Κτιριακό κέλυφος

Το ρόλο που διαδραματίζει για το ανθρώπινο σώμα η επιδερμίδα του, καλείται να επιτελέσει το κτιριακό κέλυφος για μια κατασκευή και τους χρήστες του. Η ορθολογική επίλυση των παραμέτρων του σε σχέση με τη λειτουργία, το μεμονωμένο κτιριολογικό πρόγραμμα, τα κλιματολογικά δεδομένα και τους επιθυμητούς στόχους θερμικής και οπτικής άνεσης, θα καταδείξουν την αποτελεσματικότητα του στην προστασία των συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης σε δύο διακριτούς στόχους που καλείται να εκπληρώσει.

Ο πρώτος, είναι ότι το κέλυφος μέσω των αδιαφανών και διαφανών στοιχείων του, καλείται να λειτουργήσει ως ρυθμιστής των θερμικών κερδών και απωλειών καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Ιδανικά θα επιθυμούσαμε να μπορεί να παρέχει από μόνο του τις επιθυμητές θερμοκρασίες στο εσωτερικό του χωρίς μηχανολογική υποστήριξη, κάτι που πρακτικά είναι ανέφικτο. Για όσο μεγαλύτερη διάρκεια του έτους αυτό επιτευχθεί, τόσο πιο επιτυχημένα διαδραματίζει το περίβλημα το ρόλο του. Επομένως η επιμελής θερμομόνωση αναλόγως των κλιματολογικών συνθηκών του τόπου, η αποφυγή θερμογεφυρών και η αεροστεγανότητά σε συνδυασμό με την επιλογή των κατάλληλων ανα περίπτωση επιμέρους υλικών αποτελεί μια από τις καθοριστικότερες παραμέτρους ενεργειακής επιτυχίας η μή του κτιρίου.

Ιδιαίτερα σημαντικά στοιχεία του περιβλήματος της κατασκευής είναι οι θερμογέφυρες που αποτελούνται από γραμμικά συνήθως τμήματα του κελύφους που λόγω του επιλεγμένου τρόπου θερμομόνωσης του κτιρίου, υπάρχει μέσω των δομικών στοιχείων μια ασυνέχεια στη μόνωση με συνέπεια την αύξηση της μεταφοράς θερμότητας από τα εξωτερικό προς το εξωτερικό και το αντίστροφο. Σε ένα τυπικό κτίριο επι εποχής του προηγούμενου κανονισμού θερμομόνωσης, οι απώλειες μόνο από τις θερμογέφυρες, αποτελούσαν το 15 – 20 % των συνολικών απωλειών του κελύφους. Ορισμένα παραδείγματα θερμογεφυρών αποτελούν οι πλάκες εξωστών, οι αρμοί μεταξύ στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος και τοιχοποιίας, οι πλάκες επι εδάφους, συχνά οι περίδεσμοι τοιχοποιίας (σενάζ) και οπωσδήποτε τα κουφώματα μέσω των αλουμινίων τους και τα περβάζια τους με τις ποδιές και τα πρέκια τους. Πλέον εφαρμόζονται ευρέως τεχνικές σχεδόν απόλυτης αποφυγής των θερμογεφυρών εφόσον σε συνδυασμό με επιμελή κατά προτίμηση εξωτερική, ή ενδιάμεση και εσωτερική θερμομόνωση, τοποθετηθούν θερμοδιακοπτόμενα κουφώματα με κρύσταλλα χαμηλής εκπεμπτικότητας. Επαφίεται στην επιμέλεια του εκάστοτε επιβλέποντα μηχανικού η σωστή εφαρμογή στο εργοτάξιο των κατασκευαστικών λεπτομερειών για την αποφυγή των θερμογεφυρών στα προαναφερθέντα σημεία.

