Διερεύνηση συμβολής του δώματος στο φυσικό δροσισμό των κτιρίων στο περιβάλλον της Κρήτης
Authors: Σπανάκη Αρτεμησία 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή διερευνά τη δυνατότητα συμβολής του δώματος στον παθητικό δροσισμό και αφορά στις κλιματικές και κατασκευαστικές ιδιαιτερότητες της Κρήτης. Ο κύριος στόχος της έρευνας είναι η συνολική αξιολόγηση των τεχνικών παθητικού δροσισμού από το δώμα, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις παραμέτρους που καθορίζουν την επιλογή ενός συστήματος. Επιπλέον, η διατριβή προτείνει μια καινοτόμο τεχνική παθητικού δροσισμού του δώματος, η οποία πληροί τις απαιτούμενες προδιαγραφές για την ευρεία εφαρμογή της στην Κρήτη. Η διατριβή αποτελείται από τρεις ενότητες. Στην πρώτη ενότητα αναλύονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της Κρήτης, και αξιολογούνται οι τεχνικές παθητικού δροσισμού από το δώμα. Στη δεύτερη ενότητα διερευνώνται αναλυτικά και πειραματικά οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να βελτιωθεί η θερμική απόδοση συγκεκριμένης τεχνικής παθητικού δροσισμού. Το τρίτο μέρος προτείνει μια καινοτόμο τεχνική, η οποία εφαρμόζεται σε κλίμακα κτιρίου. Επιπρόσθετα, αναλύεται η θερμική απόδοση του προτεινόμενου συστήματος και καθορίζονται οι απαιτήσεις για την εφαρμογή του συστήματος σε μεγαλύτερα κτίρια. Η πρώτη ενότητα αποτελεί το θεωρητικό μέρος, το οποίο αναπτύσσεται σε 2 Κεφάλαια. Στο 1ο Κεφάλαιο αναλύονται τα χαρακτηριστικά της Κρήτης, αρχής γενομένης από τα γεωγραφικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το κλίμα. Αναλύονται κτιριακά και πληθυσμιακά δεδομένα, καθώς επίσης και οι παράμετροι που σχετίζονται με το ενεργειακό πρόβλημα της Κρήτης. Περιγράφονται παραδοσιακές και οι συμβατικές τεχνικές κατασκευής του δώματος, ενώ αξιολογείται το δυναμικό δροσισμού με ακτινοβολία και εξάτμιση. Το 2ο Κεφάλαιο εστιάζει στην αξιολόγηση των τεχνικών παθητικού δροσισμού από το δώμα, βασιζόμενο στη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Οι τεχνικές παθητικού δροσισμού από το δώμα υπάγονται σε τρεις κατηγορίες α) τα φυτεμένα δώματα, β) τους ακτινοβολητές δροσισμού και γ) τις υδατοδεξαμενές. Τα φυτεμένα δώματα εξαιρούνται της λεπτομερούς ανάλυσης καθώς αποτελούν επαρκώς μελετημένη τεχνική. Αναλύεται η λειτουργία των ακτινοβολητών δροσισμού και των υδατοδεξαμενών και οι παράμετροι που βελτιστοποιούν τη θερμική συμπεριφορά κάθε συστήματος. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται συγκριτική αξιολόγηση των ακτινοβολητών δροσισμού και των υδατοδεξαμενών βάσει προσομοιώσεων και πειραμάτων. Πραγματοποιείται επίσης συνολική αξιολόγηση των εξεταζόμενων τεχνικών, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις παραμέτρους που καθορίζουν την επιλογή ενός συστήματος, όπως το κόστος αρχικής εγκατάστασης και λειτουργίας, η ενσωμάτωση του συστήματος στο κτίριο, κλπ. Στο τέλος της δεύτερης ενότητας, επιλέγεται για περαιτέρω μελέτη ένα συγκεκριμένο σύστημα το οποίο πληροί τις περισσότερες από τις απαιτούμενες προϋποθέσεις για εφαρμογή στην Κρήτη. Πρόκειται για την υδατοδεξαμενή με καραβόπανο στην επιφάνεια, η οποία πλεονεκτεί αναφορικά με την ευρεία εφαρμογή στην Κρήτη καθώς έχει καλύτερη συμπεριφορά σε σχέση με παρεμφερείς τεχνικές παθητικού δροσισμού από το δώμα, χωρίς την απαίτηση καθημερινού χειρισμού. Στη δεύτερη ενότητα στοχεύει στη βελτίωση της θερμικής απόδοσης συγκεκριμένης τεχνικής παθητικού δροσισμού