ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΚΤΙΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Η ακόλουθη μελέτη και εφαρμογή βασίζεται σε κτίριο πέντε ορόφων που χωροθετείται στην πόλη του Βόλου του νομού Μαγνησίας, στη διασταύρωση των οδών Κ.Καρτάλη και Τ.Οικονομάκη, καταλαμβάνοντας έκταση περίπου 265 τ.μ. [εικόνα 1, 2, 3, 4]. Η επιλογή του συγκεκριμένου κτιρίου είναι τυχαία, όσον αφορά την τοποθεσία, και έγινε με μόνο γνώμονα τη στήριξη της μελέτης σε μία υπάρχουσα κατασκευή σε πυκνοδομημένο αστικό περιβάλλον. Η αρχιτεκτονική και η δομή του κτιρίου, όπως και του γύρου περιβάλλοντος, δε βασίζονται αποκλειστικά στην πραγματικότητα, καθώς γίνονται ορισμένες παραδοχές σε κάποιες περιπτώσεις. Στο ισόγειο του κτιρίου, πέρα από τον κοινόχρηστο χώρο του κλιμακοστασίου, υπάρχουν τέσσερις χώροι που λειτουργούν ως καταστήματα-γραφεία, μέσης έκτασης 70 τ.μ. περίπου. Κάθε όροφος του κτιρίου περιλαμβάνει δύο διαμερίσματα, έκτασης περίπου 110 τ.μ. το καθένα. Έτσι, έχουμε συνολικά 10 διαμερίσματα, καθένα από τα οποία έχει τρία υπνοδωμάτια, δύο μπάνια, καθιστικό και κουζίνα. Το άθροισμα των εμβαδών των εσωτερικών χώρων της κατασκευής καταλαμβάνει έκταση 1.380 τ.μ. περίπου, στα οποία δεν περιλαμβάνεται ο κοινόχρηστος και μη θερμαινόμενος χώρος του κλιμακοστασίου. Υποθέτουμε, επίσης ότι, τόσο το κτίριο μελέτης, όσο και τα γύρω κτίρια, εκμεταλλεύονται πλήρως το μέγιστο επιτρεπτό ύψος δόμησης της συγκεκριμένης περιοχής που είναι τα 22 μέτρα. Τέλος, θεωρούμε ότι το συγκεκριμένο κτίριο είναι κατασκευασμένο τη δεκαετία του 1970, με σκελετό από οπλισμένο σκυρόδεμα, χωρίς μόνωση, η εξωτερική τοιχοποιία αποτελείται από διπλό τούβλο, ενώ τα ανοίγματα έχουν μεταλλικά κουφώματα και μονούς υαλοπίνακες.

ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΑΣΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ

Το 'ΒΑΣΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ' που εφαρμόζεται, με βάση το οποίο θα γίνουν στη συνέχεια οι συγκρίσεις, αποσκοπεί σε σημαντική βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου. Έτσι, πραγματοποιούνται εξ αρχής ορισμένες βασικές αλλαγές στο κέλυφος της κατασκευής που αφορούν τη μόνωση της εξωτερικής τοιχοποιίας και του δώματος, καθώς και την αντικατάσταση των κουφωμάτων και των υαλοπινάκων. Για τα ανοίγματα επιλέγονται ξύλινα κουφώματα και διπλοί υαλοπίνακες με χαμηλό συντελεστή εκπομπής, 16 χιλιοστά διάκενο και αέριο argon, επιτυγχάνοντας u-value=1,5 W/m²K [1]. Στους εξωτερικούς τοίχους τοποθετείται, εξωτερικά, μόνωση εξηλασμένης πολυστερίνης 5 εκατοστών, με αποτέλεσμα να πετυχαίνουν πλέον u-value=0,5 W/m²K [εικόνα 1]. Tέλος, μονώνεται το δώμα με 10 εκατοστά διογκωμένης πολυστερίνης, επιτυγχάνοντας u-value=0,32 W/m²K [εικόνα 2].

ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΤΑ ΥΠΟΛΟΙΠΑ ΣΕΝΑΡΙΑ

Στη συνέχεια, με σκοπό την περαιτέρω αναβάθμιση της ενεργειακής απόδοσης της κατασκευής, θα υπολογιστούν εκ νέου οι ενεργειακές απαιτήσεις της, για θέρμανση, ψύξη και λειτουργία εξοπλισμού σε τέσσερα διαφορετικά σενάρια. Στα τρία από αυτά τα σενάρια θα πραγματοποιηθούν αλλαγές προς διαφορετική κατεύθυνση, ενώ το τέταρτο αποτελεί το 'ΙΔΑΝΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ', κατά το οποίο εφαρμόζονται ταυτόχρονα οι αλλαγές και των τριών προηγούμενων σεναρίων. Με αυτό τον τρόπο, γίνεται εύκολα αντιληπτή η επιρροή που έχει στην ενεργειακή κατανάλωση της κατασκευής, η εισαγωγή κάθε φορά διαφορετικών δεδομένων και παραμέτρων, καθώς επίσης και σε τη βαθμό τη διαμορφώνουν και τη μεταβάλλουν οι αλλαγές που πραγματοποιούνται κάθε φορά.

ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Παράλληλα με τον υπολογισμό των ενεργειακών απαιτήσεων του κτιρίου κατά τη διάρκεια ενός έτους, γίνεται και προσπάθεια κάλυψης μέρους αυτών των αναγκών μέσα από την εκμετάλλευση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση προωθείται η εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο κέλυφος του κτιρίου, με την εγκατάσταση συστήματος φωτοβολταϊκών ηλιακών συλλεκτών σε επιλεγμένα σημεία του δώματος καθώς και των όψεων του. Τα σημεία επιλέγονται με βάση τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία που λαμβάνουν ανά τετραγωνικό μέτρο, καθ’ όλη τη διάρκεια ενός έτους, με σκοπό την αύξηση της αποδοτικότητας του συστήματος. Επιπλέον, επιδιώκεται, η τοποθέτησή τους να γίνεται σε συγκεκριμένα σημεία, ώστε να μην επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη δομή και την αρχιτεκτονική του κτιρίου.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΔΩΜΑΤΟΣ

Στο μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του δώματος του κτιρίου, τοποθετούνται φωτοβολταϊκοί ηλιακοί συλλέκτες. Η συνολική έκταση που καταλαμβάνουν ανέρχεται σε 267 τ.μ. Στην έκταση αυτή τοποθετούνται σε οριζόντια διάταξη και σε ύψος 0,8 μέτρα από το επίπεδο της πλάκας του τελευταίου ορόφου 157 συλλέκτες, επιφάνειας 1,7 τ.μ. ο καθένας [1,7*1,0 μέτρα οι διαστάσεις του] και ονομαστικής ισχύος 240 Watt. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς ανέρχεται επομένως στα 37,68 kW [εικόνες 1, 2, 3]. Δεν λαμβάνουν, όμως, όλοι οι συλλέκτες την ίδια ποσότητα ηλιακής ενέργειας κατά τη διάρκεια του έτους, καθώς η ίδια επηρεάζεται από τη γεωμετρία και τη θέση τόσο του ίδιου του κτιρίου, όσο και των γειτονικών, όπως επίσης και από τον προσανατολισμό τους.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΣΤΗΝ ΟΨΗ ΤΗΣ ΟΔΟΥ Κ.ΚΑΡΤΑΛΗ

Θέλοντας να εκμεταλλευτούμε και την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στις όψεις του κτιρίου τοποθετούνται σε αυτές φωτοβολταϊκοί ηλιακοί συλλέκτες σε κατακόρυφη διάταξη. Η συνολική έκταση που καταλαμβάνουν στην όψη της οδού Κ.Καρτάλη ανέρχεται σε 108,8 τ.μ. Σε επιλεγμένα σημεία με ετήσια προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία μεγαλύτερη από 660 kWh/τ.μ. τοποθετούνται 64 φωτοβολταϊκοί συλλέκτες, επιφάνειας 1,7 τ.μ. ο καθένας [διαστάσεων 1,7*1,0 μέτρα] και ονομαστικής ισχύος 240 Watt. Η συνολική εγκαταστημένη ισχύς ανέρχεται επομένως σε 15,36 kW [εικόνες 1, 2, 3]. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια του έτους, δε λαμβάνουν όλοι οι συλλέκτες την ίδια ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς αυτή επηρεάζεται από τον προσανατολισμό του κτιρίου, τη γεωμετρία και τη θέση τόσο του ίδιου του κτιρίου, όσο και των γειτονικών, καθώς και από τα στοιχεία του περιβάλλοντος χώρου.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΣΤΗΝ ΟΨΗ ΤΗΣ ΟΔΟΥ Τ.ΟΙΚΟΝΟΜΑΚΗ

Θέλοντας να εκμεταλλευτούμε την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στις όψεις του κτιρίου τοποθετούνται σε αυτές φωτοβολταϊκοί ηλιακοί συλλέκτες σε κατακόρυφη διάταξη. Η συνολική έκταση που καταλαμβάνουν στην όψη της οδού Τ.Οικονομάκη ανέρχεται σε 108,8 τ.μ.  Σε επιλεγμένα σημεία με ετήσια προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία μεγαλύτερη από 580 kWh/τ.μ. τοποθετούνται 64 φωτοβολταϊκοί συλλέκτες, επιφάνειας 1,7 τ.μ. ο καθένας [με διαστάσεις 1,7*1,0 μέτρα] και ονομαστικής ισχύος 240 Watt. Η συνολική εγκαταστημένη ισχύς ανέρχεται επομένως σε 15,36 kW [εικόνες 1, 2, 3]. Ωστόσο, δε δέχονται όλοι οι συλλέκτες την ίδια ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια ενός έτους, καθώς η ίδια επηρεάζεται από τον προσανατολισμό του κτιρίου, τη γεωμετρία και τη θέση τόσο του ίδιου του κτιρίου, όσο και των γειτονικών, καθώς και από τα υπόλοιπα στοιχεία του γύρω περιβάλλοντος.

ΕΤΗΣΙΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Με το ετήσιο ισοζύγιο ενεργειακής κατανάλωσης, υπολογίζεται το ποσοστό των ενεργειακών αναγκών της κατασκευής που μπορεί να καλυφθεί από την εκμετάλλευση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας κατά τη διάρκεια ενός έτους. Άρα, αφορά και την ποσότητα ενέργειας που υπολείπεται ώστε το ισοζύγιο να γίνει μηδενικό, καθώς και το πλεόνασμα ενέργειας, εφόσον υπάρχει. Έτσι, η συνολική κατανάλωση του κτιρίου αποτελεί το άθροισμα των επιμέρους καταναλώσεων για θέρμανση, ψύξη και λειτουργία του εξοπλισμού, ενώ η παραγωγή ενέργειας, αυτή που προσφέρει το σύστημα φωτοβολταϊκών ηλιακών συλλεκτών που έχει εγκατασταθεί. Στον πίνακα που ακολουθεί [εικόνα 1], παρουσιάζονται οι επιμέρους καταναλώσεις ενέργειας, καθώς και το ετήσιο ισοζύγιο για όλα τα σενάρια που μελετήθηκαν, ενώ στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική περιγραφή για καθένα από τα σενάρια ξεχωριστά.

ΕΤΗΣΙΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Εφόσον έχει ήδη υπολογιστεί τόσο η κατανάλωση όσο και η παραγωγή ενέργειας της κατασκευής, στη συνέχεια, είναι εύκολο να μετατραπεί σε πρωτογενή. Η εύρεση του ετήσιου ισοζυγίου πρωτογενούς ενέργειας μίας κατασκευής αποτελεί ένα αξιόπιστο και αποτελεσματικό τρόπο εντοπισμού της επιρροής του κτιρίου στο ενεργειακό σύστημα. Παρόλα αυτά, δε λαμβάνεται υπόψην η διαθεσιμότητα της κάθε μορφής ενέργειας καθώς και η μόλυνση που προκαλεί. Για τον υπολογισμό της πρωτογενούς ενέργειας που δαπανάται για τη λειτουργία του κτιρίου κατά τη διάρκεια ενός έτους, απαιτείται η χρήση του συντελεστή μετατροπής της καταναλισκόμενης ενέργειας σε πρωτογενή, καθώς και του συντελεστή απόδοσης της κάθε μορφής ενέργειας. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, οι συντελεστές που θα χρειαστούν είναι του φυσικού αερίου και της ηλεκτρικής ενέργειας. Ο συντελεστής μετατροπής του φυσικού αερίου σε πρωτογενή ενέργεια είναι 1,05, ενώ της ηλεκτρικής ενέργειας 2,9. Από την άλλη πλευρά, η απόδοση του λέβητα φυσικού αερίου που χρησιμοποιείται είναι 0,9 ενώ των κλιματιστικών μονάδων είναι 5 [COP]. Η ηλεκτρική ενέργεια, ωστόσο, που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του εξοπλισμού της κατασκευής, όπως και αυτή που παράγεται τελικώς από το σύστημα ανανεώσιμων πηγών δεν επηρεάζεται από κάποιο συντελεστή απόδοσης. Στη συνέχεια, γνωρίζοντας την ποσότητα ενέργειας που είναι σε θέση να παράξει το κτίριο το αντίστοιχο χρονικό διάστημα, μπορεί να υπολογιστεί το ετήσιο ισοζύγιο του, που στην προκειμένη περίπτωση θα αναφέρεται στην πρωτογενή ενέργεια. Συνεπώς, η πρωτογενής ενέργεια που καταναλώνεται διαμορφώνεται από τον παρακάτω τύπο:

ΕΤΗΣΙΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Το ετήσιου ισοζυγίου εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα μιας κατασκευής αποτελεί το αποτελεσματικότερο μοντέλο για πράσινη ανάπτυξη, καθώς εστιάζει στα αέρια του θερμοκηπίου που εκπέμπει στην ατμόσφαιρα και, συνεπώς, τη μόλυνση που προκαλεί. Για τον υπολογισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα της κατασκευής στη διάρκεια ενός έτους, απαιτείται αρχικά ο υπολογισμός της ενεργειακής κατανάλωσης το αντίστοιχο χρονικό διάστημα, ο οποίος έχει ήδη πραγματοποιηθεί. Επιπλέον, είναι απαραίτητη η χρήση του συντελεστή απόδοσης της κάθε μορφής ενέργειας καθώς και της ποσότητας εκλυόμενων ρύπων ανά μονάδα ενέργειας [kgCO2/kWh]. Το σύστημα φυσικού αερίου έχει απόδοση 0,9 και εκπομπές 0,196 κιλά διοξειδίου του άνθρακα ανά κιλοβατώρα, ενώ το σύστημα κλιματισμού έχει απόδοση [COP] 5 και εκπομπές 0,989 kgCO2/kWh, διότι χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια. Επίσης, η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία του εξοπλισμού του όπως και αυτή που παράγεται από την εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας δεν επηρεάζονται από την απόδοση του συστήματος και επιβαρύνουν ή συνεισφέρουν αντίστοιχα κατά 0,989 κιλά διοξειδίου του άνθρακα ανά κιλοβατώρα στις εκπομπές. Συνεπώς, οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα υπολογίζονται από τον τύπο:

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Καταλήγοντας, παρατηρείται ότι στο μοναδικό σενάριο που επιτεύχθηκε μηδενικό ετήσιο ισοζύγιο, ήταν ισοζύγιο εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και μόνο στην περίπτωση του ΊΔΑΝΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ’. Σε καμία από τις υπόλοιπες δύο προσεγγίσεις [ενεργειακή κατανάλωση, κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας] ή σε κάποιο άλλο σενάριο δεν επιτεύχθηκε κάτι αντίστοιχο. Στον υπολογισμό του ισοζυγίου ενεργειακής κατανάλωσης, η βέλτιστη επίδοση πέτυχε 59,3% κάλυψη, ενώ στην περίπτωση της πρωτογενούς κατανάλωσης ενέργειας το μέγιστο ποσοστό ανήλθε στο 89%. Παρόλα αυτά, εφόσον σκοπός της κατασκευής και της μελέτης είναι η μείωση της περιβαλλοντικής μόλυνσης, η προσέγγιση που αφορά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα αποτελεί την πιο αποτελεσματική μέθοδο σύγκρισης, θέτοντας το ισοζύγιο εκπομπών το βασικό στόχο υλοποίησης. Με την επίτευξη ετήσιου ισοζυγίου μηδενικών εκπομπών μίας υπάρχουσας κατασκευής σε ένα πυκνοδομημένο περιβάλλον γίνεται κατανοητό ότι ο συγκεκριμένος στόχος θεωρείται εφικτός ακόμα και σε κατασκευές στον αστικό ιστό.

ΠΙΝΑΚΕΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1

Στους πίνακες που ακολουθούν [εικόνες 1, 2, 3] παρουσιάζονται ξεχωριστά για καθένα από τα πέντε σενάρια-εκδοχές που πραγματοποιήθηκαν [ΒΑΣΙΚΟ, Α’, Β’, Γ’, ΙΔΑΝΙΚΟ], η ετήσια ενεργειακή κατανάλωση του κτιρίου, η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα για τη θέρμανση, την ψύξη, τη λειτουργία εξοπλισμού, τόσο συνολικά, όσο και για κάθε τετραγωνικό μέτρο. Ταυτόχρονα, φαίνεται η σημασία της εγκατάστασης συστήματος εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας, τόσο ποσοτικά, όσο και ποσοστιαία, υπολογίζοντας τη συνεισφορά τους στο ετήσιο ισοζύγιο της κατασκευής για κάθε προσέγγιση. Σε κάθε μία από τις τρεις περιπτώσεις, η ‘ΠΑΡΑΓΩΓΗ’ αφορά την ποσότητα που συνεισφέρει η εγκατάσταση του συστήματος εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας στην εκάστοτε προσέγγιση ισοζυγίου, μεταφρασμένο ανάλογα με την περίπτωση, σε κατανάλωση ενέργειας, κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας και εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα Με τον τρόπο αυτό γίνεται ευκολότερα αντιληπτή η επίδραση των αλλαγών που πραγματοποιήθηκαν κάθε φορά, σε διάστημα ενός έτους, για κάθε μία από τις τρείς διαφορετικές προσεγγίσεις.

