Βιοκλιματικος σχεδιασμος κτιριων bioclimatic building

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ – Υ.Π.Ε.Κ.Α.

ΕΙ∆ΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΕΙ∆ΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟ ΕΛΛΑ∆ΑΣ Νίκης 4, 102 48, Σύνταγμα Αθήνα

Τηλ: 210 – 3291200, Φαξ: 210 – 3221772, www.info-at-central.tee.gr

ΤΕΧΝΙΚΗ Ο∆ΗΓΙΑ ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟΥ ΕΛΛΑ∆ΑΣ

Τ.Ο.ΤΕΕ 20702-5/2010

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ

A΄ Έκδοση

Αθήνα, Ιανουάριος 2011

Η ομάδα εργασίας που συνέταξε αυτήν την T.O.T.E.E

Ονοματεπώνυμο Ειδικότητα

ΑΛΕΞΑΝ∆ΡΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ∆ρ. Πολιτικός Μηχανικός

ΑΞΑΡΛΗ ΚΛΕΟΝΙΚΗ ∆ρ. Αρχιτέκτων Μηχανικός

ΓΡΑΨΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ MPhil Αρχιτέκτων Μηχανικός

∆ΗΜΟΥ∆Η ΑΡΓΥΡΩ ∆ρ. Πολιτικός Μηχανικός

ΛΑΜΠΡΟΠΟΥΛΟΥ ΕΛΕΝΗ Αρχιτέκτων Μηχανικός M.Sc

ΧΡΟΝΑΚΗ ΕΛΕΝΗ ∆ρ. Αρχιτέκτων Μηχανικός

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η κλιματική αλλαγή, η ενεργειακή απεξάρτηση από τρίτες χώρες και η αναγκαιότητα αναβάθμισης του υπάρχοντος κτιριακού αποθέματος οδήγησαν την Ευρώπη στην έκδοση της Κοινοτικής Οδηγίας 2002/91/ΕΚ περί ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων. Η Χώρα μας, ως όφειλε απέναντι στις απαιτήσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης και κυρίως απέναντι στους Πολίτες της, εναρμόνισε την εθνική μας νομοθεσία με την Κοινοτική Οδηγία, σύμφωνα με τον Νόμο 3661/2008.

Προϋπόθεση για την εφαρμογή του Νόμου υπήρξε η έκδοση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτηρίων (Κ.Εν.Α.Κ) και το Προεδρικό ∆ιάταγμα που θα καθόριζε τις προδιαγραφές και τις διαδικασίες εφαρμογής του συστήματος των Ενεργειακών Επιθεωρητών των Κτηρίων.

Η προσπάθεια έκδοσής τους διήρκησε συνολικά τρία χρόνια και έχει πια ολοκληρωθεί. Σε αυτήν τη μακρά πορεία δοκιμάστηκαν πολλά διαφορετικά μοντέλα επιστημονικής μεθοδολογίας και άλλαξαν αμέτρητες φορές οι επιμέρους διατάξεις. Είναι αξιοσημείωτη η μεγάλη καθυστέρηση, ενώ η Χώρα, αρκετά χρόνια πριν την έκδοση της Κοινοτικής Οδηγίας, είχε ανενεργή πλήρη πρόταση και κανονισμό (ΚΟΧΕΕ).

Το ΤΕΕ, ως τεχνικός Σύμβουλος της Πολιτείας και εκπροσωπώντας τα 106.000 πλέον Μέλη του, συνέβαλε καθοριστικά στη σύνταξη του Κ.Εν.Α.Κ και των Τεχνικών Οδηγιών του ΤΕΕ (ΤΟΤΕΕ), οι οποίες εξειδικεύουν τα πρότυπα των μελετών και των επιθεωρήσεων της ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων στα ελληνικά κλιματικά και κτιριακά δεδομένα. Για τον λόγο αυτόν, ενεργοποίησε πάνω από εκατό επιστήμονες διαφόρων ειδικοτήτων οι οποίοι ανέπτυξαν και ολοκλήρωσαν τις παραπάνω οδηγίες και έθεσαν τις βάσεις, ώστε τα οφέλη του εγχειρήματος εξοικονόμησης ενέργειας να είναι πολλαπλά, δηλαδή

να είναι η ενεργειακή επιθεώρηση μια ουσιαστική επιθεώρηση αναβάθμισης του κτιριακού αποθέματος και όχι μια γραφειοκρατική, τυπική διαδικασία και

να αλλάξει η ενεργειακή μελέτη τις ως σήμερα διακριτές μελέτες αρχιτεκτονικών, στατικών και ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων και να εισαγάγει στην εκπόνηση των μελετών την ουσιαστική συνεργασία και το κοινό σχεδιασμό, τη συμφιλίωση, δηλαδή, της σύγχρονης αρχιτεκτονικής με την τεχνολογία.

Αξίζει να επισημανθεί η καινοτομία εισαγωγής της Βιοκλιματικής Αρχιτεκτονικής Κτηρίων, μέσω του Κ.Εν.Α.Κ και των ΤΟΤΕΕ, στο σχεδιασμό των κτηρίων μας.

Οφείλω να ευχαριστήσω όλους τους συναδέλφους, και τους υπόλοιπους επιστήμονες άλλων ειδικοτήτων, που με όραμα και επιμονή και κυρίως εθελοντική εργασία συνέβαλαν καθοριστικά στη διαμόρφωση του Κ.Εν.Α.Κ και των ΤΟΤΕΕ.

Ιδιαίτερα, θα ήθελα να ξεχωρίσω τη συμβολή των παρακάτω συναδέλφων, τους οποίους και αναφέρω αλφαβητικά:

Γαγλία Αθηνά, ΜΜ, που καθ’ όλη τη διάρκεια της προσπάθειας αυτής του ΤΕΕ κατέβαλε υπεράνθρωπες προσπάθειες

Γιδάκου Λία, ΧΜ, στέλεχος του ΥΠΕΚΑ που στήριξε πολύπλευρα την προσπάθεια του ΤΕΕ

Ευθυμιάδη Απόστολο, ΜΜ, και την Επιτροπή Κ.Εν.Α.Κ του ΤΕΕ, που εισήγαγαν και στήριξαν τη μέθοδο του κτηρίου αναφοράς

Λάσκο Κώστα, ΠΜ

Μαντά ∆ημήτρη, ΜΜ

Μπαλαρά Κώστα, ΜΜ, ∆ιευθυντή Ερευνών Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών

και

τον Αραβαντινό ∆ήμητρη, αναπληρωτή Καθηγητή του ΑΠΘ,

τα στελέχη του ΚΑΠΕ

τα στελέχη του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών

Το ΤΕΕ, υπερήφανο για την έως σήμερα συμβολή του, δεσμεύεται για τη συνέχιση της έκδοσης νέων ΤΟΤΕΕ και την αναβάθμιση των υπαρχόντων.

Το εγχείρημα της εξοικονόμησης ενέργειας, του μεγαλύτερου εγχώριου ενεργειακού κοιτάσματος της χώρας μας, μπορεί να αποτελέσει την αιχμή της προσπάθειάς μας για την ανάταξη του περιβάλλοντος για την αναβάθμιση των φυσικών και τεχνητών συνθηκών της ποιότητας της ζωής μας, για μια νέα παραγωγική δομή, για την ανάπτυξη της χώρας μας.

Ο Πρόεδρος του ΤΕΕ

Χρήστος Σπίρτζης

1

Περιεχόμενα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ........................................................................................................................................ 4

1. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΣ .................................................................................................... 6

1.1. Εισαγωγή ................................................................................................................................. 6

1.2. Περιβαλλοντικές παράμετροι ................................................................................................... 6

1.2.1. Το κλίμα του τόπου .......................................................................................................... 7

1.2.2. Το φυσικό περιβάλλον ..................................................................................................... 7

1.3. Αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού ............................................................................................. 7

1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης ....................................................................... 8

1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο – Προσανατολισμός ................................. 8

1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου ......................................................................................................... 9

1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού ..................................... 10

1.3.1.4. ∆ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων ..................................................................... 10

1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας .................................................................................. 11

1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους ........................................................................ 11

1.3.2.2. Θερμική προστασία - Θερμομόνωση .................................................................... 11

1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας ............................................................................... 12

1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα ...................................................................... 12

1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης .................................................. 13

1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων ................................................................ 13

1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών ................................................................ 13

1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας ...................................................................................... 13

1.3.4.4. Θερμομόνωση ....................................................................................................... 13

1.3.4.5. Φυσικός αερισμός .................................................................................................. 14

1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία ........................................................................................... 14

1.3.4.7. Μικροκλίμα ............................................................................................................. 14

1.4. Βιβλιογραφία .......................................................................................................................... 14

1.5. Πηγές σχημάτων .................................................................................................................... 15

2. ΗΛΙΑΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ ..................................................................................................................... 16

2.1. Ηλιακή ακτινοβολία ................................................................................................................ 16

2.2. Υπολογισμός Ηλιακών Γωνιών .............................................................................................. 17

2.3. Ηλιακοί χάρτες ....................................................................................................................... 20

2.3.1. Παράδειγμα εφαρμογής ................................................................................................. 24

2.4. Βιβλιογραφία .......................................................................................................................... 25

2.5. Πηγές σχημάτων .................................................................................................................... 25

3. ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ....................................................................... 26

3.1. Εισαγωγή ............................................................................................................................... 26

3.2. Βασικές αρχές λειτουργίας των παθητικών ηλιακών συστημάτων ........................................ 26

3.3. Υλικά παθητικών ηλιακών συστημάτων ................................................................................ 27

3.3.1. Υλικά συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας..................................................................... 27

3.3.2. Υλικά αποθήκευσης της θερμότητας ............................................................................. 29

3.4. Κατηγορίες παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης..................................................... 30

3.4.1. Σύστημα άμεσου κέρδους .............................................................................................. 30

3.4.1.1. Κριτήρια σχεδιασμού για το άνοιγμα ..................................................................... 31

3.4.1.2. Κριτήρια σχεδιασμού για τη θερμική αποθήκη ...................................................... 33

3.4.2. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης ή τοίχος μάζας ή ηλιακός τοίχος .................................. 34

3.4.3. Θερμοκήπιο ή ηλιακός χώρος ....................................................................................... 36

3.4.4. Θερμοσιφωνικό πανέλο ή αεροσυλλέκτης..................................................................... 40

2

3.4.5. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση ..................................................................................... 41

3.5. Επιλογή παθητικού συστήματος θέρμανσης ......................................................................... 42

3.5.1. Σύστημα άμεσου κέρδους .............................................................................................. 44

3.1.1. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης ...................................................................................... 44

3.1.2. Προσαρτημένο θερμοκήπιο ........................................................................................... 45

3.1.3. Θερμοσιφωνικό πανέλο ................................................................................................. 45

3.1.4. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση ..................................................................................... 45

3.6. Απαιτήσεις Κ.Εν.Α.Κ. για τα Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης ............................... 45

3.7. Βιβλιογραφία .......................................................................................................................... 47

3.8. Πηγές σχημάτων και εικόνων ................................................................................................ 48

4. ΦΥΣΙΚΟΣ ∆ΡΟΣΙΣΜΟΣ ................................................................................................................. 49

4.1. Εισαγωγή ............................................................................................................................... 49

4.2. Τεχνικές φυσικού δροσισμού ................................................................................................. 49

4.2.1. Ηλιοπροστασία .............................................................................................................. 49

4.2.1.1. Ο σκιασμός του κτηρίου και των ανοιγμάτων ........................................................ 50

4.2.1.2. Ο σχεδιασμός της ηλιοπροστασίας ....................................................................... 53

4.2.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών ........................................................................ 57

4.2.3. Επάρκεια θερμικής μάζας .............................................................................................. 58

4.2.3.1. Ημιϋπόσκαφες κατασκευές .................................................................................... 58

4.2.3.2. Υπεδάφιοι αγωγοί .................................................................................................. 59

4.2.4. Θερμομόνωση ............................................................................................................... 59

4.2.4.1. Θερμική μάζα και θερμομόνωση ........................................................................... 60

4.2.5. Φυσικός Αερισμός ......................................................................................................... 60

4.2.5.1. Η κίνηση του αέρα μέσα στο κτήριο ...................................................................... 60

4.2.5.2. Κατασκευαστικές ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου ........................................... 62

4.2.5.3. Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων ................................................................ 66

4.2.5.4. Η χρήση του κτηρίου.............................................................................................. 68

4.2.6. Νυχτερινή ακτινοβολία ................................................................................................... 68

4.2.6.1. Μεταλλικός ακτινοβολητής ..................................................................................... 68

4.2.7. Μικροκλίμα - Φύτευση ∆ωμάτων ................................................................................... 69

4.2.7.1. Φύτευση δωμάτων ................................................................................................. 69

4.2.7.2. Εξάτμιση άμεση ή έμμεση ..................................................................................... 71

4.3. Βιβλιογραφία .......................................................................................................................... 72

4.4. Πηγές σχημάτων και εικόνων ................................................................................................ 74

5. ΠΕΡΙΒΑΛΛΩΝ ΧΩΡΟΣ - ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑ ........................................................................................ 75

5.1. Εισαγωγή ............................................................................................................................... 75

5.2. Φύτευση ................................................................................................................................. 75

5.2.1. Έλεγχος της ανεμορροής .............................................................................................. 76

5.2.2. Προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία ........................................................................ 78

5.2.3. Εξατμισοδιαπνοή ........................................................................................................... 80

5.2.4. Οπτική άνεση ................................................................................................................. 80

5.2.5. Ηχοπροστασία ............................................................................................................... 81

5.2.6. Ποιότητα περιβάλλοντος ................................................................................................ 81

5.3. Υλικά επίστρωσης υπαίθριων χώρων ................................................................................... 81

5.3.1. Ψυχρά υλικά .................................................................................................................. 83

5.4. Σύνοψη .................................................................................................................................. 83

5.5. Βιβλιογραφία .......................................................................................................................... 84

5.6. Πηγές σχημάτων και πινάκων ............................................................................................... 84

3

6. ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ ................................................................................................................... 85

6.1. Εισαγωγή ............................................................................................................................... 85

6.1.1. Βασικές έννοιες .............................................................................................................. 85

6.2. Στρατηγικές σχεδιασμού ........................................................................................................ 86

6.2.1. Αρχικές επιλογές σχεδιασμού ........................................................................................ 87

6.2.1.1. Προσανατολισμός .................................................................................................. 87

6.2.1.2. Το σχήμα του κτηρίου ............................................................................................ 88

6.2.1.3. ∆ιατάξεις ενσωματωμένες στον πυρήνα του κτηρίου ............................................ 89

6.2.1.4. ∆ιάταξη εσωτερικού χώρου και επιλογή υλικών .................................................... 90

6.2.1.5. Περιβάλλων χώρος ................................................................................................ 91

6.2.2. Ο σχεδιασμός των διαφανών στοιχείων του κελύφους ................................................. 92

6.2.2.1. Πλευρικά ανοίγματα ............................................................................................... 92

6.2.2.2. Ανοίγματα οροφής ................................................................................................. 95

6.2.2.3. ∆ιαφανείς τοίχοι και οροφές ................................................................................... 99

6.2.3. ∆ιαφανή υλικά ανοιγμάτων .......................................................................................... 100

6.2.4. Ηλιοπροστατευτικές και φωτοενισχυτικές διατάξεις..................................................... 103

6.2.4.1. Ράφια φωτισμού .................................................................................................. 103

6.2.4.2. Ανακλαστήρες ...................................................................................................... 104

6.2.4.3. Κανάλια φωτισμού ή φωτεινοί αγωγοί ή φωτοσωλήνες ...................................... 106

6.3. Βιβλιογραφία ........................................................................................................................ 107

6.4. Πηγές σχημάτων, εικόνων και πινάκων ............................................................................... 108

4

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το σημερινό μοντέλο ανάπτυξης βασίζεται, κυρίως, στην υπερκατανάλωση αγαθών και στην αλόγιστη εκμετάλλευση των φυσικών πόρων. Ως εναλλακτική λύση προτείνεται η βιώσιμη ή αειφόρος ανάπτυξη, η οποία στοχεύει στη συνετή διαχείριση του φυσικού χώρου, στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του δομημένου χώρου, στη χρήση ήπιων τεχνικών και υλικών, μη επιβλαβών για την υγεία των ανθρώπων. Με άλλα λόγια, στοχεύει στην καθιέρωση προδιαγραφών οικολογικής προσέγγισης για το σχεδιασμό και τη χρήση των χώρων ζωής, εσωτερικών και υπαίθριων.

Η βιοκλιματική αντίληψη για τον σχεδιασμό οικιστικών συνόλων και κτηρίων εντάσσεται στη στρατηγική αυτή: μιας ήπιας, δηλαδή συμβιωτικής διαχείρισης του φυσικού και δομημένου χώρου και του περιβάλλοντός του, με επιλογές που συντείνουν στη διατήρηση των οικοσυστημάτων. Επιχειρεί να επαναπροσδιορίσει την αρχιτεκτονική με αρχές και κατευθύνσεις που βασίζονται στην αρμονική συνύπαρξη φυσικού και ανθρωπογενούς περιβάλλοντος, χρησιμοποιεί τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, κυρίως την αδάπανη ηλιακή ενέργεια για τη θέρμανση και τον φυσικό φωτισμό των κτηρίων, τους δροσερούς ανέμους για την φυσική τους ψύξη, αποκαθιστώντας έτσι, σε μεγάλο βαθμό, την διαταραγμένη ισορροπία ανάμεσα στον δομημένο και τον φυσικό χώρο.

Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός του αστικού χώρου είναι μια συνειδητή ενεργειακή προσέγγιση για τη διαχείριση του δομημένου περιβάλλοντος. Αποσκοπεί στην επίλυση των προβλημάτων, τα οποία συνδέονται με την ενέργεια, μέσω μιας προσεκτικής και μελετημένης διαμόρφωσης του αστικού ιστού και των χαρακτηριστικών του μεγεθών, ώστε να βελτιώνεται το μικροκλίμα και η θερμική άνεση στο φυσικό περιβάλλον, ενώ παράλληλα να περιορίζεται η κατανάλωση ενέργειας των κτηρίων.

Ουσιαστικά πρόκειται για μια εμπλουτισμένη άποψη για τον σχεδιασμό του δομημένου χώρου –υφιστάμενου ή νέου, γιατί εμπεριέχει πιο έντονα την περιβαλλοντική διάσταση και την αντίστοιχη ευαισθησία. Η προκύπτουσα αρχιτεκτονική χαρακτηρίζεται φιλική τόσο προς το περιβάλλον, όσο και προς τους χρήστες, γιατί διασφαλίζει πιο υγιεινές συνθήκες κατοικησιμότητας, με τη μικρότερη δυνατή επιβάρυνση στο φυσικό χώρο.

O όρος "βιοκλιματικός σχεδιασμός" ή "βιοκλιματική αρχιτεκτονική" συχνά προκαλεί απορία στους αρχιτέκτονες. Από ορισμένους διατυπώνεται ως ενεργειακός σχεδιασμός ή ως παθητικός ηλιακός σχεδιασμός. Όμως, τα τελευταία χρόνια, ο όρος βιοκλιματικός σχεδιασμός έχει καθιερωθεί διεθνώς και θεωρείται επιστημονικά δόκιμος, επειδή η ονομασία αυτή ανταποκρίνεται πληρέστερα στην αντίληψη εναρμόνισης των κτηρίων με το κλίμα και το περιβάλλον, διασφαλίζοντας παράλληλα βιολογικά άνετη διαβίωση του ανθρώπου μέσα στα κτήρια, αλλά και στον υπαίθριο χώρο.

Η παρούσα Τεχνική Οδηγία «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός Κτηρίων», ανταποκρινόμενη στις απαιτήσεις εφαρμογής του Κ.Εν.Α.Κ., παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για το σχεδιασμό των κτηρίων και του άμεσου περιβάλλοντός τους. Σκοπός της είναι να διευκολύνει το μελετητή στη σύνταξη της αρχιτεκτονικής μελέτης, βάσει αρχών σχεδιασμού εναρμονισμένων με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες, έτσι ώστε να τεκμηριώνονται οι συνθετικές επιλογές του και στην συγκρότηση της αιτούμενης Τεχνικής Έκθεσης.

Οι προτεινόμενες κατευθύνσεις - προδιαγραφές σχεδιασμού αφορούν τόσο τα νέα κτήρια, όσο και τα υφιστάμενα - ανακαινιζόμενα, καθώς επίσης και τα παλαιά κτήρια στα οποία πραγματοποιούνται συνολικές επεμβάσεις επανάχρησης ή/και αποκατάστασης.

Η Τεχνική Οδηγία διαρθρώνεται σε έξι (6) κεφάλαια, στα οποία αναλύονται διεξοδικά τα ποιοτικά στοιχεία, βάσει των οποίων πρέπει να σχεδιάζονται τα κτήρια. ∆εν περιλαμβάνει αριθμητικούς υπολογισμούς και διαστασιολογικά δεδομένα, διασφαλίζοντας έτσι ελευθερία στους αρχιτεκτονικούς χειρισμούς και στην προκύπτουσα σύνθεση του κτηρίου, αρκεί να αποδεικνύεται η αποτελεσματική ενεργειακή του απόδοση.

Τα περιεχόμενα της Τεχνικής Οδηγίας διαρθρώνονται στις ακόλουθες ενότητες:

5

Στο Κεφάλαιο Ένα (1) αναπτύσσονται ζητήματα που αφορούν τις περιβαλλοντικές παραμέτρους, δηλαδή τα τοπικά κλιματικά δεδομένα και του περιβάλλοντος φυσικού χώρου, βασικές προϋποθέσεις για την εφαρμογή τού βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτηρίων. ∆ιατυπώνονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού και οργάνωσης των κτηρίων, σε σχέση πάντα με το κλίμα, προκειμένου να διασφαλίζονται άνετες συνθήκες διαβίωσης των ενοίκων με την μικρότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας.

Στο Κεφάλαιο ∆ύο (2) παρέχονται πληροφορίες που αφορούν τον ηλιασμό των κτηρίων, καθώς και τα εργαλεία –υπολογισμοί των γωνιών του ήλιου, ηλιακοί χάρτες- έτσι ώστε οι αρχιτέκτονες, κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού, να μπορούν να εκτιμήσουν την προς εκμετάλλευση διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία το χειμώνα.

Στο Κεφάλαιο Τρία (3) περιγράφονται αναλυτικά οι βασικές κατηγορίες των Παθητικών Ηλιακών Συστημάτων, τα οποία συνεπικουρούν τη λογική του βιοκλιματικού σχεδιασμού, οι αρχές λειτουργίας τους και οι σχεδιαστικοί χειρισμοί για την προσαρμογή τους στα κελύφη των κτηρίων, προκειμένου η ενεργειακή τους απόδοση να είναι αποτελεσματικότερη. Επίσης διατυπώνονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα εκάστου συστήματος, καθώς και τα καταλληλότερα προς χρήση υλικά.

Στο Κεφάλαιο Τέσσερα (4) επισημαίνονται οι τεχνικές Φυσικού ∆ροσισμού των κτηρίων, οι οποίες αφορούν την θερινή περίοδο. Αναλύονται διεξοδικά οι μέθοδοι ηλιοπροστασίας των κτηρίων, αλλά κυρίως των ανοιγμάτων τους, ο ρόλος του χρώματος και της υφής των εξωτερικών επιφανειών, καθώς επίσης η σημασία της θερμικής μάζας, προκειμένου τα κτήρια να αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά την έντονη ηλιακή ακτινοβολία και τις υψηλές θερμοκρασίες του περιβάλλοντος. Επίσης, διατυπώνονται οι τεχνικές και τα συστήματα φυσικού ή/και εξαναγκασμένου αερισμού των εσωτερικών χώρων, προκειμένου αυτά, κατά το σχεδιασμό των κτηρίων, να εντάσσονται λειτουργικά και αισθητικά στα κελύφη τους.

Το Κεφάλαιο Πέντε (5) πραγματεύεται το μικροκλίμα, τον σχεδιασμό του περιβάλλοντος το κτήριο χώρου, τις δυνατότητες φύτευσης για προστασία από ψυχρούς ανέμους ή από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία το καλοκαίρι, καθώς και τα καταλληλότερα υλικά επίστρωσης των υπαίθριων χώρων, έτσι ώστε ο συνδυασμός των ανωτέρω να δημιουργεί πιο άνετο μικροκλίμα.

Στο Κεφάλαιο Έξι (6) διατυπώνονται οι στρατηγικές σχεδιασμού για τη διασφάλιση ποσοτικής και ποιοτικής επάρκειας φυσικού φωτισμού μέσα στα κτήρια. Αναλύονται οι αρχικές επιλογές που αφορούν την αρχιτεκτονική σύνθεση, καθώς επίσης και οι σχεδιαστικοί χειρισμοί καθορισμού των ανοιγμάτων στο κέλυφος του κτηρίου, τόσο ως προς την θέση, όσο και ως προς τα μεγέθη, προκειμένου να διασφαλίζεται επάρκεια φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους. Τέλος παρέχονται πληροφορίες για τις διαθέσιμες τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας του φωτισμού –αποφυγή της θάμβωσης, καθώς και τις σύγχρονες τεχνολογίες που σχετίζονται με τα διαφανή υλικά.

6

1. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΣ

1.1. Εισαγωγή Τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του ευνοϊκού κλίματος και των φυσικών, ανανεώσιμων πόρων που διαθέτει η χώρα μας οφείλουμε να τα αξιοποιήσουμε, προκειμένου να αναβαθμιστεί η ενεργειακή μας πολιτική στον κτιριακό τομέα. Οι πόλεις μας και τα κτήρια πρέπει να καταστούν βιώσιμα ως προς την ενεργειακή τους συμπεριφορά, αξιοποιώντας τις διαθέσιμες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όχι μόνον για την εξοικονόμηση ενέργειας, αλλά και για τον περιορισμό της ρύπανσης της ατμόσφαιρας, συνεπώς για λόγους υγιεινής διαβίωσης των κατοίκων.

Η βιοκλιματική αντίληψη για το σχεδιασμό κτηρίων και οικιστικών συνόλων εντάσσεται στην στρατηγική της βιωσιμότητας, μιας ήπιας, συμβιωτικής διαχείρισης του περιβάλλοντος, φυσικού και δομημένου. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αποσκοπεί στην προσαρμογή των κτηρίων στο περιβάλλον και στο τοπικό κλίμα, διασφαλίζοντας παράλληλα συνθήκες θερμικής άνεσης στο εσωτερικό τους. Η υιοθέτηση του βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτηρίων εξυπηρετεί τέσσερις (4) βασικούς στόχους:

α. Την απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα, μέσω της εξοικονόμησης ενέργειας και της υποκατάστασής τους από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), άρα την εξοικονόμηση συμβατικής ενέργειας.

β. Την εξοικονόμηση χρήματος. Η χρησιμοποίηση της αδάπανης ηλιακής ενέργειας για την θέρμανση των κτηρίων ή/και των δροσερών ανέμων για τον δροσισμό τους αποτελούν πρόκληση οικονομική, μια και η προκύπτουσα εξοικονόμηση χρημάτων είναι της τάξης του 50%, ενδεχομένως και μεγαλύτερη.

γ. Την προστασία του περιβάλλοντος, λόγω του περιορισμού στη χρήση συμβατικών καυσίμων και ηλεκτρισμού, συνεπώς τη μείωση των εκλυόμενων ρύπων στην ατμόσφαιρα.

δ. Τη βελτίωση του εσω-κλίματος των κτηρίων με τη διασφάλιση συνθηκών βιολογικής άνεσης –θερμικής και οπτικής, ποιότητας αέρα– και τη δημιουργία υγιεινών συνθηκών κατοικησιμότητας.

Ουσιαστικά η βιοκλιματική αντίληψη διατυπώνει μια εμπλουτισμένη άποψη για τον σχεδιασμό του δομημένου χώρου, η οποία εμπεριέχει την περιβαλλοντική διάσταση και την αντίστοιχη ευαισθησία. Πρόκειται για μια αρχιτεκτονική φιλική προς το περιβάλλον και τους χρήστες, για μια εναλλακτική θεώρηση της δόμησης του χώρου -αναπόφευκτης δραστηριότητας του ανθρώπου- η οποία οφείλει να επιφέρει τη μικρότερη δυνατή επιβάρυνση στο φυσικό χώρο, με το μικρότερο δυνατό ενεργειακό και περιβαλλοντικό αποτύπωμα.

Συνεπώς, η στόχευση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτηρίων (Κ.Εν.Α.Κ.), όντας μακροπρόθεσμη, επιδιώκει την ενεργειακή βιωσιμότητα των κτηρίων και των πόλεων, με την εφαρμογή των αρχών του βιοκλιματικού σχεδιασμού και των οδηγιών που παρατίθενται στην παρούσα Τεχνική Οδηγία.

1.2. Περιβαλλοντικές παράμετροι Από τις παραμέτρους του περιβάλλοντος που επηρεάζουν καθοριστικά το βιοκλιματικό σχεδιασμό των κτηρίων διακρίνονται:

α. Το κλίμα του τόπου.

β. Το φυσικό περιβάλλον, δηλαδή το ανάγλυφο του εδάφους, η βλάστηση, το τοπίο – θέα, η γειτνίαση με νερό.

7

1.2.1. Το κλίμα του τόπου Το σύνολο των μετεωρολογικών δεδομένων συνθέτει το κλίμα κάθε τόπου ή περιοχής. Τα στοιχεία του κλίματος επηρεάζουν την ανταλλαγή θερμότητας ανάμεσα στο κτήριο και το εξωτερικό περιβάλλον, συνεπώς καθορίζουν την αίσθηση της άνεσης – ευεξίας στους ανθρώπους. Επίσης καθορίζουν την ποσότητα και ποιότητα του παρεχόμενου φυσικού φωτός και κατά συνέπεια την αίσθηση οπτικής άνεσης.

Οι βασικές παράμετροι του κλίματος, οι οποίες κρίνονται απαραίτητες για το βιοκλιματικό σχεδιασμό των κτηρίων, είναι:

Η θερμοκρασία του αέρα (μέση, μέγιστη, ελάχιστη) και οι διακυμάνσεις της χειμώνα και καλοκαίρι,

Η ηλιακή ακτινοβολία, ηλιοφάνεια και ένταση σε μηναία βάση,

Οι άνεμοι –χειμερινοί, ψυχροί θερινοί, δροσεροί– κατεύθυνση και ένταση,

Η σχετική υγρασία (μέση, μέγιστη, ελάχιστη) και οι διακυμάνσεις της χειμώνα και καλοκαίρι.

Οι κλιματικές συνθήκες επηρεάζουν το σχεδιασμό του κτηρίου στη φάση των αρχικών επιλογών, δηλαδή στα προσχέδια, με την έννοια της χωροθέτησής του στο οικόπεδο, έτσι ώστε να αξιοποιούνται οι θετικές παράμετροι –ήλιος το χειμώνα, δροσεροί άνεμοι το καλοκαίρι– με παράλληλη αποφυγή των ψυχρών ανέμων και της υγρασίας.

Στην περίπτωση που δεν είναι διαθέσιμα τα τοπικά κλιματικά δεδομένα, λαμβάνονται υπόψη αυτά του πλησιέστερου μετεωρολογικού σταθμού.

1.2.2. Το φυσικό περιβάλλον Το ανάγλυφο του εδάφους, επίπεδο ή με κλίση, επηρεάζει την τοποθέτηση του κτηρίου,

αλλά και τη μορφολογία του, σε επίπεδη διάταξη ή κλιμακωτή προσαρμοσμένη στο έδαφος.

Ο προσδιορισμός των προσήλιων και υπήνεμων περιοχών, σε σχέση με τους ψυχρούς χειμερινούς ανέμου καθορίζει την ένταξη του κτηρίου στο οικόπεδο.

Το τοπίο -βλάστηση χαμηλή ή δέντρα- καθορίζει τις επιλογές για τη χωροθέτηση του κτηρίου -αποφυγή της σκίασης το χειμώνα, εξαρτώμενης από το ύψος των γύρω στοιχείων - κτηρίων, αναγλύφου και δέντρων -φυλλοβόλα ή αειθαλή, ενώ αντίστροφα το καλοκαίρι επιδιώκεται η σκίασή του από τα δέντρα και τα γύρω στοιχεία, εφόσον είναι εφικτή.

Η θέα -εφόσον υπάρχει- είναι καθοριστικός παράγων ως προς την τοποθέτηση του κτηρίου και των ανοιγμάτων στο κέλυφός του, καθώς και ως προς τη διάταξη των εσωτερικών χώρων. Στην περίπτωση που η θέα βρίσκεται στη βορεινή πλευρά του οικοπέδου, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, προβλέποντας μεγάλα ανοίγματα στο κτήριο προς το Βορρά, παρά το γεγονός ότι ίσως αυξάνονται οι θερμικές απώλειες του κελύφους.

Η γειτνίαση με νερό -θάλασσα, ποτάμι, λίμνη- αποτελεί στοιχείο βοηθητικό για τη δημιουργία άνετου μικροκλίματος το καλοκαίρι στο άμεσο περιβάλλον του κτηρίου, αρκεί να διασφαλίζεται η προστασία του από την υγρασία, κυρίως το χειμώνα.

1.3. Αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού Ο σχεδιασμός του κτηρίου οφείλει να συνάδει με τις ακόλουθες βιοκλιματικές αρχές λειτουργίας του:

1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης τον χειμώνα:

1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο – Προσανατολισμός,

8

1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου,

1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού,

1.3.1.4. ∆ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων.

1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας:

1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους,

1.3.2.2. Θερμική προστασία – θερμομόνωση.

1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας:

1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα

1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης:

1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων,

1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών,

1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας,

1.3.4.4. Θερμομόνωση,

1.3.4.5. Φυσικός αερισμός,

1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία,

1.3.4.7. Μικροκλίμα.

1.3.1. Το κτήριο ως φυσικός ηλιακός συλλέκτης 1.3.1.1. Χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο – Προσανατολισμός

Η χωροθέτηση του νέου κτηρίου στο οικόπεδο οφείλει να διασφαλίζει νότιο προσανατολισμό της μεγαλύτερης όψης του. Επιτρέπονται αποκλίσεις έως ± 30o (ανατολικά ή δυτικά) του νότου.

Στην περίπτωση αστικού οικοπέδου με δυσμενή προσανατολισμό, δηλαδή με όψεις ελεύθερες μόνον σε ανατολή και δύση, η δυνατότητα προσανατολισμού προς το νότο μπορεί να επιτευχθεί μέσω προεξοχών του κελύφους, των οποίων η όψη στρέφεται προς το νότο.

Ο έλεγχος του ηλιασμού του κτηρίου πραγματοποιείται με την χρήση των ηλιακών χαρτών-διαγραμμάτων, βάσει των οποίων καθορίζεται και η απόσταση από τα γειτονικά κτήρια-εμπόδια. Ο έλεγχος αυτός καθορίζει την τελική τοποθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο (Σχήμα 1.1). Η χρήση των ηλιακών χαρτών περιγράφεται στο κεφ. 2, § 2.2.

Υφίσταται ένας εμπειρικός κανόνας χρήσιμος στη φάση των προσχεδίων για τον έλεγχο του ηλιασμού το χειμώνα, ο οποίος καθορίζει ότι: για νότιο προσανατολισμό η απόσταση ανάμεσα στο χωροθετούμενο κτήριο και το υφιστάμενο εμπόδιο πρέπει να ισούται με 1,5 × το ύψος του εμποδίου (Σχήμα 1.2). Αναγκαία η χρήση της τομής του υφιστάμενου εμποδίου και του νέου κτηρίου.

Για παράδειγμα, εάν το υφιστάμενο κτήριο-εμπόδιο έχει ύψος 15 μ., η ελάχιστη απόσταση χωροθέτησης του νέου κτηρίου πρέπει να είναι ίση με 1,5×15μ.= 22,50 μ., προκειμένου το νέο κτήριο να έχει ήλιο τον χειμώνα. Πιο αναλυτικές οδηγίες δίνονται στο κεφ. 2.

9

Σχήμα 1.1. Έλεγχος του ηλιασμού μιας ανεγειρόμενης και μιας προτεινόμενης θέσης της

οικοδομής

Σχήμα 1.2. Ηλιασμός οικοδομής, στην περίπτωση υποχώρησης στο οικόπεδο

1.3.1.2. Σχήμα κτηρίου

Για το εύκρατο κλίμα της Ελλάδας, το καταλληλότερο σχήμα είναι το επίμηκες κατά τον άξονα ανατολής-δύσης, γιατί προσφέρει μεγαλύτερη επιφάνεια προς το νότο για την συλλογή της ηλιακής θερμότητας το χειμώνα. Η αναλογία βάθους προς πλάτος της κάτοψης πρέπει να είναι ≈ 1/1,5. Βεβαίως, όταν το οικόπεδο είναι επίμηκες κατά τον άξονα βορρά-νότου, τότε επιλέγουμε λύσεις με όγκους σπαστούς, ή κλιμακωτή οργάνωση του κτηρίου, έτσι ώστε οι πίσω χώροι να δέχονται ήλιο το χειμώνα (Σχήμα 1.3).

Σχήμα 1.3. Κτήριο επίμηκες κατά τον άξονα βορρά-νότου, σε κλιμακωτή διάταξη

10

1.3.1.3. Μέγεθος ανοιγμάτων συναρτήσει του προσανατολισμού

Οι γυάλινες επιφάνειες των ανοιγμάτων ενός κτηρίου αποτελούν τον οικονομικότερο, αποδοτικότερο και απλούστερο ηλιακό συλλέκτη το χειμώνα, αρκεί να έχουν προσανατολισμό νότιο ή ± 30ο ανατολικά ή δυτικά του νότου.

Προτείνονται μεγάλα μεγέθη ανοιγμάτων προς το νότιο προσανατολισμό, μέτριου μεγέθους στην ανατολική και δυτική όψη και μικρότερα ανοίγματα στο βορρά. Τα τελευταία, παρά το προτεινόμενο μικρό μέγεθός τους, πρέπει οπωσδήποτε να προβλέπονται στο σχεδιασμό των κτηρίων, διότι πέραν της διασφάλισης φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους, παρέχουν τη δυνατότητα διαμπερούς αερισμού το καλοκαίρι, συνεπώς και φυσικού δροσισμού του κτηρίου.

1.3.1.4. ∆ιάρθρωση των εσωτερικών χώρων

Ο προσανατολισμός των εσωτερικών χώρων παραμένει ένα κρίσιμο ζήτημα, εξαρτώμενος από τη χρήση ενός χώρου και τις ανάγκες των ενοίκων. Η βορεινή πλευρά του κτηρίου το χειμώνα είναι η πιο ψυχρή, η λιγότερη φωτεινή και δε δέχεται καθόλου ήλιο. Για τους λόγους αυτούς, στην πλευρά αυτή τοποθετούνται οι χώροι των οποίων η χρήση είναι ολιγόωρη, ενώ ταυτόχρονα λειτουργούν ως ζώνη προστασίας από τους ψυχρούς ανέμους και ως χώροι ανάσχεσης των θερμικών απωλειών των κύριων χώρων ζωής.

Για παράδειγμα, στην κατοικία προς το βορρά τοποθετούνται τα κλιμακοστάσια, λουτρό – W.C., αποθήκη και χώρος στάθμευσης αυτοκινήτων.

Στη νότια πλευρά τοποθετούνται οι χώροι κύριας και πολύωρης χρήσης, έτσι ώστε να απολαμβάνουν τα θερμικά κέρδη από τον ήλιο το χειμώνα, είναι πιο ευχάριστοι και πιο φωτεινοί, ενώ παράλληλα παρέχουν τη δυνατότητα ένταξης παθητικών ηλιακών συστημάτων (Σχήμα 1.4).

Σε κτήρια άλλης χρήσης, όπως νοσοκομεία, ξενοδοχεία, γραφεία κ.λ.π. επιδιώκεται, κατά τον σχεδιασμό, οι χώροι πολύωρης - κύριας χρήσης να τοποθετούνται προς το νότο ή ανατολή, υπό την προϋπόθεση ότι λαμβάνεται μέριμνα για το σκιασμό τους το καλοκαίρι, ενδεχομένως και το χειμώνα, προς αποφυγή της θάμβωσης που προκαλείται στους χρήστες από το έντονο φως του ήλιου, π.χ. στα γραφεία. Σε κτήρια ειδικής χρήσης, όπως εργοστάσια, βιβλιοθήκες κ.λ.π., η εσωτερική οργάνωση των χώρων ρυθμίζεται, κυρίως, σε σχέση με την ποιότητα και την ποσότητα του απαιτούμενου φυσικού φωτισμού.

Σχήμα 1.4. Εσωτερική διάταξη χώρων κατοικίας - ∆ιαγραμματική κάτοψη και τομή

βιοκλιματικού κελύφους

11

1.3.2. Το κτήριο ως παγίδα θερμότητας Για την αποτελεσματική λειτουργία του κτηρίου, ως φυσικού ηλιακού συλλέκτη, είναι ανάγκη η θερμότητα, που προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία, να παγιδεύεται στο εσωτερικό του. Προς τούτο συνιστάται αφενός προστασία του κτηρίου από τους ψυχρούς χειμερινούς ανέμους και αφετέρου θερμομόνωση του κελύφους του.

