ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ - ΣΧΟΛΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤOΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Α': ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ - ΧΩΡΟΣ - ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ: 2009-10 ΔΙΑΛΕΞΗ / ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ: ΤΟ ΑΣΤΙΚΟ ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑ. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΕΜΒΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΦΛΩΡΑ-ΜΑΡΙΑ ΜΠΟΥΓΙΑΤΙΩΤΗ, Αρχιτέκτονας Μηχανικός Α.Π.Θ., ΜΔΕ Ε.Μ.Π., Δρ. Ε.Μ.Π. 1. Από το κλίμα στο μικροκλίμα. Ορισμοί και γενικά στοιχεια. Η βιοκλιματική προσέγγιση στο σχεδιασμό βασίζεται στη βαθιά κατανόηση των χαρακτηριστικών του κλίματος. Το κλίμα σε κάθε περιοχή του πλανήτη μπορεί να περιγραφεί σε τρία διαφορετικά επίπεδα, πηγαίνοντας από το γενικό προς το ειδικό, από τη μεγαλύτερη κλίμακα στη μικρότερη: το μακροκλίμα, το μεσοκλίμα και το μικροκλίμα. Το μακροκλίμα μιας περιοχής αφορά τα γενικότερα κλιματικά χαρακτηριστικά της. Ορίζεται από κλιματικά δεδομένα, όπως είναι η θερμοκρασία, η ηλιακή ακτινοβολία, η ηλιοφάνεια, ο άνεμος, η υγρασία, τα νέφη και οι βροχοπτώσεις. 1 Το μεσοκλίμα μιας περιοχής είναι ο μετασχηματισμός του μακροκλίματος, λόγω τοπικών ιδιαιτεροτήτων, όπως είναι το ανάγλυφο του εδάφους, η ύπαρξη μεγάλων επιφανειών νερού και η βλάστηση. 2 Το μικροκλίμα μιας περιοχής είναι η διαφοροποίηση του μακροκλίματος και του μεσοκλίματος, η οποία οφείλεται κυρίως σε ανθρώπινες παρεμβάσεις, όπως π.χ. το δομημένο περιβάλλον ή οι γεωργικές καλλιέργειες. 3 2. Θερμική άνεση. Ορισμός, και γενικά στοιχεία Η θερμική άνεση ορίζεται ως «η κατάσταση στην οποία το άτομο εκφράζει ικανοποίηση για το θερμικό περιβάλλον» 4. Οι παράμετροι που επηρεάζουν την θερμική άνεση, είναι οι εξής: Περιβαλλοντικές παράμετροι: Θερμοκρασία Σχετική υγρασία Μέση ακτινοβολούμενη θερμοκρασία (στον υπαίθριο χώρο επηρεάζεται ιδιαίτερα από την ηλιακή ακτινοβολία) Ταχύτητα αέρα Παράμετροι που αφορούν στο άτομο: Δραστηριότητα Ένδυση Σημειώνεται ότι τα όρια θερμικής άνεσης στους υπαίθριους χώρους της πόλης δεν είναι τόσο στενά, όσο είναι στο εσωτερικό των κτιρίων. 3. Χαρακτηριστικά του αστικού μικροκλίματος. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας Ορισμός: Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας αναφέρεται στην ύπαρξη υψηλότερων θερμοκρασιών στα αστικά κέντρα σε σχέση με τις γύρω αστικές περιοχές. Ένταση του φαινομένου: Η θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ του κέντρου της πόλης και της ανοιχτής υπαίθρου. 1 John R. Goulding, et al., Ενεργειακός Σχεδιασμός. Εισαγωγή για Αρχιτέκτονες, επιμ. Ερωτόκριτος Π. Τσίγκας, Θεσσαλονίκη: Μαλλιαρής Α. - Παιδεία Α.Ε., 1994, σ. 17. 2 Στο ίδιο, σ. 33. 3 Στο ίδιο, σ. 45. 4 P. O. Fanger, Thermal Comfort, Copenhagen: Danish Technical Press / New York: McGraw-Hill Book Company, 1973, σ. 13.
