Η αυτοματοποιημένη σκίαση ως ολιστική προσέγγιση του κτιρίου

Όταν αφήνουμε τα παράθυρα ή την πρόσοψη ενός κτιρίου χωρίς δυναμική σκίαση και ηλιοπροστασία, είναι σα να φοράμε τα ίδια ρούχα, ανεξάρτητα από το κλίμα ή τον καιρό που επικρατεί στο εξωτερικό περιβάλλον, κι όχι το κατάλληλο “ένδυμα για την περίσταση”. Από αυτή την άποψη, είναι πολύ κρίσιμος ο ρόλος των αυτόματων συστημάτων σκίασης, που μπορούν να λειτουργήσουν ως διάταξη εξοικονόμησης ενέργειας και συμβολής στη δημιουργία ενός ευχάριστου εσωτερικού περιβάλλοντος.

Τα παράθυρα και οι γυάλινες προσόψεις αποτελούν μέρος του κελύφους των κτιρίων. Επιτρέποντας την οπτική επαφή με τον έξω κόσμο και αφήνοντας το φυσικό φως της ημέρας να εισέλθει και να φωτίσει το εσωτερικό των κτιρίων, συγκροτούν το διαφανές χώρισμα μεταξύ του εσωτερικού περιβάλλοντος και του εξωτερικού κόσμου. Αλλά, ενώ το εσωτερικό κλίμα μπορεί να παραμένει σταθερό και αμετάβλητο, η εξωτερική θερμοκρασία και τα επίπεδα φωτισμού μπορούν να ποικίλουν αρκετά σε κάθε χώρο κατά τη διάρκεια ακόμα και της ίδιας ημέρας.

Τα επίπεδα φωτισμού ειδικότερα μπορεί να μεταβληθούν ακόμα και κατά εκατοντάδες φορές, από τα 100.000 lux στα 1000 lux, κατά τη διάρκεια μιας ημέρας που εναλλάσσεται μεταξύ συννεφιασμένης και ηλιόλουστης. Και ενώ ο συντελεστής θερμοπερατότητας U-value για τους υαλοπίνακες -εκφράζει την ικανότητα μόνωσης ενάντια στην αγώγιμη θερμότητα- έχει βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια (από 5,9 που ήταν για τα μονής επίστρωσης κρύσταλλα, σήμερα έχει μειωθεί στο 1,1 W/m²K για τα σύγχρονα επιστρωμένα κρύσταλλα). Ωστόσο, ο ηλιακός συντελεστής g-value (αντιπροσωπεύει τη συνολική ποσότητα της ενέργειας που διέρχεται από την υάλωση, ως ποσοστό της συνολικής προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας) δε συμβάδισε με αυτή την αλματώδη ανάπτυξη του U-value. Ο g-value ποικίλει μεταξύ τιμών 0 και 1. Για παράδειγμα, εάν ένας τύπος υαλοπίνακα έχει g-value 0,50, αυτό σημαίνει ότι η μισή ενέργεια του ήλιου που προσπίπτει σε παράθυρο που φέρει αυτό τον υαλοπίνακα θα εισέλθει στο εσωτερικό του κτιρίου, αυξάνοντας την υπερθέρμανση στο εσωτερικό περιβάλλον. Αυτό είναι το λεγόμενο “φαινόμενο του θερμοκηπίου”. Σε συνθήκες καλοκαιριού, τα παράθυρα μπορεί να δεχτούν θερμότητα ίση με 1000 W/m² και αυτή η ποσότητα μπορεί να υποχωρήσει στα 100 W/m² μέσα σε πολύ λίγα λεπτά.
Η προσαρμογή σε τέτοιες γρήγορες αλλαγές μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τον έλεγχο της εισροής του φωτός και της ενέργειας από τον ήλιο, επιλέγοντας ένα κινητό σύστημα ηλιοπροστασίας, εσωτερικό ή εξωτερικό, με “έξυπνη” αυτοματοποιημένη κίνηση, έτσι ώστε η ανταπόκριση στις κάθε φορά μεταβαλλόμενες συνθήκες να μην εξαρτάται από την ανθρώπινη παρέμβαση. Εάν αφήσουμε τα παράθυρα ή την πρόσοψη του κτιρίου χωρίς δυναμική σκίαση και ηλιοπροστασία, είναι σα να ζούμε με μια άδεια από ρούχα ντουλάπα, και να φοράμε τα ίδια ρούχα, ανεξάρτητα από κλίμα ή τον καιρό που επικρατεί στο εξωτερικό περιβάλλον, κι όχι το κατάλληλο “ένδυμα για την περίσταση”.

