Building ventilation and outdoor air pollution
Authors: Μπελιάς Ευάγγελος 
Published: June 2024

Καθώς οι άνθρωποι βρίσκονται κατά την πλειοψηφία του χρόνου τους σε εσωτερικούς χώρους, η ποιότητα του εσωτερικού αέρα (ΠΕΑ) επηρεάζει σημαντικά την υγεία τους. Παράλληλα, ο εξαερισμός-αερισμός των κτιρίων καταναλώνει σημαντικές ποσότητες ενέργειας, συντελώντας αρνητικά στην κλιματική αλλαγή. Ωστόσο, οι σχέσεις μεταξύ του αερισμού του κτιρίου, της ΠΕΑ και των σχετικών επιδράσεων της στην υγεία, και των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων είναι δυσδιάκριτες, με αποτέλεσμα η λειτουργία και ο σχεδιασμός του αερισμού των κτιρίων να μην γίνονται με βέλτιστο τρόπο. Στην αρχική φάση της διατριβής, διεξήχθη ενδελεχής αξιολόγηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για τη δημιουργία μιας ευρωπαϊκής και παγκόσμιας βάσης δεδομένων. Τα δεδομένα κατηγοριοποιήθηκαν ανάλογα με το επίπεδο αστικοποίησης και την εγγύτητα στο κυκλοφοριακό δίκτυο, αναγνωρίζοντας την άνιση κατανομή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στους αστικούς ιστούς. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι ανάλογες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για τα τυπικά μετεωρολογικά έτη για τη δημιουργία ετήσιων προφίλ τυπικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης τα οποία χρησιμοποιήθηκαν μετέπειτα στις προσομοιώσεις για την ΠΕΑ. Στη δεύτερη φάση, η έρευνα επικεντρώθηκε στη βελτιστοποίηση του φιλτραρίσματος του εξωτερικού αέρα στα συστήματα εξαερισμού. Δεδομένου ότι τα φίλτρα προκαλούν σημαντικές απώλειες πίεσης σε αυτά τα συστήματα, διερευνήθηκε κατά πόσον η βελτιωμένη κατανόηση της ρύπανσης του εξωτερικού αέρα θα μπορούσε να επιτρέψει μια πιο ενεργειακά αποδοτική λειτουργία του ανεμιστήρα, με τα αποτελέσματα να δείχνουν ότι η παράκαμψη του φίλτρου εξωτερικού αέρα κατά τη διάρκεια περιόδων με χαμηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης θα μπορούσε να εξοικονομήσει ενέργεια από 4% έως 14% για τη λειτουργία του ανεμιστήρα χωρίς να υποβαθμιστεί η ΠΕΑ. Στην τρίτη φάση, η διατριβή ανέπτυξε μια νέα μεθοδολογία που επιτρέπει την αξιολόγηση των συστημάτων και στρατηγικών αερισμού με βάση την ενεργειακή τους απόδοση και τις επιπτώσεις στην υγεία των ενοίκων των κτιρίων λόγω της έκθεσης στην ατμοσφαιρική ρύπανση, χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία των προσαρμοσμένων λόγω αναπηρίας ετών ζωής - DALY (Disability-Adjusted Life Years). Αυτή η νέα μέθοδος λαμβάνει υπόψη την ατμοσφαιρική ρύπανση πιο ολοκληρωμένα και επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση των σχέσεων μεταξύ ενεργειακών αναγκών, ΠΕΑ και υγείας, ανοίγοντας το δρόμο για έναν πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό συστημάτων εξαερισμού και στρατηγικών αερισμού. Στην τέταρτη φάση, η παρούσα διατριβή διερεύνησε τις δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας που μπορεί να επιτύχει ο φυσικός αερισμός (ΦΑ) στα κτίρια, συνδυάζοντας τα λεπτομερή δεδομένα ατμοσφαιρικής ρύπανσης με ενεργειακές προσομοιώσεις κτιρίων. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι ο ΦΑ μπορεί να μειώσει τις ανάγκες ψύξης στην Ευρώπη κατά 17-100% χωρίς να αυξήσει τη διείσδυση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ωστόσο, ο περιορισμός της χρήσης ΦΑ μόνο όταν τα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης ήταν χαμηλά περιόρισε αυτή την εξοικονόμηση ενέργειας κατά μέσο όρο κατά 24%, με τη μείωση αυτή να διαφέρει σημαντικά μέχρι και εντός των ιδίων πόλεων. Τέλος, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν δύο πειραματικές μελέτες. Η πρώτη μελέτη εφάρμοσε ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου ΦΑ σε ένα διαμέρισμα στην Ελβετία με σκοπό να ερευνήσει την αποτελεσματικότητά του στην αντιμετώπιση της υπερθέρμανσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια σχετικά μικρή μείωση των ωρών υπερθέρμανσης του υπό εξέταση διαμερίσματος. Η δεύτερη μελέτη εξέτασε την αποτελεσματικότητα του ελεγχόμενου από τον χρήστη ΦΑ στην παροχή αποδεκτής ΠΕΑ με χαμηλό ενεργειακό κόστος σε ένα περιβάλλον με υψηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής σκόνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο καλά σχεδιασμένος και λειτουργικός ΦΑ επιτυγχάνει υψηλή ποιότητα εσωτερικού περιβάλλοντος χωρίς υπερβολική χρήση ενέργειας. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αποκάλυψαν ότι είναι δυνατή η εξοικονόμηση ενέργειας στα συστήματα εξαερισμού-αερισμού, με παράλληλη βελτίωση της ποιότητας του εσωτερικού περιβάλλοντος όταν η ατμοσφαιρική ρύπανση λαμβάνεται υπόψη στις φάσεις σχεδιασμού και λειτουργίας του κτιρίου. Οι σχεδιαστές και οι διαχειριστές κτιρίων μπορούν να ακολουθήσουν τις υποδείξεις αυτής της διατριβής για να σχεδιάσουν και να λειτουργήσουν τα κτίρια πιο αποδοτικά. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής μπορούν να επωφεληθούν από τα αποτελέσματα για να βελτιώσουν τους κτιριακούς κανονισμούς και τις πολιτικές, συμβάλλοντας σε υγιέστερα και πιο βιώσιμα κτίρια.