Ο κατασκευαστικός τομέας είναι ένας από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους τομείς παγκοσμίως. Ένας σημαντικός στόχος για τον κατασκευαστικό τομέα είναι η κατασκευή κτηρίων με ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις και κατανάλωση ενέργειας, που αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά θέματα κατά τη διάρκεια της ζωής ενός κτηρίου και για αυτό το λόγο τα κτήρια χαμηλής κατανάλωσης έχουν καταστεί ένα σημαντικό πεδίο έρευνας.

Η ραγδαία αύξηση κατανάλωσης ενέργειας που παρατηρείται στα κτήρια, είναι τόσο ποσοτική, έχοντας αυξήσει την κατανάλωση ενέργειας αλλά και ποιοτική, χρησιμοποιώντας πολύ περισσότερο τον ηλεκτρισμό. Η κύρια αιτία της αύξησης κατανάλωσης ενέργειας είναι η αλλαγή ποιότητας ζωής ως προς το καλύτερο, χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένες συσκευές με μεγαλύτερες ενεργειακές απαιτήσεις, η κατά κανόνα μέτρια κατάσταση συστημάτων θέρμανσης που οδηγεί σε μειωμένους βαθμούς απόδοσης. Επίσης πολύ σημαντικός παράγοντας είναι ότι η πλειοψηφία των κτηρίων χρονολογείται πριν το 1980, τα οποία δεν έχουν θερμομόνωση και απαιτούν μεγάλα ποσά ενέργειας για να εξασφαλίσουν τις επιθυμητές συνθήκες θερμικής άνεσης.

Οι ενέργειες που μπορούμε να κάνουμε για να επιτύχουμε καλύτερα αποτελέσματα, χωρίζονται σε 3 στάδια.

Μικρές επεμβάσεις που περιλαμβάνει διαδικασίες με μικρό κόστος, όπως αντικατάσταση λαμπτήρων πυρακτώσεως με χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση, χρήση βλάστησης, τέντας, στόρια για σκίαση, κλείσιμο χαραμάδων/ αρμών κ.λπ.

Μεγάλες επεμβάσεις, που προδιαθέτουν μεγάλο κόστος αλλά είναι πολύ πιο αποτελεσματικές, όπως αντικατάσταση παραθύρων και κουφωμάτων, προσθήκη θερμομονωτικών υλικών, αλλαγή καυστήρα με νέου τύπου κ.ά.

Τέλος οι μη τεχνικές επεμβάσεις, οι οποίες δεν έχουν κάποιο κόστος απλά απαιτούν σωστή λειτουργία των υφιστάμενων συστημάτων του κτηρίου, όπως χρήση παραθύρων για αερισμό, παντζουριών για σκίαση και γενικότερα ορθολογική χρήση των συσκευών. O ενεργειακός σχεδιασμός κτηρίων έχει ως στόχο να διασφαλίσει τις καλύτερες εσωκλιματικές συνθήκες με τη σωστή θερμική συμπεριφορά του κτηρίου καθώς και τη μείωση κατανάλωσης της ενέργειας, με όλα τα οφέλη που αυτό συνεπάγεται, οικονομικά, περιβαλλοντικά, μείωση εκπομπών CO2, ποιότητα ζωής κ.λπ. Στη συνέχεια, θα παραθέσουμε τους κύριους τομείς και ενέργειες που πρέπει να πραγματοποιηθούν για την υλοποίηση αυτών των στόχων ξεκινώντας από το αρχικό στάδιο κατασκευής του κτηρίου.

 Προσανατολισμός- Χωροθέτηση κτηρίου

Η μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας στα κτήρια προκύπτει από το σωστό και ορθολογικό σχεδιασμό, όσον αφορά στη χωροθέτηση και τον προσανατολισμό του κτηρίου. Η χωροθέτηση των κτηρίων και ο προσανατολισμός του κτηρίου πρέπει να είναι τέτοιος ώστε:

• να εξασφαλίζεται καλός φωτισμός κατά τη διάρκεια της ημέρας
• να υπάρχουν ηλιακά κέρδη από την πρόσπτωση των ακτινών του ηλίου στο εσωτερικό κατά τους χειμερινούς μήνες
• να εξασφαλίζεται η σκίαση κατά τη θερινή περίοδο