SOLAR DECATHLON [ΗΛΙΑΚΟ ΔΕΚΑΘΛΟ]

Το Solar Decathlon [Ηλιακό Δέκαθλο], είναι ένας διεθνής διαγωνισμός που διοργανώνεται από το Υπουργείο Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών [U.S. Department of Energy] και το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας [NREL], με σκοπό το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία της πιο αποδοτικής και ενεργειακά αυτόνομης κατοικίας που βασίζεται αποκλειστικά στην ηλιακή ενέργεια. Ο διαγωνισμός ξεκίνησε το 2002 και από τότε πραγματοποιείται συνήθως κάθε δύο χρόνια στην πρωτεύουσα των Ηνωμένων Πολιτειών, Ουάσινγκτον, με τη συμμετοχή είκοσι πανεπιστημιακών ομάδων [εικόνες 1, 2].

ΕΜΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Εμπεριεχόμενη ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που περιλαμβάνει ένα υλικό, λειτουργώντας αθροιστικά από την πρώτη ύλη ως τη χρησιμοποίηση και την ανακύκλωσή του [1]. Η εμπεριεχόμενη ενέργεια είναι μια αξιόπιστη μονάδα μέτρησης της συνολικής ενέργειας που δαπανά ένα υλικό κατά τη διάρκεια της ζωής του [εικόνα 1]. Κατανοούμε συνεπώς, ότι η χρήση υλικών με χαμηλή εμπεριεχόμενη ενέργεια θα πρέπει να προτιμάται κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Παράλληλα, η επαναχρησιμοποίηση ή η ανακύκλωση [2] υλικών με υψηλή εμπεριεχόμενη ενέργεια, στο βαθμό που είναι δυνατό, συμβάλλει σημαντικά στη μείωση του περιβαλλοντικού τους αποτυπώματος. Συχνά, η εμπεριεχόμενη ενέργεια της κατασκευής δε λαμβάνεται υπόψη κατά τον αρχικό σχεδιασμό, καθώς θεωρείται μικρή συγκριτικά με τη ενέργεια που χρειάζεται για τη λειτουργία της κατά τη διάρκεια της ζωής της. Παρόλα αυτά, μπορεί να ισοδυναμεί με πολλά χρόνια λειτουργίας της. Ωστόσο, δε λείπουν οι περιπτώσεις κατά τις οποίες η υψηλή εμπεριεχόμενη ενέργεια της κατασκευής μπορεί να συνεισφέρει στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης, όπως για παράδειγμα με την επίτευξη υψηλής θερμικής μάζας.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΕΛΛΕΙΨΕΙΣ

Η βασικότερη έλλειψη, στην παρούσα φάση των κτιρίων μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου είναι η απουσία υπολογισμού της ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή τους και για τη μεταφορά των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν. Η απουσία των συγκεκριμένων παραμέτρων γίνεται ώστε να απλοποιηθεί η διαδικασία υπολογισμού αλλά και γιατί δεν υπάρχει σίγουρος και ακριβής τρόπος υπολογισμού. Παρόλα αυτά, η ενέργεια που απαιτείται για την κατασκευή ενός κτιρίου, αποτελεί παράγοντα της κατασκευής, διότι μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που χρειάζεται το κτίριο για τη λειτουργία του κατά τη διάρκεια της ζωής του. Συνεπώς, εφόσον θέλουμε να αναφερόμαστε σε κατασκευές που ελαχιστοποιούν ή μηδενίζουν την ενεργειακή κατανάλωση, δε θα πρέπει να περιορίζεται μόνο σε αυτή που αφορά τη λειτουργία τους αλλά και την κατασκευή τους. Επιπλέον, μέχρι στιγμής δεν τίθεται κάποιο όριο κατανάλωσης ενέργειας με βάση το μέγεθος των κατασκευών, τη χρήση τους, την τοποθεσία τους ή κάποιον άλλο παράγοντα. Δεν υπάρχει δηλαδή κάποιος περιορισμός σχετικά με την ενέργεια που καταναλώνεται. Αντιθέτως, στόχο αποτελεί πολλές φορές η εξασφάλιση υψηλού επιπέδου διαβίωσης με τη χρήση αποδοτικής τεχνολογίας και την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών που προκύπτουν από ανανεώσιμες μορφές.

ΒΙΟΜΑΖΑ

Η καύση βιομάζας για τη θέρμανση των εσωτερικών χώρων και την παραγωγή ζεστού νερού θεωρείται ανανεώσιμη μορφή ενέργειας με μηδενικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, εφόσον προέρχεται από πηγή η οποία ανανεώνεται. Αποτελεί ένα αποδοτικό τρόπο παραγωγής ενέργειας, κυρίως για τις κατασκευές που δεν έχουν ανάγκη ψύξης κατά την καλοκαιρινή περίοδο. Παράλληλα, αποφορτίζει το δίκτυο ηλεκτρικού ρεύματος, μειώνοντας την απαιτούμενη έκταση των συστημάτων εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που θα εγκατασταθούν στην κατασκευή. Συστήματα θέρμανσης με βιομάζα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε μεγαλύτερη κλίμακα για τη θέρμανση αρκετών κτιρίων και οικισμών. Στο πυκνοκατοικημένο αστικό περιβάλλον, όπου δε είναι πάντα εύκολη η επί τόπου παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, η καύση βιομάζας [εικόνα 1] αποτελεί μία βασική λύση για τη δημιουργία κατασκευών μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΝΕΕΣ ΚΑΙ ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

Ήδη με απόφαση του 2002, προβλέπεται ότι από το 2019 όλα τα νέα κτίρια στην Ευρώπη θα πρέπει να παράγουν όση ενέργεια καταναλώνουν. Μπορεί, ωστόσο, να δίνεται περισσότερη έμφαση στις νέες κατασκευές. Παρόλα αυτά δε μπορούν να παραβλεφθούν και οι ήδη υπάρχουσες, οι οποίες αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό του δομημένου περιβάλλοντος. Το ήδη υπάρχον δομημένο περιβάλλον ευθύνεται για τη δαπάνη μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας, ενώ έχει τη δυνατότητα σημαντικών βελτιώσεων στη ενεργειακή τους συμπεριφορά. Επιπλέον πρόκληση αποτελεί η δημιουργία πολυώροφων κατασκευών μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα, οι οποίες είναι πρακτικά δύσκολο να παράγουν όλη την ενέργεια που χρειάζονται για τη λειτουργία τους από τα συστήματα εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών. Μπορούν, όμως μέρος της ενέργειας που καταναλώνουν να προέρχεται από ανανεώσιμες μορφές όπως η βιομάζα και τα βιοκαύσιμα.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΠΡΩΤΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

Οι πρώτες προσπάθειες δημιουργίας κατασκευών μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου εστίαζαν στο μηδενισμό των αναγκών για τη θέρμανση των εσωτερικών τους χώρων. Για να το επιτύχουν αυτό στόχευαν στην πολύ καλή θερμομόνωση και στην ελαχιστοποίηση των διαρροών αέρα. Η συγκεκριμένη αντιμετώπιση όμως συντελούσε στη δημιουργία αρκετών προβλημάτων, κυρίως όσο αφορά την ποιότητα του εσωτερικού τους περιβάλλοντος, με εμφάνιση φαινομένων όπως ο ανεπαρκής φυσικός φωτισμός, η απουσία οπτικής επαφής με το εξωτερικό περιβάλλον, η χαμηλή ποιότητα του εσωτερικού αέρα και τα υψηλά επίπεδα υγρασίας λόγω ανεπαρκούς αερισμού. Παρακάτω αναφέρονται τέσσερις από τις πρώτες προσπάθειες δημιουργίας κατασκευών, που στόχευαν στην ελαχιστοποίηση της ενεργειακής κατανάλωσης σε συνδυασμό με την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες μορφές.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ

Η επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου έχει τη δυνατότητα να επιτευχθεί σε διαφορετικούς τομείς, εξαρτώμενη κάθε φορά από τους στόχους που έχουν τεθεί κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού και της κατασκευής. Μηδενικό ισοζύγιο μπορεί να πραγματοποιηθεί στην πρωτογενή και δευτερογενή κατανάλωση ενέργειας, στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και στο χρηματικό κόστος. Πέρα όμως από τις βασικές αυτές κατηγορίες, υπάρχουν και μερικές ακόμα οι οποίες στοχεύουν στην αντιμετώπιση πιο συγκεκριμένων ζητημάτων. Τέτοια ζητήματα αφορούν τη χρονική περίοδο διατήρησης του ισοζυγίου, την κάλυψη συγκεκριμένων αναγκών και τις απαιτήσεις του κτιρίου για ενέργεια.