Εξίσου σημαντικό είναι να επισημανθεί η χρήση της θερμικής μάζας ως δείκτης αδράνειας ενός χώρου. Μια ελαφρού τύπου κατασκευή με μικρή μάζα εξωτερικών τοίχων και πλακών είναι πιο ευαίσθητη στις εξωτερικές θερμοκρασιακές μεταβολές, κατά συνέπεια πιο «νευρική» στις αυξομειώσεις της θερμοκρασίας, έχοντας βέβαια το πλεονέκτημα να θερμαίνεται ή ψύχεται ταχύτερα, με μεγαλύτερες όμως ανάγκες υποβοήθησης από το μηχανολογικό σύστημα. Αντίστροφα μια κατασκευή με εξωτερική θερμομόνωση και από μέσα εξωτερική τοιχοποιία με μεγάλη θερμοχωρητικότητα και μάζα θα συντελέσει στην ηπιότερη ημερήσια θερμοκρασιακή διακύμανση και θα κάνει τον εσωτερικό χώρο ευκολότερα ελεγχόμενο από τους χρήστες και με μικρότερες ενεργειακές ανάγκες σε βάθος χρόνου. Σε αντίθεση με την άποψη ότι ορισμένες χρήσεις κτιρίων, που απαιτούν γρήγορη ψύξη η θέρμανση όπως χώροι σχολικής διδασκαλίας είναι προτιμότερο να έχουν εσωτερική θερμομόνωση, φαίνεται ότι υπάρχουν και μειονεκτήματα που καθιστούν ακόμα και εκεί προτιμητέα την τοποθέτηση της θερμομόνωσης έξω από τη θερμική μάζα. Έχοντας προθερμάνει ένα χώρο, μόλις μπουν οι 30 μαθητές στην αίθουσα λόγω αυξημένων εσωτερικών κερδών, μέσα σε λίγα λεπτά ο χώρος θα έχει ανάγκη από έντονο αερισμό και δροσισμό αφού η επιπλέον θερμότητα δεν θα έχει θερμική μάζα να αποθηκευθεί και θα αυξήσει άμεσα και σημαντικά την εσωτερική θερμοκρασία πιθανά πάνω από τα επιθυμητά όρια ακόμα και μια χειμερινή ημέρα. Χωρίς αυτό να σημαίνει ότι η εξωτερική θερμομόνωση είναι η ενδεδειγμένη πάντοτε λύση, μελέτες έχουν δείξει ότι προσφέρει χαμηλότερη ετήσια κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με το ίδιο κτίριο με ενδιάμεση ή εσωτερική θερμομόνωση.

To κτίριο της εταιρείας J&P Άβαξ, του Αλέξανδρου Τομπάζη, πίσω απο το γήπεδο του Παναθηναϊκού, με κυρίαρχο στοιχείο της σύνθεσης τις κινητές κατακόρυφες περσίδες στη πρόσοψη(1998).

Η ελεγχόμενη μείωση της αεροστεγανότητας μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας. Τα ανοίγματα του κτιρίου όπως και οι αρμοί μεταξύ αδιαφανών και διαφανών στοιχείων αποτελούν συνήθως τα ευάλωτα σημεία του περιβλήματος και απαιτούν προσεκτική μελέτη και κατασκευή. Στο εύκρατο κλίμα της Ελλάδας η απόλυτα αυστηρή αεροστεγανότητά των γερμανικών PassivHaus δεν έχει ιδιαίτερο νόημα καθότι οι εξωτερικές συνθήκες δεν είναι τόσο ακραία χαμηλές που να δικαιολογούν το υψηλό κόστος μιας τέτοιου είδους επέμβασης. Παραταύτα πλέον στο εμπόριο υπάρχουν από πολλές εταιρείες του χώρου, σειρές κουφωμάτων – ανοιγόμενων κυρίως – που προσφέρουν υψηλό δείκτη αεροστεγανότητας.

Πέρα από τις προαναφερθείσες γενικές ιδιότητες του κελύφους, ο σχεδιασμός πρέπει να λάβει υπόψιν του τον αντίστοιχο προσανατολισμό. Για την Ελλάδα, τα δώματα, οι δυτικές και νοτιοδυτικές πλευρές που είναι πιο βεβαρυμμένες κατά τη θερινή περίοδο, έχουν μεγαλύτερη ανάγκη θερμοχωρητικότητας δομικών στοιχείων, ακολουθούμενες από τις νότιες όψεις.

Ο δεύτερος διακριτός ρόλος του κελύφους είναι ότι οφείλει να λειτουργεί ως επιλεκτικός ηλιακός συλλέκτης, συνεισφέροντας στη δέσμευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, όταν αυτή είναι διαθέσιμη και απαραίτητη κατά τη χειμερινή περίοδο, ενώ στον αντίποδα ανεπιθύμητη κατά τη θερινή. Στην παράμετρο αυτή κύριο ρόλο διαδραματίζουν τα διαφανή στοιχεία με άμεσο τρόπο, ενώ με έμμεσο και τα αδιαφανή, καθότι λειτουργούν ως θερμικές αποθήκες, ώστε η συλλεχθείσα θερμότητα να αποθηκευτεί, να αποδεσμευθεί και να αποδοθεί στους χρησιμοποιούμενους χώρους όταν είναι επιθυμητή μετά από ελεγχόμενη μετατόπιση φάσεων ή το κέλυφος μέσω της μεγάλης θερμοχωρητικότητάς του και της επαρκούς θερμομόνωσης να προφυλάξει τους χρήστες από ανεπιθύμητες απώλειες και κέρδη.

Ο μελετητής καλείται να αποφασίσει τη θέση των ανοιγμάτων αναλόγως του προσανατολισμού στο κέλυφος όπως και το ενδεδειγμένο μέγεθός τους. Αυτό θα καθορίσει σε σημαντικό βαθμό σε επόμενα στάδια τα άμεσα ηλιακά κέρδη. Οι γυάλινες επιφάνειες των ανοιγμάτων ενός κτηρίου αποτελούν τον απλούστερο ηλιακό συλλέκτη το χειμώνα, με προσανατολισμό κατά προτίμηση νότιο με απόκλιση το μέγιστο 30^O ανατολικά ή δυτικά του νότου. Προτείνονται μεγάλα μεγέθη ανοιγμάτων προς το νότιο προσανατολισμό, μέτριου μεγέθους στην ανατολική και δυτική όψη και ακόμα μικρότερα ανοίγματα στο βορρά, εφόσον αυτό είναι εφικτό και μη αντικρουόμενο με τις υπόλοιπες παραμέτρους του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού. Τα βόρεια ανοίγματα, παρά το προτεινόμενο μικρό μέγεθός τους, πρέπει οπωσδήποτε να προβλέπονται στο σχεδιασμό των κτηρίων, διότι πέραν της διασφάλισης φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους, παρέχουν τη δυνατότητα διαμπερούς αερισμού το καλοκαίρι.

Χαρακτηριστικός δείκτης για την ιδανική αναλογία ανοιγμάτων ανα προσανατολισμό είναι ο δείκτης Εμβαδού ανοιγμάτων προς το Εμβαδόν κελύφους ή αλλιώς window to wall ratio. Οι δείκτες υπο μορφή λιστών ανα γεωγραφικό πλάτος και προσανατολισμό υπάρχουν στη διεθνή βιβλιογραφία και με εκκίνηση αυτούς ο μελετητής μπορεί να αρχίσει το σχεδιασμό από κάποια βάση. Παρόλα αυτά η τελική επιλογή οφείλει να γίνει σε συνδυασμό με τις υπόλοιπες αρχιτεκτονικές παραμέτρους όπως για παράδειγμα τη λειτουργία του χώρου, την ενδεδειγμένη από πλευράς φυσικού φωτισμού και αερισμού θέση επι του τοίχου και τον τρόπο ελέγχου ασφάλειας και καθαρισμού του ανοίγματος.

Αδιαφανή στοιχεία

Σε αντίθεση με τα διαφανή στοιχεία που αποτελούν ευκολότερη παράμετρο τοποθέτησης, το κέλυφος βρίσκεται σε άμεση συνάρτηση με την επιλογή των υλικών. Σε αυτό το στάδιο ο μελετητής καλείται να κάνει μια πρώτη επιλογή της δομής των εξωτερικών στοιχείων του κελύφους, που φυσικά θα επανεξετάσει και σε μεταγενέστερο στάδιο της μελέτης αλλα και της κατασκευής.

Μερικά από τα στοιχεία που χαρακτηρίζουν τους αδιαφανείς δομικούς φορείς και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη βιοκλιματική συμπεριφορά του κτιρίου είναι:

• Η πυκνότητα (Kg/m³) που ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας του υλικού ανά μονάδα όγκου. Πυκνότερα υλικά έχουν συνήθως μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα, με μεγαλύτερη όμως αγωγιμότητα.
• η θερμοχωρητικότητα (Wh/m³*K), με την οποία ορίζεται η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται ή απορροφάται από κάποιο σώμα όταν η θερμοκρασία του μεταβληθεί κατά ένα βαθμό Κέλβιν. Όσο μεγαλύτερη η θερμοχωρητικότητα ενός στοιχείου, τόσο ευνοείται η θερμική αδράνεια του κελύφους.
• η θερμική αγωγιμότητα (U=W/m²*Κ) ορίζεται ως ο ρυθμός μετάδοσης θερμότητας ή αλλιώς ροή θερμότητας μέσα από τη μάζα ενός υλικού η μιας διαστρωμάτωσης δομικών υλικών. Προτιμώνται υλικά με χαμηλή αγωγιμότητα επομένως και καλύτερη θερμομόνωση, σε συνδυασμό με μείωση και έλεγχο του ρυθμού μετατόπισης της θερμικής φάσης προς το εσωτερικό.
• η επιφανειακή ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία (SR), ο συντελεστής εκπομπής στην υπέρυθρη ακτινοβολία (ε) και ο δείκτης ανακλαστικότητας στην ηλιακή ακτινοβολία (SRI), χαρακτηρίζουν την ποσότητα που από ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμότητα και επηρεάζει τη μάζα του υλικού. Ανοιχτόχρωμα τελειώματα στα κτίρια και τον περιβάλλοντα χώρο, η και χρήση ψυχρών βαφών συντελούν σε αυξημένους δείκτες άρα λιγότερη απορρόφηση.
• η ενσωματωμένη ενέργεια (MJ/kg ή CO₂/kg), που είναι το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για την παρασκευή, συσκευασία, αποθήκευση, μεταφορά και απόρριψη ή ανακύκλωση του υλικού ως αποβλήτου. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη, μειώνοντας το περιβαλλοντικό αντίκτυπο της κατασκευής, συντελώντας στην τοπική οικονομία με εγχώρια προϊόντα και επιλέγοντας εναλλακτικές που να μειώνουν την εκλυόμενη εκπομπή CO₂ παρουσιάζοντας όμως εξίσου αξιόλογες αρχιτεκτονικές ιδιότητες.
• η υγρομόνωση ή υδατοπερατότητα τους (k), είναι η ικανότητά τους να προφυλάσσουν το κέλυφος από τους εξωτερικούς παράγοντες υγρασίας που προσβάλλοντας την κατασκευή και μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη θερμομονωτική ικανότητα λόγω αλλοίωσης των υλικών.
• η διαπνοή τους (μ), που είναι σημαντική για την αποφυγή σχηματισμού υγροποιήσεων μέσω στο χώρο και την εξάτμιση τυχόν υγρασιών που μπορεί να προσβάλλουν τα δομικά στοιχεία.
• η οικονομικότητα τους (€). Ιδιαίτερα στη σημερινή συγκυρία, η επιλογή υλικών χαμηλού κόστους που να εξυπηρετούν τους παραπάνω δείκτες, κάνουν ένα βιοκλιματικό κτίριο θελκτικότερο προς τους υποψήφιους πελάτες, ευκολότερη την υλοποίηση της κατασκευής του με συνέπεια τη διάδοσή του ορθού σχεδιασμού στην μέχρι τώρα παραπληροφορημένη Ελληνική κοινωνία.
  

Διαφανή στοιχεία

Όλα τα διαφανή συστήματα που αποτελούν μέρος του κτιριακού κελύφους απαιτείται πλέον να έχουν χαμηλό συντελεστή θερμοπερατότητας, σε συνδυασμό με κατάλληλο συντελεστή φωτοδιαπερατότητας εάν αυτό δεν αντικρούει σε κάποια λειτουργική παράμετρο (πχ σχεδιασμός χώρων υγείας), και ανακλαστικότητας (πχ ανάγκη για μέγιστη αξιοποίηση άμεσων ηλιακών κερδών), ώστε να αποφεύγεται η μείωση του φυσικού φωτισμού. Τα συστήματα υαλοπινάκων με επικάλυψη επεξεργασίας χαμηλής εκπεμπτικότητας low-e μπορούν να εξασφαλίσουν συντελεστές θερμοπερατότητας χαμηλότερους από 2 W/m²*Κ και σε ορισμένες περιπτώσεις κοντά στο 1 W/m²*Κ. Οι τριπλοί υαλοπίνακες που έχουν U χαμηλότερο και από το προαναφερθέν, είναι οικονομικά ασύμφοροι και ίσως υπερβολικοί για τα κλιματολογικά μας δεδομένα μας και για την εγχώρια αγορά. Οι υαλοπίνακες νέας τεχνολογίας με ειδική επεξεργασία και πολλαπλές επιλογές, μπορούν να επιτρέπουν την είσοδο ηλιακής ακτινοβολίας στο ορατό μέρος του φάσματος ώστε να εξασφαλίζουν επαρκή φυσικό φωτισμό και μειωμένα θερμικά κέρδη.