Παράγοντες που το διαμορφώνουν: Έχει συσχετιστεί τόσο με τον πληθυσμό της πόλης 5, όσο και με τη γεωμετρία των αστικών δρόμων (σχέση ύψους κτιρίων και πλάτους δρόμου) 6. Χαρακτηριστικά: Κοινά χωρικά και χρονικά χαρακτηριστικά σε όλες σχεδόν τις πόλεις, με μικρές διαφοροποιήσεις εξαιτίας γεωγραφικών και κλιματικών στοιχείων. Οι θερμικές διαδικασίες στις οποίες οφείλεται (αυξημένη απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας) πραγματοποιούνται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της ανοικτής υπαίθρου και του κέντρου της πόλης αρχίζει να παρατηρείται νωρίς το μεσημέρι, ενώ αποκτά τη μέγιστη τιμή της δύο ή τρεις ώρες μετά τη δύση του ήλιου, όταν τα υλικά που συνιστούν την επιδερμίδα της πόλης αρχίζουν να αποβάλουν τη θερμότητα που αποθήκευσαν κατά τη διάρκεια της ημέρας. 7 Αρνητικές συνέπειες του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας σε περιοχές με θερμό ή μεσογειακό κλίμα: Για το εσωτερικό των κτιρίων: αύξηση αναγκών δροσισμού, αύξηση εγκατάστασης κλιματιστικών μηχανημάτων. Για την υγεία των ανθρώπων: αύξηση θανάτων από θερμοπληξία και θανατηφόρα επεισόδια. Για τη θερμική άνεση των ανθρώπων: θερμική δυσφορία σε εξωτερικούς και εσωτερικούς χώρους. Για την οικονομία και το περιβάλλον: η αύξηση της λειτουργίας κλιματιστικών μηχανημάτων αυξάνει τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τις ώρες αιχμής (με τα χαρακτηριστικά black out της θερινής περιόδου), και κατά συνέπεια απαιτεί την κατασκευή νέων υποσταθμών παραγωγής ενέργειας. 8 Για το αστικό περιβάλλον: το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας επηρεάζει τη συγκέντρωση και διανομή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, επειδή η θερμότητα επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα που οδηγούν σε υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος. 9 Σημειώνεται, ωστόσο, ότι σε χώρες με ψυχρό κλίμα, η αύξηση της θερμοκρασίας στις πόλεις εξαιτίας του φαινομένου αυτού συμβάλλει στη μείωση των θερμικών απωλειών και κατά συνέπεια σε μικρότερη κατανάλωση συμβατικής ενέργειας για την θέρμανση των κτιρίων 10. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας οφείλεται σε μια πληθώρα διαφορετικών παραγόντων που έχουν άμεση σχέση με το σχεδιασμό και την κατασκευή των σύγχρονων πόλεων, καθώς και με τις διάφορες δραστηριότητες που αυτές ενσωματώνουν. Στη συνέχεια, γίνεται μια προσπάθεια να εξεταστούν οι παράγοντες αυτοί, όπως καταγράφονται από τον Oke 11 και τον Σανταμούρη 12, ανάλογα με την κλίμακα της επιρροής τους: [α] Η αυξημένη επανεκπομπή θερμικής ακτινοβολίας από τον ουρανό. [β] Η μειωμένη κυκλοφορία αέρα στον αστικό ιστό. [γ] Η ανθρωπογενής θερμότητα. [δ] Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αστικών δρόμων. [ε] Η μειωμένη εξάτμιση και διαπνοή. [ζ] Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις εξωτερικές επιφάνειες των κτιρίων και των υπαίθριων χώρων. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται αναλυτικά καθένας από τους παραπάνω παράγοντες. [α] Η αυξημένη επανεκπομπή θερμικής ακτινοβολίας από τον ουρανό. Η ατμοσφαιρική ρύπανση που χαρακτηρίζει τις σύγχρονες πόλεις λειτουργεί αρνητικά εμποδίζοντας τη διαφυγή της θερμικής ακτινοβολίας στο διάστημα και εγκλωβίζοντας την στην πόλη. Το γεγονός αυτό παρουσιάζει αναλογίες 5 T. R. Oke, Boundary Layer Climates, London and New York: Routledge, 1995, σ. 291-292. 6 Στο ίδιο, σ. 293. 7 Hashem Akbari, et al., The Urban Heat Island: Causes and Impacts, στο Hashem Akbari, et al., eds., Cooling Our Communities. A Guidebook on Tree Planting and Light-Coloured Surfacing, Washington: U.S. Environmental Protection Agency. 1992, σ. 9. 8 Σίμος Γιάννας, "Βιοκλιματικές αρχές πολεοδομικού σχεδιασμού", στο Σπύρος Αμούργης, επιμ., Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Πόλεων και Ανοικτών Χώρων. Τόμος Α. Περιβαλλοντική Τεχνολογία, Πάτρα: Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2001, σ. 184 9 Akbari, et al. (1992), ό.π., σ. 21. Στο ίδιο, σημειώνεται επίσης ότι η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας του αέρα και των επιπέδων ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι ιδιαίτερα περίπλοκη, καθώς εξαρτάται από μια πληθώρα διαφορετικών στοιχείων, όπως η θερμοκρασία δρόσου, η ατμοσφαιρική πίεση, η νέφωση, η ταχύτητα του αέρα κ.ά. 10 βλ. σχετικά: Γιάννας (2001), ό.π., σ. 184 και Akbari, et al. (1992), ό.π., σ. 16. 11 Oke (1995), ό.π., σ. 294. 12 Μ., Σανταμούρης κ.ά., Οικολογική Δόμηση, Αθήνα: Ελληνικά Γράμματα, Διεπιστημονικό Ινστιτούτο Περιβαλλοντικών Ερευνών, Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. Δ/νση Οικιστικής Πολιτικής και Κατοικίας, Ιούνιος 2000, σ. 22.