Η χρονική περίοδος κατά την οποία το κτίριο επιτυγχάνει μηδενικό ισοζύγιο μπορεί να διαφέρει κατά πολύ, για το λόγο αυτό αποτελεί ξεχωριστή προσέγγιση. Συνήθως αναφερόμαστε σε ετήσια ισορροπία, ωστόσο δεν αποκλείεται ανάλογα με τη χρήση της κατασκευής να κυμαίνεται από αρκετά χρόνια ως εποχιακή ή μηνιαία. Για παράδειγμα, κατά το σχεδιασμό ενός σχολικού συγκροτήματος δε μας ενδιαφέρει η ενεργειακή του συμπεριφορά κατά την περίοδο του καλοκαιριού, εφόσον παραμένει εκτός λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αντίστοιχα, στο σχεδιασμό παραθαλάσσιων κατοικιών για την τουριστική περίοδο του καλοκαιριού, θα έπρεπε να δοθεί έμφαση στην επίτευξη ενεργειακής ισορροπίας για τη συγκεκριμένη περίοδο. Ωστόσο, ο υπολογισμός του ενεργειακού ισοζυγίου της κατασκευής καθόλη τη διάρκεια της ζωής της είναι ο πιο αποτελεσματικός και αξιόπιστος τρόπος σύγκρισης και προσέγγισης, καθώς μπορεί να συνυπολογιστεί η εμπεριεχόμενη ενέργεια της κατασκευής, από την κατασκευή της μέχρι την κατεδάφιση της.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΙΕΡΑΡΧΙΑ

Οι κατασκευές μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου οφείλουν να έχουν ως πρωταρχικό στόχο την επίτευξη υψηλής ενεργειακής απόδοσης με βάση το σχεδιασμό και τις καινοτομίες που θα εφαρμοστούν και ως δευτερεύων την αξιοποίηση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Ο αποδοτικός σχεδιασμός περιλαμβάνει στοιχεία όπως η εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας για το φωτισμό και τη θέρμανση των εσωτερικών χώρων, την πολύ καλή μόνωση της κατασκευής, την επίτευξη φυσικού δροσισμού και αερισμού και τη εγκατάσταση ενεργειακά αποδοτικού ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού για τον κλιματισμό της κατασκευής. 

Παρόλα αυτά, η ανάγκη για εκμετάλλευση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας θεωρείται απαραίτητη σχεδόν πάντα, με τα φωτοβολταϊκά πάνελ και τους ηλιακούς συλλέκτες να αποτελούν τις ευκολότερες εφαρμόσιμες τεχνολογίες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ζεστού νερού αντίστοιχα, και να έπεται η χρήση ανεμογεννητριών. Ωστόσο, ορισμένες κατηγορίες κτιρίων, όπως για παράδειγμα τα νοσοκομεία, απαιτούν μεγάλα ποσά ενέργειας για τη λειτουργία τους, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την κάλυψή τους με απλή εγκατάσταση συστημάτων εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας στο κέλυφός τους. Τέτοιου είδους κατασκευές θα πρέπει να τροφοδοτούνται με ενέργεια από κάποια οργανωμένη μονάδα ανανεώσιμων πηγών ή να λαμβάνουν για κατανάλωση ανανεώσιμες μορφές ενέργειας όπως η βιομάζα και τα βιοκαύσιμα, ούτως ώστε να έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν μηδενικό ενεργειακό ισοζύγιο. Σύμφωνα με τα παραπάνω δεδομένα, λοιπόν, τα κτίρια μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου μπορούν να χωριστούν ειδικότερα σε τέσσερις κατηγορίες, ανάλογα με την προέλευση των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας που χρησιμοποιούν [εικόνα 1].

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ

Η σύνδεση στο δίκτυο κοινής ωφέλειας [1] είναι σχεδόν απαραίτητη για τη επίτευξη ενεργειακής ισορροπίας. Σε περιόδους όπου η παραγωγή ενέργειας είναι μεγαλύτερη από την κατανάλωση, η πλεονάζουσα ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο, ενώ όταν υπάρχει έλλειψη αντλείται ενέργεια από αυτό. Η επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου σε κατασκευές που δεν είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο είναι δυσκολότερο να επιτευχθεί καθώς οι υπάρχουσες τεχνολογίες αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας είναι περιορισμένων δυνατοτήτων. Πέρα όμως από αυτό, τα συστήματα ανανεώσιμων πηγών θα πρέπει να είναι υπερδιαστασιολογημένα για να μπορούν να καλύψουν τη υψηλή ζήτηση συγκεκριμένων χρονικών περιόδων που συμπίπτουν με τη χαμηλή αποδοτικότητα των συστημάτων την αντίστοιχη περίοδο. Κάτι τέτοιο όμως έχει ως αποτέλεσμα, τις περιόδους όπου τα συστήματα έχουν μεγάλη απόδοση, εξαιτίας των περιβαλλοντικών συνθηκών, να χάνεται μεγάλο μέρος της παραγόμενης ενέργειας.

Επομένως, γίνεται κατανοητό ότι, εφόσον είναι δυνατή, η σύνδεση με το δίκτυο αποτελεί τη βέλτιστη λύση και πρέπει να επιδιώκεται. Για να λειτουργήσει κάτι τέτοιο θα πρέπει συνεχώς το πλεόνασμα της ενέργειας να διοχετεύεται στο δίκτυο. Ωστόσο, υπάρχει το ενδεχόμενο το δίκτυο να μη χρειάζεται πάντα τα επιπλέον ποσά ενέργειας ή να μην έχει τη δυνατότητα να τα διαχειριστεί. Σε μια τέτοια περίπτωση οφείλεται να έχει προβλεφθεί η αποθήκευση της συγκεκριμένης ποσότητας ενέργειας και η χρησιμοποίηση της σε άλλη χρονική στιγμή ώστε να διατηρηθεί το ετήσιο ισοζύγιο του κτιρίου μηδενικό.


[1] το δίκτυο κοινής ωφέλειας δεν περιλαμβάνει μόνο την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος που αποτελεί μείζον θέμα για την επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου, αλλά μπορεί να αφορά την παροχή νερού, την αποχέτευση, φυσικού αερίου, τηλεθέρμανσης κ.λπ.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΕΚΤΟΣ ΔΙΚΤΥΟΥ [OFF GRID]

Η δημιουργία κατασκευών με μηδενικό ενεργειακό ισοζύγιο, χωρίς τη σύνδεσή τους στο δίκτυο κοινής ωφέλειας είναι δύσκολο και δαπανηρό εγχείρημα, καθώς οι τεχνολογίες αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας είναι περιορισμένες, ακριβές και όχι τόσο αποδοτικές. Η επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου, χωρίς σύνδεση στο δίκτυο, είναι πρακτικά δύσκολο διότι, τα κτίρια εκτός από την εγκατάσταση συστημάτων εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας, χρειάζονται συχνά και μη ανανεώσιμες μορφές για να καλύψουν τις ανάγκες τους. Αυτές τις ανάγκες τις αντισταθμίζουν, παραχωρώντας το πλεόνασμα της ενέργεια που παράγουν, από ανανεώσιμες πηγές, στο δίκτυο. 

Αντίθετα, οι εκτός δικτύου κατασκευές, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούν μπαταρίες για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας με σκοπό μελλοντική χρήση, οι οποίες είναι τοξικά προϊόντα. Ο ευκολότερος τρόπος για να μπορέσει ένα κτίριο εκτός δικτύου να πετύχει μηδενικό ενεργειακό ισοζύγιο είναι να παράγει ενέργεια από ανανεώσιμες μορφές όπως η βιομάζα και τα βιοκαύσιμα. Επιπλέον, το περιβαλλοντικό αποτύπωμα τέτοιων κατασκευών μειώνεται μόνο σε περίπτωση που αναγκάζονται να ελαχιστοποιήσουν σημαντικά την καταναλισκόμενη ενέργεια. Διαφορετικά, το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα είναι αρκετά μεγαλύτερο, εξαιτίας της μικρότερης αποδοτικότητας των συστημάτων. 

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Τα κτίρια μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου δεν είναι απλώς κατασκευές που καταναλώνουν μικρές ποσότητες ενέργειας, αλλά θεωρητικά παράγουν όση ενέργεια χρειάζεται για τη λειτουργία τους ετησίως ή και περισσότερη από την εκμετάλλευση ανανεώσιμων πηγών, παράλληλα με τη χρήση τοπικών υλικών χαμηλού κόστους. Παρόλο που η εκμετάλλευση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας είναι προαπαιτούμενη για την επίτευξη κατασκευών μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου, δεν πρέπει να αποτελεί τον πρωταρχικό και μοναδικό στόχο της κατασκευής, αλλά πρέπει να επιλυθεί σε συνδυασμό με άλλα ζητήματα κατά τον αρχικό σχεδιασμό, όπως η αξιοποίηση του φυσικού φωτός, η χρήση ηλεκτρομηχανολογικών συστημάτων υψηλής απόδοσης και η επίτευξη φυσικού αερισμού και δροσισμού.