1.3.2.1. Προστασία από ψυχρούς ανέμους

Η προστασία του κτηρίου από τους ψυχρούς, χειμερινούς ανέμους επιτυγχάνεται με κατάλληλους χειρισμούς στο άμεσο εξωτερικό περιβάλλον του: με τη φύτευση αειθαλών δέντρων ή χαμηλής βλάστησης ή ανεμοφράκτη για την εκτροπή των ανέμων (Σχήμα 1.5) ή με την πρόβλεψη κατάλληλων προεξοχών στο κέλυφος του κτηρίου.

α

h

5h

h/8

h

17h/4

h/2h

15h/4

h

h

3h

2h

h

3h

h

h

4h

hβ

2h

1,5m

h

25-30%

2h

h

40%

2h

1,5m

h

60%

h

h

γ

Σχήμα 1.5. Εκτροπή ψυχρού ανέμου με την χρήση ανεμοφράκτη, δέντρων ή θάμνων: (α) οι συμπαγείς φράκτες προκαλούν στροβιλισμούς, ενώ οι διάτρητοι -συνδυασμός θάμνων

και δέντρων- αυξάνουν τη ζώνη ηρεμίας.

(β) Ζώνη επίδρασης ανεμοφράκτη, ανάλογα με τη μορφή και το πάχος του.

(γ) Ικανότητα μείωσης της διείσδυσης του ανέμου από ανεμοφράκτες διαφόρων τύπων.

1.3.2.2. Θερμική προστασία - Θερμομόνωση

Για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών από το κέλυφος του κτηρίου προς το εξωτερικό περιβάλλον επιβάλλεται:

α) Κατάλληλη θερμομόνωση των συμπαγών στοιχείων του κελύφους, δηλαδή τοίχων, δαπέδων, οροφών. Οι επιλογές, ως προς τα υλικά και το πάχος της θερμομόνωσης, εξαρτώνται από την κλιματική ζώνη (μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές συντελεστή θερμοπερατότητας). Περισσότερες τεχνικές πληροφορίες στην ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010 «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής

12

απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης». Ωστόσο, επισημαίνεται ότι για να λειτουργήσει το κτήριο αποτελεσματικότερα, ως αποθήκη θερμότητας, πρέπει η θερμομόνωση των συμπαγών δομικών του στοιχείων να τοποθετείται στην εξωτερική τους πλευρά (Σχήμα 1.6). Έτσι περιορίζονται και οι θερμογέφυρες. Η περίπτωση κατασκευής διπλού τοίχου από τούβλο με την θερμομόνωση στον πυρήνα, αποτελεί λύση αποδεκτή, αρκεί το πάχος κάθε παρειάς του τοίχου να είναι τουλάχιστον 9 εκ.

β) Eπιλογή κατάλληλων κουφωμάτων, ανάλογα με την κλιματική ζώνη, με διπλά ή πολλαπλά τζάμια με χαμηλό συντελεστή θερμοπερατότητας και εξώφυλλα με θερμομόνωση ή όχι.

γ) Καλή αεροστεγάνωση των αρμών των κουφωμάτων.

Σχήμα 1.6. ∆ιαγραμματική τομή κελύφους για την αποθήκευση της θερμότητας

1.3.3. Το κτήριο ως αποθήκη θερμότητας Για την αποτελεσματική βιοκλιματική λειτουργία του κτηρίου, η συλλεγείσα θερμότητα από τον ήλιο πρέπει να αποθηκεύεται στη μάζα του.

1.3.3.1. Θερμική μάζα - θερμοχωρητικότητα

Ο πιο αποτελεσματικός «αποθηκευτής» της ηλιακής θερμότητας είναι η ίδια η κατασκευή του κτηρίου, δηλαδή τα δάπεδα, οι τοιχοποιίες, οι οροφές. Τα βαριά υλικά, σκυρόδεμα, πέτρα, τούβλα, άργιλος έχουν μεγάλη πυκνότητα και ειδική θερμοχωρητικότητα, συνεπώς μεγάλη θερμοχωρητικότητα, άρα και ικανότητα αποθήκευσης της θερμότητας.

Η απορρόφηση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας γίνεται άμεσα από το δάπεδο και τους παρακείμενους τοίχους και έμμεσα από την οροφή με την κίνηση του θερμού αέρα προς τα πάνω (όντας ελαφρύτερος).

Όσο περισσότερη μάζα διαθέτει το κτήριο στο εσωτερικό του, τόσο μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας αποθηκεύει, διατηρώντας τη θερμοκρασία του χώρου σταθερή, σε επίπεδα θερμικής άνεσης για πολλές ώρες, ενώ παράλληλα περιορίζεται η λειτουργία της βοηθητικής θέρμανσης το χειμώνα, αλλά και της ψύξης το καλοκαίρι.

Επισημαίνεται ότι οι συνήθεις κατασκευές με σκελετό από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιίες από τούβλα παρέχουν την αναγκαία θερμική μάζα και την αντίστοιχη θερμοχωρητικότητα για την αποθήκευση των ηλιακών απολαβών, υπό την προϋπόθεση ότι η θερμομόνωση βρίσκεται στην εξωτερική παρειά των φερόντων στοιχείων. Οι τοίχοι πλήρωσης από διπλή οπτοπλινθοδομή με θερμομόνωση στον πυρήνα εξασφαλίζουν επίσης επαρκή θερμική μάζα, υπό τον όρο ότι η εσωτερική παρειά της οπτοπλινθοδομής έχει πάχος 9 εκ.

13

1.3.4. Το κτήριο ως αποδέκτης και αποθήκη φυσικής ψύξης Το καλοκαίρι η έντονη ηλιακή ακτινοβολία και οι υψηλές θερμοκρασίες επιβαρύνουν το κτήριο, με αποτέλεσμα να προκαλείται κίνδυνος υπερθέρμανσης στους εσωτερικούς χώρους. Για την επίτευξη του φυσικού δροσισμού απαιτείται τόσο η προστασία του κτηρίου από τον ήλιο, ιδιαίτερα των ανοιγμάτων του, όσο και η μεταφορά της περίσσειας θερμότητας προς το ύπαιθρο, με φυσικό αερισμό και άλλες τεχνικές που παρατίθενται κατωτέρω.

Συνεπώς οι ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου, που προτείνονται για την επίτευξη του φυσικού δροσισμού, είναι οι εξής:

1.3.4.1. Ηλιοπροστασία κτηρίου και ανοιγμάτων

α) Τοποθέτηση φυλλοβόλων δέντρων ή βλάστησης, σε κατάλληλες θέσεις, στην περίπτωση χαμηλής δόμησης ή μεμονωμένων κτηρίων.

β) Για το σκιασμό των ανοιγμάτων, τοποθέτηση σκιάστρων ή προεξοχών του ίδιου του κτηρίου, των οποίων η γεωμετρία και η θέση τους εξαρτώνται από τον προσανατολισμό τους:

για το νότιο προσανατολισμό τα πιο κατάλληλα συστήματα σκίασης είναι τα οριζόντια, σταθερά ή κινητά. Το βάθος της προεξοχής καθορίζεται από το ύψος του ανοίγματος και το ύψος του ήλιου, δηλαδή από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (βλ. κεφ. 2, § 2.2).

για τον ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό κατάλληλα είναι τα κατακόρυφα συστήματα σκίασης, κάθετα στην όψη του κτηρίου ή υπό κλίση (βλ. κεφ. 2, § 2.2).

για νοτιανατολικό και νοτιοδυτικό προσανατολισμό, τα συστήματα σκίασης πρέπει να είναι συνδυασμός οριζόντιων και κατακόρυφων στοιχείων (βλ. κεφ. 2, § 2.2).

1.3.4.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών

Η μέγιστη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας τη θερινή περίοδο συμβαίνει στα δώματα, με αποτέλεσμα οι τελευταίοι όροφοι των κτηρίων να είναι περισσότερο επιβαρυμένοι. Επομένως συνιστώνται:

∆ώματα ανοιχτού χρώματος ή με ανακλαστική επιφάνεια ή με φύτευση (φυτεμένα δώματα),

Εξωτερικοί τοίχοι ανοιχτού χρώματος, κυρίως οι δυτικού προσανατολισμού καθώς και φυτεμένοι τοίχοι με αναρριχητικά φυτά ή κατακόρυφοι κήποι (vertical gardens).

1.3.4.3. Επάρκεια θερμικής μάζας

Τα υλικά της κατασκευής του κτηρίου, εφόσον είναι βαριά, συνιστούν την αναγκαία θερμική μάζα για την παραλαβή της αυξημένης θερμότητας το καλοκαίρι. Τα κτήρια που ανήκουν στις κλιματικές ζώνες (Α) και (Β) έχουν ανάγκη μεγαλύτερης θερμικής μάζας, προκειμένου να λειτουργήσουν αποτελεσματικά και να περιορίζεται η χρήση κλιματισμού.

1.3.4.4. Θερμομόνωση

Η θερμομόνωση του κελύφους του κτηρίου είναι αναγκαία, γιατί μειώνει το ψυκτικό του φορτίο.

14

1.3.4.5. Φυσικός αερισμός

Η κίνηση του δροσερού αέρα μέσα στο κτήριο απομακρύνει την πλεονάζουσα θερμότητα προς το ύπαιθρο. Οι παράμετροι που επηρεάζουν τις συνθήκες φυσικού αερισμού είναι:

α) Η διεύθυνση και η ένταση των δροσερών ανέμων στην περιοχή τη θερινή περίοδο,

β) Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων στο κτήριο,

γ) Η χρήση του κτηρίου.

1.3.4.6. Νυχτερινή ακτινοβολία

Όλες οι εξωτερικές επιφάνειες των κτηρίων ακτινοβολούν σημαντικά ποσά θερμότητας προς τον καθαρό ουρανό κατά την διάρκεια της νύχτας, το καλοκαίρι. Ιδιαίτερα τα δώματα των κτηρίων, λόγω της οριζόντιας επιφάνειάς τους, εκπέμπουν μεγαλύτερα ποσά θερμότητας προς τον ουρανό, σε σχέση με τις άλλες επιφάνειες των κτηρίων. Για το λόγο αυτό, στα δώματα μπορούν να εφαρμοσθούν ειδικά συστήματα–κατασκευές, εκ των οποίων οι συνηθέστερες είναι οι μεταλλικοί ακτινοβολητές.

1.3.4.7. Μικροκλίμα

Η εξάτμιση του νερού από υδάτινα στοιχεία, καθώς και η εξατμισοδιαπνοή από τα φυλλώματα των δέντρων ή/και της βλάστησης προκαλούν πτώση της θερμοκρασίας του αέρα. Ως χρόνος καλύτερης απόδοσης της εξάτμισης ορίζονται οι μεσημβρινές ώρες, γιατί τότε η υγρασία του αέρα είναι χαμηλή.

1.4. Βιβλιογραφία 1. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα»,

University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006.

2. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., Ερευνητικό Πρόγραμμα: «Aplication of RES in Saint John's Settlement Renewal - ECO TOWN», ALTENER II Programme, Directorate General XVII for Energy, 1999-2001.

3. Colombo, R., Landabaso, A., Sevilla, A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communities, 1994.

4. Fathy, H., «Natural Energy and Vernacular Architecture», The University of Chicago Press, Chicago, 1986.

5. Grapsas, K., «Considering Microclimate in Building Design, a Design Study in Lefkada, Hellas». MPhil Dissertation, Department of Architecture, University of Cambridge, 2001.

6. Grapsas, K., «The Use of Transitional Spaces in Environmental Control – a Study through History and Different Climates». Proceedings of Passive and Low Energy Architecture Conference (PLEA), Santiago, Chile, 2003.

7. Goulding J.R, Lewis J.O., Steemers T,C. (Επιμ), «Energy in Architecture, The European Passive Solar Handbook», Commission of the European Communities, 1994. Ελληνική έκδοση: «Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα Παθητικά ηλιακά κτήρια», μεταφρ. Ε. Τσίγκας, Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Ένωση, 1996.

8. Huet,O., & Celaire, R., «Bioclimatisme en Zone Tropicale», GRET, Paris, 1986.

9. Mazria (Ed.), «The Passive Solar Energy Book», Rodale Press, Emmaus, Pa., 1979.

15

10. Παπαδόπουλος, Μ., & Αξαρλή, Κ., «∆ομική Φυσική ΙΙ, Ενεργειακός Σχεδιασμός – Παθητικά Ηλιακά Συστήματα», Αφοί Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη, 1982.

11. Rapoport, A., «House Form and Culture|», New Jersey, 1969.

12. Roaf, S., et al «Adapting Buildings and Cities for Climate Change», Elsevier, Amsterdam, 2005.

13. Szokolay, S.V. «Introduction to Architectural Science, The Basis for Sustainable Design», Elsevier, Amsterdam, 2008.

14. Yannas, S., «Solar Energy and Housing Design: Principles, Objectives, Guidelines», Architectural Association Publications, 1993.

1.5. Πηγές σχημάτων Σχήμα 1.1. Πηγή: Ανδρεαδάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και

Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 67.

Σχήμα 1.2. Πηγή: όπ. π.: σελ. 66.

Σχήμα 1.3. Πηγή: όπ. π.: σελ. 65.

Σχήμα 1.4. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής:: Ανδρεαδάκη-Χρονάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα»,University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 72.

Σχήμα 1.5. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communitieς, 1994, σελ. 120.

Σχήμα 1.6. Πηγή: Ανδρεαδάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 75.

16

2. ΗΛΙΑΣΜΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ

2.1. Ηλιακή ακτινοβολία Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια του ήλιου περιλαμβάνει όλα τα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, από τη μεγάλου μήκους θερμική ακτινοβολία, μέχρι την πολύ μικρού μήκους υπεριώδη ακτινοβολία. Το ορατό φως, στο οποίο το ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητο, αποτελεί το 46% της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας και εμπεριέχει όλο το φάσμα των χρωμάτων. Το 49% της ακτινοβολίας ανήκει στην υπέρυθρη ζώνη, την οποία αισθανόμαστε ως θερμότητα, ενώ η υπόλοιπη ποσότητα (5%) ανήκει στην υπεριώδη και κοσμική ακτινοβολία, την οποία δεν αντιλαμβανόμαστε.

Προκειμένου να προσδιοριστεί ο ηλιασμός ενός κτηρίου ή ενός οικοπέδου υιοθετείται η παραδοχή των φαινόμενων τροχιών του ήλιου, δηλαδή θεωρείται ότι η γη παραμένει σταθερή, ενώ ο ήλιος κινείται. Αυτή η παραδοχή διευκολύνει στη γεωμετρική απεικόνιση των φαινόμενων τροχιών του ήλιου, οι οποίες ακολουθούν μια μεγάλη συνεχή σπείρα (Σχήμα 2.1). Οι φαινόμενες τροχιές του ήλιου ταυτίζονται ανά δύο μήνες εκτός του ∆εκεμβρίου και του Ιουνίου. Ο μήνας ∆εκέμβριος έχει τη χαμηλότερη τροχιά, ενώ ο Ιούνιος την υψηλότερη.

Για να συσχετιστούν οι φαινόμενες τροχιές του ήλιου με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των κτηρίων, κατά το σχεδιασμό τους, πρέπει να είναι γνωστή η θέση του ήλιου στον ουρανό και στον ορίζοντα αντίστοιχα.

Σχήμα 2.1. Σχηματική αναπαράσταση των φαινόμενων τροχιών του ήλιου

Η θέση αυτή προσδιορίζεται από τη στερεά γωνία, η οποία αναλύεται σε δύο επίπεδες γωνίες: τη γωνία ύψους, που ορίζεται από τη θέση του ήλιου στον ουρανό ως προς το οριζόντιο επίπεδο και τη γωνία αζιμουθίου, η οποία ορίζεται από την ορθή προβολή της θέσης του ήλιου στο οριζόντιο επίπεδο σε σχέση με την πραγματική κατεύθυνση του νότου (Σχήμα 2.2). Ο προσδιορισμός του ηλιασμού βασίζεται στη συσχέτιση των γεωμετρικών δεδομένων του κτηρίου με τα γεωμετρικά δεδομένα της εκάστοτε θέσης του ήλιου.

17

Σχήμα 2.2. Οι γωνίες ύψους και αζιμουθίου ορίζουν τη θέση του ήλιου. Ορθή προβολή των φαινόμενων τροχιών του ήλιου στον ηλιακό χάρτη

2.2. Υπολογισμός Ηλιακών Γωνιών Η θέση του ηλίου, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, περιγράφεται από δύο γωνίες:

Το ηλιακό ύψος (α)

Το ηλιακό αζιμούθιο (γs)

Το ύψος του ηλίου (α) (σε μοίρες) είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της θέσης του ήλιου στον ουρανό και του οριζόντιου επιπέδου, ενώ το αζιμούθιο (γs) (σε μοίρες) είναι η γωνία της ορθής προβολής του ήλιου επάνω στο οριζόντιο επίπεδο, σε σχέση με τον τοπικό μεσημβρινό Βορρά-Νότου. Στην κατεύθυνση του Νότου, σύμφωνα με παραδοχή, ορίζεται η γωνία αζιμουθίου ίση με 0ο, αρνητική προς την ανατολή και θετική προς τη δύση. Οι σχέσεις υπολογισμού των γωνιών δίνονται αντίστοιχα από τις σχέσεις 4.11 και 4.12 της ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010 «Κλιματικά ∆εδομένα Ελληνικών Περιοχών». Στους ηλιακούς χάρτες, που δίνονται στο παράρτημα Γ της ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010, η θέση του ηλίου, σε συγκεκριμένο γεωγραφικό πλάτος, ορίζεται βάσει των δύο αυτών γωνιών: δηλαδή του αζιμουθίου στον οριζόντιο άξονα και του ύψους στον κατακόρυφο άξονα.

α

γs

N

B

A

∆

Σχήμα 2.3. Γωνία ύψους (α) και αζιμουθίου του ήλιου (γs)

Ο σκιασμός ή ο ηλιασμός ενός κτηρίου ή ενός στοιχείου του μπορεί να υπολογιστεί, γνωρίζοντας τη γεωμετρία του ήλιου, το γεωγραφικό πλάτος όπου βρίσκεται το κτίριό μας και

18

τον προσανατολισμό των επιφανειών, με τη βοήθεια της οριζόντιας (HSA) και της κατακόρυφης γωνίας σκίασης (VSA) της επιφάνειας.

Η οριζόντια γωνία σκίασης (HSA) (σε μοίρες) είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του αζιμουθίου της επιφάνειας (γ) και του ηλιακού αζιμουθίου, ενώ η κατακόρυφη γωνία σκίασης (VSA) (σε μοίρες) είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης του ηλίου, σε σχέση με το επίπεδο της επιφάνειάς μας και το οριζόντιο επίπεδο και εξαρτάται από το ύψος του ήλιου και την οριζόντια γωνία σκίασης.

Το αζιμούθιο της επιφάνειας (-180ο≤γ≤180ο) είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του μεσημβρινού που περνά από το επίπεδο αναφοράς και την προβολή σε οριζόντιο επίπεδο της καθέτου επί του επιπέδου. Σύμφωνα με την παραδοχή, για τους υπολογισμούς του ηλιασμού / σκιασμού για επίπεδο με νότιο προσανατολισμό ισχύει γ=0ο, για δυτικό προσανατολισμό γ=90ο, για ανατολικό προσανατολισμό γ=-90ο και για βόρειο προσανατολισμό γ=180ο.

Έτσι, η οριζόντια γωνία σκίασης (HSA) δίνεται από τη σχέση: o

sHSA 90

Και η κατακόρυφη γωνία σκίασης (VSA) δίνεται από τη σχέση:

HSA

aVSA

cos

tantan 1

Για παράδειγμα, για γεωγραφικό πλάτος 38οΒ, στις 12:00 το μεσημέρι, το ύψος του ήλιου τον Ιούνιο είναι α=77ο και το ∆εκέμβριο α=29ο, ενώ και στις δύο περιπτώσεις το αζιμούθιο ισούται

με το μηδέν (γs=0ο)1, όπως φαίνεται από το ηλιακό διάγραμμα του παραρτήματος Γ της

ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010 ή όπως υπολογίζεται από τις σχέσεις 4.11 και 4.12 της ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010. Για ένα επίπεδο με απόκλιση 10ο από το νότο προς τη δύση (γ=10ο), η οριζόντια και η κατακόρυφη γωνία σκίασης στις 12:00 το μεσημέρι, είναι αντίστοιχα:

Για τον Ιούνιο: oooHSA 10100

oo

o

VSA 19.7710cos

77tantan 1

Για το ∆εκέμβριο: oooHSA 10100

oo

o

VSA 37.2910cos

29tantan 1

Γνωρίζοντας την κατακόρυφη γωνία σκίασης, μπορεί εύκολα να οριστεί ο ηλιασμός και ο σκιασμός από την άμεση ηλιακή ακτινοβολία των επιφανειών του κτηρίου ή/και στοιχείων του, σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Για το παράδειγμα του Σχήματος 2.4, όπου φαίνεται το σκαρίφημα του τοπογραφικού ενός κτηρίου του οποίου ζητείται να υπολογισθεί η σκίαση, του οποίου η νότια επιφάνεια έχει 10ο απόκλιση προς τη ∆ύση, μπορούν να ορισθούν σχηματικά (στις τομές που φαίνονται στα Σχήματα 2.5 και 2.6) ο ηλιασμός και η σκίαση του κτηρίου, το μεσημέρι, τόσο από τον περιβάλλοντα χώρο της, όσο και από τις αρχιτεκτονικές προεξοχές για τον Ιούνιο και το ∆εκέμβριο αντίστοιχα, με τις γωνίες που υπολογίσθηκαν παραπάνω. Παρατηρείται ότι τον Ιούνιο, που ο ήλιος βρίσκεται ψηλά, η νότια πλευρά του κτηρίου μπορεί να σκιασθεί κυρίως από οριζόντιες προεξοχές. Το ∆εκέμβριο, που ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά, τα ψηλά γειτονικά κτήρια μπορεί να εμποδίσουν τον ηλιασμό της νότιας πλευράς του κτηρίου σε μεγάλο βαθμό. Όπως αναλύεται και στην παράγραφο 2.3.1, ο χειμερινός ηλιασμός του κτηρίου είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπ’όψη κατά τη χωροθέτηση του κτηρίου στο οικόπεδο. Για τη διαστασιολόγηση των αρχιτεκτονικών προεξοχών που προσφέρουν σκιασμό σε νότια ανοίγματα τη θερινή περίοδο, λαμβάνεται υπ’όψη ο θερινός ηλιασμός (Σχήμα 2.5).

1 Ο τρόπος ανάγνωσης των γωνιών από τον ηλιακό χάρτη αναλύεται στην επόμενη παράγραφο.

19

Επισημαίνεται, τέλος, ότι στην αγορά διατίθεται πληθώρα λογισμικών για τον υπολογισμό της σκίασης / ηλιασμού στοιχείων του κτηρίου καθώς και κτιριακών συνόλων.

+3.25

+3.00

+9.00

+9.30

+2.75

+0.00- +0.00- +0.00- +6.00

+12.00

B

Σχήμα 2.4. Σκαρίφημα τοπογραφικού διαγράμματος κτηρίου που ζητείται ο ηλιασμός,

σκιασμός του από τον περιβάλλοντα χώρο και προεξοχές, του οποίου οι τομές φαίνονται στα Σχήματα 2.5 και 2.6

Σκιασμός

Ιούνιος

ΗλιασμόςΣκιασμός

7 7 . 1 9 °

Σχήμα 2.5. Ηλιασμός και σκιασμός κτηρίου από τον περιβάλλοντα χώρο και από προεξοχές,

για νότια προσανατολισμένη επιφάνεια με 10ο απόκλιση προς τη ∆ύση, στις 12:00 το μεσημέρι τον Ιούνιο, για γεωγραφικό πλάτος 38ο Β.

20

∆εκέμβριος

Ηλιασμός Σκιασμός

Σκιασμός

2 9 . 3 7 °

Σχήμα 2.6. Ηλιασμός και σκιασμός από τον περιβάλλοντα χώρο και από προεξοχές, για

νότια προσανατολισμένη επιφάνεια με 10ο απόκλιση προς τη ∆ύση, στις 12:00 το μεσημέρι το ∆εκέμβριο, για γεωγραφικό πλάτος 38ο Β.

2.3. Ηλιακοί χάρτες Ηλιακοί χάρτες ονομάζονται τα διαγράμματα, τα οποία απεικονίζουν τις φαινόμενες τροχιές του ήλιου στο επίπεδο ορθής προβολής για συγκεκριμένο γεωγραφικό πλάτος. Με τα διαγράμματα αυτά προσδιορίζεται η θέση -ύψος και αζιμούθιο- του ήλιου για κάθε μήνα -συνήθως την 21η του μήνα- για όλες τις ώρες της ημέρας. Έχουν δημιουργηθεί ηλιακοί χάρτες για όλα τα γεωγραφικά πλάτη. Για την Ελλάδα, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, υπάρχουν διαθέσιμοι ηλιακοί χάρτες στο Παράρτημα Γ’ της ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010 «Κλιματικά ∆εδομένα Ελληνικών Περιοχών», για γεωγραφικά πλάτη από 35ο Β έως 40ο Β, με βήμα 1ο. Ηλιακοί χάρτες απεικονίζονται στο Σχήμα 2.7, για βόρεια γεωγραφικά πλάτη 36ο και 40ο

αντίστοιχα.

21

Σχήμα 2.7. Ηλιακοί χάρτες για Βόρεια γεωγραφικά πλάτη 36ο και 40ο αντίστοιχα

Σε κάθε ηλιακό χάρτη απεικονίζονται επτά (7) φαινόμενες τροχιές του ήλιου, από τις οποίες αυτή του ∆εκεμβρίου έχει τη χαμηλότερη τροχιά (την 21η ∆εκεμβρίου παρατηρείται το χειμερινό ηλιοστάσιο), ενώ του Ιουνίου έχει τη μεγαλύτερη (την 21η Ιουνίου παρατηρείται το θερινό ηλιοστάσιο). Οι υπόλοιπες φαινόμενες τροχιές ανήκουν σε δύο μήνες (Ιανουάριος και Νοέμβριος έχουν την ίδια φαινόμενη τροχιά, αντίστοιχα Φεβρουάριος και Οκτώβριος, Απρίλιος και Αύγουστος, Μάιος και Ιούλιος). Την 21η Μαρτίου και Σεπτεμβρίου παρατηρείται η ισημερία, εαρινή και φθινοπωρινή, αντίστοιχα. Η εκάστοτε θέση του ήλιου ορίζεται από τη γωνία αζιμουθίου και τη γωνία ύψους. Στην κάτω οριζόντια ευθεία του ηλιακού χάρτη καταγράφονται οι γωνίες αζιμουθίου ως προς τον ηλιακό νότο, που βρίσκεται στο κέντρο, με γωνία 0ο. Αριστερά του νότου, στη γωνία των 90ο ορίζεται η ανατολή και δεξιά, πάλι στη γωνία των 90ο, ορίζεται η δύση. Η κάθετη ευθεία (τεταγμένη) προσδιορίζει τις γωνίες ύψους του ήλιου, για όλες τις ώρες της ημέρας και για όλους τους μήνες. Οι διακεκομμένες καμπύλες προσδιορίζουν τις ηλιακές ώρες, από την ανατολή μέχρι τη δύση.

Για παράδειγμα, για να προσδιοριστεί η θέση του ήλιου την 21η Ιανουαρίου, στις 10:00 π.μ., σε ένα τόπο με 40ο γεωγραφικό πλάτος (Θεσσαλονίκη), ακολουθείται η εξής πορεία:

επιλέγεται ο ηλιακός χάρτης που αντιστοιχεί σε 40ο Β.Γ.Π.

βρίσκεται η τροχιά του ήλιου που αντιστοιχεί στην 21η Ιανουαρίου και η καμπύλη της 10ης πρωινής ώρας.

στο σημείο όπου τέμνονται η τροχιά του ήλιου και η καμπύλη της ώρας, χαράζεται μία ευθεία κάθετη προς την οριζόντια και διαβάζεται η γωνία αζιμουθίου, η οποία είναι 31ο ανατολικά του νότου.

με τρόπο ανάλογο προσδιορίζεται και η γωνία ύψους του ήλιου, χαράζοντας μία παράλληλη προς την οριζόντια ευθεία και διαβάζεται το ύψος του ήλιου, το οποίο προκύπτει 23ο επάνω από τον ορίζοντα.

Ο μετρητής σκιασμού (Σχήμα 2.8) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σκιάς που δημιουργούν τα απέναντι ή τα κάθετα προς το κτήριο ή το οικόπεδο εμπόδια, για τα οποία αναζητείται ο ηλιασμός τους σε όλη τη διάρκεια του χρόνου. Οι γωνίες ύψους απεικονίζονται με τις καμπύλες, από 0ο-80ο και ορίζουν τη γωνία ύψους του/των απέναντι εμποδίων ως προς την οριζόντια ευθεία.

22

Σχήμα 2.8. Μετρητής σκιασμού για τον προσδιορισμό της σκίασης από τον περιβάλλοντα

χώρο -κτήρια, δέντρα

Με βάση το τοπογραφικό και τους όρους δόμησης που ισχύουν για την περιοχή, προσδιορίζεται η γωνία ύψους των εμποδίων που περιβάλλουν το οικόπεδο, είτε επί της οικοδομικής γραμμής είτε σε υποχώρηση από την οικοδομική γραμμή σε θέση της επιλογής μας.

Πιο αναλυτικά ακολουθούνται τα εξής βήματα:

α) Προσανατολίζεται το οικόπεδό μας ή το κτήριο στον ηλιακό χάρτη. Εάν είναι νότιο, ταυτίζεται η γωνία αζιμουθίου του οικοπέδου με τη γωνία 0ο του ηλιακού χάρτη, η οποία αντιστοιχεί στον ηλιακό νότο. Εάν είναι ανατολικό ταυτίζεται με τη γωνία των 90ο στα αριστερά του νότου, ενώ αν είναι δυτικό με τη γωνία των 90ο δεξιά του νότου. ∆ηλαδή, ως παρατηρητές βλέπουμε προς το νότο, οπότε αριστερά μας είναι η ανατολή και δεξιά η δύση.

β) Στην περίπτωση που το οικόπεδο ή κτήριο έχει άλλο προσανατολισμό -όχι ακριβώς νότιο, ανατολικό ή δυτικό- χαράζεται η κάθετη στην οικοδομική γραμμή του οικοπέδου και προσδιορίζεται η γωνία απόκλισης από το νότο, η οποία σημειώνεται στον ηλιακό χάρτη με ένα βέλος (Σχήμα 2.9).

γ) Στη συνέχεια ορίζονται τα αζιμούθια των απέναντι εμποδίων και υψώνονται κάθετες προς την οριζόντια ευθεία. Τα σημεία τομής των γωνιών που αντιστοιχούν στη γωνία ύψους των εμποδίων με τις κάθετες που υψώθηκαν (γωνίες αζιμουθίου), ορίζουν σημειακά τα απέναντι εμπόδια (Σχήμα 2.10).

δ) Η ίδια διαδικασία ακολουθείται για κάθε εμπόδιο, οπότε προκύπτουν πολλά σημεία τομής (Σχήμα 2.10). Το αποτέλεσμα είναι μία τεθλασμένη γραμμή, η οποία καθορίζει τη σκιά του περιβάλλοντος χώρου. Η επιφάνεια που βρίσκεται κάτω από την τεθλασμένη βρίσκεται στη σκιά, ενώ η επάνω από την τεθλασμένη δέχεται ήλιο.

ε) Εάν τα απέναντι κτήρια είναι ισοϋψή, λόγω ισχύοντος οικοδομικού κανονισμού, τότε η γραμμή σκιασμού είναι μια καμπύλη, η οποία αντιστοιχεί στη γωνία ύψους των απέναντι εμποδίων σε σχέση με το υπό εξέταση οικόπεδο ή κτήριο και μπορεί να προσδιοριστεί άμεσα με την χρήση του μετρητή σκιασμού, στον οποίο απεικονίζονται οι γωνίες ύψους των απέναντι εμποδίων.

Στο Σχήμα 2.11 φαίνεται ο έλεγχος ηλιασμού κατοικιών από τα γύρω κτήρια για το ∆εκέμβριο, με τη διαδικασία που αναλύθηκε παραπάνω.

23

Σχήμα 2.9. Ταύτιση ηλιακού χάρτη με τον μετρητή σκιασμού για γωνία 45ο δυτικότερα του

νότου

Σχήμα 2.10. Η χρήση του ηλιακού χάρτη για τον προσδιορισμό του σκιασμού από το

περιβάλλον κτήρια, δέντρα.

Σχήμα 2.11. Έλεγχος ηλιασμού κατοικιών, τον ∆εκέμβρη για ύψος ήλιου 30ο

24

2.3.1. Παράδειγμα εφαρμογής Σε συγκεκριμένο οικόπεδο, που ορίζεται από τα σημεία (Α) και (Β) (Σχήμα 2.12), πρόκειται να κατασκευαστεί τετραώροφη οικοδομή. Το οικόπεδο βρίσκεται απέναντι από υφιστάμενο κτήριο (4 ορόφων), ύψους 13,50 μ., σε απόσταση ίση με το πλάτος του δρόμου, δηλαδή 12,00 μ. Ο προσανατολισμός του οικοπέδου δίνεται από την κατεύθυνση Βορρά –Νότου στο τοπογραφικό διάγραμμα.

Για τον προσδιορισμό της καταλληλότερης χωροθέτησης του νέου κτηρίου στο οικόπεδο με βάση την ερριμένη σκιά του υφιστάμενου γειτονικού κτηρίου, ακολουθούνται τα εξής βήματα:

α) Προσδιορίζεται ο ακριβής προσανατολισμός του Οικοπέδου. Προς τούτο χαράσσεται η κάθετη προς την οικοδομική γραμμή στο σημείο (α) του οικοπέδου (Σχήμα 2.12).

β) Προκύπτει γωνία απόκλισης από το Νότο ίση με 30ο προς τα δεξιά, που σημαίνει ότι το οικόπεδο είναι νοτιοδυτικό.

γ) Στη συνέχεια σχεδιάζεται η τομή (Σχήμα 2.13) κάθετα προς το οικόπεδο, με καθορισμό της θέσης του υπό ανέγερση κτηρίου (με διακεκομμένη γραμμή), το υφιστάμενο και ο δρόμος.

δ) Ορίζεται η γωνία των 30ο ως προς την οριζόντια, η οποία αντιστοιχεί στο ύψος του ήλιου την 21η ∆εκεμβρίου, στις 12 το μεσημέρι, για 36ο Β.Γ.Π.

ε) το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι: το υπό ανέγερση κτήριο, στη θέση της οικοδομικής γραμμής, σκιάζεται μέχρι το ύψος των 6,60 μ., που σημαίνει ότι το ισόγειο (ύψους 4,50 μ.) δε δέχεται ήλιο, ενώ ο 1ος όροφος έχει ήλιο επάνω από 1,10 μ. ύψος (4,50+1,10=6,60 μ.)

στ) Στην περίπτωση που η χωροθέτηση του νέου κτηρίου υποχωρήσει κατά 4,00 μ., στο οικόπεδο, ο ηλιασμός του διασφαλίζεται από το ύψος των 4,25μ.

Σχήμα 2.12. Τοπογραφικό διάγραμμα

25

Σχήμα 2.13. Τομή εγκάρσια: Υφιστάμενο κτήριο-δρόμος-οικόπεδο

2.4. Βιβλιογραφία 1. Ανδρεαδάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University

Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006.

2. Colombo, R., Landabaso, A., Sevilla, A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communities, 1994.

3. Dimoudi, A., Mantas, D., «Solar Control in. Passive Cooling of Buildings», Στο: Santamouris, M., and Asimakopoulos, D., (Eds), Argiriou, A., Balaras, C., Dascalaki, E., Dimoudi, A., Mantas, D., Tselepidaki, I., «Passive Cooling of Buildings», James & James (Sciences Publishers) Ltd, London, 1996.


5. Duffie, J. A., & Beckman, W. A., «Solar Engineering of Thermal Processes», Second Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1991.

6. Gevorkian, P., «Solar Power in Building Design», Mc Graw Hill, New York, 2008.

7. Muneer, T., «Solar Radiation and Daylight Models», Elsevier, Amsterdam, 2004.

2.5. Πηγές σχημάτων Σχήμα 2.1. Προσαρμογή από: Mazria Ed., “The Passive Solar Energy Book”, Rodale Press,

Emmaus, Pa., 1979, σελ. 268.

Σχήμα 2.2. Προσαρμογή από: όπ.π., σελ. 269.

Σχήμα 2.7. Ανδρεαδάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 60-61.

Σχήμα 2.8. Mazria Ed., “The Passive Solar Energy Book”, Rodale Press, Emmaus, Pa., 1979, σελ. 306.

Σχήμα 2.9 όπ. π.: σελ. 306.

Σχήμα 2.10 όπ. π.: σελ. 292.

Σχήμα 2.11. Ερευνητικό Πρόγραμμα: ''Aplication of RES in Saint John's Settlement Renewal - ECO TOWN'', ALTENER II Programme, Directorate General XVII for Energy 1999-2001, Coordinator Α.Π.Θ., Τμήμα Αρχιτεκτόνων.

26

3. ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ

3.1. Εισαγωγή Για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση και την ψύξη των κτηρίων έχουν αναπτυχθεί τρεις κατηγορίες τεχνικών συστημάτων, ανάλογα με το αν παρεμβάλλονται ή όχι μηχανολογικά συστήματα: τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα και τα παθητικά ηλιακά συστήματα, ενώ μία τρίτη κατηγορία είναι τα υβριδικά συστήματα.

Παθητικά ηλιακά συστήματα είναι εκείνα που εκμεταλλεύονται την ηλιακή ακτινοβολία για θέρμανση ή ψύξη και δεν κάνουν χρήση μηχανικών μέσων για τη μεταφορά της θερμότητας προς το χώρο. Βασίζονται στη φυσική ροή της θερμικής ενέργειας, εκμεταλλεύονται τις φυσικές ιδιότητες των υλικών του κτηρίου και χρησιμοποιούν, για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας και την αποθήκευση της θερμότητας, τα δομικά στοιχεία του κελύφους (τοίχους, δάπεδα, οροφές, δώμα).

Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα απαιτούν τη χρησιμοποίηση μηχανικών μέσων –απλών μέχρι υψηλής τεχνολογίας (αντλίες θερμότητας, εναλλάκτες θερμότητας, κλπ)- και προϋποθέτουν σύνθετους μηχανισμούς συλλογής, μεταφοράς και αποθήκευσης της θερμότητας που έχει προέλθει από την ηλιακή ακτινοβολία που δεσμεύτηκε. Ηλιακοί συλλέκτες που θερμαίνουν νερό ή αέρα, το οποίο στη συνέχεια διοχετεύεται στο σύστημα διανομής της θερμότητας στο χώρο με τη μεσολάβηση εναλλάκτη θερμότητας αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα.

Τα υβριδικά είναι συστήματα που συνδυάζουν τη φυσική και τη μηχανική ροή θερμότητας. Βασίζονται στην παθητική εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, παρεμβάλλοντας συγχρόνως μηχανικά συστήματα χαμηλής κατανάλωσης και απλής κατασκευής. Για παράδειγμα, η προσθήκη ενός ανεμιστήρα σε ένα παθητικό σύστημα, για να υποβοηθήσει τη μεταφορά θερμότητας στους πίσω χώρους του κτηρίου ή ενός θερμοστάτη για να υπάρχει έλεγχος της θερμότητας που αποδίδεται, μετατρέπουν ένα παθητικό ηλιακό σύστημα σε υβριδικό.

3.2. Βασικές αρχές λειτουργίας των παθητικών ηλιακών συστημάτων Η εφαρμογή των παθητικών ηλιακών συστημάτων προϋποθέτει ένα κτήριο σχεδιασμένο σύμφωνα με τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού που ήδη αναπτύχθηκαν (βλ. κεφ. 1). Η λειτουργία των παθητικών ηλιακών συστημάτων βασίζεται στο «φαινόμενο του θερμοκηπίου» για τη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας και τη μετατροπή της σε θερμότητα, στη θερμοχωρητικότητα των υλικών για την αποθήκευση της θερμότητας και στους βασικούς νόμους της θερμοδυναμικής για τη μεταφορά της θερμότητας από το χώρο της συλλογής στην αποθήκη θερμότητας ή και στο χώρο που θα θερμανθεί.

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου αναφέρεται στη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας που διέρχεται από τον υαλοπίνακα σε θερμική ακτινοβολία και στη δέσμευσή της ως θερμότητα στον εσωτερικό χώρο.

Με την πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας (άμεσης και διάχυτης) επάνω στον υαλοπίνακα λαμβάνουν χώρα τρεις διαφορετικοί μηχανισμοί μετάδοσής της:

ένα ποσοστό ανακλάται προς το εξωτερικό περιβάλλον

ένα ποσοστό, που είναι το τμήμα που αντιστοιχεί στο ορατό τμήμα του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας -φωτεινή ακτινοβολία- διαπερνά τον υαλοπίνακα, και

ένα ποσοστό της ακτινοβολίας απορροφάται από τον υαλοπίνακα, από το οποίο ένα μέρος επανακτινοβολείται προς το εξωτερικό περιβάλλον, ένα μέρος προς τον εσωτερικό χώρο και ένα μέρος μετατρέπεται σε θερμική ακτινοβολία.