με το φαινόμενο του θερμοκηπίου, καθώς η ατμοσφαιρική ρύπανση και κυρίως το διοξείδιο του άνθρακα είναι αδιαπέραστα από την θερμική ακτινοβολία. 13 [β] Η μειωμένη κυκλοφορία αέρα στον αστικό ιστό. Η γεωμετρία των δρόμων (αναλογία πλάτους και ύψους των κτιρίων που τους ορίζουν) επηρεάζει τον τρόπο ροής του ανέμου σε αυτούς. Σε πολύ πυκνοδομημένες περιοχές, ο άνεμος δεν καταφέρνει να διέρθει μέσα στον αστικό ιστό. Κατά συνέπεια, μειώνονται οι δυνατότητες απαγωγής θερμότητας, μέσω του φαινομένου της μεταφοράς, από τις κατακόρυφες επιφάνειες των κτιρίων και τις οριζόντιες επιφάνειες των επικαλύψεων των δρόμων και των πεζοδρομίων. 14 Ταυτόχρονα, η μειωμένη κυκλοφορία του αέρα στους αστικούς δρόμους αποτρέπει την απομάκρυνση των αέριων ρύπων από το επίπεδο κυκλοφορίας των πεζών. [γ] Η ανθρωπογενής θερμότητα. Οι διάφορες δραστηριότητες που υπάρχουν στις πόλεις (π.χ. βιομηχανία), η θερμότητα που παράγεται από τα αυτοκίνητα, καθώς και οι θερμικές απώλειες των κτιρίων συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα στις πόλεις 15. [δ] Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αστικών δρόμων. Η γεωμετρία των αστικών δρόμων καθορίζει τόσο την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας (μικρού μήκους κύματος), όσο και την εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας (μεγάλου μήκους κύματος). Στα κέντρα των πόλεων το ύψος των κτιρίων και το πλάτος των δρόμων είναι τέτοια, ώστε η ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται κατά τη διάρκεια της ημέρας να απορροφάται κατά ένα μεγάλο ποσοστό, λόγω διαδοχικών ανακλάσεων. Αντίστοιχα, η θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια της νύχτας δεν έχει τη δυνατότητα να διαφύγει άμεσα στην ατμόσφαιρα. Έτσι, μετά από διαδοχικές ανακλάσεις καταλήγει να απορροφάται κατά το μεγαλύτερο μέρος της από τις όψεις των κτιρίων, αυξάνοντας τις επιφανειακές θερμοκρασίες τους. 16 [ε] Η μειωμένη εξάτμιση και διαπνοή. Η συνεχής μείωση επιφανειών νερού και πράσινου στα κέντρα των σύγχρονων πόλεων έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των δυνατοτήτων δροσισμού μέσω του φαινομένου της εξάτμισης. Η εξάτμιση του νερού συμβάλλει στη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα, καθώς για να πραγματοποιηθεί απορροφώνται σημαντικά ποσά θερμότητας από το περιβάλλον. Στις επιφάνειες νερού, η εξάτμιση του νερού πραγματοποιείται άμεσα, ενώ στη βλάστηση εξατμίζεται το νερό που εκλύεται από τα στόματα των φύλλων με τη λειτουργία της διαπνοής. 17 [ζ] Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις εξωτερικές επιφάνειες των κτιρίων και των υπαίθριων χώρων Τα υλικά που διαμορφώνουν την "επιδερμίδα" των σύγχρονων πόλεων είναι στην πλειοψηφία τους σκουρόχρωμα ή σκουραίνουν λόγω της αστικής ρύπανσης, και χαρακτηρίζονται από μεγάλη θερμοχωρητικότητα. Το σκούρο χρώμα συνεπάγεται μεγάλη θερμική απορρόφηση, ενώ η αυξημένη θερμοχωρητικότητα έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση υψηλών θερμοκρασιών στα υλικά για μεγάλα χρονικά διαστήματα. 18 4. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας στην πόλη της Αθήνας Τα χαρακτηριστικά του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας στην Αθήνα μελετώνται συστηματικά από το 1996 19, με στόχο να διερευνηθεί η ένταση του φαινομένου, η ανάπτυξή του στον χώρο και η χρονική μεταβολή του. Η ανάλυση πραγματοποιείται με τη λήψη τιμών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας από σταθμούς εγκατεστημένους στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας και των προαστίων της. 20 Η επεξεργασία των κλιματικών δεδομένων που λαμβάνονται παρουσιάζεται σε 13 Στο ίδιο, σ. 22. 14 Στο ίδιο, σ. 22. 