Τα υφάσματα ρυθμίζουν  τη μεταφορά ενέργειας

Τα υφάσματα ή οι περσίδες χρησιμοποιούνται σε ένα κινητό σύστημα σκίασης τις περισσότερες φορές για να ελέγξουν την ακτινοβολία του ήλιου. Σε αυτή την παρουσίαση του εργαστηρίου του ESSO θα περιοριστούμε στα υφάσματα και θα καλύψουμε τα ακόλουθα θέματα:
•    Πώς τα υψηλής απόδοσης υφάσματα ρυθμίζουν την μεταβίβαση θερμότητας;
•    Ποια είναι τα σχετικά ευρωπαϊκά στάνταρτ;
•    Γιατί η συνεισφορά αυτών των υφασμάτων δεν ενσωματώνονται σε πολλές από τις υπολογιστικές μεθόδους;
Η ηλιακή ακτινοβολία που προσκρούει επάνω σε ένα ύφασμα κατά ένα μέρος θα ανακλαστεί κατά ένα άλλο μέρος θα διέλθει από το ύφασμα. Ένα τρίτο μέρος θα απορροφηθεί από το υλικό του υφάσματος και θα οδηγήσει σε μια μικρή αύξηση της θερμότητας του κτιρίου κι επομένως της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. Οι βαθμοί μεταβίβασης και ανάκλασης μπορούν να μετρηθούν με φασματοφωτόμετρο σύμφωνα με τα αποδεκτά ευρωπαϊκά πρότυπα (όπως το EN14501) σε ένα πιστοποιημένο εργαστήριο, το οποίο εγγυάται ότι τηρούνται οι σωστές διαδικασίες μέτρησης. Από τις τιμές που θα προκύψουν για τη μεταβίβαση και την ανάκλαση, εκφρασμένες σε ποσοστά, μπορούν να υπολογιστούν οι τιμές του ηλιακού συντελεστή g-value του υφάσματος και του υαλοπίνακα του παραθύρου, με βάση τα πρότυπα (EN13363-1 και EN13363-2).
Ο συντελεστής g-value αποτελεί το “standard ποιότητας” για ένα τεντόπανο, μέτρο της αποτελεσματικότητάς του όσον αφορά τον έλεγχο της ηλιακής ενέργειας που διέρχεται από αυτό. Για ένα εξωτερικό σύστημα σκίασης, ο συντελεστής g επιδιώκεται να είναι χαμηλός, π.χ. 0,1, που σημαίνει ότι το 90% της ηλιακής ακτινοβολίας “δεσμεύεται” από το τεντόπανο. Για συστήματα σκίασης που τοποθετούνται εντός του παραθύρου, όπως είναι ευνόητο, οι τιμές του συντελεστή g είναι πιο μεγάλες, συνήθως μεταξύ 0,3 και 0,6. Ωστόσο, η ηλιακή ακτινοβολία βρίσκεται ήδη στους εσωτερικούς χώρους προτού προσπέσει στο τεντόπανο του εσωτερικού συστήματος σκίασης. Προφανώς η είσοδος της ηλιακής ενέργειας που είναι απόρροια του φαινόμενου του θερμοκηπίου, δεν είναι και το μόνο αποτέλεσμα. Ο φυσικός φωτισμός είναι επίσης κάτι που πρέπει να ελεγχθεί καθώς μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα θάμβωσης κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το κριτήριο εδώ είναι η εκπομπή οπτικού φωτός από μέρους του συστήματος σκίασης, που συμβολίζεται με Tv και εκφράζεται είτε ως κλάσμα είτε ως % ποσοστό. Η τάση των αρχιτεκτόνων να εργάζονται με καθαρό κρύσταλλο είναι συχνά απόρροια του γεγονότος ότι οι χρωματισμένες επιστρώσεις ανακλούν ένα μεγάλο ποσοστό φυσικού φωτισμού και έτσι δημιουργείται η ανάγκη για περισσότερο τεχνητό φωτισμό. Υπάρχουν συστήματα σκίασης στην αγορά που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να ελέγχουν το σύνολο της ποσότητας του φυσικού φωτός και τις συνθήκες φωτεινότητας, διατηρώντας ένα βέλτιστο επίπεδο φυσικού φωτισμού.

