Νοέμβριος 1, 2015

Βιοκλιματικες κατοικιες: Όφελος ενεργειας εως και 80%

Σύμφωνα με τους ειδικούς, μια βιοκλιματική κατοικία μπορεί να εξοικονομήσει ενέργεια που μπορεί να φτάσει έως και το 80%, σε σύγκριση με ένα παλαιό κτίριο.

Βιοκλιματικός σχεδιασμός είναι ο σχεδιασμός των εσωτερικών, αλλά και των εξωτερικών χώρων με βάση το μικρόκλιμα της περιοχής, με απώτερο σκοπό την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης, αξιοποιώντας φυσικά φαινόμενα του κλίματος.

Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες της οικολογικής δόμησης, η οποία ασχολείται με τον έλεγχο των περιβαλλοντικών παραμέτρων στο επίπεδο των κτιριακών μονάδων μελετώντας τις ακόλουθες κατευθύνσεις:

• Τη μελέτη του δομημένου περιβάλλοντος και των προβλημάτων που αυτό προέρχονται από τον σχεδιασμό των κτιρίων

• Την επιλογή των δομικών υλικών, λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις θερμικές και οπτικές τους ιδιότητες, όσο και την τοξικολογική τους δράση

Τα κτίρια στην Ελλάδα είναι υπεύθυνα για το 40% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας (θερμική, ηλεκτρική), η οποία λόγω του υψηλού κόστους της επιβαρύνει τον χρήστη και ρυπαίνει την ατμόσφαιρα με διοξείδιο του άνθρακα. Οι εφαρμογές του βιοκλιματικού σχεδιασμού είναι πολυάριθμες τόσο στην Ελλάδα όσο και παγκοσμίως. Σε πολλά κράτη έχουν θεσπιστεί νόμοι και ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αποτελεί βασικό κριτήριο για την ανάπτυξη οικιστικών συνόλων, αλλά και σε μεμονωμένα κτίρια. Συγκεκριμένα, στην Ελλάδα μια βιοκλιματική κατοικία μπορεί να έχει εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 30% σε σχέση με ένα συμβατικό κτίριο, ενώ σε σύγκριση με ένα παλαιότερο αμόνωτο κτίριο, αυτή η εξοικονόμηση μπορεί να φτάσει μέχρι και το 80%. Η εξοικονόμηση αυτή δεν περιορίζεται στο ετήσιο ενεργειακό κόστος, αλλά περιλαμβάνει και τη μείωση του μεγέθους των Ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων. Επιπλέον υπάρχουν οφέλη και σε περιβαλλοντικό και κοινωνικό επίπεδο, μέσω της μείωσης των εκπεμπόμενων ρύπων και της βελτίωσης της ποιότητας ζωής. Με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό ενός κτιρίου, τα οφέλη είναι πολλαπλά και περιλαμβάνουν την θερμική προστασία τους, τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι με κατάλληλες τεχνικές που εφαρμόζονται στο κτιριακό κέλυφος (θερμομόνωση, αεροστεγάνωση των ανοιγμάτων, σκίαση). Επιπλέον βασικό συστατικό για το βιοκλιματικό σχεδιασμό αποτελεί η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, τόσο για τη θέρμανση των εσωτερικών χώρων όσο και για το φυσικό φωτισμό σε όλη τη διάρκεια του έτους.

 

Παθητικά- ενεργητικά συστήματα

Έχουν αναπτυχθεί δύο κυρίως τεχνολογικά συστήματα για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση και τον δροσισμό των κτιρίων: τα ενεργητικά και τα παθητικά συστήματα. Ανάμεσά τους υπάρχει και ένα τρίτο, τα υβριδικά. Παθητικά συστήματα είναι εκείνα που για την εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας δεν κάνουν χρήση υψηλής τεχνολογίας και μηχανικών μέσων. Βασίζονται στη φυσική ροή της θερμικής ενέργειας, εκμεταλλεύονται τις φυσικές ιδιότητες των υλικών του κτιρίου και χρησιμοποιούν για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας και την αποθήκευση της θερμότητας, τα δομικά στοιχεία του κελύφους (τοίχους, δάπεδα, οροφές, δώμα). Μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με το σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιούνται:

• Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης

• Παθητικά συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού

• Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού

Τα ενεργητικά συστήματα απαιτούν τη χρήση μηχανικών μέσων – απλών μέχρι υψηλής τεχνολογίας (αντλίες, εναλλάκτες θερμότητας, ανεμιστήρες, κ.λπ.) και προϋποθέτουν σύνθετους μηχανισμούς συλλογής, μεταφοράς και αποθήκευσης της θερμότητας που έχει προέλθει από την ηλιακή ακτινοβολία που δεσμεύτηκε. Για να προκύψουν θερμικά και οπτικά οφέλη καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους, πρέπει τα παραπάνω συστήματα να συνδυαστούν κατά τη λειτουργία τους.

