Βελτιστοποίηση ενεργειακών συστημάτων σε κτήρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης
Authors: Τσάλα Σταυριανή 
Published: July 2024

Τις τελευταίες δεκαετίες η πολιτισμική ανάπτυξη χαρακτηρίζεται από τη συνεχή αύξηση των καταναλωτικών αγαθών γεγονός που αποδίδεται στην αύξηση του πληθυσμού και τη βελτίωση του ανθρώπινου βιοτικού επιπέδου και έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης. Η παραγωγή πετρελαίου έχει εξαπλασιαστεί την τελευταία δεκαετία, ενώ η ζήτηση σε ηλεκτρική ενέργεια παρουσιάζει αυξητική τάση που οδηγεί σε δεκαπλασιασμό της ανά δεκαετία. Η αυξημένη χρήση μη ανανεώσιμων καυσίμων έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των εκπεμπόμενων ρύπων που θεωρούνται καταστροφικοί για την ατμόσφαιρα και στους οποίους αποδίδεται η ταχεία υποβάθμισης του περιβάλλοντος και η καταστροφή των οικοσυστημάτων. Βασικοί υπαίτιοι της αύξησης της υποβάθμισης αυτής είναι οι μεταφορές, τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής και το δομημένο περιβάλλον. Η δημιουργία του δομημένου περιβάλλοντος επιδρά στο περιβάλλον και στις τρεις φάσεις του κατά την κατασκευή τη λειτουργία και την κατεδάφιση των κτηρίων. Ο κατάλληλος σχεδιασμός των κτηρίων απαιτεί τον πλήρη προσδιορισμό της αλληλεπίδρασης περιβάλλοντος – δομημένου περιβάλλοντος. Η περιβαλλοντική επίδραση των κτηρίων στα μεγάλα αστικά κέντρα συνοψίζεται στην μεταβολή της ατμόσφαιρας και στη μόλυνση του νερού εξαιτίας των αστικών λυμάτων και των σκουπιδιών. Από την άλλη μεριά η εντατική χρήση ενέργειας στα κτήρια οδηγεί στην εξάντληση των ορυκτών πόρων ενώ η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει ως αποτέλεσμα την εντατικοποίηση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Επιπλέον η διατάραξη του κύκλου του νερού προκαλεί ανεπιθύμητες κλιματικές μεταβολές σε παγκόσμιο επίπεδο. Η άναρχη δόμηση που συναντάται συχνά τις τελευταίες δεκαετίες διαταράσσει το τοπικό περιβάλλον και κατά συνέπεια τη χλωρίδα και την πανίδα της περιοχής. Σημαντικό επίσης ρόλο έχει στην επιβάρυνση του περιβάλλοντος η χρήση ραδιενεργών δομικών υλικών που επηρεάζει εκτός από το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Καθώς η κλιματική αλλαγή αποτελεί μια πραγματικότητα και το φαινόμενο του θερμοκηπίου οδηγεί σταδιακά στην υπερθέρμανση του πλανήτη, η έρευνα ασχολείται ολοένα και περισσότερο με την ενεργειακή απόδοση των κτηρίων, καθώς αυτά συμβάλλουν κατά πολύ στην κατανάλωση ενέργειας και, τελικά, στην εξάντληση των φυσικών πόρων. Τα κτήρια καταναλώνουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας και, επομένως, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες των συνολικών εκπομπών CO2 επί του παρόντος. Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στα κτήρια αποτελεί σημαντική συνεισφορά στον συνολικό έλεγχο της παγκόσμιας θερμοκηπικής ενίσχυσης και στη βελτίωση της βιωσιμότητας. Αυτές οι μειώσεις είναι απαραίτητες καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει οικονομική και ενεργειακή κρίση. Ένα σημαντικό κλειδί για το παγκόσμιο πρόβλημα της ενέργειας είναι η βιώσιμη ανάπτυξη. Παίρνοντας την πόλη της Αθήνας ως μελέτη περίπτωσης, αυτή η διατριβή εξερευνά τις διάφορες κατηγορίες και τύπους κτηρίων, αναλύει μοντέλα ενεργειακής κατανάλωσης κτηρίων και προτείνει κατευθυντήριες γραμμές για την επιτυχή ανάπτυξη κτηρίων σε ζεστά κλίματα χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο τα επίπεδα άνεσης των κτηρίων. Είναι σημαντικό για όλες τις χώρες να θέσουν έναν εθνικό στόχο προκειμένου να επιτύχουν τη μηδενική κατανάλωση ενέργειας στον τομέα των κτηρίων και να μειώσουν τις απαιτήσεις για ενέργεια. Με αυτό το δεδομένο, στην παρούσα Διατριβή, μέσω της θεωρητικής έρευνας, το έργο εξέτασε τα αίτια του προβλήματος της ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων, τους διάφορους τύπους κτηρίων, τον ορισμό των κτηρίων μηδενικής ενέργειας σε διάφορες χώρες, τους κανονισμούς και τα πρότυπα που αφορούν την ενέργεια των κτηρίων και όλη την διαθέσιμη τεχνολογία, μεθόδους και υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον τομέα των κτηρίων. Με αυτόν τον τρόπο, η ανάλυση παρουσιάζει τις ανάγκες του έργου και το επίκεντρο κατά τη διάρκεια του πρακτικού μέρους της έρευνας με την προσομοίωση μοντέλων κτηρίων.Το πρακτικό μέρος του έργου αφορούσε την προσομοίωση διαφορετικών τυπολογιών κτηρίων για να εφαρμοστούν και να ελεγχθούν τα θεωρητικά ευρήματα και, τελικά, να βγουν συμπεράσματα για την ανάπτυξη Κτηρίων Χαμηλής Ενέργειας σε χώρες με θερμό κλίμα όπως η Ελλάδα. Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης των κτηριακών μοντέλων ελέγχθηκαν διάφοροι παράγοντες, όπως ο καιρός, ο προσανατολισμός, οι μέθοδοι σκίασης, οι μέθοδοι μόνωσης, τα υλικά κτηρίων, τα τζάμια, τα συστήματα HVAC και τα προφίλ λειτουργίας των κτηρίων για να βρεθεί η κατάλληλη συνδυασμένη δράση παραγόντων και να επιτευχθούν οι στόχοι. Μετά τη διαμόρφωση και τη μελέτη των αρχείων καιρού για το έτος 2050, με πιστοποιημένες μεθόδους που εφαρμόζονται παγκοσμίως, πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες προσομοιώσεις για τις τέσσερις διαφορετικές τυπολογίες των κτηρίων και για το έτος 2050. Ο στόχος αυτών των προσομοιώσεων ήταν να αξιολογηθεί η επίδραση των διαφορετικών υλικών που χρησιμοποιούνται στο κέλυφος των κτηρίων υπό τις σημερινές και τις μελλοντικές κλιματικές συνθήκες. Μελετήθηκαν 4 διαφορετικές χρήσεις κτηρίων , έχοντας ως δεδομένο τη βέλτιστη απόδοση συστήματος Η.V.A.C. με τη χρήση τερματικών μονάδων V.A.V. , σε συνδυασμό με Ψυχρά υλικά και Φυτεμένο δώμα, με σκοπό τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του κελύφους , μέσω 11 διαφορετικών υλικών θερμομονώσεων και 4 ενεργειακών υαλοπινάκων.Αυτή η νέα προσέγγιση για τα κτήρια προσφέρει νέα οπτική στην κατανάλωση ενέργειας των κτηρίων και στο εσωτερικό περιβάλλον, λαμβάνοντας επίσης υπόψη τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τον τομέα των κτηρίων. Αυτή η αλλαγή προσέγγισης αποτελεί ένα κρίσιμο μέρος του συνολικού προβλήματος του πώς να επιτευχθεί ο απόλυτος στόχος των Κτηρίων Μηδενικής Ενέργειας και πώς να μετατραπούν τα κτήρια σε 'παραγωγούς' ενέργειας για να βοηθήσουν στην επίλυση του ενεργειακού προβλήματος/κρίσης του κόσμου."