Σε όλες λοιπόν τις περιπτώσεις που δε διασφαλίζεται ο νότιος προσανατολισμός με αποδεκτή μέγιστη απόκλιση ±25° ανατολικά ή δυτικά, ο μελετητής θα μπορούσε, αντί να επιλέξει τις συμβατικές λύσεις, να προτείνει κατ’ αντιστοιχία άλλες, έτσι ώστε όλα τα κτήρια να ηλιάζονται και να φωτίζονται ικανοποιητικά με φυσικό τρόπο, χωρίς παράλληλα να δημιουργούν δευτερογενή προβλήματα, όπως για παράδειγμα μείωση της θερμικής ή οπτικής άνεσης. Τα κτήρια που σχεδιάζονται για να αντιμετωπίζουν φιλικά το περιβάλλον, ακολουθούν τις βασικές αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής και της εξοικονόμησης ενέργειας, ως εκ τούτου, ένα σπίτι θα πρέπει να έχει μικρότερα ανοίγματα στο βορρά και μικρότερα στο νότο. Εάν είναι εφικτό στη βορινή πλευρά καλό θα ήταν να τοποθετούμε χώρους στάθμευσης, αποθήκες ή ψηλά δέντρα ώστε να υπάρχει προστασία από τους ψυχρούς ανέμους. Επίσης είναι σημαντικό να υπάρχει η δυνατότητα αερισμού τους καλοκαιρινούς μήνες.

 Λειτουργική οργάνωση του εσωτερικού του κτηρίου

Κατά το σχεδιασμό της κάτοψης οι εσωτερικοί χώροι θα πρέπει να οργανωθούν και να ομαδοποιηθούν έτσι, ώστε αυτοί με μεγάλο χρόνο χρήσης και υψηλές επιθυμητές εσωτερικές θερμοκρασίες (καθιστικό, τραπεζαρία, γραφείο) να χωροθετηθούν στη νότια πλευρά του κτηρίου. Αντίθετα οι χώροι με περιορισμένο χρόνο χρήσης που απαιτούν συγκριτικά και χαμηλότερες θερμοκρασίες (W.C., υπνοδωμάτια) θα πρέπει να χωροθετούνται σε ενδιάμεση θερμική ζώνη. Οι υπόλοιποι βοηθητικοί χώροι, εάν υπάρχουν στη μελέτη, γκαράζ, αποθήκες κ.λπ., θα πρέπει να προβλεφθούν στη βορινή πλευρά, ώστε να λειτουργούν ως ζώνη θερμικής ανάσχεσης ανάμεσα στους θερμαινόμενους χώρους και το εξωτερικό περιβάλλον. Με αυτόν τον τρόπο μειώνονται στην πραγματικότητα οι θερμικές απώλειες από τους βασικούς κύριους χώρους.

 Θερμομόνωση

Η θερμομόνωση είναι από τα βασικότερα μέτρα για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών, καθώς έτσι εμποδίζεται η μεταφορά θερμότητας από το εσωτερικό του κτηρίου προς τα έξω το χειμώνα και αντίστροφα το καλοκαίρι. Τα συνήθη μονωτικά υλικά είναι ο υαλοβάμβακας, η πολυστερίνη και τα μονωτικά φύλλα Heraklith. Στα κουφώματα πρέπει να επιλέγουμε θερμοδιακοπτόμενα, έτσι ώστε να μην επικοινωνεί η εξωτερική επιφάνεια με την εσωτερική και να μη δημιουργείται θερμογέφυρα. Ιδιαίτερη σημασία έχει και η κατάλληλη επιλογή υαλοπινάκων, με την επιλογή διπλού τζαμιού, όπου μπορεί να μειωθούν οι απώλειες έως και 50% ή ενισχυμένα μονωτικού όπου απαιτείται.

Επίσης επιδιώκουμε τη χρήση υλικών με μεγάλη θερμοχωρητικότητα. Το μέτρο αυτό αποσκοπεί στη χρονική καθυστέρηση μετάδοσης της θερμότητας στους εσωτερικούς χώρους, σε ώρες που μπορεί να υπολογιστούν, έτσι ώστε να συμπίπτουν με τη μείωση των εξωτερικών θερμοκρασιών τις βραδινές ώρες. Αν το παραπάνω συνδυαστεί και με το νυχτερινό αερισμό των χώρων, τότε πράγματι επιτυγχάνεται