15 Στο ίδιο, σ. 22 16 Oke (1995), ό.π., σ.294 17 Σανταμούρης κ.ά. (2000), ό.π., σ. 22. 18 Στο ίδιο, σ. 21-22. 19 Εκτενείς μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί από την Ομάδα Μελετών Κτιριακού Περιβάλλοντος του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών, με επικεφαλή τον αναπληρωτή καθηγητή κ. Μ. Σανταμούρη. 20 Ομάδα Μελετών Κτιριακού Περιβάλλοντος, Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Αθηνών, Ανάλυση δραστηριοτήτων, Αθήνα: Ομάδα Μελετών Κτιριακού Περιβάλλοντος, Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Αθηνών, σ. 10.
διαγράμματα στα οποία αποτυπώνεται γραφικά η ανάπτυξη του φαινομένου. Έτσι, σχετικά με το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας στην Αθήνα, αναφέρονται τα εξής 21 : Ένταση του φαινομένου: Η μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του κέντρου της πόλης και της ανοικτής υπαίθρου φτάνει έως και τους 14 C. Η μέση αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή του κέντρου φτάνει έως και τους 10 C. Η ένταση του φαινομένου είναι μικρότερη στους χώρους πρασίνου και η θερμοκρασία εκεί είναι έως και 6 C υψηλότερη από τις περιαστικές περιοχές. Χωρική κατανομή: Αρχικά, οι υψηλότερες θερμοκρασίες παρατηρούνται στην περιοχή του κέντρου της Αθήνας. Αργότερα, οι υψηλότερες θερμοκρασίες παρατηρούνται στις δυτικές συνοικίες της πόλης. Χρονική μεταβολή: 10:00: 14:00-15:00: 19:00 Αρχίζει να παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας. Σημειώνονται οι υψηλότερες τιμές θερμοκρασίας. Παύει να υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας. 5. Βιοκλιματικοί τρόποι βελτίωσης του αστικού μικροκλίματος Προβλήματα [α] Αυξημένη επανεκπομπή θερμικής ακτινοβολίας από τον ουρανό [β] Μειωμένη κυκλοφορία αέρα στον αστικό ιστό [γ] Ανθρωπογενής θερμότητα [δ] Γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αστικών δρόμων [ε]μειωμένη εξάτμιση και διαπνοή [ζ] θερμική συμπεριφορά των υλικών των εξωτερικών επιφανειών των κτιρίων και των υπαίθριων χώρων Προτάσεις Μείωση της θερμικής ακτινοβολίας που επανεκπέμπεται από τον ουρανό [β] Αύξηση της κυκλοφορίας του αέρα στον αστικό ιστό [γ] Μείωση της ανθρωπογενούς θερμότητας [δ] Επεμβάσεις για μείωση της ηλιακής απορρόφησης [ε] Αύξηση της εξάτμισης και της διαπνοής [ζ] Μείωση της απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας και αποβολή θερμότητας από τα υλικά Η θερμική συμπεριφορά των υλικών, αναφέρεται ουσιαστικά στη συμπεριφορά τους απέναντι στις διαφορετικές διαδικασίες μετάδοσης θερμότητας (αγωγή, μεταφορά και ακτινοβολία). Η συμπεριφορά αυτή καθορίζεται από: τις θερμοφυσικές ιδιότητες των υλικών (πυκνότητα ρ, ειδική θερμότητα ψ, συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ, θερμοχωρητικότητα C=ρ.c, διαχυτότητα κ=λ/ρ.c και επίχυση μ=(λ.ρ.c) 1/2 τις οπτικές ιδιότητες των υλικών (ανακλαστικότητα r και απορροφητικότητα α, r+α=1, και εκπομπή ε). Σημειώνεται ότι οι τιμές της ανακλαστικότητας και της απορροφητικότητας παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία, καθώς εξαρτώνται κυρίως από το χρώμα των υλικών. Οι τιμές των θερμοφυσικών ιδιοτήτων για διαφορετικά υλικά παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: ρ c λ C κ μ Kg/m 3 Wh/Kg.K W/m.K Wh/m 3.K m 2 /sec 10-6 W/m 2.K Χώμα και αδρανή Αμμώδες χώμα, στεγνό 1600 0,22 0,30 352 0,236 5,24 Αμμώδες χώμα, υγρό 2000 0,41 2,20 820 0,745 21,66 Αργιλώδες χώμα, στεγνό 1600 0,24 0,25 384 0,180 5,00 Αργιλώδες χωμα, υγρό 2000 0,43 1,58 860 0,510 18,80 Τυρφώδες χώμα, στεγνό 300 0,53 0,50 159 0,100 1,58 Τυρφώδες χώμα, υγρό 1100 1,01 0,50 1111 0,120 12,02 Χαλίκια 1800 0,22 0,70 396 0,491 8,49 21 Σανταμούρης κ.ά. (2000), ό.π., σ. 22-23.
Φυσικά πετρώματα Μάρμαρο 2600 0,26 2,90 676 1,192 22,58 Γρανίτης 2800 0,26 3,50 728 1,335 25,74 Μαλακός ασβεστόλιθος 1600 0,26 1,05,416 0,701 10,66 Ασβεστόλιθος 2200 0,26 1,70 572 0,825 15,90 Σκληρός ασβεστόλιθος 2600 0,26 2,33 676 0,957 20,24 Σχιστόπλακες 2670 0,23 2,64 614 1,194 20,53 Τσιμέντο Σκυρόδεμα 2400 0,24 1,51 576 0,728 15,04 Κισσηρόδεμα 800 0,24 0,29 192 0,419 3,81 Περλιτόδεμα 600 0,24 0,20 144 0,385 2,74 Πλάκες μπετόν απλές 2222 0,24 1,45 533 0,755 14,18 Κυβόλιθοι από μπετόν 2083 0,24 1,19 500 0,661 12,44 Πηλός Κυβόλιθοι από κεραμικό 1920 0,25 0,84 480 0,486 10,24 Εμφανή τούβλα 1700 0,26 0,74 442 0,465 9,15 Κεραμικά πλακίδια 2000 0,39 1,00 788 0,352 14,32 Ξύλο Μαλακή ξυλεία (κωνοφόρα) 500 0,55 0,14 275 0,141 3,16 Σκληρή ξυλεία (οξυά/δρυς) 700 0,55 0,17 385 0,123 4,13 Σκληρή τροπική ξυλεία 1040 0,55 0,29 572 0,141 6,57 Μέταλλα Αλουμίνιο 2700 0,26 200,00 702 79,140 191,10 Χάλυβας 7800 0,09 204,00 710 79,810 194,07 Πετροχημικές πρώτες ύλες Άσφαλτος 2110 0,25 0,75 527 0,395 10,14 Γυαλί Γυαλί 2480 0,18 0,75 446 0,460 9,33 Νερό 1000 1,16 0,57 1160 0,136 13,11 Γρασίδι Οι κυριότεροι τρόποι μείωσης των επιφανειακών θερμοκρασιών των υλικών που χρησιμοποιούνται στους υπαίθριους χώρους των πόλεων και στο κέλυφος των κτιρίων είναι η χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών, ο σκιασμός και η διαβροχή. 5.1 Χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών Γενικά συμπεράσματα Η χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών μειώνει την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας από τα υλικά, που χρησιμοποιούνται στους υπαίθριους χώρους και στο κέλυφος των κτιρίων. Η αύξηση της ανακλαστικότητας μπορεί να επιτευχθεί με το βάψιμο υφιστάμενων επιφανειών ή με την εφαρμογή ανοιχτόχρωμων υλικών. Η χρήση του χρώματος για τη μείωση των επιφανειακών θερμοκρασιών υλικών, που είναι εκτεθειμένα στην ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί μία από τις πιο κοινά χρησιμοποιούμενες πρακτικές. Λόγω της αυξημένης ανακλαστικότητας τους, τα ανοιχτόχρωμα υλικά παρουσιάζουν πολύ χαμηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες σε σχέση με τα αντίστοιχα σκουρόχρωμα. Οι διαφορές αυτές μπορεί να φτάνουν έως και τους 20 C για κάποιες ομάδες υλικών. Περιορισμοί εφαρμογής - Οικονομικοί και περιβαλλοντικοί όταν πρόκειται για εφαρμογή ανοιχτόχρωμων υλικών σε υφιστάμενες κατασκευές. Σε όψεις κτιρίων, η εφαρμογή μπορεί να ενταχθεί στην περιοδική συντήρηση του κτιρίου και είναι σχετικά εύκολη (νέο στρώμα χρώματος). Αντίθετα, σε υπαίθριους χώρους, η αντικατάσταση των υλικών από νέα ανοιχτόχρωμα συνεπάγεται σημαντική παραγωγή οικοδομικών απορριμμάτων. Πιθανά μειονεκτήματα - Πρόκλησης θάμβωσης, ιδιαίτερα σε χώρους όπου δεν υπάρχει σκιασμός / Απώλεια ανακλαστικότητας ιδιαίτερα σε δάπεδα λόγω χρήσης και φθοράς Το πρόβλημα της θάμβωσης μπορεί να επιλυθεί με την χρήση διατάξεων σκιασμού ή την χρήση υλικών με αδρή επιφάνεια. Το ζήτημα της απώλειας της ανακλαστικότητας των ανοιχτόχρωμων υλικών είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τις επιφανειακές θερμοκρασίες τους. Παράλληλα πλεονεκτήματα - Βελτίωση συνθηκών φυσικού φωτισμού σε στενούς δρόμους / Πιθανά