 

Βασικές τεχνικές βιοκλιματικού σχεδιασμού

Οι πιο συχνά εφαρμοζόμενες τεχνικές του βιοκλιματικού σχεδιασμού μπορούν να χωριστούν στις παρακάτω κατηγορίες:

 

Προσανατολισμός

Το πιο σωστό από ενεργειακής άποψης σχήμα ενός κτιρίου είναι εκείνο για το οποίο υπάρχουν μικρές θερμικές απώλειες τον χειμώνα, ενώ τα ηλιακά κέρδη το καλοκαίρι είναι τα μικρότερα δυνατά. Επιπλέον, ιδιαίτερη σημασία πρέπει να δοθεί στο μικρόκλιμα σε κάθε πλευρά του κτιρίου. Συνήθως, η βόρεια πλευρά είναι και η πιο ψυχρή, γιατί δεν δέχεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία και γιατί οι χειμερινοί άνεμοι έχουν συνήθως βόρεια κατεύθυνση. Η ανατολική και δυτική πρόσοψη δέχεται ίση ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά η δυτική παραμένει πιο ζεστή εξαιτίας του συνδυασμού ηλιακής ακτινοβολίας και υψηλών μεσημβρινών θερμοκρασιών του αέρα. Η νότια πλευρά είναι η φωτεινότερη και η πιο ζεστή και δέχεται ηλιακή ακτινοβολία στη διάρκεια όλης της ημέρας Οι χώροι που έχουν μικρότερη απαίτηση σε θερμοκρασιακή άνεση πρέπει να τοποθετούνται στη βορινή πλευρά, ώστε να αποτελούν φράγμα για τις θερμικές απώλειες, μεσολαβώντας ουσιαστικά μεταξύ των θερμαινόμενων χώρων και του εξωτερικού περιβάλλοντος, ενώ ο βέλτιστος προσανατολισμός για τη διάταξη των ανοιγμάτων σε ένα κτίριο είναι ο νότιος προσανατολισμός. Το σχήμα του κτιρίου για τη βέλτιστη εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας στην Ελλάδα είναι επιμηκυμένο κατά τον άξονα Ανατολής – Δύσης. Μικρή απόκλιση κατά 20ο δεν μεταβάλλει ουσιαστικά την απόδοση των νότια προσανατολισμένων ανοιγμάτων.

 

Σκίαση

Ιδιαίτερη σημασία κατά το σχεδιασμό ενός νέου κτιρίου πρέπει να δίνεται και στη σκίαση, έτσι ώστε να ελέγχεται η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που μπαίνει από τα ανοίγματα. Αποτελεί σημαντικό στοιχείο του κτιριακού κελύφους, καθώς συνεισφέρει σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση και κυρίως για τη ψύξη του κτιρίου, στη δημιουργία συνθηκών θερμικής άνεσης, ενώ ρυθμίζει και την ποιότητα του φυσικού φωτισμού, μειώνοντας τον κίνδυνο θαμπώματος. Ο τύπος και οι διαστάσεις του συστήματος καθορίζονται από παράγοντες όπως ο προσανατολισμός, η θέση των ανοιγμάτων, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη και τους εξής παράγοντες:

• η εξασφάλιση λειτουργίας των ανοιγμάτων (οπτική επικοινωνία, φυσικός αερισμός, φυσικός φωτισμός)

• οι δυσμενείς επιδράσεις του συστήματος στο άνοιγμα και στον ηλιοπροστατευόμενο χώρο

• η σταθερότητα, η διάρκεια ζωής, και τη δυνατότητα χειρισμού

• το αρχικό κόστος κατασκευής και τα έξοδα συντήρησης

Τα συστήματα ηλιοπροστασίας μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες, τα κινητά και τα σταθερά. Τα σταθερά σκίαστρα στις περισσότερες εφαρμογές είναι κάποια προέκταση της πλάκας, οι κατακόρυφες και οριζόντιες προεξοχές, αλλά και τα οριζόντιο προστέγασμα από σκυρόδεμα ή κάποιο μέταλλο στο ύψος του παράθυρου. Αντίθετα τα κινητά σκίαστρα αποτελούν κάποιες πρόσθετες ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, κατασκευασμένες από ελαφριά υλικά (μέταλλο, αλουμίνιο, πλαστικό, ξύλο), οι οποίες έχουν τη δυνατότητα, με τους κατάλληλους μηχανισμούς (χειροκίνητους ή με αυτοματισμό) να περιστρέφονται, ακολουθώντας την τροχιά του ήλιου. Επιπλέον, ηλιοπροστασίαστο κτίριο μπορούν να παρέχουν και οι εξωτερικοί χώροι πρασίνου, τόσο με τον άμεσο σκιασμό που μπορεί να επιτυγχάνεται από δέντρα, όσο και από χαμηλότερη βλάστηση, η οποία λόγω του πράσινου χρώματος μειώνει σημαντικά την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στο έδαφος, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνουν και τις συνθήκες για φυσικό αερισμό.