Παράλληλα, θα πρέπει να εφαρμόζονται τεχνολογίες που θα μειώνουν στο ελάχιστο το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της κατασκευής, θα ελαχιστοποιούν την ενέργεια για μεταφορές των υλικών, θα είναι διαθέσιμες καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του κτιρίου και θα έχουν τη δυνατότητα να εφαρμοστούν σε αντίστοιχες μελλοντικές κατασκευές. Η ενέργεια που θα χρησιμοποιούν, στη συνέχεια, θα πρέπει να προέρχεται από την εκμετάλλευση ανανεώσιμων πηγών, είτε επί τόπου είτε σε κάποιο άλλο σημείο. Η επί τόπια εκμετάλλευση ανανεώσιμων πηγών αφορά την ηλιακή, αιολική, γεωθερμική και την υδροηλεκτρική ενέργεια, ενώ οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας που προέρχονται από άλλα μέρη μπορεί να είναι εκτός από τις ίδιες και η βιομάζα, η αιθανόλη, το βιοντίζελ, καθώς και η ενέργεια από την εκμετάλλευση απορριμμάτων. Μπορεί, επομένως, μια κατασκευή να καταναλώνει από ανανεώσιμες πηγές, εφόσον όμως αυτές δεν γίνονται εκμεταλλεύσιμες επί τόπου, αλλά προέρχονται από κάποια οργανωμένη μονάδα μεγάλης κλίμακας και είναι απεριόριστες, δεν δημιουργείται κίνητρο και ανάγκη για περιορισμό της κτηριακής κατανάλωσης ενέργειας, το οποίο οφείλει να είναι η ουσία μιας κατασκευής μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ

Η μηδενική ενεργειακή κατανάλωση ενός κτιρίου, ωστόσο, δεν αναφέρεται σε κάτι συγκεκριμένο, καθώς μπορεί να αποτελεί, ανάλογα με την προσέγγιση και τους εκάστοτε στόχους, τη μηδενική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, τις μηδενικές εκπομπές, το μηδενικό ενεργειακό κόστος ή τη μηδενική κατανάλωση ενέργειας. Κάθε φορά επομένως πρέπει να προσδιορίζεται ο στόχος της κατασκευής και ανάλογα διαμορφώνεται ο σχεδιασμός και η στρατηγική που θα ακολουθηθεί, καταλήγοντας στο συμπέρασμα πως είναι δύσκολο έως αδύνατο να επιτευχθεί μηδενικό ισοζύγιο ταυτόχρονα και στις τέσσερις κατηγορίες, με μόνη εφικτή λύση να είναι μικρά κτίρια, ενός με δύο ορόφων, με χαμηλές ανάγκες για ενέργεια και με εκτεταμένα συστήματα εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας, παραδοχές που είναι σχεδόν ανέφικτες στο αστικό περιβάλλον.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΠΡΩΤΟΓΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Οι κατασκευές που αποσκοπούν στη μηδενική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, στοχεύουν στην παραγωγή της μέγιστης δυνατής ενέργειας, η οποία όμως για να είναι αριθμητικά συγκρίσιμη μετατρέπεται σε πρωτογενής. Σε αυτές τις περιπτώσεις προωθείται η χρήση ορυκτών καυσίμων και κυρίως του φυσικού αερίου σε όσο το δυνατών περισσότερες λειτουργίες του κτιρίου, με την ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρική ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές η οποία παρέχεται στο δίκτυο. Αυτό συμβαίνει διότι η χρήση ορυκτών καυσίμων έχει υψηλό βαθμό απόδοσης και μικρές απώλειες σε σχέση με την ανεπεξέργαστη πρώτη ύλη, σε αντίθεση με την ηλεκτρική ενέργεια, η παραγωγή της οποίας απαιτεί μεγάλες ποσότητες πρωτογενούς υλικού. 

Η συγκεκριμένη προσέγγιση είναι εύκολο να επιτευχθεί σε μία κατασκευή, όπως και να υπολογιστεί, ενώ αποτελεί και το αποτελεσματικότερο μοντέλο για τη επιρροή που έχει στο ενεργειακό σύστημα. Ωστόσο, δε λαμβάνει υπόψη της διαφορές μεταξύ των τύπων ενέργειας όσο αφορά τη διαθεσιμότητα τους, τη μόλυνση που προκαλούν και το ενεργειακό τους κόστος, ενώ ενδέχεται η επιλογή της πηγής της ενέργειας να έχει μεγαλύτερη επίδραση στην κατασκευή από τη χρήση αποδοτικών τεχνολογιών. Παράλληλα, η διαδικασία υπολογισμού της πρωτογενούς ενέργειας δεν είναι ιδιαίτερα ακριβής καθώς χρειάζεται την εφαρμογή συντελεστών μετατροπής της σε δευτερογενής ενέργειας σε πρωτογενή, κάτι το οποίο απαιτεί τη χρήση συγκεκριμένων πληροφοριών.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ

Τα κτίρια που θέλουν να επιτύχουν μηδενική κατανάλωση ενέργειας, χρειάζεται να παράγουν όση ενέργεια καταναλώνουν. Για να πραγματοποιηθεί αυτό εκμεταλλεύονται κυρίως της ηλιακή ακτινοβολία για την παραγωγή ζεστού νερού και ηλεκτρικού ρεύματος. Η ενεργειακή κατανάλωση σε αυτή την περίπτωση δεν αφορά την πρωτογενή κατανάλωση ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι ένα κτίριο μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας πρέπει να παράξει μεγαλύτερα ποσά ενέργειας συγκριτικά με ένα κτίριο μηδενικής κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας για να αντισταθμίσει την ενέργεια που χάνεται κατά τη μεταφορά καθώς και την ενέργεια που χάνεται από τη μετατροπή της πρώτης ύλης σε καταναλώσιμη μορφή ενέργειας. 

Σε αυτές τις κατασκευές σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η απόδοση του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού, ο οποίος προτιμάται να λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα, παρόλο που η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί μεγαλύτερα ποσά πρωτογενούς ενέργειας, σε σχέση με τη χρήση ορυκτών καυσίμων. Η συγκεκριμένη προσέγγιση είναι εύκολο να επιτευχθεί, να μετρηθεί αλλά και να κατανοηθεί. Προωθεί σε σημαντικό βαθμό τον ενεργειακά αποδοτικό σχεδιασμό αλλά απαιτεί μεγαλύτερες εγκαταστάσεις συστημάτων ανανεώσιμων πηγών για να αντισταθμίσει την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων. Έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να είναι εξίσου αποτελεσματικό με την πάροδο του χρόνου, καθώς η αποδοτικότητα της δεν επηρεάζεται από εξωτερικούς παράγοντες. Όμως, όπως και η προσέγγιση της επίτευξης μηδενικού ισοζυγίου πρωτογενούς ενέργειας δε λαμβάνει υπόψη της διαφορές μεταξύ των τύπων ενέργειας όσο αφορά τη διαθεσιμότητα τους, τη μόλυνση που προκαλούν και το ενεργειακό τους κόστος.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΕΚΠΟΜΠΕΣ

Τα κτίρια που στοχεύουν την επίτευξη μηδενικών εκπομπών, το πετυχαίνουν, αντισταθμίζοντας τους ρύπους που εκπέμπουν καταναλώνοντας μη ανανεώσιμες μορφές ενέργειας, παράγοντας ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές. Στην περίπτωση όμως που ένα κτίριο καταναλώνει ενέργεια που προέρχεται αποκλειστικά από ανανεώσιμες πηγές, ακόμα και αν δεν την παράγει το ίδιο, αλλά προέρχεται από κάποια οργανωμένη μονάδα μεγαλύτερης κλίμακας, θεωρείται ότι είναι μηδενικών εκπομπών. 

Τα περισσότερα κτίρια μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου είναι τέτοιες κατασκευές, καθώς είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο και η ενέργεια που λαμβάνουν από αυτό δεν προέρχεται αποκλειστικά από ανανεώσιμες πηγές. Οπότε, οι εκπομπές κάθε κτιρίου εξαρτώνται από το αν και ποίες μη ανανεώσιμες μορφές ενέργειας χρησιμοποιεί, διότι οι κάθε μία επιβαρύνει διαφορετικά την ατμόσφαιρα, οφείλοντας να τις ισορροπήσει. Η συγκεκριμένη προσέγγιση για κατασκευές μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου αποτελεί το αποτελεσματικότερο μοντέλο για πράσινη ανάπτυξη, λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορές μεταξύ των πηγών ενέργειας που δε σχετίζονται αποκλειστικά με την ενέργεια, όπως είναι η περιβαλλοντική μόλυνση και οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.

ΚΤΙΡΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ | ΚΟΣΤΟΣ

Οι κατασκευές που επιδιώκουν την επίτευξη μηδενικού ενεργειακού κόστους λειτουργίας, στοχεύουν στην εξισορρόπηση της αξίας της παραγόμενης ενέργειας με την αξία της ενέργειας που λαμβάνουν. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ευκολότερα αν η παραγόμενη ενέργεια παρέχεται στο δίκτυο με αξία μεγαλύτερης της ενέργειας που λαμβάνεται από αυτό. Ωστόσο, κάτι αντίστοιχο είναι δύσκολο να επιτευχθεί αν πρόκειται για μία κατασκευή, η οποία, εξαιτίας της λειτουργίας της δαπανά μεγάλα ποσά ενέργειας και παράλληλα έχει περιορισμένη έκταση για εγκατάσταση συστημάτων εκμετάλλευσης ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. 

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Τα τελευταία χρόνια προωθείται σημαντικά η χρήση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος και απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Σίγουρα, οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας αποτελούν αυτή τη στιγμή την πιο αξιόπιστη λύση για την κάλυψη των μελλοντικών ενεργειακών αναγκών. Ωστόσο, όσον αφορά την Ελλάδα, δε μπορούν να παραβλεφθούν τα αποθέματα λιγνίτη [1], η εκμετάλλευση του οποίου δε είναι λογικό να σταματήσει ή να παραγκωνιστεί την παρούσα στιγμή, στερώντας μία φθηνή παραγωγής ενέργειας, μολονότι έχει ως αποτέλεσμα την εκπομπή στην ατμόσφαιρα μεγάλων ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα και μικροσωματιδίων. Είναι απαραίτητο όμως, να ληφθούν μέτρα για τη μείωση της περιβαλλοντικής μόλυνσης [2].

ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΗΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΔΟΜΗΜΕΝΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Οι λύσεις για τις προτεινόμενες εναλλακτικές μορφές ενέργειας εξαρτώνται κάθε φορά από τη χρήση, την τοποθεσία και την κλίμακα του έργου. Στις αστικές περιοχές, όπου η πυκνότητα δόμησης είναι μεγαλύτερη είναι δύσκολο να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες αποκλειστικά από την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, καθώς η έκθεση στον ήλιο είναι περιορισμένη. Σε πολλές πόλεις του εξωτερικού, ωστόσο, εφαρμόζονται νόμοι για το δικαίωμα στην ακτινοβολία του ήλιου, το οποίο προστατεύει τους κατοίκους από τυχόν μελλοντικές κατασκευές που θα μειώνουν τα ηλιακά κέρδη του κτιρίου τους και τη δυνατότητα για εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας για την παραγωγή ενέργειας. 

H εγκατάσταση ανεμογεννητριών, μπορεί να λειτουργήσει ως εναλλακτική ή συμπληρωματική λύση, ιδίως κατά τη χειμερινή περίοδο. Σε αστικές περιοχές, επίσης, ένα οργανωμένο πρόγραμμα μέσων μαζικής μεταφοράς χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης ή μηδενικών εκπομπών θα μπορούσε να ελαχιστοποιήσει τη χρήση ιδιωτικών οχημάτων, όντας μια αποτελεσματική λύση.Οι κατασκευές που βρίσκονται σε μη αστικές περιοχές, αντίθετα, μπορούν ευκολότερα να εκμεταλλευτούν την ηλιακή ενέργεια, ενώ παράλληλα έχουν τη δυνατότητα να είναι περισσότερο επαρκείς ενεργειακά από τις κατασκευές στις αστικές περιοχές. Σε τέτοιου είδους περιπτώσεις η στέγαση εργασίας και κατοικίας στον ίδιο χώρο μπορεί να είναι μία λύση για την αποφυγή των μετακινήσεων, το ίδιο και η καλλιέργεια τροφίμων που θα συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης ενέργειας για τη μεταφορά τους. Συνεπώς, η πυκνότητα κάθε φορά του δομημένου περιβάλλοντος, όπως και η απόσταση από τα αστικά κέντρα, παίζει καθοριστικό ρόλο για τις σχεδιαστικές πρακτικές και τις στρατηγικές που θα ακολουθηθούν.

ΑΝΟΙΓΜΑΤΑ - ΓΥΑΛΙΝΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ

Τα ανοίγματα αποτελούν το πιο ευάλωτο σημείο μεταφοράς θερμότητας σε μία κατασκευή, καθώς καταλαμβάνουν συνήθως μεγάλο ποσοστό των όψεων αλλά και γιατί η θερμομονωτική ικανότητα υστερεί σημαντικά συγκριτικά με αυτή της τοιχοποιίας [εικόνα 1]. Ακόμα και οι γυάλινες επιφάνειες που έχουν το χαμηλότερο συντελεστή θερμοπερατότητας, υστερούν κατά πολύ σε σύγκριση με μία πολύ καλά μονωμένη τοιχοποιία με 5-10 φορές μεγαλύτερες απώλειες θερμότητας. Για το λόγο αυτό, τα πρώτα κτίρια στα οποίο έγινε προσπάθεια να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας είχαν τη τάση να μειώνουν το δυνατόν περισσότερο την επιφάνεια των ανοιγμάτων, εξαιτίας των απωλειών και διαρροών θερμότητας που προέκυπταν εξαιτίας τους. Αυτό, όμως, δημιουργούσε σκοτεινούς εσωτερικούς χώρους που είχαν ανάγκη από τεχνητό φωτισμό σχεδόν σε όλη τη διάρκεια της ημέρας. Κατά συνέπεια και η ποιότητα των χώρων ήταν μειωμένη και η εξοικονόμηση ενέργειας δεν ήταν η προβλεπόμενη, καταναλώνοντας μεγάλα ποσά για τεχνητό φωτισμό. Στόχος πλέον είναι η δημιουργία ανοιγμάτων που να εκμεταλλεύονται στο μέγιστο βαθμό το φως του ηλίου αλλά και τα ηλιακά θερμικά κέρδη. Επομένως, κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού, οφείλεται να γίνεται συνετή χρήση ανοιγμάτων τόσο ως προς το μέγεθος, όσο και ως προς τον προσανατολισμό, με προσπάθεια επίτευξη ισορροπίας μεταξύ της μειωμένης κατανάλωσης ενέργειας και τη διαμόρφωση εσωτερικών περιβαλλοντικών συνθηκών υψηλής ποιότητας.

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΚΑΜΙΝΑΔΕΣ ΑΕΡΙΣΜΟΥ

Σκοπός της χρήσης του συγκεκριμένου συστήματος αερισμού είναι η συνεχής ανανέωση του εσωτερικού αέρα με σκοπό να διατηρείται η ποιότητα του σε υψηλά επίπεδα, παράλληλα με την ελαχιστοποίηση της ενεργειακής κατανάλωσης. Τα συστήματα παθητικού αερισμού βασίζονται στην ύπαρξη ελάχιστης εισροής αέρα από τα ανοίγματα και στη συνέχεια οδηγούν το θερμός αέρα, εξαιτίας της μικρής πυκνότητάς του, στο εξωτερικό του κτιρίου από τις σωλήνες που λειτουργούν σαν καμινάδες. Η τοποθέτηση των σωλήνων του εισερχόμενου και εξερχόμενου αέρα σε έναν εναλλάκτη θερμότητας, έχει ως αποτέλεσμα την εκμετάλλευση της θερμότητας από τη μεταξύ τους μεταφορά τουλάχιστον κατά 70%. Αυτό συμβάλλει στη μείωση των αναγκών για θέρμανση και ψύξη καθώς και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ως και 30%.

Η εγκατάσταση ηλεκτρικών ανεμιστήρων σε τέτοιου είδους συστήματα ενισχύουν τη ροή αέρα, κάνοντάς τα να λειτουργούν ακόμα πιο αποτελεσματικά, παρόλα αυτά όμως καταναλώνουν το 50% της ενέργειας που έχει εξοικονομηθεί με το σύστημα του εναλλάκτη θερμότητας, επομένως η μείωση της κατανάλωσης και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα δεν ξεπερνά σε αυτή την περίπτωση το 15%. Για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί απόληξη καμινάδας, η αεροδυναμική της οποίας θα συντελεί στην κατάλληλη κυκλοφορία του αέρα στο εσωτερικό της χωρίς ηλεκτρική υποστήριξη. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της συνεχής τοποθέτησης της εισόδου αέρα στην επικρατούσα διεύθυνση του ανέμου που έχει θετική ποίηση με την ταυτόχρονη έξοδο του αέρα στην αντίθετη πλευρά που έχει αρνητική πίεση ανέμου. 

ΑΕΡΟΣΤΕΓΑΝΩΣΗ

Ακόμα και στην περίπτωση όπου έχουμε ένα πολύ καλά θερμομονωμένο κτίριο, οι διαρροές αέρα μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια θερμότητας κατά 50% περίπου. Ωστόσο, ο αερισμός των εσωτερικών χώρων των κτιρίων είναι απαραίτητος για την παροχή της κατάλληλης ποσότητας αέρα που χρειάζεται για την ανθρώπινη αναπνοή, τον έλεγχο των επιπέδων υγρασίας, καθώς και για την απόρριψη των οσμών. Οι πρώτες κατασκευές που προσπάθησαν να ελαχιστοποιήσουν τις απώλειες ενέργειας που οφείλονται στον αερισμό, το κατάφεραν απλά ελέγχοντας και μειώνοντας τον αερισμό των εσωτερικών χώρων. Όμως, η ποιότητα του αέρα των συγκεκριμένων κατασκευών ήταν πολύ χαμηλή, καταδικάζοντας τους χρήστες που δραστηριοποιούνταν σε αυτές.

Τα κτίρια μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου ελέγχουν τις απώλειες ενέργειας που οφείλονται στον αερισμό, αλλά παράλληλα διατηρούν υψηλής ποιότητας εσωτερικές συνθήκες. Αυτό το επιτυγχάνουν με την κατασκευή αεροστεγούς κελύφους, περιορίζοντας τις διαρροές αέρα, και με τον μηχανικά ελεγχόμενο αερισμό των εσωτερικών χώρων, ο οποίος παρέχει τη απαραίτητη ποσότητα φρέσκου αέρα που χρειάζεται κάθε φορά. Ο εναλλάκτης θερμότητας που χρησιμοποιείται για την προθέρμανση και την προψύξη του εισερχόμενου αέρα, εκμεταλλευόμενος τη θερμοκρασία του εξερχόμενου αέρα, συντελεί στη μείωση των απωλειών θερμότητας τουλάχιστον κατά 70%.

ΗΛΙΑΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

O πιο συνηθισμένος τύπος ηλιακού συλλέκτη είναι ο επίπεδος ηλιακός συλλέκτης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ζεστού νερού. Αποτελείται από ένα ορθογώνιο κουτί με διαφανές κάλυμμα, γυάλινο τις περισσότερες φορές, το οποίο διατρέχουν σωλήνες όπου κυκλοφορεί ζεστό νερό ή κάποιο άλλο υγρό. Οι σωλήνες αυτοί είναι ενσωματωμένοι σε μία σκουρόχρωμη μεταλλική απορροφητική επιφάνεια, η οποία απορροφά την ηλιακή θερμότητα και ζεσταίνει το υγρό. Το σύστημα αυτό επιτυγχάνει ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας 400-700kWh/τ.μ., εξαρτώμενη από την τοποθεσία και την ποιότητά του.

Οι συλλέκτες αέρα λειτουργούν παρόμοια με τους συλλέκτες υγρού και χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θέρμανση των χώρων. Για να επιτευχθεί η κίνηση του αέρα είναι απαραίτητη η χρήση ανεμιστήρα, επειδή όμως ο αέρας χειρότερος αγωγός θερμότητας σε σχέση με ένα υγρό, οι συλλέκτες αυτοί είναι λιγότερο αποδοτικοί με ετήσια απόδοσή που δεν ξεπερνά τα 400kWh/τ.μ. Τέλος, οι συλλέκτες κενού σωλήνα χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις όπου απαιτείται υψηλή θερμοκρασία νερού, 75-180οC. Ο συγκεκριμένος τύπος συλλέκτη αποτελείται από παράλληλες σειρές γυάλινων σωλήνων, ανάμεσα στους οποίους έχει αφαιρεθεί ο αέρας κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Έχουν αρκετά υψηλό κόστος αλλά η απόδοση τους είναι κατά 30-40% υψηλότερη συγκριτικά με τους συλλέκτες υγρού.

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΑ ΣΚΟΥΠΙΔΙΑ

Υπάρχει μια ποικιλία μορφών ενέργειας που μπορεί να παραχθεί από την εκμετάλλευση υλικών που συνήθως καταλήγουν ως απορρίμματα στους χώρους υγειονομικής ταφής. Στο μέλλον βέβαια, κάτι τέτοιο δε θα ευδοκιμήσει, καθώς η ενέργεια που μπορεί να εξοικονομηθεί αποφεύγοντας την κατασκευή υλικών, όπως μέταλλο, πλαστικό, γυαλί και χαρτί, με την επαναχρησιμοποίηση τους είναι πολύ μεγαλύτερη σχετικά με την ενέργεια που μπορούν να παράξουν. Εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα αποτελεί η χρήση τεχνολογιών που παράγουν ενέργεια αξιοποιώντας υλικά όπως τα απορρίμματα του φαγητού και του κήπου, καθώς και τα περιττώματα των ανθρώπων και των ζώων. Παρόλα αυτά, η ενέργεια που παράγεται από τα απορρίμματα δε μπορεί να θεωρηθεί ούτε ανανεώσιμη μορφή ούτε ιδιαίτερα ασφαλής.

ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΑΝΕΣΗΣ

Η ποιότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος μιας κατασκευής εξαρτάται από τη θερμική, οπτική και ακουστική άνεση καθώς και από την ποιότητα του αέρα. Η επίτευξη υψηλής ποιότητας εσωτερικού περιβάλλοντος απαιτεί κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση, ψύξη, αερισμό, φωτισμό, ζεστό νερό καθώς και για τη λειτουργία του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Η ενέργεια αυτή προέρχεται κυρίως από τη χημική ενέργεια [πετρέλαιο, φυσικό αέριο, άνθρακας, βιομάζα] που μετατρέπεται σε θερμότητα ή ηλεκτρικό ρεύμα, μέσω της διαδικασίας της καύσης ή από την εκμετάλλευση ανανεώσιμων πηγών [ηλιακή, αιολική].

Θερμότητα μπορεί να προέρχεται και από μέρη όπως το έδαφος και τα υπόγεια και επιφανειακά ύδατα καθώς και από στοιχεία που εξαρτώνται από τη λειτουργία του κτιρίου, όπως η ανθρώπινη παρουσία και δραστηριότητα[1], ο τεχνητός φωτισμός και η λειτουργία των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών. Τα άμεσα θερμικά κέρδη εξαρτώνται από το κλίμα και το περιβάλλον του κτιρίου, ενώ επηρεάζονται από τα ενεργητικά και παθητικά ηλιακά συστήματα και το κέλυφος της κατασκευής. Τέλος, τα συστήματα κλιματισμού και αερισμού καθώς και οι διαρροές αέρα συμβάλλουν σημαντικά στη διαμόρφωση εσωτερικών συνθηκών άνεσης, καταναλώνοντας σημαντικές ποσότητες ενέργειας. Παρόλα αυτά, η επίτευξη θερμικής άνεσης εξαρτάται και από άλλους παράγοντες, απαραίτητους να ληφθούν υπόψη κατά τη διάρκεια του αρχικού σχεδιασμού. Τέτοιοι είναι, η χρήση που θα έχει το κτίριο, οι ώρες και οι περίοδοι λειτουργίας του, η γεωμετρία και το μέγεθός του καθώς και η σχέση μεταξύ των ανοικτών και των συμπαγών επιφανειών του κελύφους του.


[1] ένας άνθρωπος σε ήπια δραστηριότητα παράγει ισχύ περίπου 100W, η οποία αθροιζόμενη σε χώρους συγκέντρωσης μπορεί να μειώσει αρκετά την ανάγκη για θέρμανση το χειμώνα, θα αυξήσει όμως αντίστοιχα την ανάγκη για ψύξη το καλοκαίρι

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

Ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά πάνελ και μικρές υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις μπορούν να τοποθετηθούν κατά την κατασκευή ενός κτιρίου. Και μπορεί η παράγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας να είναι εξαιρετικά δαπανηρή και να απαιτεί συγκεκριμένες τοπογραφικές συνθήκες, ωστόσο η εκμετάλλευση της αιολικής και ηλιακής ενέργειας είναι ήδη αρκετά αποδοτική, ενώ τα επόμενα χρόνια αναμένεται να γίνουν και ανταγωνιστικές οικονομικά. Είναι χαρακτηριστικό ότι οι περιβαλλοντικές συνθήκες στον ελλαδικό χώρο ευνοούν τόσο τη εγκατάσταση φωτοβολταϊκών όσο και ανεμογεννητριών.

Η ετήσια προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία κυμαίνεται μεταξύ 1.500 και 2.000kWh/τ.μ., έτσι το κόστος εγκατάστασης φωτοβολταϊκών έχει σχετικά μικρό χρονικό διάστημα απόσβεσης που συνήθως δεν ξεπερνά τα 10 έτη. Και αν αναλογισθεί κανείς ότι η διάρκεια ζωής τους κυμαίνεται μεταξύ 25 και 50 έτη, και οι απώλειές τους λόγο παλαιότητας στο διάστημα αυτό είναι 5-8%, καταλαβαίνει ότι επρόκειτο για ένα αρκετά αποδοτικό τρόπο παραγωγής ενέργειας. Εξίσου αποδοτική όμως μπορεί να είναι η εγκατάσταση ανεμογεννητριών καθώς η μέση ετήσια ταχύτητα των ανέμων ξεπερνά τα 4m/s[1] σε πολλά σημεία της χώρας, ενώ σε ορισμένα ξεπερνά και τα 10m/s.


[1] ταχύτητα ικανή να παράξει ηλεκτρικό ρεύμα, θέτοντας μια ανεμογεννήτρια μεγάλου μεγέθους σε λειτουργία. Αξίζει να σημειωθεί ότι για διπλάσια ταχύτητα ανέμου, οκταπλασιάζεται η ισχύς της ανεμογεννήτριας. Ανεμογεννήτριες μικρότερου μεγέθους μπορούν να τεθούν σε λειτουργία και με μικρότερη ταχύτητα ανέμου

ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΕΡΓΑ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ

Για τη δημιουργία κατασκευών με μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα, αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση η δυνατότητά τους να παράγουν ενέργεια, που τις περισσότερες φορές μεταφράζεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών θα πρέπει να αποτελεί το τελικό στάδιο της μελέτης, εφόσον έχουν ληφθεί πρωτίστως όλα τα απαιτούμενα μέτρα που σχετίζονται με τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης και έχουν υπολογιστεί οι υπολειπόμενες ενεργειακές απαιτήσεις της κατασκευής. Τέτοιου είδους μέτρα αφορούν τον αρχικό σχεδιασμό της κατασκευής, την εγκατάσταση ενεργειακά αποδοτικού εξοπλισμού και τέλος την ενημέρωση, την ενεργή συμμετοχή και την ευαισθητοποίηση των χρηστών.

Με την υπάρχουσα τεχνολογία, δύο είναι οι αποτελεσματικότεροι μέθοδοι για να παράγει κανείς ηλεκτρικό ρεύμα σε κτίρια μικρής κλίμακας, τα φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ και οι ανεμογεννήτριες μικρού μεγέθους. Η χρήση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας προσφέρει επομένως τη δυνατότητα επί τόπου παραγωγής της απαραίτητης ενέργειας, εφόσον πρωτίστως έχουν ληφθεί όλα τα μέτρα για να μειωθεί στο ελάχιστο. Διαφορετικά, η κάλυψη αναγκών σε ενεργειακά σπάταλες κατασκευές, απαιτεί εκτεταμένες εγκαταστάσεις εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών, κάτι το οποίο υστερεί σε απόδοση εξαιτίας του υψηλού κόστους κατασκευής και συντήρησης, ενώ δε μπορεί να υλοποιηθεί σε πυκνό αστικό περιβάλλον. 