και ο δροσισμός των χώρων με φυσικό τρόπο. Σημαντικές ενέργειες είναι το σφράγισμα των αρμών καθώς και η αντικατάσταση κουφωμάτων. Συνιστώνται ανοιγόμενα κουφώματα, διότι είναι πιο αεροστεγανά από τα συρόμενα και για τον αερισμό τους καλοκαιρινούς μήνες. Η μόνωση μπορεί να είναι εξωτερική ή εσωτερική, με την πρώτη να έχει μεγαλύτερη απόδοση και να αποτελεί πληρέστερη λύση, διότι προστατεύει το εξωτερικό περίβλημα του κτηρίου και εξασφαλίζει μικρότερη διακύμανση των εσωτερικών θερμοκρασιών. Επίσης σημαντικό ρόλο παίζει το χρώμα του κτηρίου, δηλαδή τα σκούρα χρώματα εξωτερικά έχουν την τάση να απορροφούν ενέργεια, την οποία μεταδίδουν στο εσωτερικό του κτηρίου σε αντίθεση με τα ανοιχτά χρώματα που αντανακλούν ένα μεγάλο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας πίσω στο περιβάλλον και βοηθούν στην αποφυγή υπερθέρμανσης του κτηρίου.

 Ηλιασμός

Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας είναι ένας κρίσιμος παράγοντας για την εξοικονόμηση ενέργειας, όχι μόνο για τα πιο σύνθετα συστήματα ηλιακής θέρμανσης -ψύξης ή για τα φωτοβολταϊκά, αλλά και για την απλή αξιοποίηση του ηλίου. Η ύπαρξη των αναγκαίων ανοιγμάτων με το σωστό προσανατολισμό αποτελεί την πρώτη προϋπόθεση. Δυτικά και ανατολικά ανοίγματα είναι πολύ δυσμενή και πρέπει να προβλέπονται μόνο για την κάλυψη των αναγκών αερισμού και φωτισμού, ενώ τα βόρεια πρέπει να αποφεύγονται. Επιπλέον, υπάρχουν διάφορες τεχνικές για τη θερμική αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, όπως για παράδειγμα ο τοίχος trombe, που αποθηκεύει θερμότητα, όπως και τα αίθρια. Βεβαίως, η αξιοποίηση του ήλιου στην Ελλάδα, πρέπει να γίνεται πάντα με την κατανόηση ότι τους θερμούς καλοκαιρινούς μήνες χρειαζόμαστε προστασία από την ακτινοβολία του. Επιπροσθέτως, η επιλογή των κατάλληλων ήλιο-προστατευτικών διατάξεων ανάλογα με τον προσανατολισμό των όψεων, δηλαδή οριζόντιες διατάξεις στο Νότο, κατακόρυφες σε Ανατολή και Δύση με σωστή κλίση σε σχέση με την πορεία των ηλιακών ακτινών, έτσι ώστε να απομακρυνθεί η ηλιακή ακτινοβολία από το περίβλημα του κτηρίου. Για τον ίδιο σκοπό θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ειδικοί κρύσταλλοι στα παράθυρα και τις πόρτες, οι οποίοι να μειώνουν κυρίως τη διαπερατότητα της ηλιακής ακτινοβολίας μέσω των ευαίσθητων διαφανών στοιχείων. Επίσης, ένας φυσικός τρόπος σκίασης είναι η φύτευση φυλλοβόλων δένδρων στο Νότο και αειθαλή στον Βοριά εφόσον αυτό είναι εφικτό. Για να αποφευχθεί η υπερβολική ζέστη μέσα στο κτήριο κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, φροντίζουμε τον κατάλληλο σκιασμό του με πέργκολες και σκίαστρα. Πολύ αποτελεσματική μέθοδος είναι τα ειδικά διάτρητα ρολά, μια τεχνική κατάλληλη για όλους τους προσανατολισμούς, τα οποία τοποθετούνται εσωτερικά ή εξωτερικά και αποτελούνται από ίνες γυαλιού, πλαστικού ή αλουμινίου αλλά έχουν ιδιαίτερο υψηλό κόστος.

 Φυσικός δροσισμός

Ο φυσικός δροσισμός σε συνεργασία με τη χρήση του κλιματισμού κυρίως το καλοκαίρι μπορεί να αποφέρει σημαντικά αποτελέσματα. Σε συνεργασία με διάφορες μεθόδους, όπως η ηλιοπροστασία, ο σκιασμός, η κατάλληλη μόνωση και ο προσανατολισμός, μπορούν να εξασφαλίσουν μια ικανοποιητική θερμοκρασία μειώνοντας σημαντικά τη χρήση του κλιματιστικού. Επιπλέον σημαντικό θα ήταν η ύπαρξη διαμπερούς αερισμού των χώρων και κυρίως στην πρόβλεψη ή ενίσχυση του νυχτερινού αερισμού τους για την αποφόρτιση των δομικών στοιχείων από τη θερμότητα που συσσωρεύεται κατά τις ώρες αιχμής. Αν το μέτρο αυτό δεν μπορεί να ικανοποιηθεί από τα υπάρχοντα ανοίγματα στις όψεις του κτηρίου, τότε η χρήση ανοιγμάτων στην οροφή του κτηρίου, ή η κατασκευή ηλιακής καμινάδας για την επιτάχυνση απαγωγής του θερμού αέρα από το κτήριο, ή ανεμόπυργου για την εξαναγκασμένη κίνηση του αέρα, θα αποτελούσαν αποτελεσματικές τεχνικές.