ψυχολογικά οφέλη Σε στενούς δρόμους, όπου η ηλιακή ακτινοβολία εισέρχεται για περιορισμένες ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, η χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών σε όψεις κτιρίων, οδόστρωμα και πεζοδρόμια μπορεί να αυξήσει τα επίπεδα φυσικού φωτισμού. Αρχιτεκτονικές παράμετροι - Η χρήση ανοιχτόχρωμων υλικών σε όλα ανεξαιρέτως τα κτίρια και τους υπαίθριους χώρους της πόλης αποτελεί θέμα αρχιτεκτονικού και αστικού σχεδιασμού 5.2 Σκιασμός Γενικά συμπεράσματα Η χρήση του σκιασμού μειώνει την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας από τα υλικά, που χρησιμοποιούνται στους υπαίθριους χώρους της πόλης και στο κέλυφος των κτιρίων. Η πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας στις αστικές επιφάνειες μπορεί να αποφευχθεί με στοιχεία βλάστησης (δενδροστοιχίες και πέργκολες με αναρριχητικά φυτά), μόνιμες κατασκευές (στοές, προστεγάσματα, κ.λπ.) ή με ελαφριές κατασκευές (πέργκολες, υφάσματα, κ.λπ.) Η επίδραση του σκιασμού είναι πολύ εμφανέστερη στην περίπτωση των σκουρόχρωμων υλικών (π.χ. άσφαλτος, σκουρόχρωμη πέτρα, κ.λπ.). Οι διαφορές ανάμεσα στις επιφανειακές θερμοκρασίες εκτεθειμένων και σκιασμένων σκουρόχρωμων υλικών είναι πολύ μεγάλες, της τάξης των 19 με 28 C για τις απόλυτες μέγιστες θερμοκρασίες και της τάξης των 13 με C για τις μέσες θερμοκρασίες. Σε σύγκριση με τις μέσες θερμοκρασίες του αέρα, οι μέσες επιφανειακές θερμοκρασίες των εκτεθειμένων υλικών είναι περίπου 10 με 18 C υψηλότερες, ενώ των σκιασμένων είναι σχεδόν πάντα χαμηλότερες. Κατά τη δύση του ήλιου (περίπου 19:30), τα εκτεθειμένα υλικά είναι 5 με 9 C θερμότερα από την αντίστοιχη θερμοκρασία του αέρα, ενώ τα σκιασμένα είναι πολύ ψυχρότερα. Περιορισμοί εφαρμογής - Αφορούν κυρίως στην φύτευση δέντρων για σκιασμό υφιστάμενων δρόμων και πλατειών Πιθανά μειονεκτήματα - Πιθανή μείωση του δροσισμού των επιφανειών με ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της νύχτας / Εκπομπή βιογενών πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) από ορισμένα φυτικά είδη Παράλληλα πλεονεκτήματα - Μείωση θάμβωσης / Συνδυασμός με τα πλεονεκτήματα της βλάστησης Το πράσινο επηρεάζει σημαντικά τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούν στα κέντρα των πόλεων. Τα διάφορα στοιχεία βλάστησης μπορούν να συμβάλλουν: Στην αποφυγή φαινομένων υπερθέρμανσης (μέσω του σκιασμού). Στην αποφυγή της θάμβωσης (μέσω του σκιασμού). Στη ρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας (μέσω των λειτουργιών της εξάτμισης και της διαπνοής). Στη βελτίωση της κίνησης του αέρα. Στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα (μέσω της λειτουργίας της φωτοσύνθεσης). Στη μείωση της ηχορύπανσης. Στην αύξηση της υδατοπερατότητας του εδάφους Αρχιτεκτονικές παράμετροι - Η χρήση διατάξεων σκιασμού μπορεί να επηρεάσει δραματικά την εικόνα των αστικών υπαίθριων χώρων Κατά συνέπεια, ο σκιασμός πρέπει να αντιμετωπίζεται ως συνθετικό μέσο. Δεν μπορεί να εφαρμοστεί συνολικά και με τον ίδιο τρόπο σε όλους τους ανοιχτούς χώρους των πόλεων. Αντίθετα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποδοθούν διαφορετικές ποιότητες και χαρακτήρας σε συγκεκριμένες περιοχές υπαίθριων χώρων, να αυξηθεί η χωρική διαφοροποίησή τους με τη δημιουργία σκιασμένων και εκτεθειμένων περιοχών, αλλά και να βελτιωθεί η ποιότητα των ελεύθερων χώρων σε συγκεκριμένες γειτονιές. 