 

Αερισμός

Ένα επαρκές σύστημα εξαερισμού είναι απαραίτητο για τη δημιουργία ενός υγιούς περιβάλλοντος, καθώς εισάγει φρέσκο αέρα απομακρύνοντας τους αέριους ρύπους και την υγρασία από τους εσωτερικούς χώρους. Ο επαρκής και σωστά σχεδιασμένος εξαερισμός συμβάλλει και στην εξοικονόμηση ενέργειας, καθώς συνήθως, ο εξαερισμός συνδέεται με τη θέρμανση και τον κλιματισμό των χώρων ενός κτιρίου.

Ο φυσικός αερισμός μπορεί να επιτευχθεί με χρήση τεχνικών όπως:

• Διαμπερής φυσικός αερισμός. Ο διαμπερής αερισμός επιτυγχάνεται με κατάλληλο σχεδιασμό των ανοιγμάτων στο κέλυφος και στις εσωτερικές τοιχοποιίες. Θυρίδες στο άνω και κάτω τμήμα των διαχωριστικών εσωτερικών τοίχων επιτρέπουν την κίνηση του αέρα στους εσωτερικούς χώρους και την απομάκρυνση της συσσωρευμένης θερμικής ενέργειας.

• Καμινάδες ή πύργος αερισμού. Η καμινάδα αερισμού λειτουργεί αξιοποιώντας το φαινόμενο του φυσικού ελκυσμού, καθώς ο θερμός αέρας κινείται προς τα επάνω και έτσι δημιουργείται ρεύμα στο εσωτερικό των χώρων, μεταφέροντας τη θερμότητα εκτός του κτιρίου.

• Υβριδικός αερισμός (ανεμιστήρες οροφής). Αυτός ο τύπος αερισμού χρησιμοποιείται όταν δεν υπάρχει έντονο ρεύμα αέρα γύρω από το κτίριο

• Ηλιακή καμινάδα. Η λειτουργία της βασίζεται στο φαινόμενο Venturi και συμβάλλει αποτελεσματικά στον αερισμό και στην απομάκρυνση της υγρασίας από τους εσωτερικούς χώρους, καθώς μέσω της υψηλής θερμοκρασίας του αέρα που προκύπτει μέσα στην καμινάδα, ενισχύεται σημαντικά το φαινόμενο του φυσικού ελκυσμού και συνεπώς της ανανέωσης του αέρα μέσα στους χώρους. Καθώς επιτυγχάνει διαρκή ανανέωση του εσωτερικού αέρα, η ηλιακή καμινάδα συνιστάται σε περιοχές με υψηλή σχετική υγρασία κατά τη θερινή περίοδο.

• Αεριζόμενο κέλυφος. Πρόκειται για κατασκευή διπλού κελύφους είτε στην οροφή είτε στους εξωτερικούς τοίχους του κτιρίου, μέσα στην οποία κυκλοφορεί ο αέρας του εξωτερικού χώρου.

 

Φυσικός φωτισμός

Η αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού στοχεύει στην επίτευξη οπτικής άνεσης μέσα στα κτίρια και στην εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και στη γενικότερη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης μέσα στους χώρους, συνδυάζοντας φως, θέα, δυνατότητα αερισμού, αξιοποίηση και ρύθμιση της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας. Για την αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού προς όφελος του κτιρίου με στόχο την επίτευξη οπτικής άνεσης θα πρέπει, μέσω των κατάλληλων συστημάτων και τεχνικών, να εξασφαλίζεται στους εσωτερικούς λειτουργικούς χώρους επαρκής ποσότητα (στάθμη φωτισμού), αλλά και ομαλή κατανομή, ώστε να αποφεύγονται έντονες διαφοροποιήσεις της στάθμης, οι οποίες προκαλούν φαινόμενο «θάμβωσης» με γνώμονα την εργασία που επιτελείται μέσα στους χώρους. Τόσο η επάρκεια όσο και η κατανομή του φωτισμού εξαρτώνται από τα γεωμετρικά στοιχεία του χώρου και των ανοιγμάτων, αλλά και από τα φωτομετρικά χαρακτηριστικά των αδιαφανών επιφανειών (χρώμα/υφή) και των υαλοπινάκων (φωτοδιαπερατότητα/ ανακλαστικότητα).