 Ηλεκτρικές συσκευές και εξοπλισμός

Σημαντικό βήμα είναι η εξοικονόμηση ενέργειας από τις ηλεκτρικές συσκευές. Αυτό θα επιτευχθεί με την αγορά των ενεργειακά πιο αποδοτικών συσκευών (δείκτης Α ή Β), η αποφυγή της θέσης αναμονής («stand by») που καταναλώνει σημαντική ποσότητα ενέργειας άνευ λόγου, καθώς και η χρήση φωτοκύτταρων για το φωτισμό και θερμοστάτη για τη θέρμανση. Διορθωτικές ενέργειες και αναβάθμιση εξοπλισμού είναι επίσης απαραίτητες, όπως αντικατάσταση πεπαλαιωμένων λεβήτων με νέους υψηλής απόδοσης και χαμηλής θερμοκρασίας εξόδου καυσαερίων, αντικατάσταση πεπαλαιωμένων καυστήρων diesel με νέους πολυβάθμιους διπλού καυσίμου, αντικατάσταση τυχόν φθαρμένης θερμομόνωσης προσαγωγής θερμού νερού, εγκατάσταση θερμοστατικών βαλβίδων, χρονοδιακοπτών, διακοπτών ροής, θερμοστατών χώρων με σκοπό την συσχέτιση των κλιματολογικών συνθηκών.

 Φυσικός φωτισμός

Με την κατάλληλη αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού μπορεί να μειωθεί αρκετά η κατανάλωση ρεύματος για τεχνητό φωτισμό. Τα κατάλληλα ανοίγματα και οι φωταγωγοί, μπορούν να προσφέρουν μια πολύ καλή εναλλακτική λύση. Σήμερα στην αγορά κυκλοφορούν αποδοτικές λάμπες, συστήματα φωτισμού με δείκτη ενεργειακής απόδοσης Α και λάμπες χαμηλής κατανάλωσης. Το ΚΑΠΕ υπολογίζει ότι με ένα σύνολο μέτρων μπορεί να επιτευχθεί μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για τεχνητό φωτισμό κατά 30% – 50%. Επίσης ενδεδειγμένη είναι η χρήση task lights για τους χώρους εργασίας και το γραφείο και κατάλληλο τοπικό χειροκίνητο έλεγχο ή κεντρικά καθοδηγούμενο αυτόματο έλεγχο, ο οποίος επιτυγχάνεται με τη χρήση διακοπτών, διαβαθμιστών, χρονοδιακοπτών και αισθητήρων φωτός. Επιπλέον, τα βορινά ανοίγματα βοηθούν σε μία καλή ποιότητα φωτισμού των χώρων, διότι δέχονται διάχυτο φως και όχι άμεσο. Σε κάθε περίπτωση όμως η χρήση θερμομονωτικών υαλοπινάκων με μικρό συντελεστή θερμοπερατότητας ή ακόμη καλύτερα η χρήση υαλοπινάκων προηγμένης τεχνολογίας (χαμηλής εκπομπής «Low-E») θεωρείται ένα από τα πλέον αποδοτικά μέτρα.

 Παθητικά ηλιακά συστήματα για την εκμετάλλευση των θερμικών ηλιακών κερδών

Με την προϋπόθεση ότι έχουν διασφαλιστεί όλα τα προαναφερθέντα μέτρα για τη μείωση των θερμικών απωλειών στα κτήρια, όπως ο νότιος προσανατολισμός και οι ισχυρές μονώσεις στο κέλυφος του κτηρίου, μπορεί να γίνει χρήση πιο εξεζητημένων μέτρων για μεγαλύτερη εκμετάλλευση των ηλιακών κερδών.

Τέτοια συστήματα είναι:

• Το άμεσο ηλιακό κέρδος από νότια προσανατολισμένα ανοίγματα
• Το προσαρτημένο θερμοκήπιο
• Ο τοίχος μάζας ή θερμικής αποθήκευσης
• Ο αεριζόμενος τοίχος Trombe
• Το ηλιακό αίθριο
• Το θερμοσιφωνικό πανέλο
• Οι αεροσυλλέκτες

 Χρήση συστήματος BMS

Ένα σύστημα διαχείρισης ενέργειας στα κτήρια (Building Management Systems-BMS) αποτελείται από ένα σύνολο ηλεκτρονικού εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων, ενεργοποιητών, και ενός συστήματος επεξεργασίας πληροφοριών, που ελέγχει και παρακολουθεί τις περιβαλλοντικές υπηρεσίες στο κτήριο. Το BMS μπορεί να συνυπολογίσει ταυτόχρονα όλα τα συστήματα και παραμέτρους., όπως θέρμανση, φωτισμό, κλιματισμό κ.λπ., σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα, και ταυτόχρονα υπολογίζει την ενέργεια που καταναλώνεται την κάθε στιγμή, έτσι ώστε εύκολα να μπορεί να υπολογισθεί και το κόστος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ότι η χρήση ενός BMS μπορεί να μειώσει έως και 40% τη συνολική κατανάλωση και κατ’ επέκταση το κόστος.

 Έλεγχος των εγκαταστάσεων

• Αυτόματη ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της θέρμανσης, του φωτισμού, κ.λπ. ή για διακόπτες π.χ. θερμοσίφωνα ή θερμοστάτη
• Βελτιστοποίηση της λειτουργίας των εγκαταστάσεων και υπηρεσιών
• Βελτιστοποίηση του καυσίμου/αέρα για τους λέβητες
• Μέγιστη χρήση εξωτερικού αέρα για τον κλιματισμό και τον εξαερισμό. Παρακολούθηση της κατάστασης των εγκαταστάσεων και των περιβαλλοντικών συνθηκών
• Ροή της θερμοκρασίας
• Συναγερμός
• Αξιολόγηση κατάστασης των φίλτρων. Παροχή πληροφοριών για τη διαχείριση της ενέργειας
• Σχετικά με τις ροές και την κατανάλωση ενέργειας
• Αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των μέτρων
• Προβολή ενδείξεων. Πώς τα συστήματα ενεργειακής διαχείρισης βοηθήσουν στην εξοικονόμηση ενέργειας;
• Ελαχιστοποίηση της άσκοπης χρήσης φωτισμού, θέρμανσης κ.λπ.
• Βελτιστοποίηση της απόδοσης των εγκαταστάσεων
• Βελτιστοποίηση επιπέδου λειτουργικής συντήρησης
• Ενεργοποίηση βελτιωμένων πρότυπων της συνολικής διαχείρισης ενέργειας
• Μπορεί να ενθαρρύνουν υψηλότερα επίπεδα ευαισθητοποίησης για την κατανάλωση της ενέργειας.

 Συμπεράσματα

Η εξοικονόμηση ενέργειας στα κτήρια είναι ένα πολύ σημαντικό κομμάτι στον τομέα της πράσινης ανάπτυξης. Κάνοντας χρήση υπαρχουσών τεχνολογιών μπορούμε να επιτύχουμε μεγάλη ενεργειακή αποδοτικότητα και θερμική άνεση, μειώνοντας παράλληλα το κόστος και την επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Σε ποιον τομέα θα αποφασίσει ο μελετητής να δώσει μεγαλύτερο βάρος εξαρτάται προφανώς από τα κλιματικά χαρακτηριστικά της περιοχής και φυσικά από τη χρήση του κτηρίου. Το κόστος κατασκευής, ενός κτηρίου ενεργειακά αποδοτικού δεν υπερβαίνει το 10% από τη δημιουργία ενός συμβατικού κτίσματος και τα χρήματα αυτά αποσβένονται στη διάρκεια της ζωής του κτηρίου, αφού η οικονομία σε ενέργεια μπορεί να μειώσει το κόστος λειτουργίας του κατά 60%. Δίπλα στις  παραπάνω σχετικά απλές παρεμβάσεις μπορούν να προστεθούν συστήματα που αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια όχι μόνο για τον ηλιακό θερμοσίφωνα, αλλά για την ενίσχυση της θέρμανσης, ακόμα και της ψύξης το καλοκαίρι, όπως τα φωτοβολταϊκά πάνελ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμα και αξιοποίηση της γεωθερμίας. Όλα αυτά τα συστήματα δεν είναι πια απρόσιτα και μπορούν να αντιμετωπιστούν ως επένδυση για το μέλλον καθώς, αυξάνουν και την αξία του κτηρίου.

Σεραφείμ Γεωργακόπουλος – Πολιτικός Μηχανικός Τ.Ε. , MSc in Energy