Το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που διαπερνά, ανακλάται ή απορροφάται από τον υαλοπίνακα εξαρτάται από τα φωτομετρικά χαρακτηριστικά του:

g + ρ + α =1

27

Όπου: g: διαπερατότητα, ρ: ανακλαστικότητα, και α: απορροφητικότητα

Το ορατό τμήμα του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας, που ανάλογα με τη διαπερατότητα του υαλοπίνακα, διέρχεται στον εσωτερικό χώρο είναι μικρού μήκους κύματος (0.4-0.8 μm). Η ακτινοβολία προσπίπτει στα δομικά στοιχεία και τα αντικείμενα που βρίσκονται στον εσωτερικό χώρο και, αλλάζοντας μήκος κύματος, μετατρέπεται σε θερμική ακτινοβολία (ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος). Ο υαλοπίνακας και τα διαφανή εν γένει υλικά είναι αδιαπέραστα στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα σώματα. Η με αυτό τον τρόπο προερχόμενη θερμότητα, δεν μπορεί να διαπεράσει ως θερμική ακτινοβολία τον υαλοπίνακα, εγκλωβίζεται στον εσωτερικό χώρο, απορροφάται από τα δομικά στοιχεία ή από ειδικά διαμορφωμένη «αποθήκη θερμότητας» και πλέον μεταδίδεται στο χώρο με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία, συμβάλλοντας στη διαμόρφωση του θερμικού ισοζυγίου του χώρου (Σχήμα 3.1).

Σχήμα 3.1. Συμμετοχή της ηλιακής ακτινοβολίας στο θερμικό ισοζύγιο του κτηρίου

3.3. Υλικά παθητικών ηλιακών συστημάτων Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στα παθητικά ηλιακά συστήματα, διακρίνονται σε υλικά συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας και σε υλικά αποθήκευσης της θερμότητας.

3.3.1. Υλικά συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας Τα υλικά συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας είναι διαφανή υλικά (διαπερατά από την ηλιακή ακτινοβολία). Τα κριτήρια για την επιλογή των διαφανών υλικών που θα χρησιμοποιηθούν σε ένα παθητικό σύστημα είναι:

Οι θερμοφυσικές ιδιότητες (διαπερατότητα, απορροφητικότητα και ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία, ικανότητα εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας, θερμοπερατότητα). Όταν οι τιμές για τις ιδιότητες του διαφανούς υλικού δε δίνονται από τον κατασκευαστή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι σχετικοί συντελεστές που αναφέρονται στην ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010 «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης» και στην ΤΟΤΕΕ 20701-2/2010 «Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτηρίων».

28

Η αισθητική , που είναι καθοριστικός παράγοντας για τη διαμόρφωση των όψεων του κτηρίου και η οποία συνδέεται και με τις θερμοφυσικές ιδιότητες του διαφανούς υλικού, (π.χ. συντελεστής ηλιακής ανακλαστικότητας, απορροφητικότητας).

Η αντοχή, που πρέπει να είναι ικανή να παραλαμβάνει τις μηχανικές καταπονήσεις από θερμοκρασιακές μεταβολές και ανεμοπιέσεις.

Το βάρος που μπορεί να φέρει το στοιχείο στο οποίο εφαρμόζεται το διαφανές υλικό.

Το κόστος αγοράς, τοποθέτησης και συντήρησης που πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο για να μην επιβαρύνεται η κατασκευή.

Τα συνηθέστερα διαφανή υλικά που χρησιμοποιούνται σε κτιριακές κατασκευές είναι:

Οι υαλοπίνακες

Τα σκληρά πλαστικά (ακρυλικά, πολυεστερικά και πολυκαρβονικά)

Η διαφανής θερμομόνωση

Οι υαλοπίνακες είναι άκαμπτοι, εμφανίζουν αντοχή στις καιρικές μεταβολές, στο φως και στις χημικές αντιδράσεις. Μειονέκτημα είναι το βάρος και η μικρή αντοχή τους σε μηχανική κρούση, εκτός εάν έχουν υποστεί ανάλογη επεξεργασία (π.χ. υαλοπίνακες ασφαλείας - τύπου "securit"). Το κοινό γυαλί έχει διαπερατότητα στην ηλιακή ακτινοβολία από 0,78 - 0,91, ανάλογα με την ποιότητα και το πάχος του. Εάν χρησιμοποιηθούν πολλαπλοί υαλοπίνακες, μειώνεται η διαπερατότητα του συστήματος, αλλά βελτιώνεται σημαντικά ο συντελεστής θερμοπερατότητας. Ανακλαστικοί και απορροφητικοί υαλοπίνακες με υψηλό συντελεστή ανακλαστικότητας και απορροφητικότητας αντίστοιχα, πρέπει να χρησιμοποιούνται με σύνεση στα παθητικά ηλιακά συστήματα, γιατί μειώνουν το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στο χώρο. Αντίθετα, ενδείκνυνται υαλοπίνακες χαμηλής εκπεμψιμότητας (low emissivity ή low-e), κατάλληλα τοποθετημένοι, οι οποίοι περιορίζουν τη διαφυγή της θερμικής ενέργειας με ακτινοβολία προς το εξωτερικό περιβάλλον.

Η επιλογή του κατάλληλου υαλοπίνακα εξαρτάται από τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής και ειδικότερα τις θερμικές και ψυκτικές απαιτήσεις του κάθε κτηρίου, καθώς και από τις απαιτήσεις του κτηρίου σε φυσικό φως.

Τα σκληρά πλαστικά ανήκουν στα θερμοπλαστικά πολυμερή. Ανάλογα με την επεξεργασία και τη χημική σύσταση διακρίνονται σε ακρυλικά, σε πολυεστερικά, σε πολυκαρβονικά και σε προϊόντα πολυαιθυλενίου. Εμφανίζουν μεγάλη αντοχή σε μηχανική κρούση και έχουν μικρότερο βάρος από το κοινό γυαλί. Μειονέκτημά τους είναι ότι έχουν, συγκριτικά με το κοινό γυαλί, μικρότερο συντελεστή ηλιακού θερμικού κέρδους και μικρότερη αντίσταση στη φωτιά.

Τα πολυκαρβονικά (polycarbonate-PC) είναι σκληρά και διαφανή, με αντίσταση στη φωτιά και χαρακτηρίζονται από ευκολία στη διεργασία τους για να σχηματίζουν καμπύλες μορφές. Ο συντελεστής της θερμικής τους αγωγιμότητας κυμαίνεται από 0,190 έως 0,220 W/mK και η διαπερατότητά τους στο ορατό φως κυμαίνεται από 0,40 έως 0,80, αναλόγως με το χρωματισμό τους. Είναι σχετικά ελαφρά υλικά (με πυκνότητα τάξης μεγέθους των 1200 kg/m3). Χαρακτηρίζονται από χαμηλή αντοχή σε ρηγμάτωση -η οποία μπορεί να συμβεί λόγω μηχανικών καταπονήσεων, έκθεση σε οργανικά υγρά και σε περιβαλλοντικούς παράγοντες- που μπορεί όμως να περιορισθεί με την κατάλληλη διεργασία. Όταν δέχονται αρκετά αυξημένη ηλιακή ακτινοβολία αλλοιώνεται η χρωματική τους εμφάνιση και η ρητίνη τους μπορεί να διαβρωθεί, σε βάθος 25μm από την εκτιθέμενη επιφάνεια (Legrand & Bendler, 2000).

Τα πολυακριλικά PMMA (γνωστά ως πλεξιγκλάς) ανήκουν επίσης στα θερμοπλαστικά πολυμερή. Πρόκειται για σκληρά, διαφανή και αρκετά ελαφριά υλικά (πυκνότητα της τάξης μεγέθους των 1150-1190 kg/m3). Η διαπερατότητά τους στο ορατό φως είναι της τάξης του 0.92 και η θερμική τους αγωγιμότητα της τάξης των 0,200 W/mK. Έχουν μεγαλύτερη σταθερότητα στους περιβαλλοντικούς παράγοντες, σε σχέση με τα πολυκαρβονικά, και μικρή αντίσταση σε διαλύτες και σε αρκετές χημικές ενώσεις (Mc Keen, 2008).

29

Τα πολυεστερικά χαρακτηρίζονται από την ανθεκτικότητά τους στις κλιματικές μεταβολές και στη γήρανση. Εμφανίζουν καλή συμπεριφορά στην υπεριώδη ακτινοβολία και δεν επηρεάζονται σε θερμοκρασιακό εύρος από - 40°C έως +100°C. Όταν ενισχύονται με υαλοΐνες (fiber glass) αυξάνεται η αντοχή τους, αλλά μειώνεται η διαύγειά τους.

Η διαφανής μόνωση (TIM – Transparent Insulation Material) είναι ημιδιαφανές θερμομονωτικό υλικό, κυψελωτής δομής, κυρίως πολυκαρβονικής προέλευσης. Λόγω της δομής του επιτρέπει στην ηλιακή ακτινοβολία και το φυσικό φως να εισέλθει στο εσωτερικό του χώρου, παράλληλα όμως μειώνει τις θερμικές απώλειες. Αναλόγως με τη δομή του θερμομονωτικού, την τοποθέτηση των κυψελών σε σχέση με τη διατομή του τοίχου, η διαπερατότητα του ΤΙΜ στο ορατό φως κυμαίνεται από 0,73 έως 0,82, με αντίστοιχες τιμές συντελεστή θερμοπερατότητας από 0,800 έως 1,100W/m2K (Platzer & Goetzberger, 1996; Kerschberger & Binder, 2006). Περισσότερες πληροφορίες για αυτό το υλικό παρατίθενται στο κεφάλαιο 6.

3.3.2. Υλικά αποθήκευσης της θερμότητας Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της θερμότητας είναι υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα. Συνήθως είναι οικοδομικά υλικά του φέροντα οργανισμού και του κελύφους γενικότερα ή των εσωτερικών διαχωριστικών τοιχοποιιών, καθώς και υλικά επενδύσεων τοιχοποιιών και δαπέδων.

Τα πιο ικανά υλικά που μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση της θερμότητας στα ηλιακά παθητικά συστήματα είναι:

το σκυρόδεμα: εμφανίζει το πλεονέκτημα ότι είναι συγχρόνως υλικό με μεγάλη θερμοχωρητικότητα και στοιχείο του φέροντα οργανισμού.

η πέτρα, οι ωμόπλινθοι, οι οπτόπλινθοι (συμπαγείς και διάτρητοι) και τα κεραμικά πλακίδια είναι τα υλικά που κυρίως χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της θερμότητας. Είναι υλικά φερόντων δομικών στοιχείων ή στοιχείων πληρώσεως ή υλικά επενδύσεως τοίχων και δαπέδων.

το νερό είναι το υλικό με τη μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα, αλλά υπάρχουν κατασκευαστικές δυσκολίες για τη χρησιμοποίησή του σε δομικά στοιχεία. Μπορεί να τοποθετηθεί σε δεξαμενές νερού που ενσωματώνονται στα δομικά στοιχεία (π.χ. σε τμήμα της εξωτερικής τοιχοποιίας), ή σε μεμονωμένα στοιχεία-δοχεία.

τα υλικά αλλαγής φάσης (π.χ. τα εύτηκτα άλατα, όπως το άλας του Glauber), είναι σχετικά νέα υλικά που χρησιμοποιούνται σε επιλεγμένες θέσεις μέσα σε ειδικές δεξαμενές για την αποθήκευση της θερμότητας. Τα υλικά αυτά αλλάζουν φάση (Phase Change Materials - PCM), δηλαδή αλλάζοντας φυσική κατάσταση (για παράδειγμα, από τη στερεά στην υγρή κατάσταση), αποθηκεύουν θερμότητα, την οποία αποδίδουν για να επιστρέψουν στην αρχική φυσική τους κατάσταση.

Σημειώνεται ότι τα θερμομονωτικά υλικά διαθέτουν ελάχιστη θερμοχωρητικότητα και η τοποθέτησή τους στην εσωτερική παρειά των δομικών στοιχείων σχεδόν μηδενίζει τη συνεισφορά της θερμικής μάζας του δομικού στοιχείου. Γι’ αυτό η εφαρμογή εσωτερικής θερμομόνωσης στα κτήρια που αξιοποιούν παθητικά ηλιακά συστήματα πρέπει να γίνεται με περίσκεψη και στην περίπτωση που πραγματοποιείται να μην αφορά το σύνολο του κελύφους που περικλείει τον θερμαινόμενο χώρο, εκτός αν διατίθεται για την αποθήκευση της θερμότητας συγκεντρωμένη θερμική μάζα στον κατοικήσιμο χώρο, π.χ. ένας εσωτερικός τοίχος ή δάπεδο μεγάλου πάχους από υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα.

Η θερμοχωρητικότητα όλων των οικοδομικών υλικών αναφέρεται στην ΤΟΤΕΕ 20701-2/2010 «Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομομονωτικής επάρκειας των κτηρίων». Η θερμοχωρητικότητα προκύπτει ως το γινόμενο του φαινόμενου ειδικού βάρους (ρ: kg/m3) με την ειδική θερμοχωρητικότητα (Cp: J/(kg K)). Υλικά με μεγάλη ικανότητα θερμικής αποθήκευσης είναι αυτά που διαθέτουν ικανή θερμική μάζα, της τάξης των 1.2MJ/m3K και άνω.

30

Επισημαίνεται ότι σε κτήρια με εξωτερική τοιχοποιία από εμφανή λιθοδομή, η οποία χαρακτηρίζεται από μεγάλη θερμοχωρητικότητα, η θερμομόνωση, για αισθητικούς λόγους τοποθετείται εσωτερικά, ακυρώνοντας τη θερμοχωρητικότητα του υλικού. Στην περίπτωση αυτή πρέπει είτε να προστίθενται στοιχεία μεγάλης θερμοχωρητικότητας στο εσωτερικό του κτηρίου (εσωτερικές τοιχοποιίες, δάπεδα κοκ με υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας), είτε η λιθοδομή να μετατραπεί σε τοιχοποιία με πυρήνα. Το υλικό της εσωτερικής τοιχοποιίας πρέπει να έχει επίσης ικανή θερμοχωρητικότητα (π.χ. οπτόπλινθοι), ενώ στο διάκενο τοποθετείται η θερμομόνωση.

3.4. Κατηγορίες παθητικών ηλιακών συστημάτων θέρμανσης Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης πρέπει να έχουν νότιο προσανατολισμό, με απόκλιση έως 30ο προς την ανατολή ή τη δύση και ο χειμερινός ηλιασμός τους να είναι ανεμπόδιστος από πλευρικά εμπόδια και σταθερά εξωτερικά σκίαστρα.

Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης διακρίνονται σε συστήματα άμεσου ή έμμεσου ηλιακού κέρδους.

Τα συνηθέστερα παθητικά συστήματα είναι:

Σύστημα άμεσου κέρδους – νότιο υαλοστάσιο

Τοίχος θερμικής αποθήκευσης ή τοίχος μάζας ή ηλιακός τοίχος

Θερμοκήπιο ή ηλιακός χώρος

Θερμοσιφωνικό πανέλο ή αεροσυλλέκτης

Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση.

3.4.1. Σύστημα άμεσου κέρδους

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος εκμετάλλευσης της ηλιακής ακτινοβολίας για τη θέρμανση των κτηρίων είναι η δέσμευσή της μέσα από τα γυάλινα ανοίγματα του κτηρίου. Στην περίπτωση αυτή το κτήριο λειτουργεί ως συλλέκτης, αποθήκη και διανομέας της θερμότητας (Σχήμα 3.2).

Όλα τα ανοίγματα του κτηρίου συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία (άμεση και διάχυτη) που στη συνέχεια μετατρέπεται σε θερμότητα και αποθηκεύεται ως θερμική ενέργεια στα δομικά στοιχεία του χώρου, ιδιαίτερα σε εκείνα που δέχονται άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία.

Η θερμότητα που αποθηκεύεται, αποδίδεται με χρονική υστέρηση, αναλόγως των χαρακτηριστικών των δομικών στοιχείων, καθ’όλη τη διάρκεια του 24ωρου.

Είναι σημαντικό, ιδιαίτερα τα δομικά υλικά στο εσωτερικό του κτηρίου που δέχονται άμεση ηλιακή ακτινοβολία, να έχουν ικανή απορροφητικότητα και θερμική μάζα, ώστε αφενός να μεγιστοποιείται η απολαβή των ηλιακών κερδών, αφετέρου να αποθηκεύεται η θερμότητα. Έτσι ομαλοποιούνται οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στον εσωτερικό χώρο -καθώς η θερμότητα από τα αυξημένα ηλιακά κέρδη που έχει αποθηκευτεί απελευθερώνεται σταδιακά στο εσωτερικό του κτηρίου- αποφεύγεται η υπερθέρμανση κατά τις περιόδους με μεγάλη ηλιοφάνεια και η θερμότητα αποδίδεται στο χώρο όταν δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία (απογευματινές και νυχτερινές ώρες).

Στη θερινή περίοδο, με το άνοιγμα των παραθύρων το βράδυ και τη δημιουργία νυχτερινού αερισμού, πραγματοποιείται η θερμική αποφόρτιση των δομικών στοιχείων, ώστε αυτά να είναι διαθέσιμα την επόμενη μέρα για νέα αποθήκευση της πλεονάζουσας θερμότητας.

31

Η διαφορά ενός κτηρίου σχεδιασμένου να θερμαίνεται με το παθητικό σύστημα του «άμεσου κέρδους» από ένα κτήριο με συμβατικό σχεδιασμό, εντοπίζεται στη θερμική απόδοση των ανοιγμάτων του και στα δομικά στοιχεία που είναι κατασκευασμένα από υλικά με ικανή θερμοχωρητικότητα.

Ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής, το σχεδιασμό του κελύφους του κτηρίου, τον προσανατολισμό, το μέγεθος και τη θέση των ανοιγμάτων, τις θερμοφυσικές ιδιότητες του διαφανούς υλικού καθώς και τη θέση, το μέγεθος και το υλικό της θερμικής αποθήκης, η εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση μπορεί να κυμαίνεται από 30% έως και 100%.

Γενικά, όσο μεγαλύτερα είναι τα ανοίγματα στο νότιο προσανατολισμό και ικανοποιητική σε μέγεθος η επιφάνεια αποθήκευσης, τόσο μειώνεται η κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση.

Σχήμα 3.2. Αρχή λειτουργίας ηλιακού παθητικού συστήματος άμεσου κέρδους

∆ε θα πρέπει να παραβλέπεται ότι τα μεγάλα ανοίγματα προκαλούν κίνδυνο θάμβωσης και μείωση της ιδιωτικότητας. Η ορθολογική χωροθέτηση, προστασία των ανοιγμάτων και συγχρόνως η αύξηση της λαμπρότητας των περιβαλλουσών επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου, απομακρύνει τον κίνδυνο της θάμβωσης και της οπτικής όχλησης (βλ. κεφ. 6).

3.4.1.1. Κριτήρια σχεδιασμού για το άνοιγμα

Τα κριτήρια σχεδιασμού για το άνοιγμα στο σύστημα του άμεσου κέρδους αφορούν:

στην περίοδο ηλιασμού του ανοίγματος: Η ηλιακή ακτινοβολία πρέπει να εισέρχεται στο κτήριο το χειμώνα και να αποτρέπεται το καλοκαίρι. Ο προσανατολισμός και η κατάλληλη ηλιοπροστασία συμβάλλουν σε αυτό.

Η νότια πρόσοψη ή με απόκλιση 30ο ανατολικά ή δυτικά από το Νότο δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία κατανεμημένη στις διάφορες εποχές του έτους, με τον πιο ευνοϊκό τρόπο: τη μέγιστη μέση τιμή στη χειμερινή περίοδο και την ελάχιστη μέση τιμή στη θερινή (Σχήμα 3.3). Επίσης δέχεται τη μεγαλύτερη διάρκεια ηλιασμού στη χειμερινή περίοδο.

Μονώροφα κτήρια με μικρό βάθος, τοποθετημένα με την κύρια όψη τους στο Νότο, ή πολυώροφα κτήρια με νότια πρόσοψη ή κλιμακωτές διατάξεις κτηρίων, για να εκμεταλλεύονται το νότιο προσανατολισμό, είναι αρχιτεκτονικές συνθέσεις που ευνοούν την εφαρμογή του συστήματος άμεσου κέρδους. Επίσης το άνοιγμα πρέπει να τοποθετείται σε τέτοια θέση στην όψη του κτηρίου ώστε να δέχεται ηλιακή ακτινοβολία για όσο το δυνατόν μεγαλύτερη διάρκεια. Παράθυρα οροφής, πριονωτές στέγες, φεγγίτες κλπ. εκμεταλλεύονται την ηλιακή ακτινοβολία και συμβάλλουν στη διανομή της ακόμη και σε χώρους με δυσμενή προσανατολισμό (π.χ. βορινό).

32

Τα ανοίγματα που είναι προσανατολισμένα στο Νότο (ή ±30ο) δέχονται περίπου το 90% της ημερήσιας ακτινοβολίας, αλλά απαιτούν ηλιοπροστασία για την αποφυγή της υπερθέρμανσης τη θερινή περίοδο. Ανοίγματα σε ανατολικό, δυτικό προσανατολισμό συνεισφέρουν επίσης, αλλά σε μικρότερο βαθμό, στη θέρμανση του χώρου. Και σ’ αυτούς τους προσανατολισμούς απαιτείται ηλιοπροστασία για τον έλεγχο των θερμικών κερδών τη θερινή περίοδο.

Με τη χρήση εξωτερικών ανακλαστήρων (υλικά με υψηλό συντελεστή ανακλαστικότητας, βλ. και κεφ. 6), η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο άνοιγμα μπορεί να αυξηθεί έως και 40%. Ανακλαστικές επιφάνειες ή επιστρώσεις μπορεί επίσης να τοποθετηθούν στο εσωτερικό του κτηρίου για να κατευθύνουν την ηλιακή ακτινοβολία στις θέσεις όπου υπάρχει θερμική μάζα.

Σε σχέση με την κλίση, το κατακόρυφο νότιο υαλοστάσιο είναι προτιμότερο από το κεκλιμένο, γιατί το καλοκαίρι σκιάζεται ευκολότερα, ενώ το χειμώνα δέχεται εξίσου με το κεκλιμένο σημαντική ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας.

Γενικά η κατανομή των ανοιγμάτων επιλέγεται έτσι ώστε να διανέμεται η θερμότητα σε όλο τον εσωτερικό χώρο του κτηρίου. Επίσης τα ανοίγματα διατάσσονται με τέτοιο τρόπο στην όψη ώστε η θερμική μάζα για την αποθήκευση να δέχεται άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία.

∆ε θα πρέπει να παραβλέπεται και η συμβολή του ανοίγματος στην ποσότητα και ομοιόμορφη κατανομή του φυσικού φωτισμού. Στοιχεία για τη χωροθέτηση και το μέγεθος του ανοίγματος με κριτήριο το φυσικό φωτισμό που παρέχεται στο χώρο, περιέχονται στο κεφάλαιο 6: φυσικός φωτισμός.

Σχήμα 3.3. Ένταση της ημερήσιας προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (W/m2) σε

επιφάνειες διαφορετικού προσανατολισμού ανά μήνα για περιοχή 40ο Γ.Π.

στην ηλιοπροστασία: Η ηλιοπροστασία είναι απαραίτητη, επειδή το μεγάλο μέγεθος των ανοιγμάτων για την εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να έχει ως συνέπεια την υπερθέρμανση του χώρου, ακόμη και κατά την περίοδο θέρμανσης.

Ο κατάλληλος συνδυασμός και η διαστασιολόγηση εξωτερικών ηλιοπροστατευτικών διατάξεων μπορεί να διασφαλίσει αποτελεσματικό ηλιακό έλεγχο και μείωση των ψυκτικών φορτίων τη θερινή περίοδο. Τα κριτήρια για την επιλογή της ηλιοπροστατευτικής διάταξης και η μεθοδολογία διαστασιολόγησης περιγράφονται στο κεφάλαιο 4: φυσικός δροσισμός της παρούσας τεχνικής οδηγίας και στην Τεχνική Οδηγία «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης».

στην επιλογή του υαλοστασίου: Πλαίσιο με χαμηλό συντελεστή θερμοπερατότητας (θερμομονωμένο πλαίσιο, μεταλλικό πλαίσιο με θερμική διακοπή, ξύλινο πλαίσιο κοκ), διπλός υαλοπίνακας ή ειδικοί θερμομονωτικοί υαλοπίνακες και αεροστεγανότητα του

33

κουφώματος συμβάλλουν σε θετικό θερμικό ισοζύγιο, με το θερμικό όφελος από την ηλιακή ακτινοβολία να υπερκαλύπτει τις θερμικές απώλειες από το άνοιγμα.

Για την αύξηση της απόδοσης του συστήματος το χειμώνα εφαρμόζεται στα ανοίγματα νυχτερινή κινητή θερμομόνωση, που περιορίζει τις θερμικές απώλειες το βράδυ. Ενδείκνυνται ειδικά θερμομονωμένα φύλλα ασφαλείας και θερμομονωτικά πετάσματα. Ακόμη και η χρήση συμβατικών ρολών μειώνει τις θερμικές απώλειες από το άνοιγμα περίπου κατά 30%, και τα βενετικά στόρια και οι κουρτίνες κατά 5%. Όσο μεγαλύτερο είναι το άνοιγμα τόσο πιο επιτακτική είναι η εφαρμογή νυχτερινής μόνωσης. Στην αντίθετη περίπτωση, το άνοιγμα μπορεί να αποδώσει αρνητικά στο σύνολο του 24ωρου, καθώς επιτρέπει, λόγω μεγέθους, αυξημένες θερμικές απώλειες τη νύχτα. Η χρησιμοποίηση συστημάτων αυτόματου ελέγχου βελτιώνει τη λειτουργία της κινητής μόνωσης των ανοιγμάτων, ιδιαίτερα σε κτήρια του τριτογενούς τομέα.

στην απαίτηση για φυσικό φωτισμό του κτηρίου με σύγχρονη αποφυγή θάμβωσης, ανάλογα με τη χρήση του κτηρίου. Η χωροθέτηση και διαστασιολόγηση των ανοιγμάτων σε σχέση με το βάθος του φωτιζόμενου χώρου, η προστασία των ανοιγμάτων και η λαμπρότητα των περιβαλλουσών επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου πρέπει να συνυπολογίζονται. Επίσης για την επιλογή του υαλοπίνακα, εκτός από το συντελεστή θερμοπερατότητας θα πρέπει να παίρνεται υπόψη διαπερατότητά του στη φωτεινή ακτινοβολία και να συνεκτιμώνται το επίπεδο του φυσικού φωτισμού που παρέχεται και οι συνθήκες οπτικής άνεσης.

3.4.1.2. Κριτήρια σχεδιασμού για τη θερμική αποθήκη

Τα κριτήρια σχεδιασμού για τη θερμική αποθήκη στο σύστημα του «άμεσου κέρδους» αφορούν:

στη θέση και τη διανομή των στοιχείων αποθήκευσης: Τα δομικά στοιχεία που λειτουργούν ως θερμική αποθήκη δέχονται άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία που έχει διαπεράσει το υαλοστάσιο ή θερμαίνονται από τον αέρα του χώρου που ήδη έχει θερμανθεί. Γενικά, απαιτείται τετραπλάσια θερμική μάζα για να αποθηκεύσει την ίδια ποσότητα θερμότητας, αν αυτή θερμαίνεται έμμεσα από τον αέρα του δωματίου απ’ ό,τι αν θερμαίνεται άμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία.

Το δάπεδο υπερτερεί ως θερμική αποθήκη επειδή συνήθως δέχεται άμεσα την ακτινοβολία, σε αντίθεση με την οροφή. Γενικά, όμως, η κάλυψη του δαπέδου με έπιπλα και χαλιά από τους χρήστες, μπορεί να εμποδίζει την αποθήκευση θερμότητας σε αυτό. Οι τοιχοποιίες από υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας που δέχονται άμεσα ηλιακή ακτινοβολία (εσωτερικές ή εξωτερικές) είναι πολύ ικανές αποθήκες θερμότητας.

στο υλικό της θερμικής αποθήκης: Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοχωρητικότητα του υλικού τόσο μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας αποταμιεύεται. Συγχρόνως, όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής θερμοπερατότητας του δομικού στοιχείου που λειτουργεί ως αποθήκη τόσο μικρότερες είναι οι διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας. Από τα συνήθη οικοδομικά υλικά το σκυρόδεμα έχει την καλύτερη απόδοση, ενώ τη βέλτιστη έχει το νερό.

στο μέγεθος της επιφάνειας και το πάχος της θερμικής αποθήκης. Συνήθως τα πρώτα 10εκ. της θερμικής αποθήκης συμμετέχουν ενεργά και με μεγάλη απόδοση στη διαδικασία της αποθήκευσης, ενώ μετά τα 20εκ. η μάζα δεν έχει σχεδόν κανένα αποτέλεσμα στην ημερήσια αποθήκευση της θερμότητας και στην ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας. Αντίθετα, μεγάλη διαθέσιμη επιφάνεια θερμικής αποθήκης συμβάλλει σε μικρότερες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στο χώρο. Γενικά συνιστάται η ποσότητα της θερμικής μάζας να διανέμεται σε μεγάλη επιφάνεια παρά σε μεγάλο πάχος κατασκευής.

∆ηλαδή:

34

το παθητικό σύστημα του «άμεσου κέρδους» αποτελείται αφενός από νότια ανοίγματα ή μέχρι 30ο απόκλιση από το Νότο προς την Ανατολή ή τη ∆ύση, κατασκευασμένα έτσι ώστε να περιορίζουν τις θερμικές απώλειες προς το περιβάλλον (σύμφωνα με τις προδιαγραφές για τη θερμική διαπερατότητα των διαφανών στοιχείων που ορίζει ο Κ.Εν.Α.Κ.) και εφοδιασμένα με νυχτερινή κινητή μόνωση για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών και με ηλιοπροστατευτικό σύστημα για τη μείωση της υπερθέρμανσης και αφετέρου από επαρκή θερμική μάζα στο εσωτερικό του κτηρίου για την αποθήκευση της θερμότητας, συνήθως στα ίδια τα δομικά στοιχεία του κτηρίου.

3.4.2. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης ή τοίχος μάζας ή ηλιακός τοίχος

Ο τοίχος θερμικής αποθήκευσης είναι η συνδυασμένη κατασκευή τοίχου και υαλοπίνακα (ή άλλου διαφανούς στοιχείου με υψηλό συντελεστή διαπερατότητας της ηλιακής ακτινοβολίας), η οποία αποτελεί τμήμα του κτιριακού περιβλήματος (Σχήματα 3.4. και 3.5). Αναλόγως της κατασκευής του διακρίνεται σε:

- Ηλιακό τοίχο μη θερμοσιφωνικής ροής (τoίχος μάζας και ηλιακός τοίχος νερού)

- Ηλιακό τοίχο θερμοσιφωνικής ροής (τοίχος Trombe-Michelle)

Ο τοίχος θερμικής αποθήκευσης είναι ένα σύστημα που περιλαμβάνει έναν τοίχο χωρίς θερμομόνωση, με νότιο προσανατολισμό ή με απόκλιση έως 30ο, προς την Ανατολή ή τη ∆ύση, κατασκευασμένο από υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας που λειτουργεί ως αποθήκη και διανομέας της θερμότητας, και ένα διαφανές υλικό τοποθετημένο σε μια ελάχιστη απόσταση 10 εκ. προς την εξωτερική του πλευρά, που χρησιμεύει για τη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας.

Στον τοίχο μπορεί να ενσωματώνονται θυρίδες για την κυκλοφορία του αέρα (τοίχος Trombe-Michelle).

Η ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται από το διαφανές στοιχείο μετατρέπεται σε θερμότητα στο χώρο μεταξύ του υαλοστασίου και του τοίχου και αποθηκεύεται ως θερμική ενέργεια στον τοίχο. Από εκεί μεταδίδεται με αγωγιμότητα, με ακτινοβολία ή και με μεταφορά, ανάλογα με την κατασκευή του συστήματος, στο χώρο. Ταυτόχρονα το διαφανές υλικό και, σε ορισμένες περιπτώσεις επιπρόσθετα και το ακίνητο στρώμα αέρα μεταξύ τοίχου και υαλοστασίου λειτουργεί ως μονωτικό στρώμα για τη μείωση των θερμικών απωλειών από το θερμό τοίχο προς το εξωτερικό ψυχρό περιβάλλον.

Όσο μεγαλύτερη απορροφητικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία εμφανίζει η εξωτερική παρειά του τοίχου (βαφή με σκούρο χρώμα και αδρή επιφάνεια) τόσο αυξάνεται η απόδοση του συστήματος. Σε τοίχο με σκουρόχρωμη επιφάνεια αναπτύσσεται επιφανειακή θερμοκρασία μέχρι και 65οC.

Ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους, οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης διακρίνονται σε:

τοίχους που είναι κατασκευασμένοι από υλικά τοιχοποιίας, δηλαδή χυτό σκυρόδεμα, τσιμεντόλιθους, οπτόπλινθους (πλήρεις ή με οπές), πέτρα και ωμοπλίνθους και

τοίχους που αποτελούνται από δοχεία μεταλλικά, πλαστικά ή από μπετόν και περιέχουν νερό.

Για την καλή λειτουργία του τοίχου, το βάθος του θερμαινόμενου χώρου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 4,5 με 6,0 μέτρα, που είναι η μέγιστη απόσταση για να είναι αποτελεσματική η θέρμανση του χώρου με την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον θερμό τοίχο.

35

Μια παραλλαγή του συστήματος είναι ο τοίχος Trombe-Michelle. Είναι ένας τοίχος θερμικής αποθήκευσης κατασκευασμένος από υλικά τοιχοποιίας, με θυρίδες στο επάνω και κάτω τμήμα του συμπαγούς τμήματος, οπότε η μετάδοση της θερμότητας προς την πλευρά του εσωτερικού χώρου γίνεται -εκτός από την αγωγιμότητα- και με φυσικό θερμοσιφωνισμό. Ο αέρας, που βρίσκεται μεταξύ του υαλοστασίου και του τοίχου, θερμαίνεται καθώς εφάπτεται στο θερμό τοίχο κι από τις θυρίδες που βρίσκονται στο επάνω μέρος του τοίχου εισέρχεται στον κατοικήσιμο χώρο, ενώ συγχρόνως εισέρχεται από την κάτω θυρίδα στο διάκενο ψυχρός αέρας από το εσωτερικό του κτηρίου, ο οποίος και θερμαίνεται. Με αυτόν τον τρόπο αποδίδεται πρόσθετη θερμότητα στο χώρο στις περιόδους της ηλιοφάνειας και η θέρμανση του χώρου αρχίζει αμέσως με τη θέρμανση του τοίχου και συνεχίζεται έως 2 με 3 ώρες μετά το σκιασμό του.

Κατά τις νυχτερινές ώρες της χειμερινής περιόδου οι θυρίδες πρέπει να κλείνουν (αρκεί μόνον το κλείσιμο των επάνω θυρίδων), ώστε να μην προκαλείται αντίστροφη κυκλοφορία του αέρα. Οι θυρίδες μπορεί να κλείνουν χειροκίνητα ή με αυτοματισμό, με χρονομετρητή ή με θερμική ή οπτική διέγερση (όταν μειωθεί η εξωτερική θερμοκρασία ή το επίπεδο φωτισμού).

Οι θυρίδες τοποθετούνται κατά μήκος όλου του τοίχου και όσο το δυνατόν πιο κοντά στην οροφή και στο δάπεδο. Η απόσταση μεταξύ των επάνω και κάτω θυρίδων δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 2.0m και η συνολική επιφάνεια των θυρίδων να μην υπολείπεται του 2%

της συνολικής επιφάνειας του τοίχου.

Το πάχος του τοίχου, ιδίως αυτού που λειτουργεί χωρίς θυρίδες, είναι καθοριστικό. Το βέλτιστο πάχος ενός τοίχου με υλικά τοιχοποιίας αυξάνεται καθώς αυξάνεται και ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των υλικών. Η χρησιμοποίηση των θυρίδων γίνεται απαραίτητη όσο αυξάνει το πάχος του τοίχου, γιατί τότε η κυκλοφορία του θερμού αέρα παίζει μεγαλύτερο ρόλο στη γρήγορη θέρμανση του εσωτερικού χώρου, παρά η μετάδοση θερμότητας με αγωγιμότητα από την εξωτερική στην εσωτερική επιφάνεια του τοίχου.

Το πάχος του τοίχου επηρεάζει και τη διακύμανση της θερμοκρασίας του αέρα στο θερμαινόμενο χώρο. Γενικά, όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος του τοίχου τόσο μεγαλύτερη είναι η χρονική υστέρηση στη μετάδοση της θερμότητας και μικρότερες οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας της εσωτερικής παρειάς του τοίχου και κατά συνέπεια και του αέρα στο εσωτερικό του κτηρίου.

Σε σχέση με τις θερμικές απώλειες που εμφανίζονται, η χρησιμοποίηση διπλού υαλοπίνακα κρίνεται ικανοποιητική. Η νυχτερινή κινητή μόνωση είναι απαραίτητη στις ψυχρότερες περιοχές. Επίσης για να βελτιωθεί η απόδοση του συστήματος, ο τοίχος πρέπει να μονωθεί από όλα τα δομικά στοιχεία με τα οποία εφάπτεται, για να περιοριστούν οι θερμογέφυρες.

Για το καλοκαίρι, θα πρέπει να προβλεφθεί ηλιοπροστασία και να ανοίγουν τμήματα του υαλοστασίου (φεγγίτες ή θυρίδες στο επάνω και κάτω τμήμα του υαλοστασίου) για να επιτρέπεται η διαφυγή του θερμού αέρα, που υπάρχει στο χώρο μεταξύ υαλοστασίου και τοίχου προς το εξωτερικό περιβάλλον και να εξασφαλίζεται αποφόρτιση της θερμότητας και δροσισμός του τοίχου.

Όταν πρόκειται για τοίχο Trombe, πέραν της εξωτερικής σκίασης, πρέπει να κλείνουν οι εσωτερικές θυρίδες προς το χώρο, ώστε να μη λειτουργεί το σύστημα και μεταφέρει θερμό αέρα στο εσωτερικό του κτηρίου.

Στον τοίχο Trombe υπάρχει επίσης η δυνατότητα, με την ύπαρξη αντιδιαμετρικών ανοιγμάτων στο χώρο, σε συνδυασμό με τις θυρίδες του τοίχου και ανοιγμάτων (φεγγιτών) στα υαλοστάσια να δημιουργείται διαμπερής αερισμός που θα συμβάλλει στο δροσισμό του χώρου. Συγκεκριμένα, μπορεί να ανοίγει ένας φεγγίτης στο επάνω μέρος του υαλοστασίου και σε συνδυασμό με άνοιγμα της βόρειας όψης του κτηρίου, διατηρώντας κλειστή την επάνω θυρίδα αερισμού του τοίχου και ανοιχτή την κάτω, να δημιουργείται κίνηση αέρα στο χώρο

36

(με το φαινόμενο της καμινάδας). Ο δροσισμός του χώρου επιτυγχάνεται με το δροσερό αέρα που μπαίνει από το βορινό άνοιγμα και την κίνηση του αέρα στο χώρο.

Σε κάθε περίπτωση, για τον καθαρισμό του συστήματος θα πρέπει να προβλέπεται κινητό υαλοστάσιο ή υαλοστάσιο που μπορεί εύκολα να αποσυναρμολογηθεί, ιδιαίτερα στην περίπτωση του τοίχου με θυρίδες.

Καλοκαίρι

Χειμώνας

Σχήμα 3.4. Αρχή λειτουργίας τοίχου θερμικής αποθήκευσης

Χειμώνας

Καλοκαίρι

Σχήμα 3.5. Χειμερινή και θερινή λειτουργία τοίχου θερμικής αποθήκευσης με θυρίδες

(τοίχος Τrombe-Michelle)

3.4.3. Θερμοκήπιο ή ηλιακός χώρος Ο ηλιακός χώρος ή θερμοκήπιο είναι ο συνδυασμός παθητικού συστήματος άμεσου κέρδους και τοίχου θερμικής αποθήκευσης. Το κτήριο, δηλαδή, αποτελείται από δύο θερμικές ζώνες: τον ηλιακό χώρο που προσαρτάται στο κτήριο, όπου γίνεται συλλογή της ηλιακής ακτινοβολίας, και τον έμμεσα θερμαινόμενο από τον ηλιακό χώρο, κύριο κατοικήσιμο χώρο. Οι δύο ζώνες χωρίζονται μεταξύ τους με συμπαγή τοίχο με θερμική μάζα (με ή χωρίς θερμομόνωση) και με ή χωρίς υαλοστάσια. Αντί για υαλοστάσια ο ενδιάμεσος τοίχος μπορεί

37

να διαθέτει θυρίδες για τη μεταφορά του θερμού αέρα από το θερμοκήπιο στον κύριο χώρο (Σχήμα 3.6.) Ανάλογα με την αρχιτεκτονική λύση, ο ηλιακός χώρος συνδέεται με έναν κοινό τοίχο με το κτήριο ή ενσωματώνεται σ’ αυτό και συνδέεται με το κτήριο με περισσότερους κοινούς τοίχους, συμπαγείς ή με συνδυασμό τοιχοποιίας και υαλοστασίου.

