπλζε. 3.1.2.2 Θεξκνθήπην πξνζαξηεκέλν ζην θηίξην Πξφθεηηαη γηα ην πιένλ δηαδεδνκέλν παζεηηθφ ζχζηεκα έκκεζεο απνθνκηδήο ειηαθψλ θεξδψλ. Η ελζσκάησζε ζην θηίξην ελφο ρψξνπ κε πξάζηλν ζηε λφηηα πιεπξά θαζηζηά ηε ιχζε απηή πνιχ δεκνθηιή ζε κνλνθαηνηθίεο ζηελ θεληξηθή θαη βφξεηα Δπξψπε (ρήκα 3.3). Η επηινγή ηνπνζέηεζεο κεγάιεο ζεξκηθήο κάδαο ζην ίδην ην ζεξκνθήπην απνηειεί ζέκα πξνο εμέηαζε. ηελ νπζία, ζην βαζκφ πνπ ν ρψξνο ηνπ ζεξκνθεπίνπ πξέπεη λα είλαη ρξεζηκνπνηήζηκνο φιν ην ρξφλν, δελ ζπκθέξεη ην δάπεδφ ηνπ λα δηαζέηεη κεγάιε ζεξκηθή κάδα. Δίλαη πξνηηκφηεξν λα ζεξκαίλεηαη γξεγνξφηεξα θαηά ηελ ςπρξή πεξίνδν. Γίλεηαη θαιχηεξε εθκεηάιιεπζε ηεο ζεξκηθήο κάδαο, φηαλ απηή βξίζθεηαη ζηνπο εζσηεξηθνχο ρψξνπο πνπ εθάπηνληαη ηνπ ζεξκνθεπίνπ. Καηά ηνπο ζεξηλνχο κήλεο εκθαλίδεηαη πξφβιεκα ππεξζέξκαλζεο ησλ ζεξκνθεπίσλ, κε απνηέιεζκα ζπρλά ηέηνηνη ρψξνη λα παξακέλνπλ ζθηαζκέλνη φιε ηελ εκέξα. Δίλαη ζθφπηκε ε πξφβιεςε αλνηγνκέλσλ γπάιηλσλ επηθαλεηψλ ρακειά ζην έδαθνο θαη ςειά ζηελ νξνθή. Οη αλνηγφκελεο απηέο επηθάλεηεο ζα πξέπεη λα θαηαιακβάλνπλ ην 20% - 25% ηεο ζπλνιηθήο γπάιηλεο επηθάλεηαο. Ο θίλδπλνο ππεξζέξκαλζεο, ν νπνίνο εκθαλίδεηαη ήδε απφ ηνλ Απξίιην, ζπλεπάγεηαη ηελ αλάγθε εγθαηάζηαζεο απηνκαηηζκψλ, φπσο ζεξκνζηαηψλ, θνπθσκάησλ πνπ αλνίγνπλ κε ηειερεηξηζκφ, εηδηθψλ απηνκάησλ ξνιψλ, αλεκηζηήξσλ, θιπ. Σα παξαπάλσ φηη ζε λφηηα θιίκαηα ζα πξέπεη λα κειεηεζνχλ εθηελψο νη ηνπηθέο θιηκαηηθέο ζπλζήθεο πξνθεηκέλνπ λα απνθεπρζεί κηα ελδερφκελε κεγάιε δαπάλε, ε νπνία αληί λα απνδψζεη νθέιε, απνβεί ελ ηέιεη επηδήκηα (ζεξκνθήπην ζθηαζκέλν κε ξνιά επί έμε θαη πιένλ κήλεο ην ρξφλν).. Σρήκα 3.3: Θεξκνθήπην πξνζαξηεκέλν ζηε λφηηα πξφζνςε ηνπ θηηξίνπ
3.1.2.3 Η ζεξκαηλφκελε πδάηηλε νξνθή Sky therm ηνπ H. Hay Σν ζχζηεκα απηφ παξνπζηάδεη ελδηαθέξνλ γηαηί παξέρεη ηφζν ζέξκαλζε φζν θαη ςχμε, είλαη νηθνλνκηθφ θαη έρεη βξεη εθαξκνγή ζε πεξηνρέο ηνπ πιαλήηε κε ήπηνπο ρεηκψλεο θαη ζεξκά θαινθαίξηα, φπσο ε Ιλδία. (ρήκα 3.4). Βαζίδεηαη ζηε κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα ηνπ λεξνχ, ην νπνίν βξίζθεηαη ζε δεμακελή ζην δψκα. Πάλσ απφ ην ζηξψκα ηνπ λεξνχ ηνπνζεηείηαη θηλεηφ ζεξκνκνλσηηθφ ζηξψκα. Σν ρεηκψλα ε ζεξκνκφλσζε απνζχξεηαη ηελ εκέξα, ψζηε ε ειηαθή ελέξγεηα λα ζεξκάλεη ην λεξφ θαη επαλέξρεηαη ηε λχρηα γηα λα απνζνβήζεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο. Σν θαινθαίξη ε δηαδηθαζία είλαη αληίζηξνθε. Η ζεξκνκφλσζε ιεηηνπξγεί ηελ εκέξα ψζηε λα απνηξέςεη ηελ άλνδν ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ λεξνχ θαη απνζχξεηαη ηε λχρηα, νπφηε ε ζεξκνθξαζία είλαη ρακειφηεξε, πξνθεηκέλνπ ην λεξφ λα ςπρζεί. Σρήκα 3.4: Λεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο sky-therm θαηά ηνπο ρεηκεξηλνχο θαη ηνπο ζεξηλνχο κήλεο 3.1.2.4 Γηαθαλήο ζεξκνκφλσζε Μία ηνηρνπνηία κνλσκέλε κε αδηαθαλέο κνλσηηθφ πιηθφ κεηψλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο αιιά ηαπηφρξνλα εκπνδίδεη ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία λα εηζέιζεη ζην εζσηεξηθφ ηεο ηνηρνπνηίαο θαη λα ζπλεηζθέξεη ζηε ζέξκαλζε ηνπ εζσηεξηθνχ ηνπ θηηξίνπ. Η ειηαθή ελέξγεηα πνπ πξνζπίπηεη ζηελ επηθάλεηα ηνπ θηηξίνπ θαηά ηελ ςπρξή πεξίνδν ζπρλά ππεξβαίλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο κέζσ ηνίρσλ ζπκβαηηθά κνλσκέλσλ. Άξα ε ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη ζε ζέζε λα θαιχςεη ηηο αλάγθεο ελφο θηηξίνπ ζε ζέξκαλζε. Απηή ε ζπιινγηζηηθή νδήγεζε ζηε δηαθαλή ζεξκνκφλσζε. Η δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε κεηψλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο ησλ θηηξίσλ φπσο θαη ε κε δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε. Όηαλ σζηφζν ην θηίξην δέρεηαη ειηαθή αθηηλνβνιία, ζεκεηψλνληαη ζεξκηθά θέξδε. Όηαλ έλα πιηθφ ΓΘΜ ηνπνζεηεζεί εκπξφο απφ έλα απνξξνθεηηθφ (ζθνπξφρξσκν, καη) ζηνηρείν, επηηξέπεη ζην κεγαιχηεξν κέξνο ηνπ θάζκαηνο ηεο πξνζπίπηνπζαο ειηαθήο ελέξγεηαο λα θηάζεη ζην απνξξνθεηηθφ ζηνηρείν ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ αθηηλνβνιεί κέξνο ηεο παξαπάλσ ελέξγεηαο ζε ζεξκηθή ελέξγεηα κε κεγαιχηεξν κήθνο θχκαηνο. Η ΓΘΜ εκπνδίδεη ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο ζεξκφηεηαο λα δηαθχγεη (ρήκα 3.5) Η δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε ιεηηνπξγεί σο δίνδνο, ε νπνία επηηξέπεη κελ ηε ξνή ζεξκφηεηαο πξνο κία θαηεχζπλζε αιιά εκπνδίδεη ηε ξνή ηεο θαηά ηελ αληίζεηε έλλνηα.. Η αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο γηα ηε κεξηθή ζέξκαλζε ησλ ρψξσλ κε ηε βνήζεηα ηεο δηαθαλνχο ζεξκνκφλσζεο πξνζθέξεη ζεκαληηθή εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο, δπζηπρψο φκσο ππφ ζπγθεθξηκέλεο πξνυπνζέζεηο: Η δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε σο ζχζηεκα ζέξκαλζεο ηεο κάδαο ηνπ ηνίρνπ, ε νπνία αθηηλνβνιεί ελ ζπλερεία ζεξκφηεηα ζην ρψξν, αμηνπνηείηαη ηδαληθά ζε θιίκαηα ζρεηηθά ςπρξά κε κεγάιε ειηνθάλεηα. Καηά ηνπο ζεξκνχο κήλεο επηβάιιεηαη ν ζθηαζκφο ηεο δηαθαλνχο ζεξκνκφλσζεο πξνο απνθπγή ππεξζέξκαλζεο. ε ζεξκά θιίκαηα ην θηηξηαθφ ζηνηρείν πξέπεη λα ζθηάδεηαη θαηά ην κεγαιχηεξν ηκήκα ηνπ έηνπο.
Σρήκα 3.5 χγθξηζε ηνπ ηξφπνπ ιεηηνπξγίαο ηεο αδηαθαλνχο ζεξκνκφλσζεο κε απηφλ ηεο δηαθαλνχο 3.1.3 Θεξκηθά δηαρσξηζκέλν ζύζηεκα Η ειηαθή ελέξγεηα πξνζιακβάλεηαη φπσο ζηα έκκεζα ζπζηήκαηα, φκσο κεηαμχ ηνπ θηηξηαθνχ ζηνηρείνπ θαη ηνπ ρψξνπ παξεκβάιιεηαη ζαθήο ζεξκηθφο δηαρσξηζκφο είηε κέζσ δηαθέλνπ είηε κέζσ ζεξκνκνλσηηθνχ ζηξψκαηνο (ρήκα 3.6). Σν ζηνηρείν ζεξκνζπζζψξεπζεο βξίζθεηαη ζην έδαθνο, ζηνλ ηνίρν, ζηε ζηέγε ή ην δψκα (ρήκαηα 3.7, α,β θαη 3.8). Σρήκα 3.6: Θεξκηθά δηαρσξηζκέλν ζχζηεκα εδάθνπο α β Σρήκα 3.7: Θεξκηθά δηαρσξηζκέλν ζχζηεκα ζε δψκα (α), θαη ζηέγε (β).