Η επίδραση της σκίασης στα συστήματα HVAC

Οι άνθρωποι που διαβιούν σε αστικό περιβάλλον -πρόκειται για την πλειοψηφία- ξοδεύουν έως και το 85% του χρόνου τους σε εσωτερικούς χώρους, είτε στο σπίτι, είτε στο γραφείο είτε σε άλλα μέρη. Τα κτίρια δεν είναι πλέον απλές τεχνικές κατασκευές, αλλά πρέπει να γίνουν “μηχανές για να ζούμε στο εσωτερικό τους”, όπως είχε πει χαρακτηριστικά ο Le Corbusier. Αυτό που έχουμε μάθει να αποκαλούμε “άνεση” γενικά περιλαμβάνει ένα καλό περιβάλλον όσον αφορά τη θερμοκρασία, την οπτική άνεση (χωρίς έντονο φως ή υπερβολική φωτεινότητα), τα επίπεδα θορύβου και την ποιότητα του εσωτερικού αέρα. Πολλοί από αυτούς τους παράγοντες άνεσης υπάγονται στη λίστα της βιομηχανίας HVAC (θέρμανση, αερισμός και ψύξη). Όμως σήμερα, όλες αυτές οι απαιτήσεις θα πρέπει να ικανοποιούνται στο πλαίσιο μιας πολιτικά ορθής επιλογής, από οικονομικής και περιβαλλοντικής άποψης, πράγμα που σημαίνει υψηλή ενεργειακή αποδοτικότητα, μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σε αυτή την κατεύθυνση μπορεί να συμβάλλει η “βιοκλιματική πρόσοψη” των κτιρίων.
Παραδοσιακά, οι εγκαταστάσεις HVAC σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να ικανοποιούν την υψηλή ζήτηση ενέργειας των καλοκαιρινών μηνών για κλιματισμό, ενώ ο έλεγχος των ηλιακών θερμικών κερδών εγκαθιστώντας το κατάλληλο σύστημα σκίασης, μπορεί να μειώσει τις ενεργειακές ανάγκες κατά την περίοδο που απαιτείται ψύξη των εσωτερικών χώρων, αλλά και να αξιοποιήσει τα ηλιακά θερμικά φορτία κατά την χειμερινή περίοδο, όπου θα απαιτείται θέρμανση.
Για να εξεταστεί καλύτερα το παραπάνω, πραγματοποιήθηκε ένας υπολογισμός προσομοίωσης που αφορούσε διώροφο κτίριο γραφείων 800 τετραγωνικών μέτρων στη Μασσαλία, με 35% των προσόψεών του να καλύπτεται από παράθυρα, ένα κτίριο που στην πραγματικότητα αυτή την περίοδο βρίσκεται υπό ανακαίνιση. Οι ενεργειακές απαιτήσεις υπολογίστηκαν με βάση δύο σενάρια. Και στα δύο, υπήρχαν εξωτερικά συστήματα ηλιοπροστασίας, το ένα χωρίς ελεγχόμενο αυτοματισμό στα στόρια, και το δεύτερο με σύστημα αυτόματου βιοκλιματικού ελέγχου για το σύστημα σκίασης. Στο πρώτο σενάριο, με συντελεστή g 0,50, προέκυψε ότι οι ανάγκες για ενέργεια ψύξης ανέρχονται σε 22016 kWh/a, ενώ στο δεύτερο σενάριο με συντελεστή g επίσης 0,50, καταγράφηκαν ενεργειακές ανάγκες 14478 kWh/a, κάτι που σημαίνει εξοικονόμηση περισσότερο από το ένα τρίτο της ενέργειας που απαιτείται στο πρώτο σενάριο. Βέβαια, το αποτέλεσμα αυτό επηρεάζει το σύνολο της εγκατάστασης. Η συνήθης προσέγγιση του θέματος είναι να επιλέγεται μια εγκατάσταση ικανή να ανταποκρίνεται σε ενεργειακό φορτίο ύψους 32 kW, ενώ για την περίπτωση του κτιρίου που διαθέτει βιοκλιματική πρόσοψη, οι ανάγκες σε ενέργεια περιορίζονται αισθητά στα 25 kW. Από πρακτικής άποψης, μια συνηθισμένη επιλογή για εγκατάσταση κλιματιστικού συστήματος είναι να διαθέτει ισχύ 39 kW, ενώ η εναλλακτική λύση απαιτεί πολύ μικρότερη ισχύ, της τάξης των 26,3 kW. Πρόκειται δηλαδή για μια πολύ σημαντική διαφορά όσον αφορά στη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, και η πιο ακριβή αρχική επένδυση της εναλλακτικής λύσης μπορεί πολύ γρήγορα να αποσβεστεί από τη μειωμένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.
image