Ευνόητο είναι ότι οι γυάλινες όψεις του θερμοκηπίου πρέπει να έχουν τον κατάλληλο προσανατολισμό για τη μεγιστοποίηση της συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας. Η επιστέγαση του ηλιακού χώρου μπορεί να είναι συμπαγής ή διαφανής. Επίσης, το θερμοκήπιο μπορεί να ενσωματωθεί στο κτήριο, ώστε να έχει τρεις κοινούς τοίχους και έναν υάλινο τοίχο προς το Νότο. Θερμοκήπια θεωρούνται και τα αίθρια στον πυρήνα των κτηρίων, σκεπασμένα με γυάλινη επιστέγαση, που είναι ανεξάρτητοι μη θερμαινόμενοι χώροι.

Ο ηλιακός χώρος συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην εξασφάλιση συνθηκών άνεσης, βοηθά στην ανάπτυξη των φυτών, διευκολύνει την παραγωγή αγροτικών προϊόντων για οικιακή χρήση και προσφέρει χρηστικό χώρο στους ενοίκους.

Για να χαρακτηριστεί ένας χώρος ως θερμοκήπιο, πρέπει να μην είναι θερμαινόμενος, να προσαρτάται στο κτήριο και να διαθέτει μεγάλα υαλοστάσια με ευνοϊκό προσανατολισμό (προς το Νότο, με απόκλιση έως ±30ο), διανεμημένα στις εξωτερικές του επιφάνειες για τη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας.

Ο χώρος του θερμοκηπίου θερμαίνεται απευθείας από την ηλιακή ακτινοβολία και λειτουργεί όπως το παθητικό σύστημα του «άμεσου κέρδους». Συγχρόνως η ηλιακή ενέργεια απορροφάται από τον πίσω συμπαγή τοίχο του θερμοκηπίου ή/και το δάπεδο, μετατρέπεται σε θερμότητα και ένα ποσοστό μεταφέρεται στο κτήριο. Από αυτή την άποψη, το προσαρτημένο θερμοκήπιο είναι ένα εκτεταμένο σύστημα τοίχου θερμικής αποθήκευσης, με τη μόνη διαφορά ότι το υαλοστάσιο είναι τοποθετημένο σε αρκετή απόσταση από τον τοίχο, ώστε να δημιουργείται κατοικήσιμος χώρος για την ημέρα ή ένας χώρος όπου καλλιεργούνται φυτά.

Το θερμοκήπιο χαρακτηρίζεται από έντονη θερμική διαστρωμάτωση, με τις πιο θερμές μάζες του αέρα να ανυψώνονται προς την ανώτατη στάθμη του. Έτσι, τοποθέτηση θυρίδων στα υψηλότερα σημεία του στοιχείου που συνδέει το θερμοκήπιο με το κτήριο είναι ικανές να προσάγουν θερμό αέρα στους θερμαινόμενους χώρους του κτηρίου.

Το θερμοκήπιο-ηλιακός χώρος, επίσης, λειτουργεί ως φράγμα θερμικών απωλειών του κτηρίου προς το εξωτερικό περιβάλλον (χώρος θερμικής ανάσχεσης, tampon espace, buffer zone). Σχεδόν όλες τις ώρες της ημέρας ο ηλιακός χώρος έχει υψηλότερη θερμοκρασία από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος κι έτσι συμβάλλει στη μείωση των θερμικών απωλειών από το κτήριο. Σε ψυχρά όμως κλίματα, κατά τις νυχτερινές ώρες, μπορεί να συμβάλλει σε αύξηση θερμικών απωλειών, όταν ο ενδιάμεσος τοίχος δεν είναι επαρκώς μονωμένος. Σε ημέρες χωρίς ηλιοφάνεια, η εσωτερική θερμοκρασία σ’ ένα θερμοκήπιο με διπλό υαλοστάσιο φθάνει τουλάχιστον στους 10οC όταν η εξωτερική είναι 0οC.

Η θερμική συνεισφορά του ηλιακού χώρου εξαρτάται από το γεωμετρικό σχήμα και τον τρόπο σύνδεσής του με το κτήριο. Η απόδοσή του είναι συγκρίσιμη και πολλές φορές καλύτερη από την απόδοση ενός τοίχου θερμικής αποθήκευσης, που έχει την ίδια επιφάνεια υαλοστασίου. Οι επί πλέον θερμικές απώλειες μέσω της οροφής και των τοίχων που περιβάλλουν έναν ηλιακό χώρο αντισταθμίζονται από το γεγονός ότι το υαλοστάσιο έχει τη βέλτιστη κλίση. Υπολογίζεται ότι κατά τους χειμερινούς μήνες 10% έως 30% από την θερμότητα που προέρχεται από τη δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας από έναν ηλιακό χώρο μεταφέρεται στους παρακείμενους χώρους του κτηρίου.

38

Υπάρχουν πέντε βασικές μέθοδοι μεταφοράς θερμότητας από τον ηλιακό χώρο στους εσωτερικούς χώρους του κτηρίου:

Με απευθείας είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας στο εσωτερικό του κτηρίου (στην περίπτωση που υπάρχουν διαφανή στοιχεία στον ενδιάμεσο τοίχο).

Με μεταφορά του θερμού αέρα από το θερμοκήπιο στο χώρο με θερμοσιφωνισμό (στην περίπτωση που υπάρχουν ανοίγματα ή θυρίδες στον ενδιάμεσο τοίχο) ή με βεβιασμένη μεταφορά (θυρίδες ενισχυμένες με ανεμιστήρες).

Με αγωγιμότητα μέσω των διαχωριστικών τοίχων θερμοκηπίου-κτηρίου (σε αυτή την περίπτωση ο ενδιάμεσος τοίχος δε διαθέτει θερμομόνωση κατά τη διάρκεια της ημέρας).

Με τη χρήση απλών μηχανικών μέσων (π.χ. ανεμιστήρας) και αποθήκευση της θερμότητας στον εσωτερικό χώρο απ’ όπου και μεταδίδεται με ακτινοβολία ή μεταφορά. Σ’ αυτή την περίπτωση, η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί και σε χώρους που δεν δέχονται απευθείας την ηλιακή ακτινοβολία.

Με συνδυασμό των ανωτέρω.

Ανάλογα με τη θερμική σύνδεση και τον επιθυμητό τρόπο μεταφοράς, αποθήκευσης και διανομής της θερμότητας, ο διαχωριστικός τοίχος και το διαχωριστικό υαλοστάσιο μεταξύ θερμοκηπίου και κατοικήσιμου χώρου, θερμομονώνεται ή όχι και εφαρμόζεται νυχτερινή μόνωση (η οποία εφαρμόζεται και τη θερινή περίοδο).

- Στη μέθοδο της απευθείας εισόδου της ηλιακής ακτινοβολίας στο κτήριο, τμήμα του κοινού τοίχου μεταξύ του θερμοκηπίου και του κτηρίου αποτελείται από υαλοστάσιο. Ένα σημαντικό ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο υαλοστάσιο του θερμοκηπίου εισέρχεται στο κτήριο απευθείας μέσα από ενδιάμεσα ανοίγματα, ενώ το υπόλοιπο παραμένει στο θερμοκήπιο και το θερμαίνει. Σ’ αυτήν την περίπτωση το σύστημα λειτουργεί όπως το παθητικό σύστημα του «άμεσου κέρδους». Το πλεονέκτημα σε σχέση με το σύστημα του άμεσου κέρδους είναι ότι μειώνονται οι θερμικές απώλειες από το υαλοστάσιο του θερμαινόμενου χώρου, επειδή μεσολαβεί το θερμοκήπιο, όπου αναπτύσσεται υψηλότερη θερμοκρασία από το εξωτερικό περιβάλλον.

- Η μεταφορά του θερμού αέρα από το θερμοκήπιο στον εσωτερικό χώρο (είτε ο διαχωριστικός τοίχος διαθέτει ανοίγματα είτε όχι) βασίζεται στο φυσικό θερμοσιφωνισμό ή υποστηρίζεται από ανεμιστήρες.

Για τη φυσική μεταφορά της θερμότητας απαιτούνται ανοίγματα (παράθυρα ή πόρτες ή θυρίδες) στον κοινό τοίχο θερμοκηπίου – κτηρίου, που ανοίγουν αυτόματα ή χειροκίνητα και έτσι δημιουργείται φυσική κυκλοφορία του θερμού αέρα. Όσο υψηλότερα είναι τοποθετημένα τα ανοίγματα στο διαχωριστικό τοίχο και όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία στο θερμοκήπιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροή της θερμότητας από το θερμοκήπιο στον κυρίως χώρο. Η θερμότητα που αποδίδεται στον εσωτερικό χώρο μπορεί, στη συνέχεια, να αποταμιευθεί στα εσωτερικά δομικά στοιχεία όπως και στην περίπτωση του άμεσου κέρδους.

Αν χρησιμοποιηθούν ανεμιστήρες, με χειροκίνητη ή αυτόματη λειτουργία, η θερμοκρασία μπορεί να διοχετευθεί και στους βορινούς χώρους, που δεν δέχονται ηλιακή ακτινοβολία, και να αποταμιευθεί σε ειδικά στοιχεία αποθήκευσης, ή στα δομικά τους στοιχεία.

- Η μετάδοση της θερμότητας με αγωγιμότητα μέσα από τους κοινούς τοίχους θερμοκηπίου – κτηρίου είναι ο πιο συνηθισμένος και αποτελεσματικός τρόπος για τη θερμική σύνδεση του κτηρίου με το θερμοκήπιο. Σ’ αυτή την περίπτωση ο διαχωριστικός τοίχος δεν έχει θερμική μόνωση και ουσιαστικά λειτουργεί όπως το παθητικό σύστημα του τοίχου θερμικής αποθήκευσης.

Η αποτελεσματικότητα του συστήματος εξαρτάται από τους ίδιους παράγοντες όπως και στο σύστημα του τοίχου θερμικής αποθήκευσης: από το μέγεθος του υαλοστασίου, τον

39

προσανατολισμό, την κλίση και τις ιδιότητες του υαλοστασίου του ηλιακού χώρου κι από την επιφάνεια, το πάχος, το υλικό κατασκευής και το χρώμα του διαχωριστικού τοίχου.

Το πάχος του μη θερμομονωμένου διαχωριστικού τοίχου (από σκυρόδεμα ή συμπαγή πλινθοδομή) κυμαίνεται από 20-35 εκ. Όταν υπάρχει υδάτινος τοίχος μεταξύ του θερμοκηπίου και του κτηρίου, ο όγκος του νερού προσδιορίζει τη διακύμανση της θερμοκρασίας στο θερμοκήπιο και στους παρακείμενους κατοικήσιμους χώρους. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του νερού τόσο μικρότερες είναι οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις.

Στην περίπτωση που η κατασκευή του θερμοκηπίου γίνεται σε περιοχή που χαρακτηρίζεται από χαμηλές θερμοκρασίες το βράδυ, επιβάλλεται η κινητή νυχτερινή θερμομόνωση του διαχωριστικού τοίχου, τόσο του διαφανούς όσο και του αδιαφανούς τμήματος όταν δεν είναι θερμομονωμένο.

- Η μετάδοση της θερμότητας με τη χρήση απλών μηχανικών μέσων (π.χ. ανεμιστήρας) μπορεί να συνδυαστεί και με σύστημα σωληνώσεων που οδηγεί τον θερμό αέρα σε χώρο με θραυστό υλικό (rock bed, lit de pierres), όπου και αποθηκεύεται η θερμότητα και αποδίδεται στον εσωτερικό χώρο με ακτινοβολία ή μεταφορά. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε εύκρατα κλίματα, όπου την ημέρα συλλέγεται πολύ περισσότερη θερμότητα από όση είναι αναγκαία για τη θέρμανση του χώρου.

Για την αποδοτική λειτουργία του θερμοκηπίου, ανεξάρτητα από τον τρόπο θερμικής του σύνδεσης με το κτήριο, πρέπει να αποφεύγεται η υπερθέρμανση, η οποία εύκολα μπορεί να προκύψει ακόμη και το χειμώνα, λόγω της μεγάλης επιφάνειας των υαλοστασίων. Για την αποφυγή της υπερθέρμανσης απαιτείται ηλιοπροστασία το καλοκαίρι και συνιστάται να προβλέπονται αποσπώμενες γυάλινες επιφάνειες.

Η ηλιοπροστασία του θερμοκηπίου είναι απαραίτητη και μπορεί να συνδυαστεί και με τα συστήματα νυχτερινής μόνωσης. Η ηλιοπροστασία αντιμετωπίζεται με τον ίδιο τρόπο, όπως και στο σύστημα του άμεσου κέρδους και η μεθοδολογία υπολογισμού αναφέρεται στο Τεχνική Οδηγία «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης» και στο κεφάλαιο 4 της παρούσας τεχνικής οδηγίας.

Επίσης είναι απαραίτητος ο αερισμός του θερμοκηπίου, ο οποίος λειτουργεί και ως μέσο ελέγχου της υπερθέρμανσης και της υγρασίας αλλά και για την απομάκρυνση του CO2 που παράγεται το βράδυ, στην περίπτωση που ο ηλιακός χώρος χρησιμοποιείται και για την καλλιέργεια των φυτών. Για να δημιουργηθεί ρεύμα αέρα πρέπει να τοποθετηθούν περίπου ίδιου μεγέθους ανοίγματα στους απέναντι τοίχους, ή ανοιγόμενες θυρίδες στο άνω τμήμα του θερμοκηπίου.

Για τον υπολογισμό του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας του κτηρίου σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ., το διαχωριστικό δομικό στοιχείο μεταξύ του κυρίως χώρου του κτηρίου και του προσαρτημένου θερμοκηπίου, θεωρείται ως εξωτερική επιφάνεια του κελύφους προς μη θερμαινόμενο χώρο.

40

Σχήμα 3.6 Χειμερινή και θερινή λειτουργία θερμοκηπίου, με ανοιγόμενα υαλοστάσια

3.4.4. Θερμοσιφωνικό πανέλο ή αεροσυλλέκτης Το θερμοσιφωνικό πανέλο είναι συλλέκτης της ηλιακής ακτινοβολίας, ο οποίος δεν διαθέτει θερμική μάζα και είναι προσαρτημένος στο κτιριακό κέλυφος ή τοποθετείται ανεξάρτητα από αυτό. Επειδή απομονώνεται θερμικά από το κτήριο, ανήκει στην κατηγορία των παθητικών ηλιακών συστημάτων του «απομονωμένου κέρδους». Η θερμότητα που συλλέγεται από αυτό αποθηκεύεται είτε στα δομικά στοιχεία του κτηρίου είτε σε υποδαπέδια αποθήκη θερμότητας (σύστημα rock bed – βλ. § 3.4.3). Έχει νότιο προσανατολισμό, με απόκλιση έως 30ο από το νότο και κλίση είτε κατακόρυφη, είτε υπό γωνία, με βέλτιστη κλίση τις 30-40ο για τον ελλαδικό χώρο. Χαρακτηριστικό είναι ότι επειδή απομονώνεται εύκολα από το κτήριο δεν απαιτούνται στοιχεία ηλιοπροστασίας και επίσης μπορεί να αξιοποιηθεί η βέλτιστη κλίση για τη χειμερινή δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας, χωρίς επιπτώσεις υπερθέρμανσης. Αποτελείται από υαλοπίνακα, τοποθετημένο σε μικρή απόσταση (2-5cm) μπροστά από μεταλλική επιφάνεια, σκούρου χρώματος (μαύρου) και το όλο σύστημα θερμομονώνεται. Συνδέεται με το κτήριο με θυρίδες εισροής και εκροής του αέρα του εσωτερικού χώρου προς και από το πανέλο. Οι θυρίδες αυτές τοποθετούνται καθ’όλο το πλάτος του πανέλου, με διάμετρο 20-30cm. Ο χώρος θερμαίνεται μέσω του φαινομένου του θερμοσιφωνισμού. Ο ψυχρός αέρας από το εσωτερικό του κτηρίου εισέρχεται στο κατώτερο μέρος του θερμοσιφωνικού πανέλου από την κατώτατη θυρίδα του όπου θερμαίνεται, ανέρχεται ως ελαφρότερος και εξέρχεται στον εσωτερικό χώρο από την ανώτατη θυρίδα του. Σχηματική παράσταση της λειτουργίας του θερμοσιφωνικού πανέλου φαίνεται στο Σχήμα 3.7.

Η απόδοση του θερμοσιφωνικού πανέλου αυξάνεται με τη χρήση διπλών υαλοπινάκων στο συλλέκτη, σε σχέση με απλούς υαλοπίνακες, ιδιαίτερα για τα πιο ψυχρά κλίματα. Το βέλτιστο μήκος του συλλέκτη έχει εκτιμηθεί στα 3m (Norton & Probert, 1984).

To θερμοσιφωνικό πανέλο ενδείκνυται για χώρους που χρειάζονται άμεση απόδοση θερμότητας από τα ηλιακά κέρδη, όπως χώρους γραφείων, σχολικές αίθουσες κοκ. Το πλεονέκτημά του, σε σχέση με το άμεσο κέρδος που, επίσης, αποδίδει άμεσα θερμότητα στο χώρο, είναι ότι αποφεύγεται η θάμβωση από μεγάλους υαλοπίνακες, η υπερθέρμανση τη θερινή περίοδο, καθώς κι οι αυξημένες απώλειες θερμότητας τη νύχτα. Εκτός αυτού, τη θερινή περίοδο, μπορεί να αποκόπτεται θερμικώς από το κτήριο (κλείσιμο των θυρίδων, σκίαση του πανέλου, άνοιγμα του υαλοπίνακα στο ανώτατο και κατώτερο μέρος του), αποφεύγοντας έτσι την υπερθέρμανση του χώρου.

Το κλείσιμο των θυρίδων είναι επίσης πολύ σημαντικό τη νυχτερινή περίοδο, προς αποφυγή θερμικών απωλειών. Κάτι τέτοιο καθιστά την εφαρμογή συστήματος αυτοματισμών σχεδόν επιτακτική, προς αποφυγή δυσλειτουργίας του συστήματος από αμέλεια των χρηστών.

41

Σε περίπτωση που τοποθετείται κεκλιμένα, το θερμοσιφωνικό πανέλο έχει καλύτερη απόδοση αλλά χρειάζεται περισσότερο ελεύθερο χώρο. Προσαρτημένο κατακόρυφα στον τοίχο μπορεί να εναρμονισθεί αισθητικά με το κτήριο πιο εύκολα.

Χειμώνας

Σχήμα 3.7. Αρχή λειτουργίας θερμοσιφωνικού πανέλου

3.4.5. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση

Πρόκειται για τοίχο νότιου προσανατολισμού με απόκλιση έως 30ο, με υλικό μεγάλης θερμοχωρητικότητας (συνήθως τούβλο), εξωτερικά του οποίου τοποθετείται διαφανής μόνωση χωρίς επίχρισμα (Σχήμα 3.8). Η εξωτερική παρειά του τοίχου βάφεται με σκούρο χρώμα. Ουσιαστικά πρόκειται για τοίχο μάζας, ο οποίος όμως θερμομονώνεται. Με αυτό τον τρόπο, μειώνεται μεν ο συντελεστής θερμικών ηλιακών απολαβών του διαφανούς θερμομονωτικού υλικού (μικρότερος σε σχέση με εκείνον του καθαρού γυαλιού), αλλά καθώς ο τοίχος είναι πλέον θερμομονωμένος, αυξάνουν τα καθαρά κέρδη, σε σχέση με τον τοίχο μάζας.

Η διαφανής μόνωση είναι θερμομονωτικό υλικό, κυψελωτής δομής, τα χαρακτηριστικά της οποίας αναφέρθηκαν στην § 3.4.1. Λόγω της δομής της, επιτρέπει στην ηλιακή ακτινοβολία να διαπεράσει τη μάζα της, παράλληλα όμως μειώνει τις θερμικές απώλειες. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνονται ηλιακά κέρδη, μικρότερα σε σχέση με τα ηλιακά κέρδη καθαρού τζαμιού, με πολύ μικρότερες όμως θερμικές απώλειες. Έχει μεγάλη απόδοση, ιδιαίτερα κατά τους ψυχρότερους μήνες και δεν απαιτεί αυτοματισμούς ή τη συμμετοχή του χρήστη για την ορθή θερμική λειτουργία του συστήματος.

Τη θερινή περίοδο πρέπει οπωσδήποτε να σκιάζεται εξωτερικά είτε με προεξοχές είτε με κατακόρυφα, εξωτερικά σκίαστρα, προκειμένου να αποφεύγεται η υπερθέρμανση του χώρου. Ως προς τη χειμερινή του λειτουργία, δε χρειάζεται νυχτερινή θερμική προστασία.

Η ενέργεια που αποδίδεται από το αδιαφανές στοιχείο με διαφανή μόνωση στο εσωτερικό του κτηρίου εξαρτάται από τα εξής:

Τον προσανατολισμό και τη σκίαση του τοίχου από τον περιβάλλοντα χώρο, προεξοχές του κτηρίου ή/και εξωτερικά σκίαστρα

Το διαφανές υλικό και τα θερμοφυσικά χαρακτηριστικά του (συντελεστής θερμικής διαπερατότητας, συντελεστής θερμικών ηλιακών απολαβών)

42

Το εμβαδόν της συλλεκτικής επιφάνειας του τοίχου, την απορροφητικότητα και την θερμοπερατότητα.

Καλοκαίρι

Χειμώνας

Σχήμα 3.8. Αρχή λειτουργίας αδιαφανούς στοιχείου με διαφανή μόνωση

3.5. Επιλογή παθητικού συστήματος θέρμανσης Η επιλογή του παθητικού ηλιακού συστήματος εξαρτάται από τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής, τη λειτουργικότητα του κτηρίου και τα αναμενόμενα ενεργειακά αποτελέσματα, όπως θα προκύψουν μετά από τους σχετικούς υπολογισμούς, σε συνδυασμό με το κόστος και την απόσβεση της επί πλέον δαπάνης.

Συνήθης πρακτική είναι να συνυπάρχει το σύστημα του άμεσου κέρδους, το οποίο είναι απαραίτητο και για το φυσικό φωτισμό του χώρου, μαζί με κάποιο από τα άλλα παθητικά συστήματα (Εικόνες 3.1., 3.2. και 3.3.).

Στη συνέχεια αναφέρονται συνοπτικά ορισμένα από τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των παθητικών συστημάτων που συσχετίζονται με την απόδοση, το κόστος, την απλότητα της κατασκευής και την επίδρασή τους στη λειτουργία του κτηρίου.

Εικόνα 3.1. Το ηλιακό χωριό στη Λυκόβρυση Αττικής (αρχιτεκτονική μελέτη: Α. Τομπάζης,1984).

Εφαρμόστηκε πληθώρα ηλιακών συστημάτων με στόχο την αξιολόγησή τους.

43

Εικόνα 3.2. Κατοικία στη Θέρμη Θεσσαλονίκης. Μεγάλα ανοίγματα , τοίχος θερμικής αποθήκευσης και προσαρτημένος ηλιακός χώρος διαμορφώνουν τη νότια όψη (αρχιτεκτονική μελέτη: Κ. Αντωνίου,

Κ. Αξαρλή, 1991)

Εικόνα 3.3. Κατοικία στη Λευκάδα. Μεγάλα ανοίγματα, έλεγχος ηλιασμού (βάση εποχής) μέσω

προβόλων, θερμική μάζα, φυσικός αερισμός (αρχιτεκτονική μελέτη: Κ. Γράψας 2007)

Εικόνα 3.4. Συγκρότημα κατοικιών στο Λουγκάνο της Ελβετίας. Η νότια όψη διαμορφώνεται με

κατακόρυφους αεροσυλλέκτες

44

3.5.1. Σύστημα άμεσου κέρδους

Πλεονεκτήματα

Το χαμηλό κόστος: τα υαλοστάσια είναι ένας σχετικά οικονομικός τρόπος δημιουργίας ηλιακού συλλέκτη

Η ευκολία κατασκευής: Στις περισσότερες περιπτώσεις αρκεί η σωστή χωροθέτηση των ανοιγμάτων. ∆εν απαιτείται πρόσθετη μάζα θερμικής αποθήκευσης, για συμμετοχή έως 25% της ηλιακής ενέργειας στη θέρμανση του χώρου. Ο έως σήμερα τρόπος κατασκευής των κτηρίων στην Ελλάδα παρέχει την απαραίτητη θερμική μάζα για τη λειτουργία του συστήματος.

Τα συνδυασμένα οφέλη: Τα γυάλινα ανοίγματα συμβάλλουν σε πολλές ταυτόχρονα λειτουργίες, επιτρέποντας την είσοδο του φυσικού φωτός στο κτήριο και την οπτική επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον.

Μειονεκτήματα

Ο κίνδυνος θάμβωσης από τα μεγάλα ανοίγματα.

Η είσοδος υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία μπορεί να αλλοιώσει υφάσματα και αντικείμενα.

Οι σχετικά μεγάλες διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας που εμφανίζονται εάν δεν υπάρχει επαρκής θερμική μάζα.

Η μείωση της ιδιωτικότητας.

Η μεγάλη επιφάνεια θερμικής μάζας που απαιτείται, όταν προβλέπεται ηλιακή συμμετοχή μεγαλύτερη από 50% (ιδιαίτερα σε ψυχρά κλίματα).

Το κόστος της νυχτερινής μόνωσης που απαιτείται για τη μείωση των θερμικών απωλειών.

3.1.1. Τοίχος θερμικής αποθήκευσης


Θάμβωση και κίνδυνος αλλοίωσης υφασμάτων από υπεριώδη ακτινοβολία δεν υπάρχει.

Οι διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας είναι σχετικά μικρές (μικρότερες από ό,τι στο σύστημα άμεσου κέρδους).

Η μεγάλη χρονική καθυστέρηση για τη μετάδοση της θερμότητας, που έχει σαν αποτέλεσμα η θερμότητα να αποδίδεται κατά τις νυχτερινές ώρες, όταν είναι περισσότερο απαραίτητη.


Η μείωση των νότιων ανοιγμάτων και η δημιουργία κλειστής νότιας όψης.

Το κόστος της νυχτερινής μόνωσης, εάν απαιτείται.

Η καθημερινή λειτουργία των θυρίδων, όταν πρόκειται για τοίχο Τrombe.

Η απαίτηση καθαρισμού του υαλοστασίου.

45

3.1.2. Προσαρτημένο θερμοκήπιο


∆ημιουργείται πρόσθετος κατοικήσιμος χώρος με μικρό κόστος.

∆ημιουργείται χώρος για την καλλιέργεια φυτών.

Λειτουργεί ως φράγμα θερμικών απωλειών του κτηρίου κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Ενσωματώνεται εύκολα σε υφιστάμενα κτήρια.

Οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στον κατοικήσιμο χώρο είναι μικρές.


Η θερμική απόδοση επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το σχεδιασμό και γι’ αυτό είναι δύσκολο να προβλεφθεί.

Υπάρχει κίνδυνος υπερθέρμανσης, ιδίως για το καλοκαίρι, εάν δε ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα ηλιοπροστασίας και αερισμού.

3.1.3. Θερμοσιφωνικό πανέλο


Προσαρμόζεται εύκολα και σε υφιστάμενα κτήρια με νότιο προσανατολισμό.

Αποδίδει άμεσα θερμότητα στους χώρους, αποφεύγοντας τη θάμβωση.

Τη θερινή περίοδο μπορεί εύκολα να αποκοπεί θερμικά από το κτήριο, αποφεύγοντας έτσι την υπερθέρμανση του χώρου.


Όταν τοποθετείται με κλίση είναι σχετικά δύσκολη η αισθητική του εναρμόνιση με το κτήριο.

Η μείωση των νότιων ανοιγμάτων και η δημιουργία κλειστής νότιας όψη.

Πρόκειται για μια μη ευρέως διαδεδομένη τεχνολογία στη χώρα μας.

3.1.4. Τοιχοποιία με διαφανή μόνωση


Έχει μεγαλύτερη απόδοση, σε σχέση με τον τοίχο θερμικής αποθήκευσης.

∆εν απαιτείται επιπλέον νυχτερινή μόνωση.

Τα πλεονεκτήματα που αναφέρονται στον τοίχο θερμικής αποθήκευσης (§ 3.5.2)


Η μείωση των νότιων ανοιγμάτων και η δημιουργία κλειστής νότιας όψης.

Πρόκειται για μια μη ευρέως διαδεδομένη τεχνολογία στη χώρα μας.

3.6. Απαιτήσεις Κ.Εν.Α.Κ. για τα Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης

Σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ., αναφέρεται :

46

Στο άρθρο 8: Ελάχιστες προδιαγραφές κτηρίων: απαιτείται στο σχεδιασμό των νέων κτηρίων η «ενσωμάτωση τουλάχιστον ενός εκ των Παθητικών Ηλιακών Συστημάτων (ΠΗΣ), όπως: άμεσου ηλιακού κέρδους (νότια ανοίγματα), τοίχος μάζας, τοίχος Trombe, ηλιακός χώρος (θερμοκήπιο) κ.ά.»

Στο Άρθρο 11: Περιεχόμενα μελέτης ενεργειακής απόδοσης κτηρίου: Το τεύχος της μελέτης ενεργειακής απόδοσης κτηρίου όσον αφορά το σχεδιασμό του κτηρίου περιλαμβάνει (παράγραφος 2.6) «Περιγραφή λειτουργίας των παθητικών συστημάτων για τη χειμερινή και θερινή περίοδο: υπολογισμός επιφάνειας παθητικών ηλιακών συστημάτων άμεσου και έμμεσου κέρδους (κάθετης / κεκλιμένης / οριζόντιας επιφάνειας), για τα συστήματα με μέγιστη απόκλιση έως 30ο από το νότο, καθώς και του ποσοστού της επί της αντίστοιχης συνολικής επιφάνειας της όψης.

Όσον αφορά στον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης των παθητικών συστημάτων:

Σύμφωνα με το άρθρο 9 του Κ.Εν.Α.Κ., τα παθητικά ηλιακά συστήματα που πιθανώς ενσωματώνονται στο εξεταζόμενο κτήριο δεν λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς της ενεργειακής απόδοσης για το κτήριο αναφοράς, εκτός από το σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους.

∆ηλαδή δεν ελέγχονται ως προς τη θερμομονωτική τους επάρκεια:

• ο τοίχος Trombe, ο τοίχος θερμικής μάζας και γενικώς οποιοσδήποτε τοίχος ή άλλο στοιχείο θερμικής συσσώρευσης,

• το διαχωριστικό δομικό στοιχείο μεταξύ του κυρίως χώρου του κτηρίου και του προσαρτημένου θερμοκηπίου, που θεωρείται ως εξωτερική επιφάνεια του κελύφους προς μη θερμαινόμενο χώρο, καθώς το προσαρτημένο θερμοκήπιο λογίζεται ως χώρος που δεν θερμαίνεται.

Σ’ αυτήν την περίπτωση, στο κτήριο αναφοράς τα ιδιαίτερα δομικά στοιχεία των παθητικών ηλιακών συστημάτων που δεν διαθέτουν ικανοποιητική θερμομόνωση (τοίχος Τrombe, τοίχος θερμικής μάζας, διαχωριστικός τοίχος κτηρίου-ηλιακού χώρου κλπ) αντικαθίστανται με αντίστοιχα συμβατικά δομικά μη διαφανή στοιχεία με θερμικά χαρακτηριστικά που ανταποκρίνονται σε συντελεστή θερμοπερατότητας UV-W (W/(m²K)) τον μέγιστο επιτρεπτό για την αντίστοιχη θερμική ζώνη (όπως ορίζονται στον πίνακα 3.3α. της ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010: «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης»)).

Σύμφωνα με τον Κ.Εν.Α.Κ. και την ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010 «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης», (άρθρο 3.5): για τον υπολογισμό της συνεισφοράς των παθητικών ηλιακών συστημάτων στην ενεργειακή απόδοση των κτηρίων, είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός και καταγραφή διαφόρων παραμέτρων που σχετίζονται με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των παθητικών ηλιακών συστημάτων και αναφέρονται αναλυτικά στη μελέτη σχεδιασμού που περιλαμβάνεται στην ενεργειακή μελέτη του κτηρίου.

Θα πρέπει ο μελετητής να λαμβάνει υπόψη στους υπολογισμούς τις εξής παραμέτρους:

o Τον τύπο του παθητικού ηλιακού συστήματος: άμεσου ηλιακού κέρδους και έμμεσου κέρδους, όπως το προσαρτημένο θερμοκήπιο (ηλιακός χώρος), ο τοίχος Trombe, ο τοίχος μάζας κ.ά.

o Τη διαφανή επιφάνεια του παθητικού ηλιακού συστήματος σε m2. Ανάλογα με το παθητικό ηλιακό σύστημα, προσδιορίζεται η διαφανής επιφάνεια (υαλοστάσιο), τόσο ως προς τη γεωμετρία της [m2], όσο και ως προς τις θερμοφυσικές ιδιότητες των υλικών όπως τη θερμοπερατότητα, την ηλιακή διαπερατότητα, την

47

ανακλαστικότητα και τη διείσδυση του αέρα (m3/sec). Επίσης καταγράφεται ο συντελεστής σκίασης, ο προσανατολισμός, η κλίση της επιφάνειας και η νυχτερινή προστασία.

o Για τα παθητικά ηλιακά συστήματα άμεσου κέδρους: τον προσδιορισμό των τεχνικών χαρακτηριστικών και της γεωμετρίας των εσωτερικών επιφανειών του χώρου, η οποία λαμβάνεται υπόψη ως επιφάνεια υψηλής θερμικής μάζας που αποθηκεύει τη θερμική ενέργεια από τον ήλιο. Γι’ αυτές τις επιφάνειες προσδιορίζεται το πάχος τους [m], η θερμοχωρητικότητα τους [kJ/kg·K], η θερμοπερατότητά τους [W/(m2·K)] και η απορροφητικότητα τους στην ηλιακή ακτινοβολία.

o Για τα παθητικά ηλιακά συστήματα έμμεσου κέρδους: τον προσδιορισμό των τεχνικών χαρακτηριστικών του αδιαφανούς δομικού στοιχείου που χρησιμοποιείται ως στοιχείο αποθήκευσης (τοίχου Τrombe, τοίχου μάζας κ.ά.). Γι' αυτές τις επιφάνειες προσδιορίζεται το πάχος τους (m), η θερμοχωρητικότητα τους [kJ/kg·K], η θερμοπερατότητά τους [W/(m2·K)] και η απορροφητικότητα τους στην ηλιακή ακτινοβολία και η εκπεμπτικότητα τους στη θερμική ακτινοβολία.

o Για τα παθητικά ηλιακά συστήματα έμμεσου κέρδους με τοίχο Τrombe ή τοίχο θερμικής μάζας: τον προσδιορισμό επίσης της απόστασης διακένου (cm) μεταξύ κουφώματος και αδιαφανούς αποθηκευτικής επιφάνειας (τοίχου Τrombe ή τοίχου μάζας), την κυκλοφορία αέρα αν εφαρμόζεται μεταξύ του διακένου του παθητικού ηλιακού συστήματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος, καθώς και την κυκλοφορία αέρα μεταξύ του διακένου του παθητικού ηλιακού συστήματος και του εσωτερικού χώρου του κτηρίου μέσω κατάλληλων θυρίδων κυκλοφορίας αέρα. Για τις θυρίδες αερισμού προσδιορίζεται και η επιφάνειας τους (m2).

Για τους υπολογισμούς της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων, προς το παρόν δεν λαμβάνονται, υπόψη τα παθητικά ηλιακά συστήματα έμμεσου κέρδους με τοίχο Τrombe ή/και τοίχο θερμικής μάζας, μέχρις επιλύσεως υπολογιστικών διαφορών που έχουν δημοσιευθεί στη διεθνή βιβλιογραφία σχετικά με τα αντίστοιχα ευρωπαϊκά πρότυπα. Ο τελικός καθορισμός των τεχνικών χαρακτηριστικών των Π.Η.Σ. όπως θα λαμβάνονται στους υπολογισμούς θα γίνει με επικαιροποίηση των τεχνικών οδηγιών. Προς το παρόν στην περίπτωση που ένα κτήριο ή τμήμα κτηρίου διαθέτει τοίχο Τrombe ή/και τοίχο θερμικής μάζας, τότε στους υπολογισμούς λαμβάνεται υπόψη ότι η επιφάνεια του Π.Η.Σ. είναι μια συμβατική αδιαφανής επιφάνεια, με συντελεστή θερμοπερατότητας UV-W (W/(m²K)) το μισό του μέγιστου επιτρεπτού για την αντίστοιχη θερμική ζώνη (όπως ορίζονται στον πίνακα 3.3α. της ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010: «Αναλυτικές εθνικές προδιαγραφές παραμέτρων για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων και την έκδοση του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης»). Τα υπόλοιπα τεχνικά χαρακτηριστικά, συντελεστής σκίασης, απορροφητικότητα και συντελεστής εκπομπής στη θερμική ακτινοβολία λαμβάνονται όπως οι αδιαφανείς επιφάνειες του κτηρίου αναφοράς.

3.7. Βιβλιογραφία

1. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006.

2. Aξαρλή, Κ., Αραβαντινός, ∆., «Μετρήσεις και αξιολογήσεις εσωκλιματικών συνθηκών και έλεγχος σχηματισμού δρόσου σε πειραματικούς χώρους εξοπλισμένους με ηλιακά παθητικά συστήματα», πρακτικά 7ου Εθνικού Συνέδριου ΙΗΤ για τις Ήπιες Μορφές Ενέργειας, ΙΗΤ, Πάτρα 6-8 Νοεμβρίου 2002, τόμος Α΄, ISSN 1108-3603, σελ. 241-251.

48

3. Αxarli K., Demetriou M., “The impact of shading on the thermal performance of a passive solar heating system: Experimental evaluation and Simulation analysis”, Int conference proceedings - PLEA 2005 “Environmental Sustainability: The Challenge of Awareness in Developing Societies”, Beirut, Lebanon, 13-16 November, 2005, pp 57-63.

4. Crosbie, M., (Ed.), “Τhe passive solar design and construction handbook”, John Wiley and Sons, 1997.

5. Darvey, P., «Engineering for a Finite Planet», Birkhäuser, Basel, 2009.

6. Eicker, U., «Solar Technologies for Buildings», Wiley, Chichester, 2003.

7. Gallo, C., «Architecture, Comfort and Energy», Pergamon, Amsterdam, 1988.

8. Galloway, T., «Solar House, A Guide for the Solar Designer», Architectural Press, Elsevier, Amsterdam, 2004.

9. Goulding J.R, Lewis J.O., Steemers T,C. (Επιμ), «Energy in Architecture, The European Passive Solar Handbook», Commission of the European Communities, 1994. Ελληνική έκδοση: «Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα Παθητικά ηλιακά κτήρια», μεταφρ. Ε. Τσίγκας, Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Ένωση, 1996.

10. Kerschberger, A., & Binder, M., «Transparent Wärmedämmung im Vergleigh.» RK-Stuttgart, Fachartikel TWD, 2006.

11. Legrand, D. G., & Bendler, J. T., (Eds), «Handbook of Polycarbonate Science and Technology.» Markel Dekker Inc, New York, 2000.


13. McKeen, L. W., «The Effect of Temperature and Other Factors on Plastics and Elastomers.» William Andrew, New York, 2008.

14. Norton, B., & Probert, S. D., «Solar-Energy Stimulated, Open-Looped Thermosyphonic Air Heaters.» Applied Energy, Vol. 17, pp 217-234, 1984.

15. Παπαδόπουλος, Μ., & Αξαρλή, Κ., «∆ομική Φυσική ΙΙ, Ενεργειακός Σχεδιασμός – Παθητικά Ηλιακά Συστήματα», Αφοί Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη, 1982.

16. Platzer, W. J., & Goetzberger, A., «Recent Advances in Transparent Insulation Technology», EUROSUN 1996, pp 5-10.

17. Yannas, S., «Solar Energy and Housing Design: Principles, Objectives, Guidelines», Architectural Association Publications, 1993.

3.8. Πηγές σχημάτων και εικόνων

3.8.2 Πηγές σχημάτων Σχήμα 3.3. Mazria Ed., “The Passive Solar Energy Book”, Rodale Press, Emmaus, Pa.,

1979.

3.8.2 Πηγές εικόνων Εικόνα 3.1. Προσωπικό αρχείο Κ. Αξαρλή.

Εικόνα 3.2. Όπ. π.

Εικόνα 3.3. Προσωπικό αρχείο Κ. Γράψα.

Εικόνα 3.4. Προσωπικό αρχείο Κ. Αξαρλή.

.

49

ΦΥΣΙΚΟΣ ∆ΡΟΣΙΣΜΟΣ

3.9. Εισαγωγή

Η στρατηγική του φυσικού δροσισμού αποσκοπεί στην αποτροπή της υπερθέρμανσης του κτηρίου. Πρώτο βήμα για την επίτευξή της είναι η προστασία του κτηρίου, ιδιαίτερα των ανοιγμάτων του, από την πρόσπτωση της έντονης ηλιακής ακτινοβολίας.

Το επόμενο βήμα είναι η απομάκρυνση της πλεονάζουσας θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο προς το εξωτερικό περιβάλλον.

Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός επιχειρεί με τεχνικές και νέες τεχνολογίες να αποκαταστήσει το φυσικό δροσισμό των κτηρίων, για τους εξής κυρίως λόγους:

για μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας ή τουλάχιστον τη σταθεροποίησή της σε περιόδους αιχμής -καύσωνα,

για περιορισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα,

για περιορισμό των εκπομπών χλωροφθορανθράκων από τη διαρκώς αυξανόμενη τάση χρήσης κλιματιστικών,

για τη διασφάλιση συνθηκών θερμικής άνεσης μέσα στα κτήρια.

3.10. Τεχνικές φυσικού δροσισμού Οι τεχνικές και σχεδιαστικές ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου, οι οποίες συμβάλλουν στον φυσικό του δροσισμό, είναι οι ακόλουθες:

4.2.1. Ηλιοπροστασία του κτηρίου από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία και κυρίως σκίαση των ανοιγμάτων του, έτσι ώστε να αποφεύγεται η υπερθέρμανση του εσωτερικού χώρου.

4.2.2. Χρώμα και υφή των εξωτερικών επιφανειών.

4.2.3. Επάρκεια θερμικής μάζας του κτηρίου, η οποία περιορίζει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εσωτερικού αέρα.

4.2.4. Θερμομόνωση του κελύφους του κτηρίου, η οποία μειώνει το ψυκτικό του φορτίο.

4.2.5. Φυσικός αερισμός του εσωτερικού χώρου του κτηρίου, είτε με φυσικό, είτε με εξαναγκασμένο-μηχανικό τρόπο για την απομάκρυνση της συσσωρευμένης θερμότητας στα δομικά του στοιχεία.

4.2.6. Νυχτερινή ακτινοβολία θερμότητας προς τον ουρανό.

4.2.7. ∆ιαμόρφωση μικροκλίματος, βελτίωση των συνθηκών του άμεσου εξωτερικού περιβάλλοντος του κτηρίου, με τη χρήση βλάστησης, υδάτινων επιφανειών και κατάλληλων υλικών επίστρωσης δαπέδων (ψυχρών υλικών, υδατοδιαπερατών υλικών κλπ).

3.10.1. Ηλιοπροστασία Το καλοκαίρι οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι υψηλές και η ηλιακή ακτινοβολία έντονη, με αποτέλεσμα το κτήριο να απορροφά θερμότητα, πολύ περισσότερη μάλιστα όταν είναι εκτεθειμένο στον ήλιο, με άμεσες επιπτώσεις στο εσωτερικό του (κίνδυνος υπερθέρμανσης).

Για τα ελληνικά κλιματικά δεδομένα, ο σκιασμός του κτηρίου, ιδιαίτερα των ανοιγμάτων του, είναι αναγκαίος για τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο, ενώ για τους μήνες Μάιο, Σεπτέμβριο και Οκτώβριο είναι επιθυμητός κατά κανόνα τις μεσημβρινές ώρες.

50

Κατά συνέπεια, τα συστήματα σκίασης πρέπει να παρέχουν αποτελεσματική προστασία από τον ήλιο το καλοκαίρι, χωρίς όμως να παρεμποδίζουν τον ηλιασμό του κτηρίου το χειμώνα ή να περιορίζουν τον φυσικό του φωτισμό.

3.10.1.1. Ο σκιασμός του κτηρίου και των ανοιγμάτων

Ο σκιασμός ολόκληρου του κτηρίου μπορεί να επιτευχθεί –υπό την προϋπόθεση ότι πρόκειται για χαμηλό κτήριο- με την τοποθέτηση φυλλοβόλων δέντρων και βλάστησης σε θέσεις κατάλληλες (Σχήμα 4.1), έτσι ώστε να διακόπτεται ο ηλιασμός τους καλοκαιρινούς μήνες. Παράλληλα η βλάστηση, απορροφώντας θερμότητα, μειώνει την εξωτερική θερμοκρασία.

Η σκίαση των ανοιγμάτων επιβάλλεται να είναι στην εξωτερική πλευρά του υαλοστασίου, προκειμένου να αποφευχθεί η διείσδυση του ήλιου και η συνεπαγόμενη υπερθέρμανση του χώρου. Η προστασία με σκίαστρα στο εσωτερικό των υαλοστασίων (π.χ. κουρτίνες, περσίδες) ή ανάμεσα στους υαλοπίνακες (π.χ. περσίδες) προσφέρει μεν μείωση της θάμβωσης από το έντονο ηλιακό φως, δεν απαλλάσσει όμως το χώρο από την υπερθέρμανση.

Η ηλιοπροστασία των ανοιγμάτων και η επιλογή του κατάλληλου συστήματος σκίασης, σε μορφή, μέγεθος και θέση, είναι συνάρτηση του προσανατολισμού της όψης.

45° 45° 45° 45°

B

X1

Y1

X2

Y2

X: Ευεργετική θερινή σκιάΥ: Ανεπιθύμητη χειμερινή σκιά

Σχήμα 4.1. Σκίαση με δέντρα. Το ύψος του δέντρου και η ερριμένη σκιά του

Τα βασικά κριτήρια για την επιλογή του καταλληλότερου συστήματος ηλιοπροστασίας των ανοιγμάτων είναι:

ο προσανατολισμός της όψης,

η χρήση του χώρου (κατοικία, σχολείο, εργασιακός χώρος),

η μορφή των ανοιγμάτων - ανοίγματα συνεχόμενα ή διακοπτόμενα από τοίχους,

51

η αισθητική του κτηρίου,

ο παράγων οικονομία, ως αρχική επένδυση και ως κόστος λειτουργίας του κτηρίου.

Σε σχέση με τον προσανατολισμό, από μελέτες έχει προκύψει ότι:

α) για το νότιο προσανατολισμό, τα πιο κατάλληλα στοιχεία σκίασης είναι τα οριζόντια, σταθερά ή κινητά, λόγω της υψηλής τροχιάς του ήλιου τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο (Σχήμα 4.2). Το κρίσιμο σημείο είναι το πλάτος της προεξοχής –προβόλου ή περσίδων- από το κτήριο, έτσι ώστε το μεν καλοκαίρι να διασφαλίζεται πλήρης σκιασμός των ανοιγμάτων, ενώ το χειμώνα, αντίστροφα, να επιτρέπεται η διείσδυση του ήλιου μέσα στο χώρο.

Όψη τομή μάσκα σκιασμού Όψη τομή μάσκα σκιασμού

Σχήμα 4.2. Μορφές οριζόντιων σκιάστρων σταθερών ή κινητών για νότια όψη

β) για τον ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό, η σκίαση των ανοιγμάτων με κατακόρυφες περσίδες, κάθετες στην όψη ή υπό κλίση, είναι πιο αποτελεσματική, γιατί ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά, κοντά στον ορίζοντα (Σχήμα 4.3).

όψη τομή μάσκα σκιασμού

Σχήμα 4.3. Μορφές περσίδων για ανατολική και δυτική όψη

52

γ) για προσανατολισμό νοτιανατολικό και νοτιοδυτικό, τα ηλιοπροστατευτικά στοιχεία, για να είναι αποτελεσματικά, πρέπει να είναι συνδυασμός οριζόντιων και κατακόρυφων περσίδων, υπό μορφή εσχάρας (Σχήμα 4.4). Η διάταξη αυτή των περσίδων καθορίζεται από το ύψος και το αζιμούθιο του ήλιου, για τους μήνες του καλοκαιριού.

όψη τομή μάσκα σκιασμού

Σχήμα 4.4. Μορφές περσίδων για νοτιανατολική και νοτιοδυτική όψη

Η ηλιοπροστασία με εσωτερικά σκίαστρα ή περσίδες, τοποθετημένες ανάμεσα στους υαλοπίνακες, δεν ενδείκνυται γιατί δεν απαλλάσσει τον εσωτερικό χώρο από τον κίνδυνο υπερθέρμανσης, παρόλο που μειώνει τη θάμβωση από το έντονο ηλιακό φως.

Επίσης, πρέπει να αποφεύγεται ο εγκλωβισμός του θερμού αέρα κάτω από τα σκίαστρα, όπως συμβαίνει σε συμπαγείς προεξοχές, προβόλους, μαρκίζες κ.λ.π., γιατί η συσσωρευμένη πρόσθετη θερμότητα επηρεάζει το εσωτερικό του κτηρίου.

Κατασκευές που επιτρέπουν την ανεμπόδιστη απομάκρυνση του θερμού αέρα από το κτήριο είναι τα διάτρητα σκίαστρα –μεταλλικά, ξύλινα ή και συμπαγή με κενό/σχισμή ανάμεσα στο κτήριο και στον πρόβολο-, τα οποία δεν εγκλωβίζουν τον θερμό αέρα. Επίσης και το υλικό κατασκευής του ηλιοπροστατευτικού συστήματος επηρεάζει την απόδοσή του. Σκίαστρα κατασκευασμένα με υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα, όπως το σκυρόδεμα, αποθηκεύουν θερμότητα την οποία ακτινοβολούν και ενώ εμποδίζουν την ηλιακή ακτινοβολία να εισέλθει στο χώρο, δεν αποτρέπουν την υπερθέρμανση του κτηρίου.

Η επιλογή του κατάλληλου συστήματος σκίασης -μορφής και αποδοτικότητας- εξαρτάται άμεσα και από τη χρήση του κτηρίου και από τις ώρες λειτουργίας του. Η ηλιοπροστασία μιας κατοικίας καλύπτεται πλήρως με μια τέντα, ενώ για ένα κτήριο γραφείων ή μια βιβλιοθήκη το είδος του σκιάστρου οφείλει να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις των μόνιμων, σταθερών θέσεων εργασίας.

Αξιολογώντας την αποτελεσματικότητα των συστημάτων ηλιοπροστασίας, συμπεραίνεται ότι: τα σταθερά προστεγάσματα ή σκίαστρα, ανεξάρτητα από προσανατολισμό, παρουσιάζουν προβλήματα ως προς την απόδοσή τους, γιατί η πλήρης σκίαση των ανοιγμάτων το μήνα Αύγουστο, που είναι απολύτως επιθυμητή, διακόπτει τον ηλιασμό του χώρου και το μήνα Απρίλιο, λόγω της ίδιας φαινόμενης τροχιάς του ήλιου. Συνεπώς η κινητή εξωτερική ηλιοπροστασία παρουσιάζει πλεονεκτήματα, γιατί μπορεί να ρυθμίζεται ανάλογα με τις εποχές και τις ανάγκες των χρηστών του κτηρίου.

Η επιλογή του συστήματος ηλιοπροστασίας καθορίζεται και από κριτήρια αισθητικά. Το ''παιγνίδι'' με το φως και η σχέση του εσωτερικού και του εξωτερικού χώρου, η διαφάνεια του

53

κελύφους αποτελούν ζητήματα συνθετικής οργάνωσης. Η διαφοροποιούμενη μορφή της ηλιοπροστασίας, συναρτήσει του προσανατολισμού της όψης, προσφέρει δυνατότητες σχεδιαστικών χειρισμών και μπορεί να αποτελέσει βασικό στοιχείο σύνθεσης και αισθητικής των όψεων του κτηρίου.

Τέλος, ως προς το οικονομικό σκέλος, παρά το γεγονός ότι η κινητή εξωτερική ηλιοπροστασία είναι πιο ακριβή σε σχέση με τη σταθερή ή τα εσωτερικά σκίαστρα, όμως είναι πιο αποδοτική, άρα και πιο οικονομική στη λειτουργία της, γιατί απαλλάσσει τα κτήρια από την υπερβολική ζέστη του καλοκαιριού και συνεπώς από τη συνεχή χρήση του κλιματισμού.

3.10.1.2. Ο σχεδιασμός της ηλιοπροστασίας

Για τον προσδιορισμό του συστήματος σκίασης χρησιμοποιούνται οι ηλιακοί χάρτες και ο μετρητής σκιασμού (Σχήμα 4.5). Η διαδικασία που ακολουθείται περιλαμβάνει τα παρακάτω βήματα:

α) Επιλέγεται ο ηλιακός χάρτης που αντιστοιχεί στο γεωγραφικό πλάτος του τόπου ή αυτός που αντιστοιχεί στην πλησιέστερη γεωγραφικά περιοχή. Για την Ελλάδα υπάρχουν διαθέσιμοι ηλιακοί χάρτες στο Παράρτημα Γ’ της ΤΟΤΕΕ 20701-3/2010 «Κλιματικά ∆εδομένα Ελληνικών Περιοχών», για γεωγραφικά πλάτη από 35ο έως 40ο Β.

β) Ο μετρητής σκιασμού είναι ο ίδιος για όλα τα γεωγραφικά πλάτη. Απεικονίζει τις κατακόρυφες γωνίες σκιασμού των οριζόντιων προεξοχών-σκιάστρων.

γ) Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στον καθορισμό του προσανατολισμού της όψης. Εφόσον είναι νότια, το βέλος στο νότο του ηλιακού χάρτη ταυτίζεται με το μέσον του μετρητή σκιασμού. Εάν δεν είναι νότια, αλλά αποκλίνει ανατολικά ή δυτικά του νότου, ορίζεται η απόκλιση ως γωνία αζιμουθίου, οπότε το κέντρο του μετρητή σκιασμού ταυτίζεται με το σημείο της γωνίας απόκλισης από το νότο (Σχήμα 4.6).

δ) Ο ακριβής προσανατολισμός της όψης ορίζεται από την χάραξη της κάθετης στο κέντρο της και την κατεύθυνση βορρά-νότου στο ίδιο σημείο. Εάν η προκύπτουσα γωνία βρίσκεται στα αριστερά του νότου η όψη είναι στραμμένη προς την ανατολή. Εάν η γωνία βρίσκεται στα δεξιά του νότου τότε η όψη βρίσκεται προς τη δύση.

Σχήμα 4.5. Ηλιακός χάρτης για 40ο Β.Γ.Π. – Μετρητής σκιασμού

54

Σχήμα 4.6. Ταύτιση ηλιακού χάρτη και μετρητή σκιασμού για προσανατολισμό όψης 45ο

προς την δύση

Για τις οριζόντιες προεξοχές - σκίαστρα χρησιμοποιείται η τομή του ανοίγματος - υαλοστασίου, ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα:

Συνδέεται η απόληξη της προεξοχής με το κατώφλι του παραθύρου, ορίζοντας έτσι την κατακόρυφη γωνία (α) που σχηματίζεται ως προς την οριζόντια ευθεία (Σχήμα 4.7). Η προεξοχή αυτή προσφέρει σκίαση σε όλο το ύψος του παραθύρου, όταν η γωνία ύψους ηλίου είναι μεγαλύτερη από τη γωνία (α).

Στην περίπτωση που μάς ενδιαφέρει να σκιάζεται μόνον το 50% του ανοίγματος, τότε συνδέεται η απόληξη της προεξοχής με το μέσον του παραθύρου, ορίζοντας έτσι τη γωνία (β) ως προς την οριζόντια ευθεία.

Στο μετρητή σκιασμού προσδιορίζονται οι καμπύλες που αντιστοιχούν στις γωνίες (α) και (β).

Στη συνέχεια επάνω στο μετρητή σκιασμού τίθεται ο ηλιακός χάρτης (σε διάφανη μορφή και στην ίδια κλίμακα) και χαράζεται η καμπύλη, όπως ορίστηκε προηγουμένως. Η περιοχή που σκιάζεται βρίσκεται επάνω από το όριο της γωνίας (α) ή (β), ενώ η περιοχή που βρίσκεται από κάτω δέχεται ήλιο.

Εφόσον καλύπτονται οι τροχιές του ήλιου τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο θεωρείται ότι η προεξοχή ή το σκιάστρο είναι επαρκές για την ηλιοπροστασία του ανοίγματος (Σχήμα 4.8).

Σχήμα 4.7. Προσδιορισμός των κατακόρυφων γωνιών (α) και (β)

55

Εάν για λόγους αισθητικής δεν είναι επιθυμητή μια ενιαία προεξοχή, μπορούμε να έχουμε μικρότερες περσίδες -ελάχιστα προεξέχουσες- αρκεί η κατακόρυφη γωνία (α) ή (β) να παραμένει σταθερή. ∆ηλαδή το τέλος της προεξοχής της κάθε περσίδας και η αρχή της επόμενης να σχηματίζουν την ίδια γωνία, πράγμα που σημαίνει ότι οι ευθείες είναι παράλληλες μεταξύ τους (Σχήμα 4.9).

Σχήμα 4.8. Οριζόντιες προεξοχές για σκίαση νότιας όψης

Σχήμα 4.9. Σκίαστρα κεκλιμένα, διακοπτόμενα σε νότια όψη

Από μελέτες έχει προκύψει ότι για να είναι τα σκίαστρα αποτελεσματικά πρέπει:

για 32ο και 36ο Β.Γ.Π. η κατακόρυφη γωνία (α) να είναι ίση με 60ο ως προς την οριζόντια,

για 40ο Β.Γ.Π. η κατακόρυφη γωνία (α) να είναι ίση με 55ο ως προς την οριζόντια.

Για τις κατακόρυφες προεξοχές, στην περίπτωση σκιασμού ανατολικών ή δυτικών όψεων, χρησιμοποιείται η κάτοψη του ανοίγματος-υαλοστασίου, ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα:

56

Συνδέεται η απόληξη της προεξοχής (κάθετη στην κάτοψη) με τις αντίστοιχες παραστάδες του ανοίγματος. Προκύπτουν οι γωνίες (α) και (β) αντιστοίχως, οι οποίες ανταποκρίνονται σε σκίαση 100% του ανοίγματος (Σχήμα 4.10).

Στην περίπτωση που ενδιαφερόμαστε για σκίαση μειωμένη, κατά 50%, η σύνδεση των απολήξεων γίνεται με το μέσον του παραθύρου, οπότε προκύπτουν οι γωνίες (γ) και (δ) αντιστοίχως (βλ. Σχήμα 4.10).

Μεταφέρονται οι οριζόντιες προσδιορισθείσες γωνίες στο μετρητή σκιασμού και χαράζονται κατακόρυφες ευθείες. Πέραν από τα όρια αυτών των κατακόρυφων ευθειών (αριστερά και δεξιά) υπάρχει σκιά, ενώ το υπόλοιπο τμήμα παραμένει εκτεθειμένο στον ήλιο. Με αυτό τον τρόπο διακόπτονται οι χαμηλές τροχιές του ήλιου, που αντιστοιχούν σε ανατολή και δύση.

Όταν οι κατακόρυφες προεξοχές δεν είναι κάθετες στο άνοιγμα, αλλά υπό κεκλιμένη γωνία, ακολουθείται η ίδια διαδικασία για τον προσδιορισμό της μάσκας σκιασμού (Σχήμα 4.11). Το πλεονέκτημα στην περίπτωση αυτή είναι ότι για το ίδιο αποτέλεσμα σκιασμού οι κεκλιμένες προεξοχές είναι μικρότερες σε σχέση με τις κάθετες στην κάτοψη του ανοίγματος.

Σχήμα 4.10. Χάραξη των γωνιών για πλήρη ή 50% σκίαση, για κατακόρυφα, κάθετα

σκίαστρα

Σχήμα 4.11. Χάραξη των γωνιών για κατακόρυφες, κεκλιμένες προεξοχές

Για τα γεωγραφικά πλάτη του ελληνικού χώρου έχει προκύψει από μελέτες ότι: οι γωνίες (α) και (β) πρέπει να αντιστοιχούν σε 55ο (γωνία αζιμουθίου), προκειμένου να διασφαλίζεται πλήρης σκίαση των ανοιγμάτων τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο.

57

Για προσανατολισμό νοτιο-δυτικό ή νοτιο-ανατολικό, ακολουθείται η διαδικασία που ήδη περιγράφηκε για τον προσδιορισμό τόσο των οριζόντιων, όσο και των κατακόρυφων σκιάστρων, προκειμένου να επιτευχθεί πλήρης σκιασμός του ανοίγματος (Σχήμα 4.12). Κρίσιμο σημείο είναι η αποσαφήνιση του προσανατολισμού του ανοίγματος (Σχήμα 4.13). Για τον προσδιορισμό του σκιασμού θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η γωνία απόκλισης από το Νότο, ώστε να τοποθετηθεί η μάσκα σκιασμού στην κατάλληλη θέση επί του ηλιακού χάρτη. Για παράδειγμα, για επιφάνεια με 30° απόκλιση από το Νότο προς τη ∆ύση, η μάσκα σκιασμού τοποθετείται 30° δυτικά του Νότου.

Σχήμα 4.12. Χάραξη των γωνιών για οριζόντιες και κατακόρυφες προεξοχές

Σχήμα 4.13. Σκίαση με οριζόντιες και κατακόρυφες προεξοχές

Ειδικά η σκίαση των ανοιγμάτων με δυτικό, ανατολικό και ενδιάμεσο προσανατολισμό είναι προτιμότερο να είναι κινητή, έτσι ώστε το μεν χειμώνα να επιτρέπει το φωτισμό και ενδεχομένως τον ηλιασμό του χώρου, το δε καλοκαίρι να εξασφαλίζει την πλήρη προστασία του χώρου από τη διείσδυση του ήλιου και κατ’ επέκταση την προστασία του από υπερθέρμανση.

3.10.2. Χρώμα και υφή εξωτερικών επιφανειών Το χρώμα και η υφή των εξωτερικών επιφανειών του κελύφους του κτηρίου καθορίζουν την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται, καθώς και την ποσότητα της θερμότητας που αποβάλλεται το βράδυ προς την ατμόσφαιρα, ρυθμίζοντας έτσι τη θερμοκρασία της εξωτερικής επιφάνειας του κτηρίου και κατ’ επέκταση τη διακύμανση της εσωτερικής θερμοκρασίας.

Για παράδειγμα, ένα δώμα βαμμένο με σκούρο χρώμα μπορεί να παρουσιάζει επιφανειακή θερμοκρασία αυξημένη κατά 32οC, σε σχέση με τη μέγιστη θερμοκρασία του περιβάλλοντος

58

αέρα. Αντίθετα, η επιφανειακή θερμοκρασία ενός δώματος βαμμένου με ασβέστη, μόλις ξεπερνά τον 1οC σε σχέση με την θερμοκρασία του περιβάλλοντος.

Επισημαίνεται ότι οι επιφάνειες του κελύφους, οι προσανατολισμένες προς την δύση, καθώς και οι οριζόντιες –τα δώματα– υποφέρουν ιδιαίτερα από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία το καλοκαίρι. Συνεπώς συνιστάται η βαφή τους με ανοιχτά χρώματα. Ειδικά για τα δώματα αποτελεσματική είναι η επικάλυψή τους με ανακλαστική επιφάνεια, όπως για παράδειγμα η επίστρωση με φύλλο αλουμινίου, ψυχρά χρώματα ή γενικότερα με ψυχρά υλικά (βλ. πιο αναλυτικά κεφ. 5), καθώς και με φυτά (μετατροπή σε φυτεμένα δώματα, § 4.2.7.1).

Επίσης, η υφή των εξωτερικών επιφανειών –αδρή ή λεία– επηρεάζει την ανακλαστική τους ικανότητα και κατά συνέπεια την απορρόφηση ή μη της θερμότητας.

3.10.3. Επάρκεια θερμικής μάζας Μια σημαντική παράμετρος για τη βιοκλιματική λειτουργία του κτηρίου το καλοκαίρι, είναι η διασφάλιση επαρκούς θερμικής μάζας στα δομικά του στοιχεία –τοίχους, δάπεδα, οροφές, στα οποία αποθηκεύεται η περίσσεια θερμότητας κατά τη διάρκεια της ημέρας, με αποτέλεσμα να διατηρείται η θερμοκρασία του αέρα στον εσωτερικό χώρο σε ανεκτά επίπεδα (άνεσης). Τη νύχτα η αποθηκευμένη θερμότητα διοχετεύεται προς το εξωτερικό περιβάλλον μέσω αερισμού ή/και εκπομπής θερμότητας.

3.10.3.1. Ημιϋπόσκαφες κατασκευές

Σε περιοχές ξηρές-ζεστές η χρήση του χώματος-εδάφους προσφέρει πολύ καλύτερα θερμικά αποτελέσματα από το οπλισμένο σκυρόδεμα, λόγω της μεγάλης θερμικής του αδράνειας και της δυνατότητας να χρησιμοποιηθεί σε επιλεγμένο βάθος, δημιουργώντας ημιϋπόσκαφες κατασκευές (Σχήμα 4.14). Προϋπόθεση για την επιλογή ημιϋπόσκαφου κτίσματος αποτελεί το ανάγλυφο του εδάφους –με μεγάλη κλίση, η σύσταση του εδάφους, καθώς και η χρήση του κτηρίου.

Για παράδειγμα, τα ημιϋπόσκαφα κτίσματα στη Σαντορίνη ουδόλως ανταποκρίνονται στις ημερήσιες μεταβολές της θερμοκρασίας, παρά μόνον σε εποχιακή βάση. ∆ηλαδή, η αύξηση της εξωτερικής θερμοκρασίας το καλοκαίρι επηρεάζει ελάχιστα τον εσωτερικό χώρο κατά τον Αύγουστο περίπου. Θερμοκρασίες πάνω από 26οC στο εσωτερικό των κτισμάτων δεν παρατηρούνται συνήθως.

Σχήμα 4.14. Τομή τμήματος του Οικισμού της Οίας – Σαντορίνη

59

3.10.3.2. Υπεδάφιοι αγωγοί

Αγωγοί ενσωματωμένοι μέσα στο έδαφος αποτελούν ένα σύστημα παθητικό, το οποίο μπορεί να τροφοδοτεί το κτήριο με δροσερό αέρα το καλοκαίρι, είτε με φυσικό τρόπο –σε συνδυασμό με καμινάδα αερισμού, είτε και με μηχανικό –εξαναγκασμένη κίνηση του αέρα μέσα στους αγωγούς με τη λειτουργία ανεμιστήρων.

Η λειτουργία του υπεδάφιου αυτού συστήματος βασίζεται στην ψύξη του εισαγόμενου στους αγωγούς ζεστού αέρα, λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας του εδάφους σε σχέση με εκείνη του εξωτερικού περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικά παραδείγματα παρατηρούνται στα κτήρια της Μέσης Ανατολής (Σχήμα 4.15). Εξέλιξη του παθητικού αυτού συστήματος αποτελούν οι εφαρμογές της αβαθούς γεωθερμίας.

Σχήμα 4.15. Φυσική ψύξη κελύφους ανακαινισμένης παραδοσιακής κατοικίας με υπεδάφιο

σύστημα αγωγού και φυσικό αερισμό

3.10.4. Θερμομόνωση Το καλοκαίρι, όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι υψηλότερες από τις εσωτερικές, δημιουργείται ροή θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον στον εσωτερικό χώρο. Η εφαρμογή θερμομόνωσης στο κέλυφος περιορίζει τη διείσδυση θερμότητας και αποτρέπει, ως ένα βαθμό, την υπερθέρμανση του εσωτερικού χώρου.

Για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, η θερμομόνωση πρέπει να τοποθετείται στην εξωτερική πλευρά του κελύφους του κτηρίου, η οποία λειτουργεί εξίσου ικανοποιητικά και το χειμώνα. Έτσι επιτυγχάνεται διπλή προστασία του κελύφους, αλλά και προστασία από φθορές και βλάβες της κατασκευής από τις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες.

Επισημαίνεται ότι η εξωτερική θερμομόνωση πρέπει να μην είναι εκτεθειμένη άμεσα στο εξωτερικό περιβάλλον, γιατί υφίσταται φθορές, κυρίως από την υπεριώδη ακτινοβολία. Συνεπώς η θερμομονωτική στρώση πρέπει να επικαλύπτεται είτε με επίχρισμα είτε με άλλο προστατευτικό υλικό.

60

3.10.4.1. Θερμική μάζα και θερμομόνωση

Η ποσότητα της θερμικής μάζας και ο βαθμός θερμομόνωσης ενός κτηρίου είναι συνάρτηση του κλίματος.

Για την εύκρατη ζώνη, από 35ο-42ο Β.Γ.Π., κλιματική περιοχή στην οποία ανήκει και ο Ελλαδικός χώρος, η θερμομόνωση και η θερμική μάζα αποτελούν περίπου ισοδύναμους παράγοντες της ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων. Τονίζεται, ειδικότερα, ότι η θερμική προστασία είναι απολύτως αναγκαία για τη βορεινή πλευρά, ενώ η απαίτηση για μεγάλη θερμική μάζα εντοπίζεται στη δυτική πλευρά και τα δώματα, γιατί επιβαρύνονται με μεγάλη ποσότητα θερμότητας το καλοκαίρι και λόγω της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας.

3.10.5. Φυσικός Αερισμός Ο φυσικός αερισμός των εσωτερικών χώρων έχει άμεση επίδραση στην υγεία των ενοίκων, στη θερμική άνεση και στην αίσθηση ευεξίας. ∆ιευκολύνει την ανταλλαγή θερμότητας του ανθρώπινου σώματος με το περιβάλλον και παράλληλα συμβάλλει στη φυσική ψύξη των δομικών στοιχείων της κατασκευής.

Οι παράμετροι που επηρεάζουν τις συνθήκες φυσικού αερισμού στο εσωτερικό των κτηρίων είναι :

Η κατεύθυνση των δροσερών ανέμων στην περιοχή,

Οι κατασκευαστικές ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου,

Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων.

3.10.5.1. Η κίνηση του αέρα μέσα στο κτήριο

α) Οι πνέοντες δροσεροί άνεμοι το καλοκαίρι την ημέρα είναι οι θαλάσσιες αύρες-μελτέμια, τα οποία έχουν συνήθως νοτιανατολική ή βορεινή κατεύθυνση (εξαρτάται βεβαίως από το ανάγλυφο του περιβάλλοντος χώρου). Το βράδυ, η δροσερή απόγειος αύρα προέρχεται από τη στεριά, λόγω της ταχύτερης ψύξης του εδάφους. Για τη διείσδυση των δροσερών ανέμων μέσα στο κτήριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί, εφόσον είναι εφικτό, κατάλληλη διάταξη βλάστησης στον εξωτερικό χώρο (Σχήμα 4.16). Η τοποθέτηση δέντρων ή θάμνων σε κατάλληλη απόσταση από το κτήριο διευκολύνει ή όχι τη διέλευση του δροσερού ανέμου μέσα στο κτήριο (Σχήμα 4.17).

β) Η ένταξη προεξοχών σε κατάλληλη θέση στο ίδιο το κτήριο μπορεί να βοηθήσει στον φυσικό αερισμό του εσωτερικού χώρου (Σχήμα 4.18).

61

Σχήμα 4.16. Η βλάστηση διευκολύνει τη διείσδυση ή εκτροπή του ανέμου από το κτήριο

Σχήμα 4.17. Η θέση των δέντρων ή/και θάμνων καθορίζει την κατεύθυνση του δροσερού ανέμου

62

Σχήμα 4.18. Ο ρόλος των εξωτερικών στοιχείων στον αερισμό του εσωτερικού χώρου

3.10.5.2. Κατασκευαστικές ρυθμίσεις στο κέλυφος του κτηρίου

Η διασφάλιση φυσικού αερισμού στον εσωτερικό χώρο μπορεί να πραγματοποιηθεί και με κατασκευές ενταγμένες στο κέλυφος του κτηρίου.

α) Η ηλιακή καμινάδα αποτελεί αποτελεσματική τεχνική για το φυσικό αερισμό και την απομάκρυνση της υγρασίας από τον εσωτερικό χώρο. Η συνηθισμένη κατασκευή είναι μια προεξέχουσα από το κέλυφος του κτηρίου κατασκευή (Σχήμα 4.19 και Εικόνα 4.1), της οποίας η μια πλευρά, νότια, ανατολική ή δυτική είναι γυάλινη με περσίδες στο άνω μέρος. Μπορεί επίσης να είναι μία ορθογωνική διατομή, προσαρτημένη στην εξωτερική πλευρά του τοίχου, που συνδέεται με τον εσωτερικό χώρο με άνοιγμα/θυρίδα. Στο ανώτατο σημείο της καμινάδας τοποθετείται θυρίδα αερισμού προς το εξωτερικό περιβάλλον, επιτρέποντας τη συνεχή κίνηση του αέρα. Ανάλογα με τη λειτουργία της, για νυκτερινό ή ημερήσιο αερισμό, επιλέγεται ελαφροβαρής ή με μεγάλη θερμική μάζα κατασκευή, αντίστοιχα. Η εξωτερική πλευρά της ηλιακής καμινάδας μπορεί να έχει θερμική μάζα απευθείας εκτεθειμένη στον ήλιο, θερμική μάζα καλυμμένη με γυάλινη εξωτερική επιφάνεια, γυάλινη εξωτερική επιφάνεια και θερμική μάζα στην εσωτερική παρειά της καμινάδας ή κάποια ελαφροβαρή κατασκευή, ή μεταλλική επιφάνεια, κ.ά.

Οι μεγαλύτερες αποδόσεις της ηλιακής καμινάδας παρατηρούνται για νότιο ή νοτιοδυτικό προσανατολισμό, με βέλτιστο προσανατολισμό τον τελευταίο. Για ημερήσιο αερισμό, ο ήλιος ζεσταίνει τον αέρα που βρίσκεται μέσα στην καμινάδα, ο οποίος γίνεται ελαφρύτερος και απομακρύνεται προς τα πάνω, ενώ ψυχρότερος αέρας από κάτω τον αντικαθιστά. Για απογευματινό – νυκτερινό αερισμό, η ηλιακή καμινάδα παραμένει κλειστή κατά τη διάρκεια της ημέρας και αποθηκεύει θερμότητα στη θερμική της μάζα, η οποία αποδίδεται στον αέρα όταν αρχίζει ο αερισμός και ακολουθείται η διαδικασία που περιγράφηκε προηγουμένως. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται με αποτέλεσμα τη διαρκή ανανέωση του εσωτερικού αέρα και το φυσικό δροσισμό του χώρου. Η εφαρμογή της είναι απολύτως κατάλληλη, όταν μάλιστα αποτελεί και μορφολογικό στοιχείο του οικισμού ή του κτηρίου.

Σχήμα 4.19. Ενδεικτική τομή ηλιακής καμινάδας

63

Εικόνα 4.1. Ηλιακές καμινάδες στο Building Research Establishment, Watford, United

Kingdom (Feilden Clegg Architects, 1996)

β) Η καμινάδα αερισμού αποτελεί τεχνική βασιζόμενη στην εξαναγκασμένη κίνηση του αέρα, με την λειτουργία μικρού ανεμιστήρα στην κορυφή, στο άνοιγμα της καμινάδας (Σχήμα 4.20). Η καμινάδα αερισμού λειτουργεί αποτελεσματικά και με τον άνεμο, αρκεί να έχει τον κατάλληλο προσανατολισμό (Εικόνα 4.2).

Σχήμα 4.20. Ενδεικτική μορφή καμινάδας αερισμού

64

Εικόνα 4.2. IONICA, Κτήριο Γραφείων στο Cambridge - καμινάδες αερισμού (Αρχιτ: R. H. Partnership, 1994)

γ) Η διπλή επιδερμίδα (ή διπλό κέλυφος) αποτελεί μια νέα τεχνική, η οποία εφαρμόζεται σε κτήρια κατασκευασμένα από γυαλί. Χρησιμοποιείται είτε για την ανανέωση του εσωτερικού αέρα είτε για την απαγωγή της θερμότητας από το εσωτερικό του κτηρίου (Σχήμα 4.21). Η διπλή επιδερμίδα αποτελείται από δύο γυάλινες επιφάνειες με ενδιάμεσο κενό, στο οποίο κινείται αέρας. Η λειτουργία της βασίζεται στο φαινόμενο Venturi, όπως και η ηλιακή καμινάδα. Για την ενεργειακή απόδοση του συστήματος είναι αναγκαία η ύπαρξη θυρίδων στην βάση του ανοίγματος για την είσοδο φρέσκου αέρα και στην κορυφή του για την απαγωγή του ζεστού αέρα.

Πρέπει, ωστόσο, να τονιστεί ότι απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή για την σκίαση του εσωτερικού χώρου, προκειμένου να αποφευχθούν φαινόμενα θάμβωσης ή απευθείας πρόσπτωσης του ήλιου σε επιφάνειες που χρησιμοποιούνται από τους εργαζόμενους (κτήρια γραφείων). Προς τούτο επιβάλλεται η πρόβλεψη σκιάστρων/περσίδων στο κενό, ανάμεσα στις δυο γυάλινες επιφάνειες, σε επαφή με την εσωτερική παρειά του γυαλιού.

Σχήμα 4.21. Φυσική κυκλοφορία του αέρα –θερμού, δροσερού- στο ενδιάμεσο κενό της διπλής επιδερμίδας

65

Εικόνα 4.3. Κτήριο γραφείων με διπλό κέλυφος στη Λυών και λεπτομέρειά του. Αρχιτέκτονας: Renzo Piano

δ) Αεριζόμενο κέλυφος

Πρόκειται για κατασκευή διπλού κελύφους, είτε στο δώμα είτε στους εξωτερικούς τοίχους του κτηρίου με ενδιάμεσο κενό, μέσα στο οποίο κυκλοφορεί εξωτερικός αέρας. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, το αεριζόμενο κέλυφος συμβάλλει στη μείωση της θερμικής επιβάρυνσης της πλάκας της οροφής ή του τοίχου από την έντονη ηλιακή ακτινοβολία.

Το αεριζόμενο κέλυφος μπορεί να συνεισφέρει και στην αυξημένη θερμική προστασία του κτηρίου κατά τους χειμερινούς μήνες, γιατί περιορίζονται οι θερμικές απώλειες προς το εξωτερικό περιβάλλον.

Ως προς την κατασκευή του αεριζόμενου δώματος απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στην τοποθέτηση της θερμομόνωσης, η οποία πρέπει να βρίσκεται σε επαφή με την πλάκα του οπλισμένου σκυροδέματος (Σχήμα 4.22). Το κενό, στο οποίο κυκλοφορεί ο αέρας, δημιουργείται επάνω από τη θερμομόνωση και ακολουθούν οι στρώσεις στεγάνωσης.

Σχήμα 4.22. Τομή σε αεριζόμενο δώμα

66

3.10.5.3. Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων

Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων του κτηρίου, σε σχέση με την κατεύθυνση του δροσερού ανέμου, αποτελούν καθοριστικό παράγοντα για τη διασφάλιση επαρκούς φυσικού αερισμού στον εσωτερικό χώρο.

α) Ως γενική κατεύθυνση ισχύει η τοποθέτηση ανοιγμάτων σε περισσότερους από έναν τοίχους και μάλιστα αντιμέτωπους, έτσι ώστε να δημιουργείται αερισμός σε όλο τον χώρο. Ο τύπος αυτός αερισμού χαρακτηρίζεται ως διαμπερής. Καλύτερες συνθήκες αερισμού επιτυγχάνονται όταν η ροή του αέρα ακολουθεί κίνηση μεταβαλλόμενη μέσα στο χώρο, γιατί έτσι έχουμε πιο ομοιόμορφη διανομή της ταχύτητας του αέρα και φυσικό δροσισμό σε όλους τους χώρους διαβίωσης (Σχήμα 4.23).

β) Το μέγεθος των ανοιγμάτων εισόδου και εξόδου πρέπει να είναι περίπου το ίδιο, αρκεί η θέση τους στην τομή του κτηρίου να μη βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. ∆ηλαδή, όταν το άνοιγμα εισόδου είναι χαμηλά, το άνοιγμα εξόδου πρέπει να είναι σχετικά ψηλά (Σχήμα 4.24) ή το αντίστροφο, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται δροσιά στο επίπεδο ζωής. Στην περίπτωση αερισμού του κτηρίου μέσω αιθρίου ή μέσω υπερυψωμένου χώρου στο εσωτερικό του, τότε η μορφή του αερισμού χαρακτηρίζεται ως ανοδική (Σχήμα 4.25).

Σχήμα 4.23. Η διάταξη των ανοιγμάτων και η ροή του αέρα στο εσωτερικό του κτηρίου

67

Σχήμα 4.24. ∆ιαφορετικές καθ’ ύψος θέσεις ανοιγμάτων εισόδου και εξόδου του αέρα

Σχήμα 4.25. Φυσικός αερισμός αιθουσών διδασκαλίας – ανοδική πορεία του ζεστού αέρα

Λύκειο στη Lyon, Γαλλία, Αρχιτέκτονες: Sir Norman Foster and Associates

Επισήμανση: Σε περιοχές με μεγάλη εξωτερική θερμοκρασία, είναι προτιμότερο να αποφεύγεται ο αερισμός του χώρου την ημέρα στο ελάχιστο δυνατό. Αντίθετα, τη νύχτα ο φυσικός αερισμός επιβάλλεται για την ψύξη των στοιχείων της κατασκευής.