Σρήκα 3.8: Θεξκηθά δηαρσξηζκέλν ζχζηεκα ζε δψκα (α), ζηέγε (β) ή ζε ηνίρν (γ). Σα ζεξκηθά δηαρσξηζκέλα ζπζηήκαηα απνηεινχλ σο επί ην πιείζηνλ πβξηδηθά ζπζηήκαηα, ρξεζηκνπνηνχλ δειαδή επηπιένλ κεραληθά κέζα γηα λα ππνζηεξίμνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπο, φπσο αλεκηζηήξεο, νη νπνίνη πξνσζνχλ ζεξκφ αέξα ζε ζεξκηθά δηαρσξηζκέλα ζπζηήκαηα, φπσο απηφ πνπ απεηθνλίδεηαη ζην ζρήκα 3.8. γ 3.1.5 Πξνϋπνζέζεηο γηα ηελ απνηειεζκαηηθόηεηα ησλ παζεηηθώλ ζπζηεκάησλ Οη βαζηθνί παξάγνληεο πνπ θξίλνπλ ηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ελφο παζεηηθνχ ζπζηήκαηνο είλαη: Η επηιεθηηθή ελεξγεηαθή δηαπεξαηφηεηα ησλ παιψζεσλ (κήθνο θχκαηνο ηεο δηεξρφκελεο αθηηλνβνιίαο) Η ζεξκνζπζζψξεπζε ησλ θηηξηαθψλ ζηνηρείσλ πνπ πεξηβάιινπλ ηνλ εζσηεξηθφ ρψξν ή ηνπ θηηξηαθνχ ζηνηρείνπ φπνπ απνξξνθάηαη ε αθηηλνβνιία (π.ρ. ηνίρνο Trombė) Μέγεζνο ησλ παιψζεσλ θαη ησλ ζηνηρείσλ ζεξκνζπζζψξεπζεο. Σν κέγεζνο ησλ ζηνηρείσλ ζπιινγήο ζεξκηθήο ελέξγεηαο απφ ηνλ ήιην, δειαδή ησλ παιψζεσλ, ησλ ηνίρσλ κε πάισζε ή δηαθαλή ζεξκνκφλσζε θαη ησλ ζεξκνθεπίσλ, θαζνξίδεηαη απφ ηε κνξθή ηνπ θηίζκαηνο, ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ηνπ θαη ηε δηάηαμε ησλ ρψξσλ ηνπ. Βαζηθή πξνυπφζεζε είλαη ε εληζρπκέλε ζεξκνπξνζηαζία ησλ θηηξηαθψλ ζηνηρείσλ: γηα ηηο ηνηρνπνηίεο απαηηείηαη ηηκή U κηθξφηεξε ησλ 0.5 W/m 2 K, γηα δψκαηα θαη ζηέγεο ηηκή θάησ ησλ 0.3 W/m 2 K.. Δηδηθά γηα ηηο παιψζεηο πξέπεη λα εμαζθαιίδεηαη φηη θαηά ηελ πεξίνδν ζέξκαλζεο ε ειηαθή ελέξγεηα πνπ ζα δηέιζεη ζα είλαη πεξηζζφηεξε απφ ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο. Απηφ ζεκαίλεη ηηκέο U θάησ ησλ 1.4 W/m 2 K θαη ζπληειεζηήο ελεξγεηαθήο δηαπεξαηφηεηαο g > 50%. Οη ζχγρξνλεο παιψζεηο κε επηζηξψζεηο ρακειήο εθπνκπήο (low-e) πξνζθέξνπλ ηε δπλαηφηεηα επηινγήο ηνπ θάζκαηνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ ζα επηηξαπεί λα δηέιζεη. Ιδηαίηεξε ζεκαζία έρεη ε επάξθεηα κάδαο ζεξκνζπζζψξεπζεο, πξνθεηκέλνπ λα ιεηηνπξγήζεη ε απνθνκηδή ειηαθψλ θεξδψλ αιιά θαη λα εμνκαιπλζεί ε δηαθχκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ ρψξσλ. πλήζσο γηα ηε ζεξκνζπζζψξεπζε επηζηξαηεχνληαη θηηξηαθά ζηνηρεία ηνπ θέξνληνο νξγαληζκνχ, φπσο ηνηρία, ηνηρνπνηίεο θαη πιάθεο. Όζν κεγαιχηεξε ζεξκηθή κάδα δηαζέηεη ην θηίξην, ηφζν κηθξφηεξε είλαη ε αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαηά ηε ζεξκή πεξίνδν.