 

 

 

 

 

Ευρωπαϊκά προγράμματα “έξυπνης ενέργειας”

Η σπουδαιότητα της σκίασης και ηλιοπροστασίας μπορεί να είναι προφανής για όλους όσοι δραστηριοποιούνται στη βιομηχανία αυτή, αλλά αυτό δε σημαίνει ότι τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα συστήματα σκίασης είναι ευρύτερα γνωστά στην αγορά.
Η βιομηχανία σκίασης, σε αντίθεση με άλλες κλαδικές βιομηχανίες που εμφανίζονται πιο συγκροτημένες κι ενισχυμένες, όπως για παράδειγμα αυτές του γυαλιού και των μονωτικών υλικών, αποτελείται κυρίως από χιλιάδες μικρού και μεσαίου μεγέθους επιχειρήσεις. Από αυτή την άποψη είναι πολύ σημαντικός ο ρόλος που καλείται να διαδραματίσει ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός για τα συστήματα σκίασης ES-SO. Επενδύοντας στο know-how των μελών του που προέρχονται από 15 χώρες, ο ES-SO έχει καταστεί συνεργάτης (partner) σε διάφορα έργα του Intelligent Energy Executive Agency. Υπάρχει το έργο Keep Cool II το οποίο αφορά την “Μετασχηματισμό της αγοράς από τον κλιματισμό στην αειφόρο καλοκαιρινή άνεση”, όπου ο ES-SO παρουσιάζοντας τα συστήματα σκίασης ως μεθόδους παθητικής ψύξης, συνεργάζεται με ειδικούς γύρω από διάφορα συστήματα, υπολογιστικές μεθόδους και τεχνολογίες (www.keep-cool.eu). Άλλα προγράμματα στα οποία εμπλέκεται ο ES-SO είναι το ASIEPI (www.asiepi.eu), που αφορά την αποτίμηση και βελτίωση της επίδρασης της κοινοτικής οδηγίας EPBD, καθώς και το Build UP (www.buildup.eu), που είναι το ευρωπαϊκό πόρταλ που αναφέρεται με έγκριτο τρόπο σε θέματα γύρω από την ενεργειακή αποδοτικότητα των κτιρίων.

Συνεργασία με τη REHVA
Σε μια άλλη προσπάθεια ολιστικής προσέγγισης του σχεδιασμού των σύγχρονων κτιρίων η REHVA πρόσφατα εξέδωσε ένα νέο εγχειρίδιο (Νο 12) υπό τον τίτλο “Πώς να ενσωματώνονται τα συστήματα σκίασης στα αειφόρα κτίρια” (How To Integrate Solar Shading In Sustainable Buildings).
Το εγχειρίδιο αυτό είναι αποτέλεσμα μιας αποτελεσματικής και στενής συνεργασίας με τoν ES-SO.
Στις σελίδες του αναλύεται η επίδραση της σκίασης στις ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αυτά με συγκεκριμένους υπολογισμούς. Παρέχονται επίσης πολύ βασικές πληροφορίες οι οποίες αφορούν τις ιδιότητες της ηλιακής ακτινοβολίας, την επίδραση του ήλιου στα κτιριακά ανοίγματα και στο εσωτερικό περιβάλλον, στο επίπεδο της θερμοκρασίας αλλά και του φωτισμού.

Τα παραδείγματα των κτιρίων από διάφορες γεωγραφικές θέσεις που παρουσιάζονται αναδεικνύουν το σημαντικό ρόλο που μπορούν να επιτελέσουν τα διάφορα συστήματα της σκίασης στην εξοικονόμηση της ενέργειας αλλά και στη συνέχεια στη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνσή σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *