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].