DESERTEC

Το DESERTEC είναι μία ιδέα που έχουν αναπτύξει οι TREC[1], η οποία βασίζεται στην αξιοποίηση της μεγαλύτερης και τεχνικά πιο προσιτής πηγής ενέργειας στον πλανήτη, δηλαδή της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης και συγκεκριμένα στις ερημικές περιοχές. Αφορά τη δημιουργία ενός πάρκου μεγάλης κλίμακας με φωτοβολταϊκά πάνελ και ενός δικτύου[2] που θα ενώνει την Αφρική με την Ευρώπη και θα μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης με σχετικά μικρές απώλειες κατά τη μεταφορά[3]. Η ερημική περιοχή της βόρειας Αφρικής αποτελεί την ελπίδα για να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες ολόκληρης της Ευρώπης[4] και όχι μόνο, διότι είναι ένα μέρος με πολλές ώρες ηλιοφάνειας ετησίως. Η χρήση ενός τμήματος της ερήμου Σαχάρας, έκτασης ίσης με μιας μικρής χώρας, δεδομένου του μεγέθους της, είναι ικανή να καλύψει αυτές τις ανάγκες.

Η συγκεκριμένη ιδέα βασίζεται στο γεγονός ότι περίπου το 30% της επιφάνειας της γης είναι ερημικές και άγονες περιοχές, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εγκατάσταση τέτοιων συστημάτων. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης είναι 2,5kWh ανά τετραγωνικό μέτρο κάθε ημέρα. Αν υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε φωτοβολταϊκά πάνελ με απόδοση 12%, όχι ιδιαίτερα υψηλή για τα σημερινά δεδομένα, χρειάζεται μια επιφάνεια μεγέθους 0,75% της γης για να καλύψει τις παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες. Μια τέτοια έκταση αντιστοιχεί περίπου στο 13% της ερήμου Σαχάρα, καλυμμένης με φωτοβολταϊκά πάνελ. Το πιο ελπιδοφόρο πρόγραμμα παγκοσμίως αυτή τη στιγμή τέτοιου είδους βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες και όταν ολοκληρωθεί, το 2012, θα παράγει 1,65gWhs ενέργειας το χρόνο. Υπολογίζεται ότι για να παραχθεί 1gW ενέργειας, χρειάζεται έκταση περίπου 7τ.χλμ. καλυμμένη με φωτοβολταϊκά πάνελ, ωστόσο, η απαιτούμενη έκταση θα μπορούσε να μειωθεί με τη χρήση συμπυκνωμένης ηλιακής ενέργειας.


[1] Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation, εθελοντική οργάνωση που δημιουργήθηκε το 2003
[2] high-voltage direct current [HVDC], μία τυπική γραμμή του οποίου μπορεί να μεταφέρει 2gW, τόσο υπέργεια, όσο και υποθαλάσσια και χρησιμοποιείται ήδη για την κάλυψη μεγάλων αποστάσεων σε πολλές περιοχές του πλανήτη
[3] 0,6%
[4] υπολογίζεται ότι ένα πρόγραμμα κόστους 75 εκατομμυρίων θα τροφοδοτεί καθένα από τους 500 εκατομμύρια Ευρωπαίους με 11kWh ημερησίως

ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ

Η θερμική μάζα είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό ενός κτιρίου, καθώς έχει τη δυνατότητα να εκπέμπει τη θερμότητα που απορροφούν τα δομικά του στοιχεία με χρονική καθυστέρηση. Έτσι συντελεί τόσο στη μείωση της ανάγκης για τη θέρμανση, όσο και για την ψύξη των εσωτερικών χώρων. Η απουσία της απαραίτητης θερμικής μάζας, οδηγεί στην εξισορρόπηση των εσωτερικών με των εξωτερικών θερμοκρασιών σε μικρό χρονικό διάστημα, επηρεάζοντας άμεσα το εσωτερικό περιβάλλον του κτιρίου και κατά συνέπεια οδηγεί στη συνεχή λειτουργία των μονάδων κλιματισμού.

Όσο μεγαλύτερη είναι δηλαδή η θερμική μάζα της κατασκευής, τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να επηρεαστούν οι εσωτερικές συνθήκες από τις εξωτερικές. Αν για παράδειγμα ένα κτίριο έχει μεγάλη θερμική μάζα, κατά τη διάρκεια του χειμώνα θα έχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα θερμότητας αποθηκευμένη, οπότε το σύστημα θέρμανσης θα αναγκάζεται να λειτουργεί για μικρή χρονική διάρκεια σε αραιά διαστήματα. Το αντίστροφο ισχύει για την θερινή περίοδο. Κάτι τέτοιο βέβαια δε σημαίνει ότι η θερμική μάζα της κατασκευής θα πρέπει να είναι απεριόριστη, καθώς κάτι τέτοιο ουσιαστικά δε θα την καθιστούσε πρακτική, διότι θα χρειαζόταν τεράστια ποσά ενέργειας για να εξισορροπήσει ακόμα και μικρές διαφορετικές στις εσωτερικές συνθήκες.

ΦΥΣΙΚΟΣ ΔΡΟΣΙΣΜΟΣ - ΑΕΡΙΣΜΟΣ

Ο φυσικός δροσισμός και αερισμός των εσωτερικών χώρων ενός κτιρίου έχει τη δυνατότητα να συνεισφέρει, στη βελτίωση των εσωτερικών συνθηκών και της ποιότητας του αέρα καθώς και στην ελαχιστοποίηση της χρονικής περιόδου όπου απαιτείται η μηχανική υποστήριξη για ψύξη. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητη η προστασία του κτιρίου, ώστε να μειωθούν στο ελάχιστο τα ηλιακά κέρδη και συνεπώς η θερμότητα που επιβαρύνει το εσωτερικό του κατά τη θερινή περίοδο καθώς και η δυνατότητα απόρριψης της θερμότητας από το εσωτερικό του κτιρίου με φυσικό τρόπο.

ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ

Η κατασκευή κτιρίων που να επιτυγχάνουν μηδενικό ενεργειακό ισοζύγιο απαιτεί πολύ καλή θερμομόνωση του κελύφους, καθώς και αποφυγή των θερμικών γεφυρών. Οι τοίχοι, τα δάπεδα και οι οροφές τέτοιων κατασκευών πετυχαίνουν πολύ χαμηλούς συντελεστές θερμοπερατότητας, u-value=0.1W/m²K[1] περίπου. Αυτό σημαίνει ότι αν στο εσωτερικό του κτιρίου έχουμε θερμοκρασία 20οC και η εξωτερική θερμοκρασία είναι 0οC, χάνονται μόλις 2W ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο. 

Οι τυπικές κατασκευές της ελληνικής πραγματικότητας με τη συνηθισμένη μόνωση πολυστερίνης που χρησιμοποιείται πετυχαίνουν u-value=0.6-0.7W/m²K περίπου στους εξωτερικούς τύπους, δηλαδή 6 φορές μεγαλύτερες απώλειες θερμότητας. Αν συνυπολογίσουμε και τη θερμοπερατότητα των ανοιγμάτων που είναι κατά πολύ μεγαλύτερη, u-value=3.0W/m²K περίπου, για τους συνηθισμένους διπλούς υαλοπίνακες, καταλαβαίνουμε ότι οι θερμικές απώλειες της κατασκευής είναι μεγάλες.

ΚΤΙΡΙΑ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Κατά τη δεκαετία του 1970, οι δύο πετρελαϊκές κρίσεις αύξησαν το κόστος ενέργειας ως και 300%. Για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θεωρήθηκε το θερμικό ισοζύγιο του κτιρίου ως το ενεργειακό του ισοζύγιο, με αποτέλεσμα να στοχεύεται η μείωση της ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση των εσωτερικών του χώρων. Και παρόλο που οι πρώτες προσπάθειες προσέγγισης είχαν ικανοποιητικά αποτελέσματα στον τομέα της θέρμανσης, συντέλεσαν και στη δημιουργία αρκετών προβλημάτων μειώνοντας την ποιότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος. Εμφανίστηκαν φαινόμενα όπως ο ανεπαρκής φυσικός φωτισμός, η απουσία οπτικής επαφής με το εξωτερικό περιβάλλον, η χαμηλή ποιότητα του εσωτερικού αέρα και τα αυξημένα επίπεδα υγρασίας λόγω ανεπαρκούς αερισμού.
Τη δεκαετία του 1980 ξεκίνησε μια προσπάθεια για την επίλυση των προβλημάτων που προκύπτουν από τη λήψη μέτρων για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Έτσι αρχίζουν να εμφανίζονται κτίρια χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης, δίνοντας έμφαση στο βιοκλιματικό σχεδιασμό, αξιοποιώντας το φυσικό περιβάλλον και όχι απομονώνοντας το από αυτό, λαμβάνοντας μέτρα για τον απαραίτητο ηλιασμό, την ηλιοπροστασία, την κατάλληλη θερμοχωρητικότητα και το φυσικό αερισμό.