5.3 Διαβροχή Προκαταρτικά αποτελέσματα Γενικά, τα αποτελέσματα των μετρήσεων και τα διαγράμματα δείχνουν ότι η διαβροχή των υλικών είναι καλύτερα να χρησιμοποιείται για να «καθυστερήσει» την εμφάνιση των υψηλών επιφανειακών θερμοκρασιών, διατηρώντας τις χαμηλές πρωινές θερμοκρασίες για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα μέσα στην ημέρα. Στις περιπτώσεις όπου η διαβροχή χρησιμοποιήθηκε για να μειώσει τις μέγιστες επιφανειακές θερμοκρασίες των υλικών -που σημειώνονται κατά τις μεσημεριανές ώρες (13:30-16:30)-, τα
αποτελέσματα δεν ήταν ικανοποιητικά. Το πορώδες και η υδατοπερατότητα των υλικών έχουν σημαντική επίδραση στην αποτελεσματικότητα της διαβροχής, ιδιαίτερα στις μέσες επιφανειακές θερμοκρασίες, αλλά και στη διατήρηση της επίδρασης της διαβροχής χρονικά. Τα αποτελέσματα της διαβροχής είναι αντίστοιχα στα ανοιχτόχρωμα και στα σκουρόχρωμα υλικά. Ωστόσο, ακόμα και η μέγιστη μείωση, που επιτεύχθηκε με την πρωινή διαβροχή, δεν μπορεί να θεωρηθεί αποτελεσματική για τα σκουρόχρωμα υλικά, των οποίων οι απόλυτες μέγιστες θερμοκρασίες ξεπέρασαν, ακόμα και σε αυτήν την περίπτωση, τους 50 C. Περιορισμοί εφαρμογής - Περιορισμένη διαθεσιμότητα νερού στις περισσότερες ελληνικές πόλεις / Δυνατότητα χρήσης μη πόσιμου νερού, επεξεργασμένου νερού ή θαλασσινού νερού Παρόλ' αυτά, η χρήση θαλασσινού νερού δεν ενδείκνυται πάντα, καθώς το αλάτι μπορεί να προκαλέσει αλλοιώσεις σε συγκεκριμένες ομάδες υλικών, και ιδιαίτερα σε υλικά από τσιμέντο και από φυσικά πετρώματα. Πιθανά μειονεκτήματα - Εμφάνιση άνθησης σε κάποιες ομάδες υλικών / Αύξηση της σχετικής υγρασίας του αέρα Η αύξηση της σχετικής υγρασία του αέρα δεν συνοδεύεται από πτώση της θερμοκρασίας του αέρα, όπως συμβαίνει με την χρήση micronisers. Παράπλευρα πλεονεκτήματα - Κύκλος του νερού στην πόλη / Μείωση των αρνητικών συνεπειών των καταιγίδων...όταν η διαβροχή συνδυάζεται με υδατοπερατά υλικά ή υλικά σε υδατοπερατό υπόστρωμα (εν ξηρώ επίστρωση). Αρχιτεκτονικές παράμετροι - Η χρήση μέσων διαβροχή των αστικών δαπέδων σε πλατείες επηρεάζει δραστικά τον χαρακτήρα τους Για το λόγο αυτό, η διαβροχή πρέπει να αποτελεί στοιχείο της αρχιτεκτονικής σύνθεσης από την αρχή, π.χ. ενσωμάτωση πιδάκων ή μικροψεκαστήρων (micronisers) σε δάπεδα αστικών πλατειών χωρίς φυτεύσεις και διατάξεις σκιασμού. ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Akbari Hashem, et al., eds., Cooling Our Communities. A Guidebook on Tree Planting and Light- Colored Surfacing, Washington: U.S. Environmental Protection Agency, 1992 2. Akbari Hashem, Bretz Sarah, Kum Dan M., Hanford James, "Peak power and cooling energy savings of high albedo roofs". Energy and Buildings, 25: 2, 1997, σ. 117-126. 3. Brophy V., O'Dowd C., Bannon R., Goulding J., Lewis 0., Sustainable Urban Design, Ireland: European Commission Energy Publication, 2000, [Online] Available, http://erg.ucd.ie/erg_downloads.html, 20 Μαΐου 2002. 