Οι κύριες παράμετροι για την επιλογή κατάλληλων υαλοπινάκων είναι:

• συντελεστής Θερμοπερατότητας (U), με ίδια δεδομένα με τα αδιαφανή στοιχεία.
• συντελεστής ηλιακής ενέργειας (g), που είναι ο λόγος της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας προς την ενέργεια που μεταδίδεται στο εσωτερικό του κτιρίου. Χαμηλές τιμές g εξασφαλίζουν μείωση των ηλιακών κερδών. Χρειάζεται προσοχή προκειμένου να μην αποτελέσει τροχοπέδη στον επιθυμητό κατά το χειμώνα άμεσο παθητικό ηλιασμό.
• συντελεστής φωτοδιαπερατότητας (Tv), δηλαδή το ποσοστό της προσπίπτουσας φωτεινής ακτινοβολίας που εισέρχεται στο κτίριο. Υψηλές τιμές εξασφαλίζουν υψηλές στάθμες φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους.

Πέρα από τα υαλοστάσια, εξίσου σημαντικό είναι το πλαίσιο του κουφώματος, Σε αντίθεση με 5-6 χρόνια πριν, είναι οικονομικά πολύ πιο προσιτά τα θερμοδιακοπτόμενα πλαίσια αλουμινίου, καθότι αυτό είναι και το συχνότερα χρησιμοποιούμενο υλικό στη χώρα μας. Συνήθως πρόκειται για μια περιμετρική ζώνη από πολυαμίδιο μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού πλαισίου που μειώνει τη μεταφορά της θερμότητας από και προς το εσωτερικό, καθιστώντας το δείκτη θερμοπερατότητας U μεταξύ 3 και 2 W/m²*Κ, ενώ ορισμένες ιδιαίτερες σειρές μπορούν να φτάσουν μέχρι το 1 W/m²*Κ.

Σκιασμός-Παθητικός ηλιασμός

Αμέσως μετά την προεπιλογή των βασικών παραμέτρων του κελύφους, πρέπει να γίνει η μελέτη σκιασμού του κτιρίου. Ο βασικός στόχος είναι το ίδιο το κτίριο να επιτελεί τις περισσότερες λειτουργίες σκιασμού χωρίς την παρέμβαση των χρηστών. Πρακτικά οι χρήστες ενός κτιρίου δεν επιθυμούν να χρειάζεται να παρεμβαίνουν σε τακτική βάση στα συστήματα σκίασης και φυσικά ενδέχεται να μπερδεύονται σε περίπτωση ύπαρξης ενός ιδιαίτερα περίπλοκου συστήματος με πολλαπλές λειτουργίες και αυτό πάντα σε συνδυασμό με τις αντίστοιχες κλιματολογικές συνθήκες. Αντιστοίχως ενα έξυπνο σύστημα αυτοματισμού B.M.S.(Building Management System) επιλύει το προαναφερθέν πρόβλημα, όμως αυξάνει το κόστος κατασκευής.

Ο σκιασμός του κτηρίου επιτυγχάνεται είτε με αρχιτεκτονικά στοιχεία επί του κτιρίου είτε με την κατάλληλη φύτευση. Η σκίαση των ανοιγμάτων επιβάλλεται να είναι στην εξωτερική πλευρά των ανοιγμάτων, προκειμένου να αποφευχθεί η διείσδυση της θερμότητας στο χώρο. Η προστασία με σκίαστρα στο εσωτερικό των υαλοστασίων, όπως για παράδειγμα κουρτίνες ή περσίδες, ή ανάμεσα στους υαλοπίνακες, προσφέρει μεν μείωση της θάμβωσης αλλα δεν προστατεύει το χώρο από την υπερθέρμανση. Η ηλιοπροστασία των ανοιγμάτων και η επιλογή του κατάλληλου συστήματος σκίασης, σε μορφή, μέγεθος και θέση, είναι συνάρτηση διαφόρων παραγόντων όπως ο προσανατολισμός της όψης, η χρήση και η αισθητική του κτιρίου, η μορφή και το μέγεθος των ανοιγμάτων και η οικονομικότητα, ως λόγος της αρχικής επένδυσης ως προς το χρόνο απόσβεσής της.