 

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειες

Στο βιοκλιματικό σχεδιασμό χρησιμοποιούνται κυρίως ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με τη μορφή της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας, της γεωθερμίας και της βιομάζας. Μπορούν να παρέχουν στο κτίριο ηλεκτρισμό, ζεστό νερό χρήσης και θέρμανση/ψύξη, ενώ έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις και είναι ιδιαίτερα αποδοτικά για τα ελληνικά κτίρια.

 

Φυτεμένο δώμα

Τα φυτεμένα δώματα αποτελούν μια από τις παλαιότερες τεχνικές βιοκλιματικού σχεδιασμού. Μία φυτεμένη οροφή αποτελείται από ένα στρώμα βλάστησης που αναπτύσσεται επάνω σε μία επίπεδη οροφή. Μπορεί να δημιουργήσει ψυκτικό αποτέλεσμα τόσο στα περίχωρα του κτιρίου όσο και στο εσωτερικό του, προσφέροντας θερμική προστασία το καλοκαίρι αλλά και το χειμώνα καθώς θεωρείται μέσο θερμικής μόνωσης. Ειδικότερα σε μεγάλες πόλεις κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού όπου η ατμόσφαιρα μπορεί να είναι αποπνικτική, η πράσινη κάλυψη των οροφών επηρεάζει το μικροκλίμα και συνεισφέρει στην μείωση των τοξικών ρύπων της ατμόσφαιρας, ενώ, το καλοκαίρι μειώνει την κατανάλωση ενέργειας για ψύξη έως και 30%.

 

Μόνωση – Θερμική αδράνεια

Σκοπός των δύο αυτών τεχνικών, είναι η δέσμευση της θερμότητας στο εσωτερικό του κτιρίου και η μείωση των θερμικών απωλειών κατά τη χειμερινή περίοδο και η μείωση των ηλιακών κερδών κατά τη θερινή περίοδο. Επιπλέον, με αυτό τον τρόπο υπάρχει αυξημένη θερμική αδράνεια (δηλαδή η «αντίσταση» που προβάλει το κτίριο στις εξωτερικές μεταβολές της θερμοκρασίας είναι μεγάλη και κατά συνέπεια επηρεάζεται λιγότερο από τις εξωτερικές συνθήκες). Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι τοίχοι μάζας, οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης και οι τοίχοι Trombe. Η κατασκευή ενός βιοκλιματικού κτιρίου είναι ελαφρός πιο δαπανηρή σε σχέση με ένα συμβατικό κτίριο. Μακροχρόνια, όμως, το όφελος από την εξοικονόμηση ενέργειας είναι πολλαπλάσιο από το αρχικό κόστος κατασκευής ενός τέτοιου κτιρίου. Τα οφέλη από αυτό το είδος σχεδιασμού είναι τόσο ενεργειακά όσο και οικονομικά και περιβαλλοντικά. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός συμβάλει στη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης, εξασφαλίζοντας θερμική και οπτική άνεση, καλή ποιότητα αέρα και ιδανικό μικρόκλιμα. Για να επιτευχθούν όλα τα παραπάνω όμως πρέπει να γίνει προσεκτική μελέτη και εφαρμογή όλων των αρχών του βιοκλιματικού σχεδιασμού χωρίς αποκλίσεις, σε όλη τη διάρκεια κατασκευής του κτιρίου αλλά και του τρόπου χρήσης των εγκατεστημένων συστημάτων.

 

Ξέρατε ότι…

Oι βιοκλιματικές κατοικίες και γενικότερα ο βιοκλιματικός σχεδιασμός, δεν αποτελεί εύρημα των τελευταίων ετών. Όπως προκύπτει από τις έρευνες, βιοκλιματικές κατοικίες εντοπίζονται και στην αρχαία Ελλάδα, με χαρακτηριστικό παράδειγμα το «Ηλιακό Σπίτι» του Σωκράτη (περίπου το 450-470 π.Χ.). Έτσι, από αυτή την εποχή έδιναν μεγάλη σημασία στην αρχιτεκτονική της κάθε κατοικίας, ώστε να υπάρχει η μέγιστη δυνατή προστασία από το κρύο, αλλά και ο φυσικός δροσισμός κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου. Για παράδειγμα, ο βόρειος τοίχος της κάθε κατοικίας είχε μεγαλύτερο πάχος έναντι των υπολοίπων, ενώ οι είσοδοι κατασκευάζονταν προς την ανατολή ή τον νότο. Τέλος, μεγάλη σημασία έδιναν και στη φύτευση δέντρων και φυτών, ώστε να υπάρχει η απαιτούμενη σκίαση.