3. Ας περιγράψουμε σχηματικά τις αρχές επί των οποίων βασίζονται οι καινοτόμοι σχεδιασμοί κτηρίων λόγω των απαιτήσεων για εξοικονόμηση ενέργειας και ευαισθησία του χώρου και του περιβάλλοντος ; 1. Τέτοιες καινοτομίες βλέπουμε ως προς τη γεωμετρία του κελύφους, βλ. Σχήμα 4, τη διάταξη-διαμόρφωση χώρων αλλά και τη χωροταξία [3,4,5]. 2. Επίσης, εμφανίζεται μια νέα τάση για παραγωγή, όσο και χρήση νέων υλικών, με καλώς ορισμένες προδιαγραφές. Προτυποποίηση κατά ISO, πχ Πρότυπο για την Θερμική Άνεση [6]. 3. Ενσωμάτωση και συνδυασμός ενεργητικών ή/και παθητικών στοιχείων και συστημάτων Ηλιακής Μηχανικής στα κτίρια, για εξοικονόμηση ενέργειας, ενεργειακό κέρδος, καθαρότερο περιβάλλον και επίτευξη συνθηκών θερμικής άνεσης, βλ. Σχήματα 1-4 και 5-9. Σχήμα 5: Διάφοροι τρόποι θερμικής αποθήκευσης: a. Άμεση αποθήκευση b. Δευτερεύουσα αποθήκευση c. Απομονωμένη αποθήκη π.χ. σε υπόγειο ή κάτω από το δάπεδο, κ.λ.π. Σχήμα 6: Θερμοσιφωνικό σύστημα θέρμανσης χώρου και με σύγχρονη αποθήκευση θερμότητας. Ο ζεστός αέρας εισέρχεται στο κτίριο, ανταλλάσσει ποσά θερμότητας και ανακυκλώνεται. Σχήμα 7: Σύστημα θέρμανσης κτιρίου κατά τους Barra-Costantini, με φυσική κυκλοφορία του θερμαινόμενου αέρα που κυκλοφορεί με φυσική ροή γύρω από το κέλυφος του κτιρίου.
Σχήμα 8(α): Παθητική αποθήκευση ηλιακής ενέργειας υπό μορφή άμεσου κέρδους. Η αρχή λειτουργίας του θερμαινόμενου από την κλίνη αποθήκευσης αέρα είναι προφανής για την περίοδο ημέρας και νύχτας. Σχήμα 8(β): Το ίδιο όπως και ανωτέρω. Η σχεδίαση ωστόσο του παθητικού συστήματος δίδει αντίθετη φορά του ρεύματος του αέρα κατά τη νύχτα απ ότι κατά την ημέρα. Εργασία : Σχεδιάστε το κέλυφος ενός κτηρίου, της κατοικίας σας ή του Πανεπιστήμιου σας και προσπαθήστε να το τροποποιήσετε, δηλαδή να κάνετε εκείνες τις επεμβάσεις για την ενεργειακή βελτίωση χωρίς συγχρόνως να μειώνεται η αισθητική. Σχήμα 9: Κτιριακό συγκρότημα στη Toulouse, Γαλλία, με παθητική ηλιακή σχεδίαση. Δείχνεται η αρχή λειτουργίας κατά το Χειμώνα και το Καλοκαίρι. Κατά το Χειμώνα ο αέρας ζεσταίνεται στον θερμοκηπιακό χώρο και στην στέγη και αποθηκεύεται κάτω από το έδαφος αφού πρώτα θερμάνει το χώρο. Όταν ο καιρός είναι νεφελώδης ο χώρος θερμαίνεται με ανάκτηση θερμικής ενέργειας από την αποθήκη. a. ενεργειακή στέγη b. εποχιακή αποθήκευση c. ανεμιστήρας d. θερμοκηπιακός χώρος 400m 3
Παρατήρηση: Η αλληλεξάρτηση ανάμεσα στα συστήματα ενέργειας και τα πολεοδομικά συστήματα φαίνεται ότι είναι πολύ ισχυρή. Ο παράγοντας ενέργεια επηρεάζει όχι μόνον την αρχιτεκτονική του κτηρίου, αλλά και την πολεοδομική οργάνωση γενικότερα [3,4,5,7]. Ζήτημα : Είναι πολύ ουσιαστικό ζήτημα η μελέτη της ένταξης ή καλλίτερα της ενσωμάτωσης της νέας αυτής Αρχιτεκτονικής στο ήδη διαμορφωμένο κτιριακού περιβάλλοντος Παράδειγμα : Μία εξελιγμένη φάση της νέας αυτής τεχνολογικής τάσης, είναι η προσπάθεια για την φυσική, περιβαλλοντική, οικολογική ισορροπία με, Εναρμόνιση του κτιρίου ως κελύφους και λειτουργικού-ζώντος οργανισμού με το εσωτερικό και εξωτερικό του περιβάλλον, βλ. Σχήμα 10. Σχήμα 10: Τυπικό κτίριο Βορειοδυτικής Ευρώπης. Έχουν σχεδιαστεί θερμοκηπιακοί χώροι στο ισόγειο και πρώτο όροφο και το θερμικό κέρδος μεγιστοποιείται μέσω των μεγάλων ανοιγμάτων με διπλό τζάμι και παραθυρόφυλλα. Ο θερμοκηπιακός χώρος επιτρέπει στον θερμό αέρα να οδεύει δι αυτού στους εσωτερικούς χώρους κατά τη διάρκεια του χειμώνα ενώ το καλοκαίρι επιτυγχάνεται φυσικός αερισμός. Η αποθήκευση θερμότητας λαμβάνει χώρα στον μεγάλης χωρητικότητας τοίχο (Trombe Wall, πάχος 450mm) του θερμοκηπίου. Οι εξωτερικοί τοίχοι έχουν πάχος 300mm και μόνωση 100mm. Το δάπεδο έχει μόνωση 50mm. Η διαφορά του κτιρίου αυτού από ένα άλλο που δεν ακολουθεί την παθητική ηλιακή τεχνολογία γίνεται φανερή στο σχήμα αυτό. Ερώτηση : Πως γίνεται η αξιοποίηση των κλιματικών παραμέτρων(π.χ. ηλιακή ακτινοβολία) ώστε να υπάρξει θετική επίπτωση στους στόχους που έχουν εκτεθεί ανωτέρω. Απάντηση : Μια νέα αντίληψη στον σχεδιασμό και την κατασκευή των κτιρίων αναπτύχθηκε με βάση τις αρχές αυτές : Εν κατακλείδι, η Βιοκλιματική Αρχιτεκτονική είναι μια νέα προσέγγιση που θεωρεί το κτίριο ως ζώντα οργανισμό που πρέπει να (αυτο)προσαρμόζεται στο φυσικό του περιβάλλον, αρμονικά δεμένο μ αυτό, αποδεικνύοντας ένα περιβαλλοντικό τροπισμό.
Σχήμα 11: Τοίχος θερμικής συσσώρευσης. Σχήμα 12: Σχηματική διάταξη και λειτουργία τοίχου Trombe.
Σχήμα 13: Ενεργειακό κέρδος μέσω των ανοιγμάτων του κτιρίου. Η μελέτη έγινε για παράθυρα που βλέπουν στον νοτιά για τις περιπτώσεις με ένα τζάμι, δύο τζάμια, καθώς και με σύστημα δύο τζαμιών με χαμηλό συντελεστή εκπομπής. Σχήμα 14: Επίδραση της σκίασης και του προσανατολισμού ενός κτιρίου στο θερμικό του κέρδος από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία. Γίνεται σύγκριση με άλλη συμβατικού σχεδιασμού. Η μελέτη του εσωτερικού κέρδους γίνεται με το υπολογιστικό πακέτο που περιγράφει η βιβλιογραφική αναφορά υπ. αρ. [8]. Η καινοτόμος αυτή προσέγγιση αποτελεί ένα ολοκληρωμένο σχέδιο ανάλυσης, επεξεργασίας και σύνθεσης παραμέτρων όπως: Το αρχιτεκτονικό πρόγραμμα Το κλίμα και οι συνθήκες της περιοχής (θερμοκρασία, άνεμος, υγρασία, κλπ) Η τοποθεσία και το ανάγλυφο του εδάφους Η θερμική και οπτική άνεση Τα κατασκευαστικά υλικά και Τα πολιτισμικά στοιχεία της περιοχής