από το δώμα, με προσομοίωση και πειράματα, και περιλαμβάνει τα Κεφάλαια 3 έως και 6. Στο Κεφάλαιο 3 αναλύει το μαθηματικό υπόδειγμα -γραμμένο σε γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN- το οποίο περιγράφει τη ροή θερμότητας στο υπό μελέτη σύστημα, την υδατοδεξαμενή με καραβόπανο στην επιφάνεια η οποία χρήζει περαιτέρω μελέτης, σύμφωνα με την ανάλυση που προηγήθηκε στην προηγούμενη ενότητα. Ο κώδικας ενσωματώνεται στο ευρείας χρήσης λογισμικό TRNSYS, προσομοιώνοντας την εφαρμογή του συστήματος σε δώμα κτιρίου. Η ανάλυση ευαισθησίας, που πραγματοποιείται στο 4ο Κεφάλαιο, επισημαίνει τις παραμέτρους που καθορίζουν την απόδοση του συστήματος. Αναλύεται λεπτομερώς η επιρροή κατασκευαστικών και κλιματικών παραμέτρων στην ενεργειακή συμπεριφορά του συστήματος. Σύμφωνα με την παραμετρική ανάλυση, η θερμοκρασία του νερού στον πυθμένα της υδατοδεξαμενής μειώνεται με την τοποθέτηση υλικού χαμηλής εκπομπής στην επιφάνεια του νερού και παράλληλη ενίσχυση των θερμικών απωλειών με εξάτμιση. Η δυνατότητα αυτή διερευνάται πειραματικά στο Κεφάλαιο 5. Οι θερμοκρασίες σε τρεις υδατοδεξαμενές, οι οποίες προστατεύονται με εναλλακτικά υλικά τοποθετούμενα σε διαφορετικές θέσεις καταγράφονται ταυτόχρονα. Τα πειράματα απέδειξαν ότι τοποθετώντας ένα υλικό χαμηλής εκπομπής και μεγάλης ανακλαστικότητας πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του νερού η θερμοκρασία του νερού συνεπάγεται μειώνεται αισθητά, σε σχέση με την υδατοδεξαμενή με καραβόπανο στην επιφάνεια. Οι υδατοδεξαμενές που επέδειξαν τις χαμηλότερες θερμοκρασίες αποτελούν αντικείμενο περαιτέρω διερεύνησης στην επόμενη ενότητα. Η τρίτη ενότητα προτείνει μια καινοτόμο τεχνική παθητικού δροσισμού από το δώμα, με την περαιτέρω διερεύνηση και τον επανασχεδιασμό των υδατοδεξαμενών που επέδειξαν την καλύτερη θερμική συμπεριφορά στα πειράματα της προηγούμενης ενότητας. Στο Κεφάλαιο 6 εφαρμόζονται στη συνολική επιφάνεια του δώματος ενός κτιρίου, αεριζόμενες υδατοδεξαμενές εκ περιτροπής προστατευόμενες με φύλλο αλουμινίου και χαλύβδινη λαμαρίνα τραπεζοειδούς διατομής. Η πειραματική καταγραφή των θερμοκρασιών του νερού στις υδατοδεξαμενές και του εσωτερικού αέρα του κτιρίου αξιοποιείται με σκοπό την αξιολόγηση της θερμικής συμπεριφοράς των συστημάτων. Επιπρόσθετα, οι θερμοκρασίες του νερού συσχετίζονται με κλιματικά δεδομένα. Η συσχέτιση αποδεικνύει ότι η ημερήσια ελάχιστη, μέγιστη και η μέση θερμοκρασία στον πυθμένα της αεριζόμενης υδατοδεξαμενής με χαλύβδινη λαμαρίνα τραπεζοειδούς διατομής μπορεί να υπολογιστεί βάσει των μέσων και μέγιστων ημερησίων θερμοκρασιών του σημείου δρόσου. Η μείωση της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα στο κτίριο με την εφαρμογή των εξεταζόμενων συστημάτων στο δώμα, υπολογίζεται στο Κεφάλαιο 7 με τη βοήθεια προσομοίωσης. Στο Κεφάλαιο 8, πραγματοποιείται η σύγκριση της θερμικής απόδοσης μεταξύ των δύο εξεταζόμενων συστημάτων. Στο τελευταίο Κεφάλαιο 9, αναλύονται θέματα που σχετίζονται με την ευρεία εφαρμογή της προτεινόμενης τεχνικής. Καθορίζονται οι κατασκευαστικές, λειτουργικές και αισθητικές απαιτήσεις για την εφαρμογή των προτεινόμενων συστημάτων σε κτίρια μεγαλύτερης κλίμακας. Αναλύεται επίσης η συμμόρφωση των προτεινόμενων υδατοδεξαμενών με τους ελληνικούς κανονισμούς σχετικούς με τη δόμηση. Τέλος, πραγματοποιείται σύγκριση των συστημάτων που προτείνει η παρούσα διατριβή με καινοτόμα συστήματα που έχουν παρεμφερή χαρακτηριστικά.