4. Σίμος Γιάννας, "Βιοκλιματικές αρχές πολεοδομικού σχεδιασμού", στο Σπύρος Αμούργης, επιμ., Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Πόλεων και Ανοικτών Χώρων. Τόμος Α. Περιβαλλοντική Τεχνολογία, Πάτρα: Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2001 5. Doulos L., Santamouris M., Livada I., "Passive Cooling of open urban areas. The role of materials", Solar Energy. 77, 2004, σ. 231-249. 6. Givoni Baruch, Climate Considerations in Building and Urban Design, New York: Van Nostrand Reinhold, 1998. 7. Heat Island Group, "Cool Roofs", [Online] Available, http://eetd.lbl.gov/heatisland/coolroofs/ HeatTransfer/, 22 Νοεμβρίου 2002, σ. 1. 8. Landsberg Helmut E., The Urban Climate, New York: Academic Press, 1981. 9. Oke T. R., Boundary Layer Climates, London and New York: Routledge, 1995. [1 η έκδοση: London: Methuen & Co., 1978]. 10. Papadopoulos Agis M., "The influence of street canyons on the cooling loads of buildings and the performance of air conditioning systems", Energy and Buildings, 33: 6, 2001, σ. 601-607. 11. Πολυχρονόπουλος Δημήτρης, "Η ενσωμάτωση βιοκλιματικών αρχών στον αστικό σχεδιασμό", στο ΑΑ. VV. Περιβάλλον και Σχεδιασμός του Χώρου, Αθήνα: Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τμήμα Αρχιτεκτόνων, Τομέας II Πολεοδομίας και Χωροταξίας, 2000-2001, σ. 77-86. 12. Πολυχρονόπουλος Δημήτρης, "Αττικό μικροκλίμα. Προς τον επανασχεδιασμό του αστικού τοπίου με στόχο την προστασία του μικροκλίματος", στο Πυρφόρος, ειδική περιοδική έκδοση Ε.Μ.Π., τεύχος 1/1998, Ξανθόπουλος θ., επιμ., Αθήνα, 1998, σ. 41-43. 13. Pomerantz M., Taha H., Chen A., Rosenfeld A., "Paving Materials for Heat Island Mitigation", [Online] Available, http://eetd.lbl.gov/ea/1995_ann_rpt/buildings/paving.materials.for.heat.html, 22 Νοεμβρίου 2002.
14. Rosenfeld Arthur H., Akbari Hashem, Bretz Sarah, Fishman Beth L., Kurn Dan M., Sailor David, Taha Haider, "Mitigation of heat islands: materials, utility programs, updates", Energy and Buildings. 22: 9, 1995, σ. 255-265. 15. Rosenfeld Arthur H., Akbari Hashem, Romm Joseph J., Pomerantz Melvin, "Cool communities: strategies for heat island mitigation and smog reduction". Energy and Buildings. 28: 1, 1998, σ. 51-62. 16. Santamouris M., ed.. Energy and Climate in the Urban Built Environment, London: James and James Science Publishers Ltd., 2001. 17. Sathopoulou Marina, Cartalis Constantinos, Chrysoulakis Nektarios, "Using midday surface temperature to estimate cooling degree-days from NOAA_AVHRR thermal infrared data: An application for Athens, Greece", Solar Energy. 80, 2006, σ. 414-422. 18. Taha Haider, "Urban climates and heat islands: albedo, evapotranspiration and anthropogenic heat". Energy and Buildings. 25: 2, 1997, σ. 99-103. 19. Taha Haider, Douglas Sharon, Haney Jay, "Mesoscale meteorological and air quality impacts of increased urban albedo and vegetation". Energy and Buildings. 25: 2, 1997, σ. 169-177. 20. Taha H., "Ozone Air Quality Implications of Large-Scale Albedo and Vegetation Modifications in the Los Angeles Basin", [Online] Available, http://eetd.lbl.gov/ea/1995_ann_rpt/ Buildings/ozone.air.html, 22 Νοεμβρίου 2002.