68

3.10.5.4. Η χρήση του κτηρίου

Η χρήση του κτηρίου και κατά συνέπεια η δραστηριότητα των ενοίκων καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τις ανάγκες σε φυσικό αερισμό. Για παράδειγμα, σε ένα καθιστικό η καλύτερη κατανομή της κίνησης του αέρα, σε όλα τα σημεία του χώρου, είναι στο ύψος των 0,70-1,20 μ., δηλαδή στο επίπεδο ζωής. Για χώρους γραφείων, εφόσον συγκεντρώνονται πολλά άτομα, ο φυσικός αερισμός πρέπει να εξασφαλίζει 3 m3/h/m2, σύμφωνα με την ΤΟΤΕΕ 20701-1/2010, ενώ το βράδυ ο αερισμός πρέπει να αυξάνεται, έτσι ώστε να δροσίζεται ο χώρος και τα δομικά στοιχεία του, προκειμένου την επόμενη ημέρα να έχουν την δυνατότητα αποθήκευσης της θερμότητας για πολλές ώρες, περιορίζοντας έτσι την χρήση του κλιματισμού.

Συνεπώς, ο μελετητής πρέπει κατά τον σχεδιασμό του κτηρίου γραφείων, ή άλλων δημόσιων κτηρίων, να προβλέπει φεγγίτες στα ανοίγματα –μικρού μεγέθους, οι οποίοι να παραμένουν ανοιχτοί τη νύχτα το καλοκαίρι, υπό τον όρο ότι το κτήριο είναι ασφαλές.

3.10.6. Νυχτερινή ακτινοβολία Όλες οι εξωτερικές επιφάνειες των κτηρίων ακτινοβολούν θερμότητα προς τον ουρανό, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της νύχτας το καλοκαίρι. Όσο πιο καθαρός είναι ο ουρανός τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της εκπεμπόμενης θερμικής ακτινοβολίας.

Οι επιφάνειες των κτηρίων που ακτινοβολούν το μεγαλύτερο ποσό θερμότητας είναι τα δώματα των κτηρίων (Σχήμα 4.26). Όμως, πρέπει να επισημανθεί ότι η εξωτερική θερμομόνωση επιβραδύνει κατά πολύ την εκτόνωση της θερμότητας από τα δώματα των κτηρίων, ενώ είναι απαραίτητη για την προστασία τους από τις θερμικές απώλειες τον χειμώνα.

Για τους λόγους αυτούς μπορεί να εφαρμοστούν ειδικά συστήματα – κατασκευές επάνω στα δώματα των κτηρίων. Τα συνηθέστερα είναι οι μεταλλικοί ακτινοβολητές.

Σχήμα 4.26 Ακτινοβολία της συσσωρευμένης θερμότητας προς τον ουρανό

3.10.6.1. Μεταλλικός ακτινοβολητής

Το σύστημα αυτό αποτελείται από μεταλλική πλάκα τοποθετημένη στην εξωτερική επιφάνεια του θερμομονωμένου δώματος, σε μικρή απόσταση από αυτό. Η εξωτερική της επιφάνεια είναι αυλακωτή, ανακλαστική (Σχήμα 4.27). Μέσα στο σύστημα του ακτινοβολητή –κάτω από την μεταλλική πλάκα- διοχετεύεται με μηχανικό τρόπο (π.χ. ανεμιστήρα) θερμός αέρας από το εσωτερικό του κτηρίου, ο οποίος, ερχόμενος σε επαφή με την ψυχρή πλάκα, ψύχεται και στη συνέχεια επαναδιοχετεύεται ως δροσερός αέρας μέσα στο κτήριο.

Ο μεταλλικός ακτινοβολητής θεωρείται υβριδικό σύστημα δροσισμού, διότι βασίζεται στην εξαναγκασμένη ροή του εναλλασσόμενου -θερμού και δροσερού- αέρα. Το σύστημα λειτουργεί ιδιαίτερα αποτελεσματικά σε περιοχές με θερμά και ξηρά καλοκαίρια και χαμηλή σχετική υγρασία (ανέφελο ουρανό).

69

Σχήμα 4.27. Σύστημα δροσισμού δώματος, με τη χρήση ακτινοβολητή

3.10.7. Μικροκλίμα - Φύτευση ∆ωμάτων Η περισσότερο επιβαρυμένη περιοχή του κτηρίου είναι η επικάλυψή του -το δώμα-, γιατί σε όλη τη διάρκεια της ημέρας, πέραν των υψηλών θερμοκρασιών, δέχεται την έντονη ακτινοβολία του ήλιου.

3.10.7.1. Φύτευση δωμάτων

Οι πράσινες στέγες συμβάλλουν αποτελεσματικά στη βελτίωση του μικροκλίματος, γιατί απορροφούν μεγάλη ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας, επομένως μειώνουν τη θερμοκρασία του αέρα στο άμεσο περιβάλλον, παράγουν οξυγόνο και φιλτράρουν τη σκόνη. Η εφαρμογή τους σε κλίμακα γειτονιάς έχει πολλαπλά ευεργετικά αποτελέσματα, όπως περιορισμό του Φαινομένου της Θερμικής Νησίδας στο κέντρο της πόλης (μείωση των επιφανειακών θερμοκρασιών και της θερμοκρασίας αέρα) και σημαντική μείωση της παραγόμενης ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα το οποίο και απορροφούν. Για το ελλαδικό κλίμα, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από ένα φυτεμένο δώμα μπορεί να είναι κατά 17οC χαμηλότερη τον Ιούλιο (μέσος όρος), σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα πάνω από ένα συμβατικό δώμα από τσιμεντένιες πλάκες.

Ως προς την ενεργειακή επίδραση των φυτεμένων-πράσινων στεγών στο ίδιο το κτήριο παρατηρούνται τα εξής:

Η θερμοκρασία του αέρα στο εσωτερικό του κτηρίου με φυτεμένη στέγη μπορεί το καλοκαίρι να είναι από 3 έως και 10οC χαμηλότερη. Εξυπακούεται ότι αυτή η μείωση της θερμοκρασίας παρατηρείται στους τελευταίους ορόφους- κάτω από το δώμα- όταν πρόκειται για πολυώροφα κτήρια.

Το χειμώνα μεταφέρεται λιγότερη θερμότητα από τον εσωτερικό χώρο προς τα έξω.

Το δώμα που βρίσκεται κάτω από την «πράσινη» επιφάνεια προστατεύεται καλύτερα από τις καιρικές συνθήκες και τη διακύμανση των θερμοκρασιών χειμώνα και καλοκαίρι, γεγονός που συντείνει στην επιμήκυνση της διάρκειας ζωής του.

Επιπρόσθετα, τα φυτεμένα δώματα προσφέρουν σημαντική προστασία από θορύβους και συμβάλλουν στην ορθολογική διαχείριση του βρόχινου νερού.

70

Τέλος, στη θέση των αχρησιμοποίητων, απρόσωπων δωμάτων διαμορφώνονται χώροι αισθητικά ευχάριστοι, υγιεινοί, χρήσιμοι για επικοινωνία ή/και ψυχαγωγία των ενοίκων του κτηρίου (Εικόνα 4.3).

Εικόνα 4.4. Φυτεμένο δώμα

Ως προς την κατασκευή των φυτεμένων δωμάτων απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στην διάστρωση των αναγκαίων διαδοχικών στρώσεων. Συγκεκριμένα:

Επάνω από την θερμομόνωση στρώνεται ειδική μεμβράνη για επιπλέον προστασία από το νερό και την υγρασία (Σχήμα 4.28).

Επάνω από την μεμβράνη, απλώνεται ένα δίχτυ για την προστασία του ριζικού πλέγματος των φυτών, αλλά και για να εμποδίζονται οι ρίζες να διεισδύσουν στην θερμομόνωση και να την καταστρέψουν.

Στη συνέχεια, επάνω από ένα υπόστρωμα συγκράτησης υγρασίας και θρεπτικών συστατικών, τοποθετείται ένα σύστημα από μικρές συνδεδεμένες μεταξύ τους πλαστικές θήκες, για να συγκρατείται το νερό της βροχής ή το νερό άρδευσης τους θερινούς μήνες.

Επάνω από αυτές τις κυψέλες στρώνεται ένα διηθητικό φύλλο (γεωύφασμα) που αφήνει μεν το νερό να περνάει, αλλά όχι το χώμα και άλλα ανεπιθύμητα σωματίδια.

Ως τελική στρώση τοποθετείται ειδικό εδαφικό υλικό, αρκετά ελαφρύ, πορώδες και πλούσιο σε συστατικά απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών. Όλα αυτά δημιουργούν ένα στρώμα πάχους από 10 έως 20 εκατοστών. Τέλος γίνεται η επιλογή των φυτών.

Σχήμα 4.29. Οι διαδοχικές στρώσεις των υλικών για την φύτευση

Μια πολιτική μέτρων και κινήτρων για τη φύτευση των δωμάτων αποτελεί στρατηγικής σημασίας συμβολή για τον περιορισμό των αερίων ρύπων και μικροσωματιδίων στην

71

ατμόσφαιρα, τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας –κυρίως του κλιματισμού- την ανάκτηση ενός υγιούς και αισθητικά ευχάριστου περιβάλλοντος για τους κατοίκους των πόλεων.

3.10.7.2. Εξάτμιση άμεση ή έμμεση

∆ροσισμός επιτυγχάνεται και μέσω της εξάτμισης νερού, με τη χρήση επιφανειών νερού, πύργων δροσισμού ή και βλάστησης λόγω της εξατμισοδιαπνοής των φυτών.

α) Η χρήση του νερού

Σε περιοχές με κλίμα ζεστό και ξηρό, όπου η σχετική υγρασία είναι χαμηλή, η εξάτμιση του νερού προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας του αέρα και αύξηση της σχετικής υγρασίας. Σε κτήρια παραδοσιακά ο τρόπος φυσικού δροσισμού συνδύαζε την ροή του ζεστού αέρα επάνω από νησίδες νερού, πριν την είσοδό του να στο κτήριο (Σχήματα 4.30 και 4.31).

Σήμερα, επανέρχεται στην αρχιτεκτονική η χρήση μικρών δεξαμενών νερού σε κατάλληλες θέσεις, έτσι ώστε ο ζεστός εξωτερικός αέρας που διέρχεται επάνω από το νερό να προκαλεί εξάτμιση, λόγω της απορροφούμενης θερμότητας από την επιφάνεια του νερού και, συνεπώς, να εισέρχεται πιο δροσερός μέσα στο κτήριο, δημιουργώντας συνθήκες ευχάριστης δροσιάς. Εάν μάλιστα συνδυαστεί με την κατασκευή ηλιακής καμινάδας, τότε η ροή του ζεστού αέρα επιταχύνεται και απομακρύνεται πιο γρήγορα (Σχήμα 4.32).

Σχήμα 4.30. Φυσική ψύξη κτηρίου μέσω εξάτμισης νερού την ημέρα και ακτινοβολία θερμότητας τη νύχτα

Σχήμα 4.31. ∆ροσισμός με εξάτμιση από πύργο ψύξης, που ενδείκνυται για φυσικό δροσισμό σε ξηρά κλίματα

72

Σχήμα 4.32. Φυσικός αερισμός μέσω εξάτμισης νερού και χρήση ηλιακής καμινάδας για την επιτάχυνση του αερισμού

β) Η βλάστηση

Η βλάστηση –δέντρα, θάμνοι, ακόμη και καλλωπιστικά φυτά- συμβάλλει στην απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ παράλληλα με τη διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής μειώνει την θερμοκρασία του αέρα το καλοκαίρι.

Η χρήση της βλάστησης στον εξωτερικό χώρο ρυθμίζει το μικροκλίμα του άμεσου περιβάλλοντος, μειώνοντας σημαντικά τις υψηλές εξωτερικές θερμοκρασίες.

Η σύγχρονη αρχιτεκτονική, ανταποκρινόμενη στις ανάγκες των ανθρώπων, επιχειρεί να εισαγάγει την φύση και μέσα στα κτήρια. Για περισσότερες πληροφορίες, βλ. κεφ. 5.

3.11. Βιβλιογραφία 1. Alexandri, Ε., «Investigations into Mitigating the Heat Island Effect through Green

Roofs and Green Walls», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Welsh School of Architecture, Cardiff University, Cardiff, 2005.

2. Alexandri, Ε., and Jones, P., «Sustainable Urban Future in Southern Europe - What about the Heat Island Effect?» ERSA2006, Βόλος, 2006.

3. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006.

4. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματική Προσέγγιση της Υπόσκαφης Κατοικίας. Η εμπειρία της Σαντορίνης», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Επιστημονική Επετηρίδα Πολυτεχνικής Σχολής, Α.Π.Θ., Αρ. 13, Τόμος Ι, Θεσσαλονίκη 1985.

5. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., Ερευνητικό Πρόγραμμα ''Monitoring of Two Passive Solar Houses'', 1988-92.

6. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, E., Σύνταξη - επιμέλεια ''Φυσικός ∆ροσισμός στα Ξενοδοχεία- Κυκλάδες''. Έκδοση του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ), Πρόγραμμα SAVE, 17η Γενική ∆ιεύθυνση για την ενέργεια.

7. Ανδρουτσόπουλος, A., ΚΑΠΕ «Τεχνολογίες κελύφους».

8. Αξαρλή, Κ., «Φυσικός δροσισμός: ο ενεργειακός σχεδιασμός των κτηρίων το καλοκαίρι», περιοδικό ΚΤΙΡΙΟ, Νο 129, Αύγουστος 2009, - αφιέρωμα «Αρχιτεκτονική και Ενέργεια», σελ. 41-48.

73

9. «Architectural Review», Περιοδικό, Τεύχος July 10999.

10. «Architectural Review», Περιοδικό, Volume July, 1997.

11. Cofaigh E.O., Olley J.A., Lewis J.O., Energy Research Group, Univ. College Dublin, “The climate Dwelling: An introduction to climate responsive residential architecture”, Published by James and James Ltd., 1996.

12. Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., “Passive Solar Architecture for Mediterranean Area”, Joint Research Centre, Commission of the European Communities, 1994.

13. ∆ιαδίκτυο: www.ac-nice.fr/etabs/camus/

14. ∆ιαδίκτυο: www.battlemccarthy.com/.../doubleskinanalysis.htm

15. ∆ιαδίκτυο: www.coolroofs-eu.eu

16. ∆ιαδίκτυο: www.richard rogers.co.uk

17. Dimoudi, A., «Solar chimneys in buildings - State of the art», J. of Advances in Building Energy Research (ABER), Τεύχ. 3, σελ. 21-44, 2009.

18. Dimoudi, A., Androutsopoulos, A., Lykoudis, S., «CRES Final Technical Report, ΑIRinSTRUCT - Integration of Advanced Ventilated Building Components and Structures for Reduction of Energy Consumption in Buildings», EC JOULE-CRAFT, Contract N° JOE3-CT97-7003, 2000.

19. Eiker, U., «Low energy cooling for sustainable buildings», Wiley, Chichester, 2009.

20. Ευμορφοπούλου, Α., «Οι Κήποι στα ∆ώματα των Κτηρίων. Η Συμβολή τους στο Οικοσύστημα των Αστικών Κέντρων. Κατασκευαστικές Λύσεις και ∆υνατότητες Εφαρμογής στον Ελληνικό Χώρο», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή στον Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη, 1992.

21. Grapsas, K., «Considering Microclimate in Building Design, a Design Study in Lefkada, Hellas». MPhil Dissertation, Department of Architecture, University of Cambridge, 2001.

22. Grapsas, K., «Intermediate Space in Architecture». Proceedings of Passive and Low Energy Architecture Conference (PLEA), Santiago, Chile, 2003.

23. Herzog Thomas, with contribution by Kaiser N., and Volz M., “Solar Energy in Architecture and Urban Planning”, Prestel Verlag, Munich and New York, 1996.

24. Huet,O., & Celaire, R., «Bioclimatisme en Zone Tropicale», GRET, Paris, 1986.

25. Jones, D. L., “Architecture and the Environment”, Laurence King Publishing, 1996

26. Mazria, Ed., “The Passive Solar Energy Book”, Rodale Press, Emmaus, Pa., 1979.

27. Olgyay, V., and A., “Design with Climate, a Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism”, Princeton University Press, Princeton, N. Jersey, 1963.

28. Pilar Alberich Sotomayor - Jaime Lopez de Asiain, Architects, «Architecture Climatique», E.C. External spaces, World's Fair, ES-Sevilla.

29. Santamouris, M., (Ed). «Advances in building energy research», Earthscan, London, 2009.

30. Santamouris, M., (Ed). «Advances in Passive Cooling», Earthscan, London, 2007.

31. Santamouris, M., and Asimakopoulos, D., (Eds), Argiriou, A., Balaras, C., Dascalaki, E., Dimoudi, A., Mantas, D., Tselepidaki, I.. «Passive Cooling of Buildings». London: James & James (Sciences Publishers) Ltd, 1996.

32. Yannas, S., et al «Roof Cooling Techniques, A Design Handbook», Earthscan, Sterling, 2006.

74

3.12. Πηγές σχημάτων και εικόνων

4.4.2 Πηγές σχημάτων Σχήμα 4.2. Olgyay V., and A., «Design with Climate, a Bioclimatic Approach to Architectural

Regionalism», Princeton University Press, Princeton, N. Jersey, 1963, σελ. 81.

Σχήμα 4.3. όπ. π.: σελ. 82.

Σχήμα 4.4. όπ. π.: σελ. 82.

Σχήμα 4.5. Ανδρεαδάκη Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006, σελ. 61.

Σχήμα 4.6. Mazria Ed., «The Passive Solar Energy Book», Rodale Press, Emmaus, Pa., 1979, σελ. 306.


Σχήμα 4.9. όπ. π., σελ. 94

Σχήμα 4.10. όπ. π., σελ. 95.

Σχήμα 4.11. όπ. π.

Σχήμα 4.13. όπ. π.

Σχήμα 4.14. Ανδρεαδάκη-Χρονάκη Ε., «Βιοκλιματική Προσέγγιση της Υπόσκαφης Κατοικίας. Η εμπειρία της Σαντορίνης», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Επιστημονική Επετηρίδα Πολυτεχνικής Σχολής, Α.Π.Θ., Αρ. 13, Τόμος Ι, Θεσσαλονίκη 1985. σελ. 246.

Σχήμα 4.15. όπ. π., σελ. 63.

Σχήμα 4.18. Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communitieς, 1994, σελ. 114.

Σχήμα 4.19. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: «Φυσικός ∆ροσισμός στα Ξενοδοχεία - Κυκλάδες». Έκδοση του ΚΑΠΕ, Πρόγραμμα SAVE, 17η Γενική ∆ιεύθυνση, σελ. 21.

Σχήμα 4.20. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: όπ. π., σελ. 21.

Σχήμα 4.21. ∆ιαδίκτυο battlemccarthy.com/.../doubleskinanalysis.htm

Σχήμα 4.22. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο και της πηγής: Ανδρουτσόπουλος Α., ΚΑΠΕ, «Τεχνολογίες κελύφους».

Σχήμα 4.23. Colombo R., Landabaso A., Sevilla A., «Passive Solar Architecture for Mediterranean Area», Joint Research Centre, Commission of the European Communitieς, 1994, σελ, 112, 114.

Σχήμα 4.24: Ανδρεαδάκη-Χρονάκη Ε., «Βιοκλιματική Προσέγγιση της Υπόσκαφης Κατοικίας. Η εμπειρία της Σαντορίνης», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Επιστημονική Επετηρίδα Πολυτεχνικής Σχολής, Α.Π.Θ., Αρ. 13, Τόμος Ι, Θεσσαλονίκη 1985. σ. 63.

Σχήμα 4.25. ∆ιαδίκτυο: www.ac-nice.fr/etabs/camus/


4.4.2 Πηγές εικόνων Εικόνα 4.1 Jones, D. L., “Architecture and the Environment”, Laurence King Publishing,

1996, σελ.179.

Εικόνα 4.2. Herzog, T., with contribution by Kaiser, N., and Volz, M., «Solar Energy in Architecture and Urban Planning», Prestel Verlag, Munich and New York, 1996, σελ. 105.

Εικόνα 4.3. Προσωπικό αρχείο κας Κ. Αξαρλή.

75

4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΩΝ ΧΩΡΟΣ - ΜΙΚΡΟΚΛΙΜΑ

4.1. Εισαγωγή Η χρησιμοποίηση των κατάλληλων υλικών, ιδιαίτερα των ψυχρών υλικών και η χρήση της βλάστησης –δέντρων, θάμνων, φυτών– στη διαμόρφωση των υπαίθριων χώρων καθώς και στις επιφάνειες των κτηρίων (δώματα και εξωτερικές τοιχοποιίες) συμβάλλει αφενός στη βελτίωση των συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης του άμεσου περιβάλλοντος και αφετέρου στη δημιουργία ευνοϊκού μικροκλίματος, που συνεισφέρει στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση και την ψύξη των κτηρίων και στη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης των κατοίκων. Η συμβολή αυτή εξειδικεύεται στα κατωτέρω:

Στην προστασία των κτηρίων από τους ψυχρούς ανέμους το χειμώνα και κατά συνέπεια στον περιορισμό των απωλειών θερμότητας.

Στον απρόσκοπτο ηλιασμό του υπαίθριου χώρου και των κτηρίων το χειμώνα για την εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας για θέρμανση.

Στη μείωση της θερμοκρασίας του υπαίθριου χώρου το καλοκαίρι, και κατ’ επέκταση στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης για το δροσισμό των κτηρίων, όπως αναπτύχθηκε και στο προηγούμενο κεφάλαιο.

Στο σκιασμό των κτηρίων το καλοκαίρι.

4.2. Φύτευση Ο άνεμος και η ηλιακή ακτινοβολία είναι οι δύο σημαντικότεροι φυσικοί παράγοντες που αντιμετωπίζονται με τη διαμόρφωση του περιβάλλοντα χώρου, τα φυτά και τον αστικό εξοπλισμό. Η κατάλληλη γεωμετρική τοποθέτηση της βλάστησης και των δομικών στοιχείων στους ανοιχτούς χώρους δημιουργεί συνθήκες σκίασης τη θερινή περίοδο και ηλιασμού τη χειμερινή περίοδο, με παράλληλη διοχέτευση ή χειραγώγηση των ανέμων. Αναλυτική μέθοδος υπολογισμού του ηλιασμού ενός οικοπέδου αναφέρονται στο κεφάλαιο 2.

Ειδικότερα, ο σχεδιασμός της φύτευσης με δέντρα ή θάμνους ή χαμηλή βλάστηση στους υπαίθριους χώρους λειτουργεί αποτελεσματικά σε σχέση με τα κτήρια στις ακόλουθες περιπτώσεις:

ως ανεμοφράκτης για το χειμώνα, προστατεύοντας τα κτήρια,

ως στοιχείο ελέγχου της ανεμορροής, κατευθύνοντας το δροσερό άνεμο το καλοκαίρι,

ως στοιχείο σκιασμού από την ηλιακή ακτινοβολία των ανοικτών χώρων και των κτηρίων,

ως πηγή δροσισμού το καλοκαίρι, παρέχοντας δροσιά μέσω της εξατμισοδιαπνοής,

ως ρυθμιστής της θερμικής άνεσης, με τον έλεγχο της θερμοκρασίας, της υγρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας,

ως φίλτρο του φυσικού φωτός όλο το χρόνο,

ως φίλτρο της σκόνης και των μικροσωματιδίων.

Επίσης:

προστατεύει από τη διάβρωση,

μειώνει το θόρυβο από τον περιβάλλοντα χώρο,

βελτιώνει την ποιότητα του αέρα και μειώνει τη μόλυνση της ατμόσφαιρας,

μειώνει την οπτική όχληση και δημιουργεί ιδιωτικότητα.

Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στην επιλογή της κατάλληλης φύτευσης. ∆ηλαδή για την προστασία των υπαίθριων χώρων και των κτηρίων από τους ψυχρούς ανέμους το χειμώνα επιλέγονται δέντρα ή φυτά αειθαλή. Αντίθετα, για τη διευκόλυνση του ηλιασμού των υπαίθριων χώρων το χειμώνα επιλέγονται δέντρα και φυτά φυλλοβόλα.

Το είδος του φυτού (θάμνοι, δένδρα, αναρριχόμενα, κλπ), το μέγεθος και το σχήμα του φυτού, όταν αυτό είναι πλήρως αναπτυγμένο, η αναλογία μεταξύ κορμού και κόμης, η

76

πυκνότητα του φυλλώματος, η ταχύτητα της ανάπτυξης, η δυνατότητα διατήρησης ή όχι του φυλλώματος όλες τις εποχές (αειθαλή, φυλλοβόλα), ο χρόνος έναρξης ανάπτυξης του φυλλώματος, είναι μερικοί από τους παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σε σχέση και με τον κύριο σκοπό της φύτευσης, για την επιλογή των πλέον κατάλληλων φυτικών ειδών. Η ποιότητα του εδάφους και οι ιδιαίτερες απαιτήσεις για την ανάπτυξη και διατήρηση της φύτευσης (ανάγκες σε νερό, ευκολία συντήρησης κοκ) πρέπει επίσης να αξιολογούνται. Πάντως τα τοπικά φυτικά είδη που ευδοκιμούν στην περιοχή θα πρέπει να είναι η βάση για την οποιαδήποτε επιλογή.

4.2.1. Έλεγχος της ανεμορροής Ο σχεδιασμός για τον έλεγχο του ανέμου σε όλη τη διάρκεια του έτους είναι πολύπλοκος, εφόσον εφαρμόζονται διαφορετικές στρατηγικές για τη χειραγώγηση των ψυχρών ανέμων ή για τη διευκόλυνση της θερινής αύρας.

Κατάλληλη διάταξη της βλάστησης:

τροποποιεί την πορεία του ανέμου,

αλλάζει τη ροή του ανέμου,

ρυθμίζει την ταχύτητα και την ένταση του ανέμου.

Τα φυτά συνεισφέρουν στη μείωση των θερμικών απωλειών των κτηρίων, γιατί μπορούν να εκτρέψουν τον ψυχρό άνεμο ή να μειώσουν την ταχύτητά του. Συνήθως οι θερμικές απώλειες αερισμού που προκαλούνται από τη διαφυγή από τους αρμούς είναι υπεύθυνες για το 1/3 από τις συνολικές θερμικές απώλειες των κτηρίων. Σε ημέρες με έντονο άνεμο και για κτήρια που βρίσκονται στην ύπαιθρο, οι απώλειες αερισμού μπορεί να φτάσουν και το 50% των συνολικών θερμικών απωλειών (Lechner,1991). Μικρή μείωση στην ταχύτητα του ανέμου που προσπίπτει στο κτήριο, συμβάλλει σε μεγάλη μείωση των θερμικών απωλειών αερισμού, επειδή οι απώλειες αερισμού είναι ευθέως ανάλογες με το τετράγωνο της ταχύτητας του ανέμου.

Επίσης, ο ρόλος των φυτών στη μείωση της υπερθέρμανσης το καλοκαίρι είναι σημαντικός. Βοηθούν στην αλλαγή της κατεύθυνσης του ανέμου και πολλές φορές στην αύξηση της ταχύτητάς του, συμβάλλοντας στο φυσικό δροσισμό και στη θερμική άνεση του εσωτερικού χώρου, όπως έχει αναλυθεί στο κεφάλαιο 4.

Συστάδες δέντρων, δημιουργώντας ένα χωνί, κατευθύνουν τον άνεμο στο κτήριο, ή εάν τοποθετηθούν κάθετα στην όψη βοηθούν ώστε να μη διασκορπιστεί ο αέρας, αλλά ένα τμήμα του να φτάσει ως το κτήριο (Σχήματα 5.1 και 5.2). Συνεπώς είναι απαραίτητη η γνώση της κατεύθυνσης και της έντασης των τοπικών ανέμων στη διάρκεια του έτους. Αυτές οι λύσεις δεν επηρεάζουν τον ηλιασμό της νότιας όψης το χειμώνα.

∆έντρα με υψηλό κορμό και κόμη που προτείνονται για το σκιασμό της νότιας όψης, δεν εμποδίζουν αντίστοιχα τον καλοκαιρινό αερισμό.

Σχήμα 5.1. ∆ιοχέτευση θερινών ανέμων στο κτήριο, με τη βοήθεια σχηματισμού φυλλοβόλων

δέντρων

77

α β

Σχήμα 5.2. (α) ελαχιστοποίηση της επίδρασης του χειμερινού ανέμου (β) βελτιστοποίηση της επιρροής του καλοκαιρινού αερισμού-δροσισμού

Η αποτελεσματικότητα της φύτευσης εξαρτάται από το σχήμα, την πυκνότητα, τη δομή, το ύψος και άλλα χαρακτηριστικά των φυτών, καθώς και από την απόσταση της φύτευσης από το κτήριο ή από τον προς χρήση υπαίθριο χώρο (Σχήμα 5.3). Ως “βέλτιστη πυκνότητα”, θεωρείται η αναλογία των φύλλων, κλαδιών, κορμού κλπ να είναι 50-60% στο σύνολο της συστάδας των φυτών. Επίσης ο συνδυασμός φυτών ή φυτών και σταθερών στοιχείων διαμόρφωσης των υπαίθριων χώρων επηρεάζει τη μορφή της ανεμορροής. Ένας εμπειρικός κανόνας αναφέρει ότι «τα δέντρα πρέπει να φυτεύονται σε απόσταση από τα κτήρια ίση με το ύψος τους» (Brown et al, 1995).

α β

γ δ

Σχήμα 5.3. ∆ημιουργία υπήνεμων περιοχών: (α) επιμήκης δασική συστάδα δένδρων δημιουργεί μικρή προστατευόμενη περιοχή (β) μια μικρή συστάδα δένδρων προστατεύει μια μεγαλύτερη περιοχή (γ, δ) μια συστάδα με κεκλιμένη κώμη είναι λιγότερο αποτελεσματική

από τη συστάδα δένδρων με επίπεδη κώμη

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα ερευνών (Brown et al, 1995, Lechner, 1991, Boutet, 1987, Givoni, 1994):

Η πυκνή βλάστηση, όταν βρίσκεται κοντά στο κτήριο, είναι αποτελεσματική για τη δημιουργία ανεμοφράκτη σε μικρά οικόπεδα, ενώ η ενδιάμεσης πυκνότητας φύτευση ενδείκνυται για μεγαλύτερες αποστάσεις από το κτήριο, όσο 4 φορές το ύψος της φύτευσης, ή και μεγαλύτερη.

Οι θάμνοι εμποδίζουν τον αέρα κοντά στο έδαφος, ενώ μεμονωμένα δέντρα με ψηλή κώμη βελτιώνουν τον αερισμό κοντά στο έδαφος, κάτω από το φύλλωμα.

Οι φράκτες από πυκνά δέντρα ανακόπτουν τον άνεμο και μειώνουν την ταχύτητα.

Όσο υψηλότερη είναι η συστάδα της βλάστησης, τόσο μεγαλύτερη υπήνεμη περιοχή δημιουργείται. Επίσης μια συστάδα δένδρων με κεκλιμένη κώμη είναι λιγότερο αποτελεσματική από τη συστάδα δένδρων με επίπεδη κώμη (Σχήμα 5.3 γ, δ).

Μια επιμήκης δασική συστάδα δένδρων δημιουργεί μικρή προστατευόμενη περιοχή, ενώ μια μικρή συστάδα δένδρων προστατεύει μια μεγαλύτερη περιοχή (Σχήμα 5.3, α, β).

78

Για τη βέλτιστη δημιουργία υπήνεμης περιοχής θα πρέπει το μήκος του ανεμοφράκτη να είναι τουλάχιστον 10 φορές το ύψος του.

Η πυκνότητα της φύτευσης προσδιορίζει το μέγεθος της υπήνεμης περιοχής και τη μείωση της ταχύτητας του ανέμου.

Μια ανομοιογενής συστάδα δέντρων (αποτελούμενη από διάφορα είδη) είναι πλέον αποτελεσματική για τη μείωση της ταχύτητας του ανέμου, από μια ομοιόμορφη συστάδα δέντρων.

Οι συμπαγείς φράκτες προκαλούν στροβιλισμούς, ενώ οι διάτρητοι αυξάνουν τη ζώνη ηρεμίας. Οι πορώδεις φράκτες (δέντρα και θάμνοι) δημιουργούν μια ευρύτερη ζώνη ηρεμίας και περιορίζουν τους στροβιλισμούς στο ελάχιστο, επειδή επιτρέπουν τη διέλευση ενός μέρους του αέρα (Σχήμα 5.4).

Οι φράκτες με ξυλώδεις θάμνους λειτουργούν με διπλό τρόπο. Ο αέρας που περνά πάνω από το φύλλωμα επιταχύνεται, ενώ η ποσότητα του αέρα που περνά μέσα από το φύλλωμα, φιλτράρεται και επιβραδύνεται. Στο επίπεδο του κορμού, ο αέρας απλώς διαπερνά το φράκτη της φύτευσης. Την ίδια συμπεριφορά με τους ξυλώδεις θάμνους εμφανίζουν και τα δέντρα, μόνον που το ύψος τους διαφέρει. Η χαμηλή φύτευση εμφανίζει τη μικρότερη αντίσταση στον άνεμο και συμβάλλει στον καλό αερισμό.

Οι καλύτεροι ανεμοφράκτες από την άποψη του περιορισμού της ταχύτητας του ανέμου είναι στοιχεία των οποίων το πορώδες τμήμα κυμαίνεται από 25-60%.

Σχήμα 5.4. Οι συμπαγείς φράκτες δημιουργούν στροβιλισμούς, ενώ συνδυασμός δέντρων

και θάμνων αυξάνει την ηρεμία

α β

Σχήμα 5.5. Τα δέντρα (α) εκτρέπουν τον αέρα και (β) τον διευθύνουν προς το κτήριο

4.2.2. Προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία Ο σκιασμός τόσο του υπαίθριου χώρου όσο και των κτηρίων με τη φύτευση είναι πολύ αποτελεσματικός. Ακόμη και δέντρα χωρίς φύλλωμα, εμποδίζουν κατά 40-80% τη διείσδυση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η επιλογή της φύτευσης, με υψηλό ή χαμηλό πράσινο, καθορίζεται από την επιθυμητή ηλιοπροστασία των κτηρίων και των υπαίθριων χώρων.

Το είδος του φυτού, και ιδιαίτερα το σχήμα της κόμης (π.χ. στρογγυλό, πυραμιδοειδές κοκ) ρυθμίζουν το ποσοστό του σκιασμού. Όταν επιζητείται ηλιασμός το χειμώνα και σκιασμός το

79

καλοκαίρι, τα φυλλοβόλα φυτά είναι τα πλέον κατάλληλα. Για παράδειγμα, ένα μεγάλο φυλλοβόλο δέντρο που σκιάζει το νότιο τοίχο τη θερινή περίοδο συνεισφέρει στο δροσισμό του κτηρίου το καλοκαίρι, χωρίς να επηρεάζει σημαντικά τον ηλιασμό του το χειμώνα (Σχήμα 5.6). Επίσης τα ψηλά δέντρα με ψηλή πυκνή κόμη (αειθαλή ή φυλλοβόλα), φυτεμένα κοντά στη νότια όψη προστατεύουν το κτήριο από το θερινό ήλιο, ενώ δεν εμποδίζουν το χαμηλό χειμερινό ήλιο. Συγχρόνως δεν εμποδίζουν τον καλοκαιρινό αερισμό. Αν τα δέντρα είναι χαμηλά (με κώμη στο ύψος των νότιων ανοιγμάτων) θα πρέπει οπωσδήποτε να είναι φυλλοβόλα.

Στην ανατολική και δυτική όψη προτείνονται φυλλοβόλα ή αειθαλή δέντρα μικρού ύψους και μικρής πυκνότητας, φυτεμένα κοντά στο κτήριο. Φιλτράρουν τον ήλιο το χειμώνα και συγχρόνως προσφέρουν ολοκληρωμένη ηλιοπροστασία το καλοκαίρι.

Επίσης η απόσταση της φύτευσης από το κτήριο είναι καθοριστικής σημασίας (Σχήμα 5.7). Για τη βέλτιστη τοποθέτηση των δέντρων πρέπει να προηγείται μελέτη ηλιασμού-σκιασμού (Κεφάλαιο 2). Στον πίνακα 5.1. δίνονται στοιχεία που αφορούν στο σκιασμό που παρέχουν ορισμένα δέντρα του ελληνικού χώρου.

Ο σκιασμός των συμπαγών τμημάτων του κελύφους των κτηρίων επιτυγχάνεται επίσης με την εφαρμογή φυτεμένων δωμάτων και τη χρησιμοποίηση αναρριχώμενων φυτών ή με υδροπονικούς φυτεμένους τοίχους (κατακόρυφοι κήποι). Επιπλέον, οριζόντιες προεξοχές για τη σκίαση νοτίων ανοιγμάτων μπορεί να καλυφθούν με φυτά, αποτρέποντας έτσι την αποθήκευση θερμότητας στα δομικά υλικά της προεξοχής (Σχήμα 5.8).

Πίνακας 5.1. Ποσοστό σκιασμού δέντρων του ελληνικών χώρου ανάλογα με το σχήμα, και τα χαρακτηριστικά της κόμης

Λατινική ονομασία δέντρου

Σχήμα Ύψος περίοδος ωρίμαν-σης (m)

∆ιάμε-τρος κώμης

(m)

Ανάπτυ-ξη

Χειμερι-νός

σκιασμός(%)

Θερινός σκια-σμός (%)

Φθινοπω-ρινή

φυλλορροή

Εαρινή ανάπτυξη

φυλλώματος

Acer platanoides

Στρογγυλό 15 12 Μέτρια 37 69 Μέση Πρόωρη

Quercus palustris

Πυραμι-δοειδές

23 12 Μέτρια 53 55 Όψιμη Όψιμη

Robinia pseudoacacia

Επίμηκες 21 9 Μέτρια/ γρήγορη

60 62 Πρόωρη Όψιμη

Tilia cordata Στρογγυ-λεμένη

πυραμίδα

21 12 Μέτρια/ αργή

43 83 Πρόωρη Όψιμη

Σχήμα 5.6. Σκίαση νότιας όψης κτηρίου από φυλλοβόλο δέντρο τη θερινή περίοδο, χωρίς να

παρεμποδίζεται σημαντικά ο ηλιασμός του τη χειμερινή περίοδο

80

Σχήμα 5.7. Προτεινόμενα ύψη φύτευσης, αναλόγως με την απόσταση, για νότιο

προσανατολισμό

Σχήμα 5.8. Οριζόντιο σκίαστρο με πέργκολα με φυτά

4.2.3. Εξατμισοδιαπνοή Η σχετική υγρασία του αέρα κάτω από το φύλλωμα των δέντρων ή σε επαφή με αυτά αυξάνεται λόγω της εξατμισοδιαπνοής, ενώ συγχρόνως μειώνεται η θερμοκρασία του αέρα. Σε ζεστά και ξηρά κλίματα η αύξηση της υγρασίας βελτιώνει περαιτέρω την αίσθηση της θερμικής άνεσης το καλοκαίρι.

Γενικά τα φυτά με το παχύ φύλλωμα απορροφούν μεγάλες ποσότητες θερμότητας και ο αέρας γίνεται πιο δροσερός. Παράλληλα η επικάλυψη με φυτά, αντί της επίστρωσης με σκληρά υλικά, μειώνει σημαντικά την άμεση απορροή των ομβρίων, με αποτέλεσμα τη βελτίωση του μικροκλίματος λόγω βραδείας εξάτμισης του νερού και συγχρόνως συνεισφέρει στον εμπλουτισμό του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και στην αποφόρτιση του δικτύου ομβρίων.

Ενδείκνυται επιλογή τοπικών φυτών, προσαρμοσμένων στο μικροκλίμα της περιοχής, για αποφυγή αλόγιστων ποσοτήτων νερού για άρδευση.

4.2.4. Οπτική άνεση ∆ευτερογενής ρόλος της φύτευσης, αλλά εξίσου σημαντικός, είναι η συμβολή της στον έλεγχο της αντανάκλασης της φωτεινής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο έδαφος καθώς και σε κατακόρυφες επιφάνειες. Η ηλιακή ακτινοβολία διαχέεται και μειώνεται σε ένταση, ενώ η

81

θάμβωση από την οπτική επαφή με τον έντονα φωτεινό ουράνιο θόλο ελαττώνεται με τη χρήση δέντρων.

Ο έλεγχος της φωτεινής ακτινοβολίας από τα φυτά που βρίσκονται κοντά στα κτήρια ή στον περιβάλλοντα χώρο ή διαμορφώνουν ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, επιτρέπει στο μελετητή να αυξήσει το μέγεθος των ανοιγμάτων των κτηρίων, χωρίς να προκαλούνται προβλήματα στην οπτική άνεση (Σχήμα 5.8).

4.2.5. Ηχοπροστασία Η ικανότητα των φυτών να ρυθμίζουν τον ήχο (με απορρόφηση, ανάκλαση και διάχυση) καθορίζεται από την ένταση, τη συχνότητα και την κατεύθυνση του ήχου, όπως επίσης κι από τη θέση, το ύψος, το πλάτος και την πυκνότητα των φυτών.

Η βλάστηση αποκόπτει ευκολότερα ήχους υψηλής συχνότητας. Φυτικές μάζες με ποικιλία φυτικών ειδών είναι αποτελεσματικότερες ως στοιχεία ηχοπροστασίας, λόγω της διαφορετικής ικανότητας των διαφόρων ειδών στη μείωση χαμηλών, μέσων και υψηλών συχνοτήτων. Γενικά ενδείκνυνται δέντρα που το φύλλωμά τους αρχίζει χαμηλά από τη βάση του κορμού και είναι σχετικά πυκνό.

Οι φράκτες πρέπει να έχουν πλάτος τουλάχιστον 7 μέτρα και αρκετό ύψος ώστε να περιορίζεται η διάδοση του ήχου πάνω από τις κορυφές τους. Πολλές φορές φυτικοί φράκτες, οι οποίοι δεν επιτρέπουν οπτική επαφή με την πηγή του θορύβου, ελαττώνουν ψυχολογικά τις επιπτώσεις του θορύβου, παρόλο που δε μειώνουν ουσιαστικά την ένταση του ήχου.

Εκτός από τα δέντρα και τους θάμνους, η παρουσία χλοοτάπητα μειώνει επίσης το θόρυβο, σε σύγκριση με τις επιστρωμένες με σκληρά οικοδομικά υλικά επιφάνειες.

4.2.6. Ποιότητα περιβάλλοντος Σημαντική είναι η συμβολή των φυτών στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα και την υδατική οικονομία.

Η βλάστηση καθαρίζει τον αέρα:

α) Με μηχανικό τρόπο: συγκράτηση σκόνης από το φύλλωμα δέντρων/ θάμνων ή/και από τη χλόη, έως 85% για φυτά με πλήρες φύλλωμα.

β) Με βακτηριακό τρόπο: επιτυγχάνεται με την έκλυση βακτηριοκτόνων ουσιών από ορισμένα είδη φυτών (κυρίως κωνοφόρων).

γ) Με χημικό τρόπο: συνδέεται ιδιαίτερα με τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των φυτών. Υπολογίζεται ότι ένα δώμα 200μ² περίπου, φυτεμένο με γρασίδι, μπορεί να καλύψει τις ετήσιες ανάγκες οξυγόνου για 100 περίπου ανθρώπους.

Επίσης, οι φυτεμένες επιφάνειες συμβάλλουν στη συγκράτηση, εξυγίανση και πρόληψη της διάβρωσης των εδαφών, καθώς και στη ρύθμιση της ροής των ομβρίων, με αποτέλεσμα μια σειρά πλεονεκτημάτων, όπως τη συγκέντρωση και χρήση των ομβρίων, τη μείωση διοχέτευσης νερού στα δίκτυα αποχέτευσης έως και 50% και την αποφυγή πλημμυρών.

4.3. Υλικά επίστρωσης υπαίθριων χώρων Το είδος των υλικών επίστρωσης των επιφανειών του υπαίθριου χώρου επηρεάζει καθοριστικά τόσο το θερμικό όσο και το οπτικό περιβάλλον. Υλικά με ανοιχτά χρώματα ή/και ανακλαστικές επιφάνειες αποτρέπουν την υπερθέρμανση τη θερινή περίοδο, αλλά παράλληλα μπορεί να προκαλέσουν θάμβωση και ανάκλαση της θερμότητας προς τους χρήστες του χώρου και τις επιφάνειες των γύρω κτηρίων. Αντιθέτως, υλικά με σκουρόχρωμες επιφάνειες υπερθερμαίνονται, όταν εκτίθενται στην ηλιακή ακτινοβολία.

82

Η επικάλυψη των επιφανειών του υπαίθριου χώρου με βλάστηση παρεμποδίζει τις ανακλάσεις, ενώ ταυτόχρονα συνεισφέρει στο δροσισμό του αέρα μέσω της εξατμισοδιαπνοής του φυλλώματος. Έρευνες σχετικά με την αναπτυσσόμενη επιφανειακή θερμοκρασία υπαιθρίων χώρων σε αστικές περιοχές στην Αθήνα τη θερινή περίοδο αναφέρουν διαφορά στην επιφανειακή θερμοκρασία των επικαλύψεων με γρασίδι και άσφαλτο έως και 35,7οC ενώ για γρασίδι και πλάκες πεζοδρομίου έως και 27,6οC (Alexandri, 2001 και Χατζηδημητρίου et al, 2008) (Σχήμα 5.9). Όταν η επιφάνεια που καλύπτεται με πράσινο είναι σημαντικού μεγέθους, τότε παρατηρούνται διαφορές της θερμοκρασίας του αέρα, έως και 8οC ανάμεσα σε φυτεμένες περιοχές και περιοχές με συμπαγή δομικά υλικά (Givoni, 1994).

Επιφάνειες νερού, όπως λεπτά στρώματα τρεχούμενου νερού, καταρράκτες, λίμνες ή σιντριβάνια, συνεισφέρουν επίσης στην μείωση της θερμοκρασίας του αέρα και κατά συνέπεια στο δροσισμό του χώρου.

Γρασίδι 'Ασφαλτος

Επιφανειακέςθερμοκρασίες: 28,3°C 64,0°C

Σχήμα 5.9. Μετρήσεις επιφανειακών θερμοκρασιών σε φυτεμένη επιφάνεια με γρασίδι και σε

άσφαλτο κατά τη διάρκεια της ημέρας το καλοκαίρι, στο κέντρο της Αθήνας

Στον πίνακα 5.2. καταγράφονται η ανακλαστικότητα και η εκπεμψιμότητα των πιο συνήθων οικοδομικών υλικών που χρησιμοποιούνται ως επιστρώσεις υπαίθριων χώρων.

Πίνακας 5.2. Ιδιότητες υλικών που χρησιμοποιούνται σε δαπεδοστρώσεις. Οι τιμές με (*) προέρχονται από επιτόπιες μετρήσεις σε υπαίθριους χώρους στη Θεσσαλονίκη

(Χατζηδημητρίου et al, 2008).

Υλικό δαπέδου Ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία

Συντελεστής εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας

Άσφαλτος 0,05-0,26 (*) 0,95

Σχιστόπλακες 0,08-0,10 0,90

Κυβόλιθοι γρανίτη γκρι 0,27 (*)

Μάρμαρο λευκό 0,53 (*)

Πλάκες τσιμέντου γκρι 0,34 (*)

Γαρμπιλομωσαϊκό γκρι 0,38 (*)

Γαρμπιλομωσαϊκό (βοτσαλωτό) -με τεχνολογία ψυχρών υλικών

0,87-0,90 0,82-0,84

Προϊόντα τσιμέντου (κυβόλιθοι)- με τεχνολογία ψυχρών υλικών

0,10-0,35 0,90

Προϊόντα ξύλου-σανίδες 0,30-0,40 0,95

Κεραμικά πλακίδια, κόκκινα 0,21(*)

Γρασίδι και βλάστηση 0,15-0,30 0,67-0,69

Χώμα –άμμος (στεγνό) 0,25-0,30 0,90

Νερό 0,10-0,47 0,96

Επίσης, αντί για επίστρωση με ενιαίες επιφάνειες, καλό είναι να προτιμούνται πλάκες που επιτρέπουν τη διείσδυση του νερού και την ανάπτυξη βλάστησης στους αρμούς ή

83

τουλάχιστον να χρησιμοποιείται υδατοπερατή στρώση αδρανών (Βλαστός & Μπιρμπίλη, 2001). Είναι πολύ θετικό, τόσο από θερμικής πλευράς, όσο κι από πλευράς εμπλουτισμού του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και παράλληλης αποφόρτισης του δικτύου ομβρίων.

Η χρήση συμπυκνωμένου χώματος, είτε στη φυσική του κατάσταση, είτε με σταθεροποιητές αδρανών (κατά προτίμηση φυσικής προέλευσης) ή κεραμικών δαπέδων τύπου «κουρασάνι», εκτός από αυξημένη ανακλαστικότητα σε σχέση με τις ασφαλτικές επικαλύψεις έχουν επίσης και αυξημένη υδατοπερατότητα, μειώνοντας την αστική θερμοκρασία όπου εφαρμόζονται (πεζόδρομοι, ποδηλατόδρομοι, αθλητικές εγκαταστάσεις, κηπευτικές επιφάνειες κοκ).

Σε μονοπάτια, θέσεις στάθμευσης κ.ο.κ. καλό είναι να τοποθετούνται διάτρητα υλικά (διάτρητες τσιμεντόπλακες, κυβόλιθοι με οπές κοκ). Με αυτό τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα ανάπτυξης της τοπικής χαμηλής χλωρίδας στο χώμα μεταξύ των οπών καθώς και η απορρόφηση του νερού.

4.3.1. Ψυχρά υλικά Η χρήση ψυχρών υλικών στον περιβάλλοντα χώρο και στις εξωτερικές επιφάνειες των κτηρίων είναι επίσης πολύ σημαντική για τη μείωση των αυξημένων θερμοκρασιών που παρατηρούνται στο δομημένο περιβάλλον.

Με τον όρο «ψυχρά υλικά» νοούνται υλικά που δεν απορροφούν μεγάλες ποσότητες ηλιακής ακτινοβολίας και δεν αποθηκεύουν στη μάζα τους μεγάλα ποσά θερμότητας. Πρόκειται δηλαδή για υλικά με υψηλό συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας (εκπέμπουν με ταχύ ρυθμό τα ποσά της θερμότητας που έχουν απορροφήσει), χωρίς να χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα υψηλή ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία, οπότε και δεν προκαλούν έντονα προβλήματα θάμβωσης. Αναλόγως με το πού τοποθετείται το ψυχρό υλικό, έχουν θεσπισθεί όρια ως προς την ανακλαστικότητα και το συντελεστή εκπομπής του. Σύμφωνα με την υπάρχουσα ΠΕΤΕΠ, προτείνεται η ανακλαστικότητά τους για την εφαρμογή τους σε επίπεδο δρόμου να είναι τουλάχιστον 0,60 για έγχρωμα επιφανειακά υλικά και τουλάχιστον 0,75 για υλικά λευκού χρώματος (ΥΠΕΧΩ∆Ε, 2010).

Τα ψυχρά υλικά εφαρμόζονται είτε σε επιφάνειες κτηρίων (επικαλύψεις, επιχρίσματα) είτε στις υπόλοιπες επιφάνειες του δομημένου περιβάλλοντος (πεζοδρόμια, δρόμοι, πλατείες, χώροι στάθμευσης κοκ). Λόγω του γεγονότος ότι αποθηκεύουν μικρά ποσά θερμότητας, με την εφαρμογή τους εξασφαλίζονται χαμηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες στο δομημένο χώρο, σε σχέση με άλλα υλικά επίστρωσης. Οι επιφανειακές θερμοκρασίες των ψυχρών υλικών συνήθως δεν ξεπερνούν τους 50oC, ενώ για συνήθη δομικά υλικά οι επιφανειακές θερμοκρασίες τη θερινή περίοδο μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις (π.χ. επίστρωση δωμάτων με μαύρου χρώματος στεγανοποιητικά φύλλα) να φτάσουν και τους 90oC.

Ένα από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα ψυχρά επιφανειακά υλικά είναι το γεγονός ότι με την πάροδο του χρόνου μειώνεται η ανακλαστικότητά τους (γήρανση του υλικού, επικάθιση σκόνης κοκ). Αναλόγως με τη φύση του υλικού, τη χρήση και τη συντήρησή του, η μείωση αυτή μπορεί να κυμαίνεται από 0% έως 30%.

Σε κάθε περίπτωση εφαρμογής ψυχρών υλικών τόσο σε κατακόρυφες όσο και σε οριζόντιες επιφάνειες πρέπει να δίνεται προσοχή στην οπτική και θερμική όχληση που μπορεί να προκαλέσουν στα γύρω κτήρια και τον περιβάλλοντα χώρο τους. Συνδυασμός ψυχρών υλικών με κατάλληλους όγκους φύτευσης για σκίαση και εξατμισοδιαπνοή λειτουργούν πολύ θετικά στη δημιουργία ευνοϊκού μικροκλίματος τη θερινή περίοδο.

4.4. Σύνοψη Η ανάπλαση ενός υφιστάμενου ή ο σχεδιασμός ενός νέου υπαίθριου χώρου με βιοκλιματικά κριτήρια συμβάλλει στη διαμόρφωση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης αφενός στον ίδιο τον υπαίθριο χώρο και αφετέρου στη διαμόρφωση μικροκλιματικών συνθηκών που

84

συνεισφέρουν στην εξοικονόμηση ενέργειας και στη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης μέσα στα κτήρια.

Συνοψίζοντας, δεν υπάρχουν μονοσήμαντες λύσεις, καθώς κάθε επιλογή προς μια κατεύθυνση επηρεάζει άλλες παραμέτρους της θερμικής και οπτικής άνεσης. Ουσιαστικά ο σχεδιασμός του υπαίθριου χώρου προκύπτει από το συνδυασμό των επί μέρους επιδιώξεων, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις παραμέτρους άνεσης, καθώς και τα ιδιαίτερα μορφολογικά και κλιματικά χαρακτηριστικά της τοποθεσίας.

4.5. Βιβλιογραφία 1. Alexandri, E., «The Effect of Green Roofs on the Urban Climate. Case Study: Athens».

MPhil Dissertation, Department of Architecture, University of Cambridge, 2001.

2. Βλαστός, Θ., Μπιρμπίλη, Τ. «Φτιάχνοντας Πόλεις για Ποδήλατο. Στοιχεία Αισθητικής και Κατασκευής». Ε.Ε. Γ∆ Περιβάλλοντος, Αναπτυξιακή Εταιρεία ∆ήμου Αθηναίων, Οργανισμός Ρυθμιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Αθήνας, Mbike, 2001.

3. Brown, R., & Gillespie, T., «Microclimatic Landscape Design». John Wiley and Sons, 1995.

4. Gartland, L., «Heat Islands, Understanding and Mitigating Heat in Urban Areas», Earthscan, London, 2008.

5. Givoni, B., «Passive and low energy cooling of buildings», Van Nostrand Reinhold, New York, 1994.

6. Grimmond, C.S.B. Cleugh, H.A., & Oke, T.R., «An Objective Urban Heat Storage Model and its Comparison with Other Schemes». Atmospheric Environment Vol. 25B (1991), No. 3, σελ. 311-326, 1991.

7. Hogan, K., et al «Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies, Cool Roofs». Environmental Protection Agency Office of Atmospheric Programs, 2008. [∆ιαθέσιμο από: http://www.epa.gov/heatisld/resources/pdf/ CoolRoofsCompendium. pdf. Πρόσβαση: 25.08.2010]

8. Santamouris, M., (Ed.), «Energy and Climate in the Urban Built Environment», James & James, London, 2001.

9. Thompson, J.W., & Sorvig, K., «Sustainable Landscape Construction», Islandpress, Washington, 2008.

10. ΥΠΕΧΩ∆Ε «Προσωρινές Εθνικές Προδιαγραφές – ΠΕΤΕΠ 03-11-20-00 Εφαρμογές ψυχρών υλικών (cool materials)», Έκδοση 3, Αθήνα, 2010.

11. Χατζηδημητρίου, Α., Αξαρλή, Κ., Γιάννας, Σ., «Επίδραση των υλικών επίστρωσης των αστικών υπαίθριων χώρων στη διαμόρφωση του μικροκλίματος», Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου του ΤΕΕ «∆ομικά Υλικά και Στοιχεία», σελ. 877-889, Αθήνα, 21-23 Μαΐου 2008.

4.6. Πηγές σχημάτων και πινάκων

5.6.1 Πηγές σχημάτων Σχήμα 5.9 Πηγή στοιχείων: Alexandri, E., «The Effect of Green Roofs on the Urban

Climate. Case Study: Athens». MPhil Dissertation, Department of Architecture, University of Cambridge, 2001.

5.6.2 Πηγές πινάκων Πίνακας 5.1. Προσαρμογή από Richard Montgomery, Passive Solar Journal Vol.4, No 1,

σελ. 88].

85

5. ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ

5.1. Εισαγωγή Η βελτίωση της ενεργειακής συμπεριφοράς ενός κτηρίου δεν μπορεί να επιτευχθεί χωρίς την παράλληλη μελέτη του φωτισμού του.

Η αξιοποίηση του διαθέσιμου φυσικού φωτός επηρεάζει την κατανάλωση ενέργειας ενός κτηρίου άμεσα και έμμεσα: Άμεσα, όταν το φυσικό φως αντικαθιστά τον τεχνητό φωτισμό, μειώνοντας τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας και έμμεσα, όταν με την αύξηση του μεγέθους των ανοιγμάτων αυξάνεται και η θερμική ροή από και προς το κτήριο (μεγαλύτερες θερμικές απώλειες το χειμώνα και περισσότερα θερμικά κέρδη το καλοκαίρι).

Τα κριτήρια για το σχεδιασμό του φυσικού φωτισμού πρέπει να ανταποκρίνονται τόσο σε ποσοτικές όσο και σε ποιοτικές απαιτήσεις. Ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός καθορίζει την ποσότητα του φυσικού φωτός που εισέρχεται στο κτήριο και την κατανομή του.

Η απαιτούμενη ποσότητα φωτισμού εξαρτάται από τη λειτουργία του χώρου και τις συγκεκριμένες εργασίες που πραγματοποιούνται μέσα σ’ αυτόν. Οι ποσοτικές απαιτήσεις δίνονται από ∆ιεθνή ή Ευρωπαϊκά Πρότυπα.

Πέραν της απαιτούμενης ποσότητας, πρέπει να εξασφαλίζεται επίσης κατάλληλη κατανομή του φωτισμού στο χώρο, ούτως ώστε να αποφεύγεται η θάμβωση. Θάμβωση είναι η αίσθηση που προκαλείται όταν η λαμπρότητα στο οπτικό πεδίο είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τη λαμπρότητα στην οποία είναι προσαρμοσμένα τα μάτια και προκαλεί ενόχληση, δυσφορία ή μείωση της απόδοσης ή και της ορατότητας. Θάμβωση μπορεί να προκύψει από την άμεση θέαση του ήλιου ή τμήματος του ουρανού μεγάλης φωτεινότητας, δια μέσου των ανοιγμάτων ή από την πρόσπτωση άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο εργασίας.

Επομένως, ένα σωστά σχεδιασμένο σύστημα φυσικού φωτισμού:

- παρέχει στο κτήριο την αναγκαία ποσότητα φωτισμού για την εκτέλεση των συγκεκριμένων εργασιών

- συνεισφέρει στη σωστή κατανομή του φωτισμού στο χώρο ώστε να δημιουργούνται συνθήκες οπτικής άνεσης

- συμβάλλει στην θέρμανση των χώρων με την εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας και συγχρόνως αποτρέπει την υπερθέρμανσή τους

5.1.1. Βασικές έννοιες Όπως αναφέρθηκε και στο κεφάλαιο 2, το ορατό φως, στο οποίο το ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητο, εκτείνεται περίπου από 390 nm έως 750 nm, αναλόγως με την ένταση της ακτινοβολίας και την οπτική οξύτητα του παρατηρητή.

Η φωτεινή ακτινοβολία, που φθάνει σε ένα σημείο στον εσωτερικό χώρο, είναι το άθροισμα τριών (3) συνιστωσών (Σχήμα 6.1):

α. SC: Ουράνια συνιστώσα (sky component)

β. ERC: Εξωτερική ανακλώμενη συνιστώσα (externally reflected component)

γ. IRC: Εσωτερική ανακλώμενη συνιστώσα (internally reflected component)

α. η ουράνια συνιστώσα ή άμεση συνιστώσα (SC) αντιστοιχεί στη φωτεινή ακτινοβολία που προέρχεται άμεσα από το ορατό, μέσω του παραθύρου, τμήμα του ουρανού και εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης του φωτός, από το μέγεθός του ανοίγματος (ύψος και πλάτος), από τα εμπόδια που προσδιορίζουν το ορατό τμήμα του ουρανού και από τις φωτομετρικές ιδιότητες του διαφανούς υλικού.

β. η εξωτερική ανακλώμενη συνιστώσα (ERC) αντιστοιχεί στη φωτεινή ακτινοβολία που προέρχεται, κατόπιν ανάκλασης, από το ορατό τμήμα των επιφανειών του περιβάλλοντα χώρου και εξαρτάται από την ανακλαστική ικανότητα των επιφανειών αυτών, δηλαδή το χρώμα και την υφή τους.

86

γ. η εσωτερική ανακλώμενη συνιστώσα (IRC) αντιστοιχεί στη φωτεινή ακτινοβολία που προέρχεται από διαδοχικές ανακλάσεις στις εσωτερικές επιφάνειες του χώρου και εξαρτάται από τη γεωμετρία του εσωτερικού χώρου, και την ανακλαστική ικανότητα αυτών των επιφανειών.

SC

ERC

IRC

Σχήμα 6.1. Οι συνιστώσες της φωτεινής ακτινοβολίας που φτάνει σε ένα σημείο στον

εσωτερικό χώρο

Λόγω της συνεχώς μεταβαλλόμενης έντασης του εξωτερικού φωτισμού, είναι πολύ δύσκολο να υπολογιστεί ο εσωτερικός φυσικός φωτισμός με φωτομετρικούς όρους (lm/m2 ή lux), για κάθε χρονική στιγμή.

'Όμως, ο λόγος του φωτισμού που δέχεται ένα σημείο στον εσωτερικό χώρο –συνήθως στο επίπεδο εργασίας– προς τον αντίστοιχο φωτισμό στην ύπαιθρο είναι σταθερός, γιατί όσο αυξάνει ο εξωτερικός διαθέσιμος φωτισμός, τόσο αυξάνει και ο αντίστοιχος εσωτερικός, συνεπώς ο λόγος των δύο αυτών τιμών παραμένει σταθερά ο ίδιος.

Αυτός ο σταθερός λόγος, εκφρασμένος σε ποσοστό επί τοις %, ονομάζεται συντελεστής (ή παράγοντας) φυσικού φωτός ΣΦΦ (ή DF - Daylight Factor) και ορίζεται από την σχέση:

%E

EDF 100

2

1

Όπου:

Ε1 ο φωτισμός σε συγκεκριμένο σημείο του εσωτερικού χώρου,

Ε2 ο αντίστοιχος φωτισμός στην οριζόντια επιφάνεια στο ύπαιθρο.

5.2. Στρατηγικές σχεδιασμού Για να υλοποιηθεί ο στόχος του φυσικού φωτισμού, δηλαδή η παροχή ικανοποιητικής ποσότητας και ποιότητας και η ομαλή κατανομή του φυσικού φωτός στο κτήριο, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθοι παράγοντες και στρατηγικές σχεδιασμού:

- οι κλιματικές συνθήκες της περιοχής (νέφωση του ουρανού, φωτεινότητα) και το γεωγραφικό πλάτος (γωνία πρόσπτωσης ηλιακής ακτινοβολίας)

- οι ανάγκες φωτισμού του χώρου, αναλόγως με τη λειτουργία του

- τα εξωτερικά εμπόδια

- το σχήμα του κτηρίου (βαθύ - ρηχό)

- ο προσανατολισμός, η γεωμετρία του κτηρίου και η οργάνωση των χώρων που πρόκειται να φωτιστούν

- η θέση και οι οπτικές ιδιότητες των επιφανειών του εσωτερικού χώρου που ανακλούν το φως

- η διαμόρφωση του περιβάλλοντα χώρου

87

- ο προσανατολισμός, η θέση, το σχήμα και το μέγεθος των ανοιγμάτων και των εν γένει διαφανών στοιχείων

- τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των μόνιμων ή κινητών στοιχείων που εφαρμόζονται στα ανοίγματα και εν γένει όλων των διατάξεων που ρυθμίζουν την είσοδο και την κατανομή του φωτός

- οι οπτικές ιδιότητες και τα θερμικά χαρακτηριστικά των υαλοστασίων και των διαφανών εν γένει στοιχείων.

Από αυτούς τους παράγοντες, ο προσανατολισμός και το σχήμα του κτηρίου, η οργάνωση των χώρων, η γεωμετρία των εξωτερικών εμποδίων και οι ιδιότητες των εσωτερικών και εξωτερικών επιφανειών, σε σχέση με την ανακλαστικότητά τους, αφορούν κρίσιμες αποφάσεις για τον ικανοποιητικό φυσικό φωτισμό του κτηρίου, οι οποίες πρέπει να λαμβάνονται στο αρχικό στάδιο του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού (προμελέτη).

Στην επόμενη φάση της σχεδιαστικής διαδικασίας γίνεται η επιλογή των διαφανών στοιχείων –βασικών ρυθμιστών του εισερχόμενου φυσικού φωτός– ως προς τον προσανατολισμό, τη θέση, το μέγεθος, το πλήθος, τις γεωμετρικές αναλογίες. Η επιλογή των ανοιγμάτων καθορίζεται από το μέγεθος και τη λειτουργία του κτηρίου καθώς και από την εξωτερική του εμφάνιση.

Η τελική απόφαση, όσον αφορά το φυσικό φωτισμό, εστιάζεται στην επιλογή των υαλοπινάκων και των πρόσθετων ηλιοπροστατευτικών ή φωτοενισχυτικών στοιχείων των ανοιγμάτων.

Στη συνέχεια αναφέρονται τα κρίσιμα στάδια του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού, όσον αφορά:

α) στις αρχικές αποφάσεις σχεδιασμού: προσανατολισμός, σχήμα κτηρίου, διαμόρφωση εσωτερικών χώρων, διαμόρφωση περιβάλλοντος χώρου

β) στο σχεδιασμό των ανοιγμάτων: πλευρικά ανοίγματα, ανοίγματα οροφής και διαφανείς τοίχοι και οροφές

γ) στην επιλογή των υαλοπινάκων και των διαφανών εν γένει υλικών, σε συνδυασμό με τα συστήματα ελέγχου της ακτινοβολίας.

5.2.1. Αρχικές επιλογές σχεδιασμού 5.2.1.1. Προσανατολισμός

Ο νότιος προσανατολισμός είναι αρκετά καλός ως προς τη διαθέσιμη ποσότητα φυσικού φωτός, ιδιαίτερα τη χειμερινή περίοδο. Η νότια όψη των κτηρίων δέχεται την απευθείας ηλιακή ακτινοβολία σε μεγαλύτερο ποσοστό, με σταθερότερο ρυθμό και με καλύτερη κατανομή τόσο στις εποχές του έτους, όσο και στη διάρκεια της ημέρας. Τη θερινή περίοδο όμως, λόγω της υψηλής λαμπρότητας που παρατηρείται στις Μεσογειακές χώρες και τη συνεχή μεταβολή της στάθμης του φωτισμού, εάν δε συνδυαστεί με κατάλληλη σκίαση, μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ανισοκατανομής και θάμβωσης.

Ο δεύτερος καλύτερος προσανατολισμός, σε σχέση με το φυσικό φωτισμό του χώρου, είναι ο βορινός, εξαιτίας της σταθερότητας του φωτός στη διάρκεια της ημέρας, και του μειωμένου κινδύνου για θάμβωση. Αν και η ποσότητα του φωτισμού μπορεί να είναι χαμηλή κατά τη χειμερινή περίοδο, η ποιότητα είναι σταθερή, επειδή δεν υπάρχει πρόσπτωση άμεσης ακτινοβολίας. Επίσης το βορινό φως εμφανίζει την καλύτερη κατανομή του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο σταθερός ομοιόμορφος διάχυτος φωτισμός, καθιστά το βορινό προσανατολισμό τον πλέον κατάλληλο για ορισμένες χρήσεις, όπως βιβλιοθήκες, χώρους εργασίας, κλπ. Ειδικότερα, προτιμάται για τους εκθεσιακούς χώρους και τα μουσεία επειδή δεν υπάρχει κίνδυνος καταστροφής των εκθεμάτων από την υπεριώδη ακτινοβολία.

Οι χειρότεροι προσανατολισμοί, σε σχέση με το φυσικό φως, είναι ο ανατολικός και ο δυτικός, γιατί δέχονται ανομοιογενή κατανομή της ακτινοβολίας (μειωμένη ακτινοβολία τη μισή μέρα), τόσο ημερήσια όσο και διεποχιακή (μεγαλύτερη ποσότητα το καλοκαίρι και

88

μικρότερη το χειμώνα). Το σημαντικότερο όμως πρόβλημα είναι ότι η χαμηλή θέση του ήλιου στον ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό δημιουργεί έντονα προβλήματα θάμβωσης.

5.2.1.2. Το σχήμα του κτηρίου

Το σχήμα του κτηρίου καθορίζει την ποσότητα των ανοιγμάτων ανά προσανατολισμό σε σχέση με το φωτιζόμενο χώρο (τμήμα του δαπέδου που μπορεί να φωτιστεί με φυσικό φως).

Η ποσότητα του φυσικού φωτός μέσα σ’ ένα χώρο μειώνεται συναρτήσει της απόστασης από το άνοιγμα. Περιμετρική ζώνη πλάτους περίπου 5m, είναι αυτή που μπορεί να φωτιστεί πλήρως από τα πλευρικά ανοίγματα. Μια δεύτερη, προς το εσωτερικό του κτηρίου, περιμετρική ζώνη φωτίζεται μερικώς με φυσικό φως.

Η αναλογία πλήρως φωτισμένης / μερικώς φωτισμένης / σκοτεινής περιοχής σε ένα κτήριο εξαρτάται από τις διαστάσεις του. Στα μεγάλα κτήρια διαμορφώνεται μεγαλύτερη σκοτεινή περιοχή στο εσωτερικό, όταν η περιβάλλουσα επιφάνεια είναι μικρή σε σχέση με το σχήμα της κάτοψης.

Γενικά, ανάλογα με το σχήμα του κτηρίου, δίνεται παράδειγμα σύγκρισης πλήρως φωτισμένης / μερικώς φωτισμένης / σκοτεινής περιοχής στο Σχήμα 6.2, χωρίς να σημαίνει ότι τα ποσοστά αυτά είναι απόλυτα (τα μεγέθη των ανοιγμάτων, τα υλικά του ανοίγματος, του εσωτερικού και του εξωτερικού χώρου παίζουν σημαντικό ρόλο στην κατανομή του φυσικού φωτισμού).

Σε κτήριο με τετράγωνη κάτοψη το 16% της κάτοψης δε δέχεται καθόλου φυσικό φωτισμό. Ένα ποσοστό 51% φωτίζεται πλήρως και το υπόλοιπο 33% μερικώς.

Σε κτήριο με ορθογώνια κάτοψη δεν δημιουργούνται «σκοτεινοί χώροι». Η περιοχή που φωτίζεται πλήρως ανέρχεται σε ποσοστό 59% και η φωτιζόμενη μερικώς σε ποσοστό 41%.

Σε κτήριο με τετράγωνη κάτοψη και κεντρικό αίθριο, όλοι οι χώροι φωτίζονται πλήρως με φυσικό φως.

Σχήμα 6.2. Τρεις περιπτώσεις επίλυσης της κάτοψης πολυώροφων κτηρίων, και η επίδρασή

τους στο φυσικό φωτισμό των χώρων

Σε γενικές γραμμές:

Βάθος 13m θεωρείται το βέλτιστο βάθος κτηρίου για να γίνει πλήρης εκμετάλλευση του φυσικού φωτός με αντιδιαμετρικά ανοίγματα. Κτήρια με πτέρυγες εκμεταλλεύονται περισσότερο το φυσικό φως, Η ύπαρξη αιθρίου διευκολύνει τον φυσικό φωτισμό.

89

5.2.1.3. ∆ιατάξεις ενσωματωμένες στον πυρήνα του κτηρίου

Η ύπαρξη αιθρίου είναι θετικό στοιχείο για το σχεδιασμό κτηρίων με μεγάλο όγκο και περίμετρο κάτοψης. Τα αίθρια συνήθως καλύπτονται με γυάλινη οροφή και λειτουργούν ως χώροι θερμικής ανάσχεσης, ως αρχιτεκτονικές ρυθμίσεις, που αυξάνουν την ποσότητα του φυσικού φωτός και ως χώροι που διευκολύνουν το φυσικό αερισμό στα μεγάλα και πολύπλοκα κτιριακά συγκροτήματα. Τα κτήρια που αναπτύσσονται γύρω από ένα σκεπασμένο αίθριο έχουν μειωμένες θερμικές απώλειες και συγχρόνως έχουν μεγάλη διαθέσιμη επιφάνεια για φωτισμό, τόσο στο εξωτερικό τους περίβλημα, όσο και στο εσωτερικό τους περίβλημα προς το αίθριο (Σχήμα 6.3). Ωστόσο, η χωροθέτηση των εσωτερικών χώρων πρέπει να στοχεύει ώστε να διασφαλίζεται κύριος φωτισμός από τα ανοίγματα των εξωτερικών όψεων και επικουρικά από το αίθριο.

Η γεωμετρία του αιθρίου έχει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των επιπέδων φωτισμού στο εσωτερικό του. Αίθρια με ορθογωνική κάτοψη εμφανίζουν έως και 10% υψηλότερες τιμές συντελεστή φυσικού φωτός στη βάση τους, σε σχέση με αίθρια ίσης επιφάνειας αλλά τριγωνικής ή πολυγωνικής μορφής. Ικανοποιητικά επίπεδα φωτισμού επιτυγχάνονται στο εσωτερικό του αιθρίου όταν το ύψος του δεν υπερβαίνει το πλάτος του. Η κλιμακωτή διάταξη των ορόφων που περικλείουν το αίθριο συνεισφέρει στη βελτίωση των επιπέδων φωτισμού στη βάση του. Για την καλύτερη αξιοποίηση του αιθρίου ενδείκνυται η χωροθέτηση χώρων με μικρό βάθος και μεγαλύτερο ελεύθερο ύψος στους χαμηλότερους ορόφους.

διάχυτηακτινοβολία

διάχυτηακτινοβολίαανακλώμενη

ακτινοβολία από τοδάπεδο του αιθρίου

ανακλώμενηακτινοβολία από τους

τοίχους και ταανοίγματα του αιθρίου

Σχήμα 6.3. Παροχή φυσικού φωτός σε ένα αίθριο

Η ποσότητα του φυσικού φωτός, που φτάνει στους χώρους που αναπτύσσονται γύρω από ένα αίθριο, εξαρτάται, εκτός από τη γεωμετρία του αιθρίου, από τη διαπερατότητα στο φως της οροφής του αιθρίου και από την ανακλαστικότητα των πλευρικών τοίχων και του δαπέδου του αιθρίου.

Η επιρροή της ανακλαστικότητας των πλευρικών τοιχωμάτων είναι μεγαλύτερη όσο αυξάνει το ύψος του αιθρίου. Τα ανώτερα τμήματα των περιμετρικών επιφανειών του αιθρίου, από όπου αρχίζουν οι πρώτες ανακλάσεις, καθορίζουν την κατανομή του φωτισμού. Για το λόγο αυτό ενδείκνυται ο περιορισμός των ανοιγμάτων στους υψηλότερους ορόφους και αντίστοιχα η αύξηση της ανακλαστικότητας των συμπαγών τμημάτων. Με τον τρόπο αυτό βελτιώνεται ο φωτισμός στους χαμηλούς ορόφους και παράλληλα μειώνεται ο κίνδυνος θάμβωσης στους υψηλότερους. Επίσης για την αύξηση του φωτισμού στους χαμηλούς ορόφους δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σκουρόχρωμα υλικά επίστρωσης του δαπέδου.

90

Τα αίθρια μπορεί να έχουν εξολοκλήρου γυάλινη οροφή ή να φέρουν παράθυρα οροφής ή και να συνδυάζουν γυάλινη οροφή και κατακόρυφα παράθυρα. Οι επικαλύψεις των αιθρίων μειώνουν το εισερχόμενο φώς κατά 20% έως 50%, ανάλογα με τις οπτικές ιδιότητες της επικάλυψης και την κατασκευή του σκελετού στήριξης, που πρέπει να δημιουργεί τις ελάχιστες δυνατές σκιάσεις.

Όταν τα εσωτερικά αίθρια είναι πολύ μικρά για να είναι χρήσιμοι εκμεταλλεύσιμοι χώροι, μετατρέπονται σε στενούς φωταγωγούς, που φέρνουν το φως βαθιά και πολλές φορές και την ηλιακή ακτινοβολία στον εσωτερικό χώρο. (Σχήμα 6.4)

Ο φωταγωγός καταλαμβάνει μικρότερο εμβαδόν σε σχέση με το αίθριο και συχνά δεν είναι στεγασμένος.

Σχήμα 6.4. ∆ιαγραμματική απεικόνιση φωταγωγού. Με τις διαδοχικές ανακλάσεις

ικανοποιητική ποσότητα φυσικού φωτός μπορεί να φτάσει στους χαμηλούς ορόφους.

5.2.1.4. ∆ιάταξη εσωτερικού χώρου και επιλογή υλικών

Τα εσωτερικά συμπαγή διαχωριστικά στοιχεία εμποδίζουν τη φωτεινή ακτινοβολία να φτάσει στο βάθος του χώρου, ενώ οι «ανοικτοί» σε κάτοψη χώροι επιτρέπουν στο φως να διεισδύσει στα πίσω τμήματα του κτηρίου. Γενικά είναι αποδεκτό ότι, για ικανοποιητική ποσότητα φυσικού φωτός το βάθος του χώρου δεν πρέπει να ξεπερνά τα 6-7μ.

Τέτοιες αποφάσεις είναι καθοριστικής σημασίας, τόσο για την αρχιτεκτονική σύνθεση και τη λειτουργία του κτηρίου, όσο και για τη δυνατότητά του να εξοικονομεί ενέργεια, μέσω της εκμετάλλευσης του φυσικού φωτός. Η κατανομή του φυσικού φωτισμού επηρεάζεται επίσης από την ανακλαστικότητα των υλικών του φωτιζόμενου χώρου, και γι’ αυτό εάν είναι επιθυμητή η διείσδυση του φωτός σε μεγαλύτερο βάθος όπως στην περίπτωση χώρων μεγάλου βάθους, η οροφή πρέπει να έχει υψηλό συντελεστή ανάκλασης (ανοιχτό χρώμα) (Σχήμα 6.5). Η ανακλαστικότητα των υπολοίπων επιφανειών του χώρου εξαρτάται από τις γεωμετρικές αναλογίες του. Γενικά, οι ανοιχτόχρωμες εσωτερικές τοιχοποιίες δημιουργούν την «αίσθηση» φωτεινού περιβάλλοντος, αυξάνοντας σε κάποιο βαθμό τα επίπεδα φωτισμού στο χώρο.

Ως γενικός κανόνας, για χώρους μεσαίου μεγέθους και ύψους, προτείνονται οι παρακάτω συντελεστές ανάκλασης:

Οροφή: 70-85%

91

Κατακόρυφες επιφάνειες: 40-70%

∆άπεδο: 15-40%

Σχήμα 6.5. Κατανομή του φυσικού φωτισμού σε χώρο γραφείου. Ο συντελεστής φυσικού

φωτισμού υπολογίστηκε για διαφορετικό μέγεθος ανοίγματος και ανάλογα με την ανακλαστικότητα της τοιχοποιίας. Είναι σαφής η πτώση της έντασης του φωτισμού όσο

απομακρυνόμαστε από το άνοιγμα.

5.2.1.5. Περιβάλλων χώρος

Το φως που εισέρχεται στο κτήριο οφείλεται σε μεγάλο βαθμό και στις ανακλάσεις που υφίσταται στο έδαφος. Στα μονώροφα κτήρια, τα πεζοδρόμια, οι δρόμοι, οι πλακόστρωτες αυλές, ακτινοβολούν σημαντική ποσότητα φωτός προς το κτήριο. Με τη μείωση της ανακλαστικότητας του περιβάλλοντα χώρου, ελαττώνεται σημαντικά και η ποσότητα του φυσικού φωτός που εισέρχεται στο χώρο. Η παρουσία βλάστησης επηρεάζει αρνητικά την εισερχόμενη ποσότητα φυσικού φωτός. Αντίθετα μια πέργκολα, με αναρριχώμενα φυτά έξω από ένα άνοιγμα, συμπεριφέρεται καλύτερα, γιατί αποκόπτει μόνον την άμεση ακτινοβολία χωρίς να επηρεάζει την ανακλώμενη, και συνεπώς ρυθμίζει θετικά την ποσότητα και την ποιότητα του φυσικού φωτισμού που δέχεται ο εσωτερικός χώρος (Κεφ. 5, §5.2.2, Σχήμα 5.8).

Στον πίνακα 6.1 αναγράφονται οι τιμές ανακλαστικότητας ορισμένων οικοδομικών υλικών και στον πίνακα 6.2 η ανακλαστικότητα ορισμένων χρωμάτων και έγχρωμων οικοδομικών υλικών.

Πίνακας 6.1. Συντελεστές ανάκλασης ορισμένων οικοδομικών υλικών Υλικό Συντελεστής

Ανάκλασης (%) Υλικό Συντελεστής

Ανάκλασης (%)

Άσφαλτος 10 Πέτρα 5-50

Αλουμίνιο (γυαλιστερό) 70-85 Εφυαλωμένα πλακίδια (άσπρα)

60-90

Σκυρόδεμα 30-50 Χιόνι 60-75

Γυαλί διαυγές 7 Γρασίδι σκούρο πράσινο 10

Γυαλί ανακλαστικό 20-40 Γρασίδι ξεραμένο 35

Γυαλί με επικάλυψη καθρέφτη

80-90 Μέση φύτευση 25

Ξύλο 5-40

92

Πίνακας 6.2. Ανακλαστικότητα ορισμένων χρωμάτων και έγχρωμων οικοδομικών υλικών Xρώμα Συντελεστής

ανάκλασης (%) Xρώμα Συντελεστής

ανάκλασης (%)

Μαύρο χρώμα 3 Κόκκινη λαδομπογιά 26

Μαύρο χρώμα (ματ) 5 Κόκκινα τούβλα 30

Μαύρη λαδομπογιά 9 Φυσικό σκυρόδεμα 35

Μαύρο σκυρόδεμα 10 Πράσινο 41

Σκούρο γκρί 9 Πορτοκαλί 42

Σκούρο πράσινο (λαδί) 11 Κίτρινο 43

Σκούρο καφέ 12 Ανοιχτό πράσινο 53

Καφέ σκυρόδεμα 15 Άσπρο 75

Σκούρο μπλε-γκρι 12 Ασημί 75

5.2.2. Ο σχεδιασμός των διαφανών στοιχείων του κελύφους Τα διαφανή στοιχεία στο κέλυφος του κτηρίου καθορίζουν την ποσότητα και την ποιότητα του εισερχόμενου φυσικού φωτός, καθώς και την οπτική επαφή των χρηστών με το εξωτερικό περιβάλλον.

Με το σχεδιασμό των διαφανών στοιχείων και τη διαμόρφωση των επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου πρέπει να αποφεύγεται τόσο η ανομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού και η άμεση πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο εργασίας όσο και η μεγάλη διαφορά λαμπρότητας μεταξύ των εσωτερικών επιφανειών που δέχονται διαφορετική ποσότητα φυσικού φωτός.

Τα διαφανή στοιχεία, εξεταζόμενα ως προς τον φυσικό φωτισμό, διακρίνονται σε:

πλευρικά ανοίγματα

ανοίγματα οροφής

διαφανείς τοίχους και οροφές

αίθρια και φωταγωγούς.

Η σωστή χωροθέτηση, διαστασιολόγηση και προστασία των ανοιγμάτων, οι οπτικές ιδιότητες του υαλοπίνακα και συγχρόνως, η αύξηση της λαμπρότητας των περιβαλλουσών επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου, απομακρύνουν τον κίνδυνο της θάμβωσης και της οπτικής δυσφορίας.

5.2.2.1. Πλευρικά ανοίγματα

Τα ανοίγματα πρέπει να κατανέμονται σωστά στην όψη και να έχουν το κατάλληλο μέγεθος και σχήμα. Οι σχεδιαστικές πρακτικές που αφορούν στην επιλογή των πλευρικών ανοιγμάτων συνοψίζονται στα ακόλουθα:

Το μέγεθος του ανοίγματος σχετίζεται άμεσα με το μέγεθος του φωτιζόμενου χώρου. Ένας εμπειρικός κανόνας καθορίζει ότι ποσοστό ανοίγματος ίσο με το 20% της επιφάνειας του φωτιζόμενου χώρου παρέχει ικανοποιητική ποσότητα φυσικού φωτός και συγχρόνως αποφεύγονται οι υπερβολικές θερμικές απώλειες το χειμώνα, η υπερθέρμανση το καλοκαίρι και μειώνεται ο κίνδυνος θάμβωσης. Η αύξηση του μεγέθους των ανοιγμάτων πέραν αυτού του ορίου επιφέρει μικρή αύξηση του φυσικού φωτισμού,

93

ενώ προκαλεί δυσανάλογα μεγάλη αύξηση του θερμικού και ψυκτικού φορτίου του χώρου.

Σύμφωνα με τον ελληνικό Κτιριοδομικό Κανονισμό, το μέγεθος των ανοιγμάτων πρέπει να είναι τουλάχιστον το 10% της επιφάνειας του δαπέδου του φωτιζόμενου χώρου, για να επιτυγχάνεται ο ελάχιστος φωτισμός και αερισμός. Βέβαια αυτή η προδιαγραφή δεν είναι αρκετή, γιατί δε λαμβάνεται υπόψη η αυξομείωση της έντασης του φυσικού φωτισμού, σε σχέση με τα υπάρχοντα εξωτερικά εμπόδια, τον όροφο που βρίσκεται αυτός ο χώρος κλπ.

Σε γενικές γραμμές η επιφάνεια του ανοίγματος είναι ανάλογη με τα επίπεδα φυσικού φωτισμού στο χώρο και αύξηση του μεγέθους του ανοίγματος κατά 10% συμβάλλει στην αύξηση του μέσου συντελεστή φυσικού φωτός κατά περίπου 1%.

Η θέση του ανοίγματος στον τοίχο. Όσο πιο ψηλά είναι τοποθετημένο ένα άνοιγμα, τόσο πιο βαθιά φτάνει το φυσικό φως στο χώρο. Με την τοποθέτηση των ανοιγμάτων υψηλά, σε συνδυασμό με την αύξηση της ανακλαστικότητας του πίσω τοίχου του φωτιζόμενου χώρου, επέρχεται ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού σε όλο το βάθος. Εάν το βάθος του χώρου ξεπερνά κατά 2,5 φορές το ύψος του ανοίγματος μέχρι το ανώφλι, τότε ο φωτισμός στο πίσω μέρος του χώρου δεν είναι ικανοποιητικός, τόσο ως προς την ποσότητα, όσο και ως προς την ποιότητα (Σχήμα 6.6).

Σχήμα 6.6. Επίδραση της θέσης του παραθύρου στην κατανομή του φυσικού φωτισμού

Το σχήμα του ανοίγματος επηρεάζει την κατανομή του φωτός στο χώρο. Με ανοίγματα μεγάλου πλάτους (αναλογίες πλάτους προς ύψος περίπου 2:1), ο φωτισμός του χώρου διαμορφώνεται σε ζώνες διαφορετικής έντασης, παράλληλες προς τον τοίχο που φέρει το άνοιγμα. Η ένταση του φωτισμού παραμένει σχεδόν σταθερή όλη την ημέρα και εμφανίζεται μικρός κίνδυνος θάμβωσης. Με κατακόρυφα ανοίγματα (αναλογίες πλάτους προς ύψος περίπου 1:2), ο φωτισμός διανέμεται σε μια ζώνη κάθετη προς τον τοίχο του ανοίγματος, με αποτέλεσμα τη διαφορετική ένταση του φωτισμού στη διάρκεια της ημέρας. Αυτός ο τύπος του ανοίγματος προσφέρει καλύτερο φωτισμό σε περιοχές απομακρυσμένες από το άνοιγμα, αλλά προκαλεί και μεγαλύτερη θάμβωση.

Πολλά μικρότερα ανοίγματα αντί για ένα άνοιγμα μεγάλου μεγέθους συμβάλλουν σε καλύτερη κατανομή του φυσικού φωτός στο χώρο. (Σχήματα 6.7 και 6.8).

Εάν ο χώρος έχει μεγάλο βάθος, δεν επαρκεί ο μονόπλευρος φωτισμός. Απαιτείται συμπληρωματικός φωτισμός από πλευρικά παράθυρα, φεγγίτες και ανοίγματα στην οροφή. Με τα διαμπερή ανοίγματα επιτυγχάνεται καλύτερη κατανομή του φωτός και μειώνεται η θάμβωση. Ιδιαίτερα όταν τα ανοίγματα τοποθετούνται σε παρακείμενους τοίχους μειώνεται σημαντικά ο κίνδυνος θάμβωσης, επειδή εξομαλύνεται η διαφορά λαμπρότητας μεταξύ των τοίχων και του ανοίγματος.

Τοποθέτηση των ανοιγμάτων κοντά στους εσωτερικούς τοίχους. Με τη βοήθεια των διαδοχικών ανακλάσεων της φωτεινής ακτινοβολίας όλοι, οι τοίχοι φωτίζονται κι έτσι μειώνεται η διαφορά λαμπρότητας των επιφανειών και ο κίνδυνος θάμβωσης (Σχήμα 6.9).

∆ιαμόρφωση των παραστάδων ή του ανωφλίου ή και της ποδιάς των παραθύρων με κλίση ή με στρογγυλεμένες γωνίες, για να διευκολυνθεί η μετάβαση από τη φωτεινή

94

περιοχή του παραθύρου στη μη φωτιζόμενη ζώνη της τοιχοποιίας, έτσι ώστε να αποφευχθεί η θάμβωση και να βελτιωθεί η οπτική άνεση (Σχήμα 6.10).

Σχήμα 6.7. Μεταβολή του φυσικού φωτισμού σ’ ένα χώρο σε σχέση με την ύπαρξη και το

μέγεθος δεύτερου ανοίγματος (διαμπερής φωτισμός)

5% 4% 3% 2% 1% 5% 4% 3% 2% 1%

5% 4% 3% 2% 1%

5% 4% 3% 2%

1%

2%

3%4%

Σχήμα 6.8. Κατανομή φυσικού φωτισμού (συντελεστής φυσικού φωτισμού) στο χώρο για

τέσσερις διαφορετικές διατάξεις ανοιγμάτων

95

Σχήμα 6.9. Η ποσότητα και η κατανομή του φυσικού φωτισμού επηρεάζεται από την

ανάκλαση του φωτός από τους παρακείμενους στα ανοίγματα τοίχους

Σχήμα 6.10. ∆ιαμόρφωση του ανωφλίου και του κατωφλίου των παραθύρων, για να

αποφευχθεί η θάμβωση

5.2.2.2. Ανοίγματα οροφής

Οριζόντια, κεκλιμένα ή κατακόρυφα, επίπεδα ή καμπυλόμορφα, υπερυψωμένα ή συνεπίπεδα ανοίγματα στην οροφή είναι διατάξεις που επιτρέπουν το φωτισμό των χώρων από ψηλά (Σχήμα 6.11). Κατά κανόνα, σε σχέση με τα πλευρικά ανοίγματα, επιτρέπουν την εισχώρηση μεγαλύτερης ποσότητας φυσικού φωτός και ο άνωθεν φωτισμός κατανέμεται ομοιόμορφα στο χώρο παρέχοντας καλύτερες οπτικές συνθήκες. Αυτά τα ανοίγματα εφαρμόζονται σε μονώροφα κτήρια ή στον τελευταίο όροφο πολυωρόφων κτηρίων. Ειδική περίπτωση αποτελούν οι φωτοσωλήνες, που εφαρμόζονται σε πολυώροφα κτήρια και περιγράφονται στη συνέχεια.

Τα ανοίγματα οροφής επειδή δεν συνεισφέρουν στην οπτική επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον δεν πρέπει να αποτελούν τα μοναδικά ανοίγματα, αλλά να χρησιμοποιούνται ως συμπληρωματικά για το φωτισμό του χώρου.

96

Σχήμα 6.11. ∆ιάφορες διατάξεις ανοιγμάτων οροφής

Τα οριζόντια ή ελαφρά κεκλιμένα ανοίγματα οροφής (skylights) εμφανίζουν μεγάλα πλεονεκτήματα:

Επιτρέπουν την εισχώρηση περισσότερου φυσικού φωτός, ιδιαίτερα στις συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού, σε αντίθεση με τα κατακόρυφα ανοίγματα που επιτρέπουν στο φως να εισχωρήσει σε βάθος μέχρι περίπου 5m.

Συμβάλλουν στην ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού σε μεγάλη επιφάνεια του εσωτερικού χώρου.

Είναι περιορισμένος ο κίνδυνος να σκιαστούν από εξωτερικά ή εσωτερικά εμπόδια.

Το βασικό πρόβλημα που παρουσιάζουν είναι ο κίνδυνος θάμβωσης από το άμεσο ηλιακό φώς. Τα ανοίγματα οροφής πρέπει να προβλέπονται σε θέσεις κατάλληλες έξω από την

97

περιοχή που μπορεί να προκαλέσει θάμβωση από ανάκλαση (Σχήμα 6.12α) ή να προστατεύονται με περσίδες για να αποτραπεί και η θάμβωση από τη θέαση του ουρανού (Σχήμα 6.12β). Μπορεί να συνδυάζονται με αδιαφανείς υαλοπίνακες, με διαχυτικά φωτοδιαπερατά υλικά και με σκίαστρα / ανακλαστήρες τοποθετημένα υπό κλίση.

Μειονέκτημα επίσης είναι ότι συλλέγουν περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, όταν αυτή δεν είναι επιθυμητή.

επικίνδυνη περιοχήγια πρόκληση θάμβωσης

α β

Σχήμα 6.12. Κατάλληλος σχεδιασμός και προστασία του οριζόντιου ανοίγματος οροφής για να αποφευχθεί η θάμβωση από αντανάκλαση

Οι σχεδιαστικές προτάσεις που αφορούν τα οριζόντια ή ελαφρά κεκλιμένα ανοίγματα οροφής είναι:

Εάν τα οριζόντια ανοίγματα είναι τα μοναδικά ανοίγματα του χώρου, τότε η βέλτιστη θέση τους φαίνεται στο Σχήμα 6.13α. Εάν προβλέπονται και πλευρικά παράθυρα, τότε τα ανοίγματα οροφής μπορεί να τοποθετηθούν σε απόσταση από την περιμετρική τοιχοποιία, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.13β.

Η καλύτερη θέση για τα οριζόντια ανοίγματα οροφής είναι κοντά στο βορινό τοίχο, γιατί η τοιχοποιία μπορεί να λειτουργήσει ως στοιχείο που διαχέει μέσω ανάκλασης το φως. Στην περίπτωση διαμπερούς φωτισμού, τα ανοίγματα που βρίσκονται στον βορεινό τοίχο συνδυαζόμενα με τα νότια ανοίγματα δημιουργούν καλύτερο φωτισμό του χώρου, ο οποίος φαίνεται μεγαλύτερος και πιο ευχάριστος (Σχήμα 6.13γ). Επίσης, η δημιουργία ανοίγματος στο υψηλότερο σημείο της οροφής βοηθά στη διάχυση του φωτός πριν αυτό φτάσει στο δάπεδο. Η απευθείας θάμβωση αποφεύγεται γιατί το άνοιγμα βρίσκεται έξω από την οπτική ζώνη του χρήστη (Σχήμα 6.13δ).

Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα οριζόντια ανοίγματα είναι δύσκολο να ηλιοπροστατευτούν, είναι προτιμότερο να επιλέγονται κεκλιμένα ανοίγματα στην οροφή ή κατακόρυφα ανοίγματα οροφής, όπως φεγγίτες υπό μορφή πριονωτή ή πυραμίδας, που επίσης διευκολύνουν τη διείσδυση της άμεσης και διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας στους πίσω χώρους, αλλά σκιάζονται πιο εύκολα (Σχήμα 6.14).

Κεκλιμένα υαλοστάσια οροφής, προσανατολισμένα προς το νότο, λειτουργούν επίσης ως παθητικό ηλιακό σύστημα άμεσου κέρδους και βελτιώνουν την ενεργειακή συμπεριφορά του κτηρίου, τόσο το χειμώνα, όσο και το καλοκαίρι. Προσανατολισμένα προς το βορά βοηθούν στην παροχή σταθερού φωτισμού και στην ομοιόμορφη κατανομή του (Σχήμα 6.15). Γι’ αυτό το λόγο η πριονωτή στέγη με κατακόρυφους βορινούς φεγγίτες έχει καθιερωθεί ως η κατάλληλότερη επικάλυψη βιομηχανικών κτηρίων.

98

α

β

γ

45°

δ

Σχήμα 6.13. Προτεινόμενη τοποθέτηση οριζόντιων ανοιγμάτων οροφής: α) χώρος χωρίς πλευρικά ανοίγματα β) χώρος με πλευρικά ανοίγματα

γ) άνοιγμα οροφής κοντά σε βορινό τοίχο συμβάλλει σε καλύτερη κατανομή του φυσικού φωτός δ) άνοιγμα οροφής σε χώρους με μεγάλο ύψος, αποτρέπει τη θάμβωση από τη θέαση του ουρανού

99

Σχήμα 6.14. Τυπικές διατάξεις κατακόρυφων ανοιγμάτων οροφής

Σχήμα 6.15. Νότιο κατακόρυφο άνοιγμα οροφής, τοποθετημένο κοντά στο βορινό τοίχο

5.2.2.3. ∆ιαφανείς τοίχοι και οροφές

Οι τοιχοποιίες και οι οροφές, όταν προβλέπεται από τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό να λειτουργούν ως στοιχεία που συμβάλλουν στο φυσικό φωτισμό των χώρων, ανάλογα με το εάν είναι επιθυμητή η οπτική επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον κατασκευάζονται με διαφανή ή ημιδιαφανή υλικά. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι γυαλί, πλαστικά ή συνθετικά υλικά (πολυκαρβονικά, ακρυλικά, υαλοϋφάσματα, κλπ.) ή και διαφανής μόνωση.

Οι τοιχοποιίες κατασκευασμένες με υαλότουβλα ή άλλα ημιδιαφανή υλικά, π.χ. ακρυλικά, επιτρέπουν την είσοδο του φυσικού φωτός, το οποίο διαχέεται από το ημιδιαφανές υλικό, έτσι ώστε να δημιουργούνται εσωτερικές ζώνες, κοντά στην τοιχοποιία, με υψηλό επίπεδο διάχυτου φωτισμού. Το πάχος αυτών των τοιχοποιιών κυμαίνεται από 5 έως 30εκ., ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους.

100

Συχνά κατακόρυφα στοιχεία από γυαλί ή πλαστικό, διαφανή ή ημιδιαφανή, διαμορφώνουν ολόκληρη την όψη του κτηρίου. Η σύγχρονη αρχιτεκτονική των μεγάλων ειδικών κτηρίων στρέφεται στη χρησιμοποίηση του «δομικού υαλοστασίου» (structural glazing) για τη διαμόρφωση των εξωτερικών όψεων. Το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι μεγάλοι χώροι με υψηλό επίπεδο φωτισμού. Απαιτείται όμως τα υαλοστάσια να κατασκευαστούν από υλικά με ειδικές θερμικές ιδιότητες, προκειμένου να μειωθεί το θερμικό και ψυκτικό φορτίο των κτηρίων (Εικόνα 6.1.α, β).

α β

Εικόνα 6.1. Κατασκευή με δομικό υαλοστάσιο στο κτήριο City of Sciences et Technologie, Parc de la Villette, Paris (αρχ. Αdrien Fainsilber, 1986).

Άποψη (α) από το εξωτερικό και (β) το εσωτερικό

Αντίστοιχα, οι οροφές -επίπεδες, κεκλιμένες ή θόλοι- μπορεί να κατασκευαστούν από υαλοπίνακες, υαλόπλακες ή άλλα πλαστικά υλικά ή μεμβράνες –διαφανείς ή ημιδιαφανείς. Πολλές φορές διαφανείς ή ημιδιαφανείς κατασκευές καλύπτουν εξολοκλήρου ένα χώρο.

Οι ημιδιαφανείς καλύψεις πλεονεκτούν έναντι των συμπαγών, επειδή διαχέουν το φως και μειώνουν τον κίνδυνο της απευθείας θάμβωσης για τους χρήστες. Η πλήρης επικάλυψη όμως των χώρων με διαφανή-ημιδιαφανή υλικά δεν παρέχει ικανοποιητική θερμομόνωση, εκτός αν πρόκειται για διαφανή θερμομόνωση και, ως εκ τούτου, οι θερμικές απώλειες αυξάνονται εξουδετερώνοντας έτσι τα οφέλη από το φυσικό φωτισμό.

Τοιχοποιίες και οροφές μπορεί να κατασκευαστούν και από διαφανή θερμομόνωση (TIM – Transparent Insulation Material). Πρόκειται για ημιδιαφανές θερμομονωτικό υλικό, κυψελωτής δομής, κυρίως πολυκαρβονικής προέλευσης, που τοποθετείται στο διάκενο δίδυμου υαλοπίνακα με πλαίσιο. Λόγω της δομής του επιτρέπει στην ηλιακή ακτινοβολία και το φυσικό φως να εισέλθει στο εσωτερικό του χώρου, παράλληλα όμως μειώνει τις θερμικές απώλειες. Αναλόγως με τη δομή του θερμομονωτικού, την τοποθέτηση των κυψελών σε σχέση με τη διατομή του τοίχου, το πάχος του, καθώς και τον τύπο των υαλοπινάκων, η διαπερατότητα του ΤΙΜ στο ορατό φως κυμαίνεται από 0,73 έως 0,82, με αντίστοιχες τιμές συντελεστή θερμοπερατότητας από 0,800 έως 1,100W/m2K, χωρίς να αποκλείονται μεγαλύτερα εύρη τιμών με την εξέλιξη της τεχνολογίας, όπως αναφέρθηκε και στο κεφάλαιο 3. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνονται ηλιακά κέρδη μικρότερα σε σχέση με εκείνα του διαφανούς υαλοπίνακα και διάχυτος φυσικός φωτισμός, αλλά πολύ μικρότερες θερμικές απώλειες. Το πάχος της διαφανούς θερμομόνωσης με κεκλιμένες προς τη διατομή κυψέλες κυμαίνεται από 12 έως 50mm, ενώ για κάθετες προς τη διατομή κυψέλες έχει μεγαλύτερο πάχος.

5.2.3. ∆ιαφανή υλικά ανοιγμάτων Για το σχεδιασμό του φυσικού φωτισμού, είναι απαραίτητο να γνωρίζει ο μελετητής τις ιδιότητες των διαφανών υλικών, ώστε να προβαίνει στις ανάλογες επιλογές, λαμβάνοντας

101

υπόψη το μέγεθος, τη χρήση του κτηρίου και τη θέση των ανοιγμάτων. Λανθασμένη επιλογή μπορεί να μειώσει ή και να ακυρώσει τα πλεονεκτήματα του φυσικού φωτισμού.

Τα συνηθέστερα διαφανή υλικά που χρησιμοποιούνται σε κτιριακές κατασκευές αναφέρθηκαν στο Κεφάλαιο 3, §3.3.1.

Η αξιολόγηση των διαφανών υλικών σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία, γίνεται με βάση τους τρεις συντελεστές: ανακλαστικότητας (α), απορροφητικότητας (φ) και διαπερατότητας (τ) της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας, δεδομένης φασματικής σύστασης, που προσπίπτει στο διαφανές μέσο:

1

Τα διαφανή υλικά, ανάλογα με τις οπτικές ιδιότητες που έχουν, επιτρέπουν τη διέλευση διαφορετικού ποσοστού της άμεσης και της διάχυτης ακτινοβολίας, διασκορπίζουν το φως, ανακλούν την ακτινοβολία με κατοπτρικό τρόπο ή τη διαχέουν ή τέλος μεταβάλλουν το χρώμα του φωτός, λόγω αλλαγής της θερμοκρασίας του φωτός. Στο Σχήμα 6.16 διακρίνονται οι τέσσερις βασικές κατηγορίες υλικών, όσον αφορά τη διαφορετική συμπεριφορά τους στη διαπερατότητα της φωτεινής ακτινοβολίας.

Οι υαλοπίνακες είναι τα πλέον συνηθισμένα διαφανή υλικά που χρησιμοποιούνται στα ανοίγματα των κτιριακών κατασκευών. Γενικά η διαπερατότητα των υαλοπινάκων εξαρτάται από την καθαρότητα του υλικού, από τον αριθμό, τον τύπο και το πάχος των υαλοπετασμάτων καθώς και από το πάχος του διακένου και του υλικού πλήρωσής του.

Σχήμα 6.16. ∆ιαπερατότητα στη φωτεινή ακτινοβολία των διαφανών υλικών: Α. κάθετη

πρόσπτωση / κάθετη διαπερατότητα, Β. κάθετη πρόσπτωση / ημισφαιρική διαπερατότητα (συναντάται στα γυαλιά που διαχέουν το φως), Γ. ημισφαιρική πρόσπτωση / ημισφαιρική

διαπερατότητα, ∆. ανάκλαση

Για τη βελτιστοποίηση του φυσικού φωτισμού χρησιμοποιούνται με αρκετή επιτυχία, αλλά υψηλό κόστος, ειδικού τύπου υαλοπίνακες, οι οποίοι αλλάζουν την πορεία του φωτός και το κατευθύνουν προς το εσωτερικό του χώρου. Τέτοιοι υαλοπίνακες είναι οι πρισματικοί, τα ειδικά πετάσματα επεξεργασμένα με λέιζερ και οι ολογραφικοί υαλοπίνακες.

Οι πρισματικοί υαλοπίνακες είναι λεπτές, επίπεδες, πριονωτές διατάξεις κατασκευασμένες από καθαρό ακρυλικό υλικό, οι οποίες τοποθετούνται μεταξύ δύο απλών υαλοπινάκων για να προστατεύονται από τη σκόνη. Συνήθως είναι σταθερές, αλλά μπορεί να είναι και κινητές υπό μορφή περσίδων. Χρησιμοποιούνται για να ανακατευθύνουν το φως στο βάθος του χώρου, ενώ παράλληλα μειώνουν το ενδεχόμενο θάμβωσης, καθώς το άνοιγμα εμφανίζεται λιγότερο φωτεινό. Υπάρχει η δυνατότητα, ανάλογα με την κατασκευή της πριονωτής διάταξης, να επιτρέψουν τη διέλευση ακτινοβολίας με συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης, παρέχοντας ηλιοπροστασία τους καλοκαιρινούς μήνες χωρίς να περιορίζεται η διέλευση της χειμερινής ηλιακής ακτινοβολίας (Σχήμα 6.17 και Εικόνα 6.2).

Οι πρισματικοί υαλοπίνακες ενδείκνυνται για ανοίγματα οροφής και για πλευρικά ανοίγματα σε υψηλή στάθμη, επειδή διαταράσσουν τη θέα προς το εξωτερικό περιβάλλον, παρόλο που είναι διαφανή. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθούν και σε ηλιοπροστατευτικές διατάξεις.

Σχήμα 6.17. Σχηματική αναπαράσταση πολλαπλών λειτουργιών πρισματικών υαλοπινάκων

102

Εικόνα 6.2. Οι πρισματικοί υαλοπίνακες ανακατευθύνουν το φως

Οι υαλοπίνακες ειδικής επεξεργασίας με λέιζερ αποτελούνται από λεπτά ακρυλικά φύλλα στα οποία έχουν δημιουργηθεί παράλληλες εγκοπές με τη βοήθεια λέιζερ. Οι εγκοπές λειτουργούν ως μικροί εσωτερικοί καθρέφτες, οι οποίοι εκτρέπουν την εισερχόμενη άμεση ακτινοβολία, δίδοντάς τη ανοδική πορεία προς την οροφή του χώρου. Τα ακρυλικά φύλλα τοποθετούνται στο διάκενο των δίδυμων υαλοπινάκων για προστασία. ∆εν διαταράσσουν την οπτική επαφή και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται και σε πλευρικά ανοίγματα. Η απόδοσή τους είναι μεγαλύτερη σε περιοχές με συνεχή ηλιοφάνεια, (Σχήμα 6.18 και Εικόνα 6.3).

Σχήμα 6.18. Σχηματική αναπαράσταση υαλοπινάκων ειδικής επεξεργασίας με λέιζερ

Εικόνα 6.3. Χρήση υαλοπινάκων ειδικής επεξεργασίας με λέιζερ

103

Οι ολογραφικοί υαλοπίνακες αξιοποιούν το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός για να μεταβάλλουν την κατεύθυνσή του προς συγκεκριμένες περιοχές και συνήθως προς την οροφή του χώρου. Ειδική πολυμερής μεμβράνη που φέρει λεπτές λωρίδες ανακατευθύνει μόνον την ακτινοβολία που προσπίπτει υπό συγκεκριμένη γωνία, ενώ δεν αλλοιώνει την ακτινοβολία που προσπίπτει από άλλες κατευθύνσεις. Τα ολογραφικά στοιχεία δεν είναι αποτελεσματικά ως προς την άμεση ακτινοβολία και γι’ αυτό εφαρμόζονται στις βορεινές όψεις και σε ανοίγματα που σκιάζονται, τα οποία δέχονται μόνο διάχυτη ακτινοβολία. Λειτουργούν καλύτερα υπό κλίση 45ο επειδή λαμβάνουν περισσότερο διάχυτο φως από τα ανώτερα τμήματα του ουράνιου θόλου. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως «επιλεκτικά» σκίαστρα τα οποία αποτρέπουν την άμεση ακτινοβολία, ενώ επιτρέπουν τη διέλευση της διάχυτης ακτινοβολίας (Σχήματα 6.19 και 6.20).

Σχήμα 6.19. Σχηματική αναπαράσταση ολογραφικών υαλοπινάκων

α β

Σχήμα 6.20. Οι ολογραφικοί υαλοπίνακες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως «επιλεκτικά» σκίαστρα

5.2.4. Ηλιοπροστατευτικές και φωτοενισχυτικές διατάξεις Υπάρχουν διατάξεις που εφαρμόζονται στα ανοίγματα για την εκμετάλλευση του φυσικού φωτός και τη βελτίωση της κατανομής του στο χώρο. Ορισμένες από αυτές είναι συγχρόνως και ηλιοπροστατευτικές διατάξεις.

5.2.4.1. Ράφια φωτισμού

Είναι επίπεδα ή καμπύλα στοιχεία που τοποθετούνται στα ανοίγματα, πάνω από τη γραμμή όρασης. Συνήθως έχουν στιλπνή την άνω επιφάνειά τους (κατοπτρική επιφάνεια ή επιφάνεια που προκαλεί διάχυση), στην οποία ανακλάται η προσπίπτουσα φωτεινή ακτινοβολία και κατευθύνεται προς την οροφή του χώρου, ή διαχέεται αντίστοιχα, βελτιώνοντας έτσι την κατανομή του φωτισμού. Παράλληλα παρέχουν προστασία από τη θάμβωση από τη θέαση

104

του ουρανού από το εσωτερικό και λειτουργούν ως ηλιοπροστατευτική διάταξη για το τμήμα του παραθύρου που βρίσκεται κάτω από αυτά.

Η κάτω πλευρά τους ανακλά επίσης τις φωτεινές δέσμες τις προερχόμενες από το έδαφος και αυξάνει την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στο χώρο.

Τα ράφια φωτισμού κατασκευάζονται στην εσωτερική ή εξωτερική πλευρά ή εκατέρωθεν του υαλοστασίου (Σχήμα 6. 21) και αποτελούν συγχρόνως στοιχείο της αρχιτεκτονικής σύνθεσης.

α

Χειμώνας

Καλοκαίρι

εξωτερικό ράφι εσωτερικό ράφι

παράθυρο

φεγγίτης

β

Σχήμα 6.21. Ανακλαστικά ράφια (α) εξωτερικά ή (β) εκατέρωθεν του ανοίγματος

5.2.4.2. Ανακλαστήρες

Εξωτερικές ή εσωτερικές περσίδες με ανακλαστική την άνω παρειά τους αυξάνουν την ποσότητα του φωτισμού φωτός που δέχεται ο χώρος, παρέχοντας συγχρόνως σκιασμό και προστασία από τη θάμβωση (Σχήμα 6.22). ∆εν πρέπει να παραβλέπεται το γεγονός ότι το καλοκαίρι ή κατά τη διάρκεια ημερών με μεγάλη ηλιοφάνεια, οι πολύ στιλπνές επιφάνειες των περσίδων μπορεί να προκαλέσουν θάμβωση. Περισσότερες πληροφορίες για τα θέματα της ηλιοπροστασίας με περσίδες, μπορείτε να αντλήσετε από το κεφ. 2.

Επίσης, με τη χρησιμοποίηση ανακλαστήρων στην οροφή ή με τη βαφή της οροφής με υλικό με μεγάλη ανακλαστικότητα αυξάνεται η διείσδυση της απευθείας φωτεινής ακτινοβολίας βαθιά στο χώρο, ενώ με τη χρησιμοποίηση εσωτερικών ανακλαστήρων, που διαχέουν το φως, εξασφαλίζεται καλύτερη κατανομή του φωτός στο χώρο. Ο Louis Kahn, η αρχιτεκτονική του οποίου βασίζεται στο φυσικό φως, χρησιμοποίησε τέτοιους ανακλαστήρες στο Kimbell Art Museum στο Texas για να αποφύγει τη θάμβωση και να αναδείξει τα έργα τέχνης. Στο Σχήμα 6.23 παρουσιάζεται το σκίτσο του Louis Kahn, που δείχνει τις αρχικές σκέψεις του για την εφαρμογή των ανακλαστών.

Εάν χρησιμοποιηθούν οι κατάλληλες διατάξεις ακόμη και τα μικρά ανοίγματα παρέχουν ικανοποιητική ποσότητα φυσικού φωτισμού.

105

Χειμώνας

Καλοκαίρι

κεκλιμένο παράθυρο,στιλπνή επιφάνεια

ανακλαστική επιφάνεια

Σχήμα 6.22. ∆ιάφορες διατάξεις περσίδων με ανακλαστική την άνω παρειά τους που

συμβάλλουν στο να οδηγηθεί το φυσικό φως στην οροφή του χώρου

106

Σχήμα 6.23. Σκίτσο του Louis Kahn για το Kimbell Art Museum

5.2.4.3. Κανάλια φωτισμού ή φωτεινοί αγωγοί ή φωτοσωλήνες

Είναι απλή σχετικά κατασκευή, η οποία εισάγει φως από την οροφή σε σκοτεινά σημεία των κτηρίων ακόμα και σε χαμηλότερους ορόφους (light ducts ή sun ducts ή light wells ή light pipes). Πρόκειται για σωλήνα επιστρωμένο στο εσωτερικό του με υλικό μεγάλης ανακλαστικότητας - όπως καθρέφτες, ελάσματα από αλουμίνιο ή βαμμένο με πολύ στιλπνά χρώματα, που φέρει διαφανή καλύμματα στα δύο άκρα του. Συνήθως οι διαστάσεις του είναι μικρές: από 0.50×0.50μ, έως 2.0×2.0μ (Σχήμα 6.24). Ο φωτοσωλήνας μπορεί να είναι ενιαίος κατακόρυφος ή να αποτελείται από τμήματα υπό κλίση (Εικόνα 6.4).

Η απόδοσή του εξαρτάται από την ένταση φωτισμού στο επίπεδο του φωτοσωλήνα εξωτερικά, το ύψος του ήλιου, την ανακλαστικότητα του υλικού στο εσωτερικό του σωλήνα, την ύπαρξη ή όχι γωνιών στο φωτοσωλήνα και από το λόγο του μήκους του προς τη διάμετρό του. Για αυξημένη απόδοση το μήκος του δε θα πρέπει να υπερβαίνει τα 10μ. (Lechner, 1991), δεδομένου ότι όσο αυξάνει το μήκος, μειώνεται σημαντικά η ένταση του φωτισμού.

Οι αγωγοί, με κατάλληλο σχεδιασμό, μπορούν επίσης να συνεισφέρουν στον φυσικό αερισμό των χώρων.

Χειμώνας

Καλοκαίρι

Σχήμα 6.24. ∆ιαγραμματική απεικόνιση λειτουργίας φωτοσωλήνα

107

Εικόνα 6.4: Φωτοσωλήνας τοποθετημένος υπό κλίση σε στέγη

5.3. Βιβλιογραφία 1. Ander, D.G., «Daylighting Design and Performance», Van Norstrand Reinhold, 1995.

2. Αξαρλή, Κ., «Μέθοδοι και συστήματα εξοικονόμησης της ενέργειας με βιοκλιματικό σχεδιασμό-η συμβολή του φυσικού φωτισμού», στο «Βιοκλιματικός σχεδιασμός κτηρίων και περιβάλλοντος χώρου», Τόμος Α, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2001.

3. Aravantinos D., Tsikaloudaki Aik. «A comparative analysis on the parameters determining the indoor daylight levels for the region of Thessaloniki, Greece», proceedings of the PLEA 2002 International conference “Design with the environment”, Toulouse, Γαλλία, 22-24.07.2002.

4. Axarli K., Tsikaloudaki Aik., “Enhancing visual comfort in classrooms through daylight utilization” proceedings of the 9th REHVA World Congress Clima 2007 «WellBeing Indoors», Helsinki, Finland, 10-14 June 2007

5. Axarli K., Meresi Aik. “Objective and subjective criteria regarding the effect of sunlight and daylight in classrooms”, proceedings of the 25nd PLEA 2008 International conference on Passive and Low Energy Architecture “Towards zero energy architecture”, Dublin, Ireland, 22-24 October, 2008.

6. Baker, N., Fanchiott A., Steemers K., (Eds), «Daylighting in Architecture-A European Reference Book», Commission of the European Communities Directorate-General XII for Science Research and Development, Brussels, James &James Ltd, 1993.

7. Brownlee, B. D., De Long G. D., «Louis I. Kahn: In the Realm of Architecture», The Museum of Contemporary Art,1992.

8. Budde, F., Theil, H.W., «Schulen», Munchen, Germany, Verlag, 1969.

9. IEA (International Energy Agency), «Daylight in buildings: a source book on daylighting systems and components», a report of IEA Task21, 2000.

10. Lechner, N., «Heating, Cooling, Lighting: Design methods for architects», John Wiley & Sons, 1991.

11. Littlefair P., «Daylight prediction in atrium buildings», Solar Energy, Τόμος 73, Τεύχος 2, σελ.105-109, 2002.

12. Kerschberger, A., & Binder, M., «Transparent Wärmedämmung im Vergleigh.» RK-Stuttgart, Fachartikel TWD, 2006.

13. Μερεση Αικ. «Εξοικονόμηση ενέργειας σε σχολική αίθουσα μέσω του φυσικού φωτισμού», διδακτορική διατριβή, Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2010.

14. Muneer, T., «Solar Radiation and Daylight Models», Elsevier, Amsterdam, 2004.

108

15. Παπαδόπουλος, Μ. Aξαρλή, Κ, «∆ομική Φυσική ΙΙ: Ενεργειακός σχεδιασμός και παθητικά ηλιακά συστήματα κτηρίων», Αφοι Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη, 1982.

16. Platzer, W. J., & Goetzberger, A., «Recent Advances in Transparent Insulation Technology», EUROSUN 1996, pp 5-10.

17. Rice, P., Dutton, H., “Structural Glass”. E & FN Spon, 1995.

18. Τσαγκρασούλης, Α., «Φυσικός Φωτισμός». Στο: Κοσμόπουλος, Π., (Επ.), «Κτήρια, Ενέργεια και Περιβάλλον», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2008.

19. Τσικαλουδάκη Αικ., «Ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων για την εκτίμηση των επιπέδων φυσικού φωτισμού στο εξωτερικό περιβάλλον και στο εσωτερικό των κτηρίων και τη μελέτη των κύριων παραμέτρων επιρροής του φωτισμού», ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2003.

5.4. Πηγές σχημάτων, εικόνων και πινάκων

6.4.1 Πηγές σχημάτων Σχήμα 6.2. Πηγή στοιχείων: Αξαρλή, Κ., «Μέθοδοι και συστήματα εξοικονόμησης της

ενέργειας με βιοκλιματικό σχεδιασμό-η συμβολή του φυσικού φωτισμού», στο «Βιοκλιματικός σχεδιασμός κτηρίων και περιβάλλοντος χώρου», Τόμος Α, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2001.

Σχήμα 6.5. Πηγή στοιχείων: Budde, F., Theil, H.W., «Schulen», Munchen, Germany, Verlag, 1969.

Σχήμα 6.6. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: Lechner, N., «Heating, Cooling, Lighting: Design methods for architects», John Wiley & Sons, 1991.

Σχήμα 6.7. Πηγή στοιχείων: Budde, F., Theil, H.W., «Schulen», Munchen, Germany, Verlag, 1969.

Σχήμα 6.8. Πηγή στοιχείων: όπ.π.

Σχήμα 6.10. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: Lechner, N., «Heating, Cooling, Lighting: Design methods for architects», John Wiley & Sons, 1991.

Σχήμα 6.12. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: όπ. π.


Σχήμα 6.17. Επανασχεδιασμός σύμφωνα με σχέδιο της πηγής: IEA, «Daylight in buildings: a source book on daylighting systems and components», a report of IEA Task21, 2000.




Σχήμα 6.23. Brownlee, B. D., De Long G. D., «Louis I. Kahn: In the Realm of Architecture», The Museum of Contemporary Art,1992.

6.4.2 Πηγές εικόνων Εικόνα 6.1. Πηγή: Rice, P., Dutton, H., “Structural Glass”. E & FN Spon, 1995.

Εικόνα 6.2. Πηγή: IEA, «Daylight in buildings: a source book on daylighting systems and components», a report of IEA Task21, 2000.

Εικόνα 6.3. Πηγή: όπ. π.

Εικόνα 6.4. Πηγή: ιστοσελίδα εταιρίας solatube.com

109

6.4.3 Πηγές πινάκων Πίνακας 6.1. Πηγή: Lechner, N., «Heating, Cooling, Lighting: Design methods for architects»,

John Wiley & Sons, 1991.

Πίνακας 6.2. Πηγή: Παπαδόπουλος, Μ. Aξαρλή, Κ, «∆ομική Φυσική ΙΙ: Ενεργειακός σχεδιασμός και παθητικά ηλιακά συστήματα κτηρίων», Αφοι Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη, 1982.

Βιοκλιματικος σχεδιασμος κτιριων bioclimatic building

Documents

Transcript of Βιοκλιματικος σχεδιασμος κτιριων bioclimatic building