Προσομοιωτική μελέτη παθητικού ηλιακού κτιρίου και συγκριτική ανάλυση σε διαφορετικές κλιματικές συνθήκες:
Creators: name: Σαφούρη, Αρτεμις Απόστολου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: ενεργειακή προσομοίωση
παθητικό κτίριο
βιοκλιματικός σχεδιασμός
energy simulation
passive house
sustainable design

description: Ένα θέμα που απασχολεί έντονα την επιστημονική κοινότητα τις τελευταίες δεκαετίες είναι η ενεργειακή συμπεριφορά των κτιρίων. Το ενδιαφέρον εκφράζεται από την ανάπτυξη της έρευνας γύρω από αρκετούς διαφορετικούς τύπους κτιρίων, όπως τα βιοκλιματικά, παθητικά, πράσινα, κτίρια μηδενικής ή σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας, όροι που δεν είναι πάντοτε πολύ εύκολο να διαχωριστούν. Ωστόσο, σε αντίθεση με την εξέλιξη της έρευνας και της κατασκευαστικής πρακτικής στις χώρες της Ευρώπης και της Αμερικής, στην Ελλάδα ελάχιστα βήματα έχουν γίνει προς αυτήν την κατεύθυνση. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι να εξετάσει την ενεργειακή συμπεριφορά ενός κτιρίου, σχεδιασμένου με βάση τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού, στο κλίμα της Ελλάδας. Το κτίριο που επιλέχθηκε είναι μία διώροφη μονοκατοικία 160m2 με 85m2 υπόγειο, με τον κύριο άξονά του να αναπτύσσεται στη διεύθυνση Ανατολής-Δύσης. Τα περισσότερα και μεγαλύτερα ανοίγματα τοποθετούνται στον Νότο, ενώ τα δυτικά φέρουν πάντοτε ηλιοπροστατευτικές περσίδες. Στη βόρεια όψη τοποθετείται εξωτερικό γυάλινο κλιμακοστάσιο, το οποίο κατασκευάζεται με τη χρήση πυριτικής αερογέλης, ενός νέου ημιδιαφανούς υλικού με πολύ καλές θερμομονωτικές ιδιότητες, ενώ στην νοτιοδυτική πλευρά κατασκευάζεται τοίχος νερού. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς στο Νότο σχεδιάζονται ένα οριζόντιο στέγαστρο που επιτρέπει στις ακτίνες του ήλιου να εισχωρούν στο εσωτερικό μόνο κατά τους χειμερινούς μήνες και ένα ανακλαστικό ράφι φωτισμού που βοηθά στην καλύτερη κατανομή του φυσικού φωτισμού στο εσωτερικό των χώρων. Τέλος, αξιοσημείωτη είναι η χρήση θερμομονωτικού υλικού πάχους 12cm καθώς και τριπλών υαλοπινάκων χαμηλής εκπεμψιμότητας σε όλα τα ανοίγματα του κτιρίου. Το κτίριο προσομοιώθηκε ενεργειακά με τη χρήση του λογισμικού EnergyPlus και τη βοήθεια του Google Sketch Up. Για την καλύτερη διερεύνηση της ενεργειακής συμπεριφοράς του κτιρίου και των παθητικών συστημάτων αυτού, διεξήχθησαν 16 εναλλακτικά σενάρια λειτουργίας, τα οποία χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Στην πρώτη, το κτίριο τοποθετείται σε 6 πόλεις τις Ελλάδας με ετερογενή κλιματικά δεδομένα. Στην δεύτερη, πραγματοποιούνται τροποποιήσεις στο κτίριο ώστε να προσομοιάζει περισσότερο τα συμβατικά κτίρια που εντοπίζονται στην Ελλάδα, αφαιρούνται δηλαδή οι ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, οι τριπλοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπεμψιμότητας αντικαθίστανται από απλούς, ενώ εξετάζεται και η συμβολή του νυχτερινού αερισμού. Στην τρίτη και τελευταία κατηγορία, γίνονται πειραματισμοί σχετικά με τον τοίχο νερού και την αερογέλη, ώστε να εξεταστεί η συνδρομή τους στη μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας του κτιρίου. Από τις πόλεις που επιλέχθηκαν, τη χαμηλότερη ετήσια συνολική κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη παρουσιάζει η Ανδραβίδα με 51,62 kWh/m2 και την υψηλότερη η Καστοριά με 73,88 kWh/m2. Σε ό,τι αφορά τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης, ιδιαίτερα θετική συνδρομή παρουσιάζουν για τα ελληνικά δεδομένα τόσο ο νυχτερινός αερισμός όσο και οι ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, ενώ η προσφορά του τοίχου νερού και της αερογέλης, είναι πολύ μικρή, γεγονός που ωστόσο ίσως οφείλεται και σε προβλήματα προσομοίωσης. Σε γενικές γραμμές, αυτό που γίνεται αντιληπτό για εύκρατα κλίματα σαν της Ελλάδας, χωρίς την κυριαρχία μίας εποχής, είναι η δυσκολία κατασκευής ενός κτιρίου χαμηλών ενεργειακών απαιτήσεων τόσο σε θέρμανση όσο και σε ψύξη και συνεπώς η έρευνα οφείλει να εστιάζει το ενδιαφέρον στη μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη, θέρμανση και ηλεκτρισμό.
description: During the last decades, energy performance of buildings has been an issue of great concern. This interest can be expressed by the developing research of several types of buildings, such as sustainable, passive, green buildings or zero-energy buildings, terms which are not clearly distinguishable. Despite the evolution of research and construction practice in Europe and America, in Greece only a few steps have been taken towards this direction. The scope of this thesis is to examine the energy performance of a building designed on the principles of sustainable design, located in Greece. The examined building is a house composed of two floors of 80m2 each and a basement of 85m2. The building has a mostly south orientation. The windows with the larger area are placed in the South, while those placed in the West are always protected by sun blinds. On the north side, an exterior glass staircase is placed, which is constructed using silica aerogel, a new semi-translucent material with very good thermal insulation properties, while in the southwestern side a water wall is constructed. Special attention has been given to the permeation of solar radiation into the building. For this reason, a horizontal canopy was designed in the South, which allows the sun rays to enter only during the winter months. Moreover, a reflective lighting shelf was also placed in the South, helping the natural light to be better distributed in the internal spaces. Finally, noteworthy is the use of thermal insulating material with a thickness of 12cm and the fact that all the windows of the building are of triple low-e glazing. The building’s energy performance was simulated using EnergyPlus and Google Sketch Up. In order to be better examined and analyzed, 16 alternative scenarios were simulated, which can be divided into three categories. The first one places the building in 6 Greek cities with heterogeneous climatic data. In the second, modifications were made to the building in order to resemble conventional buildings that are constructed in Greece. These modifications include the removal of sun blinds, the replacement of triple low-e glazing by simple and the contribution of nocturnal ventilation. In the third and final category, experiments are made in order to examine the contribution of water wall and silica aerogel to the decrease of the building’s total energy consumption. Of the cities selected, Andravida has the lowest annual total energy consumption for heating and cooling, with 51.62 kWh/m2 and Kastoria the higher, with 73.88 kWh/m2. In terms of heating and cooling, both nocturnal ventilation and sun blinds have a very positive contribution on Greece’s climate, while the contribution of water wall and silica aerogel is not significant, which however may be due to simulation problems. In general, what is perceived to temperate climates like Greece, without the dominance of one season, is the difficulty of designing or constructing a building with low energy requirements both in heating and cooling period. Therefore the research should be focused on reducing the overall energy consumption for cooling, heating and electricity.