Ανακατασκευή κατοικίας στο Tempe της Arizona από τους coLAB studio με κινητό σκίαστρο σε όλη τη νότια όψη(2010).

Όσον αφορά τον προσανατολισμό, η ενδεδειγμένη διάταξη είναι η εξής:

• για το νότιο προσανατολισμό, τα πιο κατάλληλα στοιχεία σκίασης είναι τα οριζόντια, σταθερά ή κινητά, λόγω της υψηλής τροχιάς του ήλιου τους θερινούς μήνες. Η σημαντικότερη παράμετρος είναι το πλάτος της προεξοχής ή των περσίδων από το κτήριο, έτσι ώστε το μεν καλοκαίρι να διασφαλίζεται πλήρης σκιασμός των ανοιγμάτων, ενώ το χειμώνα, αντίστροφα, να επιτρέπεται η διείσδυση του ήλιου μέσα στο χώρο.
• για τον ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό, η σκίαση των ανοιγμάτων με κατακόρυφα στοιχεία, κάθετα στην όψη ή υπό κλίση, είναι πιο αποτελεσματική, γιατί η ηλιακή τροχιά εκείνες τις ώρες βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα.
• Αντίστοιχα, για προσανατολισμό νοτιανατολικό και νοτιοδυτικό, τα ηλιοπροστατευτικά στοιχεία, πρέπει να είναι συνδυασμός των δυο προηγούμενων, οριζόντιων και κατακόρυφων.

Όσον αφορά τη μορφή των σκιάστρων μπορεί να είναι σταθερά, κινητά από τους χρήστες η αυτοματοποιημένου χειρισμού. Τα μεν σταθερά ηλιοπροστατευτικά συστήματα πλεονεκτούν λόγω κόστους κατασκευής και συντήρησης, ενώ αποφεύγονται οι αδυναμίες λειτουργίας όπως χειρισμός, συντήρηση, θόρυβος και μικρότερη διάρκεια ζωής. Αντίστοιχα τα κινητά συστήματα είναι πιο αποδοτικά κατά τη διάρκεια του έτους γιατί προσαρμόζονται στις χρονικά μεταβαλλόμενες απαιτήσεις για σκιασμό και ηλιασμό. Τα αυτοματοποιημένα συστήματα, παρά τα προφανή πλεονεκτήματα, έχουν υψηλό κόστος μηχανισμών, αισθητήρων και μοτέρ και συμβάλλουν στην έντονη διακύμανση της έντασης του φωτισμού, που σε ορισμένες χρήσεις κτιρίων είναι ανεπιθύμητη. Η ιδανική περίπτωση είναι ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός να μπορέσει να εντάξει όσα περισσότερα ευέλικτα και εύκολα ελεγχόμενα από το χρήστη στοιχεία ηλιοπροστασίας είναι εφικτό χωρίς να καταφεύγει σε πολύπλοκες και πολυδάπανες λύσεις. Σε περιπτώσεις νευραλγικών στην άμεση ηλιακή ακτινοβολία χρήσεων, όπως χώροι υγείας, εκπαίδευσης και εργασίας, το σύστημα σκίασης οφείλει να ανταποκρίνεται πλήρως στις απαιτήσεις των μόνιμων σταθερών θέσεων εργασίας ή διαμονής.

Σημαντική παράμετρος σχεδιασμού των σκιάστρων είναι το υλικό τους και το ότι πρέπει να επιτρέπουν την ανεμπόδιστη απομάκρυνση του θερμού αέρα και την αποφυγή εγκλωβισμού του κοντά στο κτίριο η σε δομικά του στοιχεία, όπως αυτά που έχουν κενό ανάμεσα στο κτήριο και το σκίαστρο.

Όσον αφορά τον άμεσο παθητικό ηλιασμό, πρόκειται για ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό – ιδιαίτερα στο μεσογειακό κλίμα – μέσο για την ανέξοδη θέρμανση χώρων χωρίς τη βοήθεια μηχανικής υποστήριξης. Τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας που δεν αντανακλάται ή απορροφάται από τα υαλοστάσια, εισέρχεται στο χώρο και αποθηκεύεται υπο μορφή θερμότητας στα εκτεθειμένα δομικά στοιχεία, όπως δάπεδα, τοίχοι ή άλλα στοιχεία αποθήκευσης. Απαραίτητη προϋπόθεση για τον βέλτιστο παθητικό ηλιασμό είναι η θέση, το μέγεθος των ανοιγμάτων όπως και της εξωτερικής σκίασης να επιτρέπει τη μέγιστη ηλιακή διείσδυση κατά τη χειμερινή περίοδο. Αφετέρου, τα δομικά στοιχεία αποθήκευσης πρέπει να έχουν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα, ενώ η άμεση ηλιακή ακτινοβολία και η συνεπακόλουθη ποσότητα φυσικού φωτισμού να μην υπερβαίνουν και αντικρούουν στις λειτουργικές απαιτήσεις του χώρου. Το άμεσο κέρδος αντιδρά ταχύτατα στην παρουσία του ήλιου, απαιτεί όσο το δυνατόν λιγότερα έπιπλα στο χώρο και πρέπει να ελέγχεται ποσοτικά προκειμένου να μην προκαλεί υπερθέρμανση, όπως για παράδειγμα σε κατοικία με ενδοδαπέδια θέρμανση, όπου της ηλιόλουστης χειμωνιάτικης μέρας προηγήθηκε μια κρύα νύχτα με συνέπεια το άμεσο κέρδος να λειτουργεί συμπληρωματικά και να δημιουργεί ανάγκη για αερισμό και ψύξη.

Η διαφοροποιούμενη μορφή της ηλιοπροστασίας, συναρτήσει του προσανατολισμού της όψης και των λειτουργικών αναγκών στο εσωτερικό του κτιρίου, προσφέρει δυνατότητες σχεδιαστικών επιλύσεων και οφείλει να αποτελέσει βασικό και αναπόσπαστο στοιχείο της μορφής και εμφάνισης του κτηρίου και όχι ένα ξένο επικαθήμενο στοιχείο που απλά να παρέχει σκίαση χωρίς άλλη συνάφεια με την υπόλοιπη κατασκευή.

Πέρα από τα δομικά στοιχεία σκίασης, ακόμα αποτελεσματικότερη και φιλικότερη προς το περιβάλλον είναι η ίδια η φύση με την επιλογή του ενδεδειγμένου τρόπου φύτευσης. Παρότι πρόκειται για ένα ιδιαίτερα πολύπλευρο θέμα που μπορεί να αποτελέσει ξεχωριστό κεφάλαιο, στην παρούσα συνοπτική παρουσίαση των βασικών αρχών θα αναφερθούν μόνο οι κυριότερες παράμετροι. Είναι γενικότερα επιθυμητό να επιλέγονται τύποι φυτών που να ευδοκιμούν στην εκάστοτε περιοχή μελέτης και εάν αυτό είναι εφικτό να έχουν τη μικρότερη ετήσια ανάγκη συντήρησης λόγω νερού. Στο νότο, την ανατολή και τη δύση, που ζητούμενο είναι η προστασία του κελύφους από την ηλιακή ακτινοβολία κατά τη θερινή περίοδο αλλα να επιτρέπεται η ηλιακή πρόσβαση κατά τη χειμερινή περίοδο, επιλέγονται φυλλοβόλα δέντρα και θάμνοι αντίστοιχου όγκου και φυλλώματος που να μπορούν να προστατεύσουν τις εξωτερικές επιφάνειες του κτιρίου. Η ίδια φύτευση το χειμώνα, έχοντας χάσει το φύλλωμά της θα επιτρέπει περίπου στο 70 – 90% της συνολικής διαθέσιμης ακτινοβολίας να έρθει σε επαφή με το κτίριο θερμαίνοντας το άμεσα και έμμεσα. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό η φύτευση να τοποθετηθεί με τρόπο που να σκιάζει όχι μόνο το κτίριο αλλα και τους περιβάλλοντες εξωτερικούς χώρους του, μειώνοντας αφενός την επιφανειακή θερμοκρασία γύρω του και αφετέρου καθιστώντας τους ευχάριστους για χρήση ακόμα και μια θερμή ημέρα. Είναι επίσης προτιμότερο στο νότο να τοποθετούνται είδη δέντρων με λεπτότερο κορμό και κλαδιά προκειμένου να μειώνεται ο συντελεστής σκίασης κατά το χειμώνα όπως επίσης είναι εφικτό, εφόσον το κτίριο είναι χαμηλού ύψους, αν τοποθετηθεί κοντά στο κτίριο υψίκορμο φυλλοβόλο δέντρο, επιτρέπει τον αερισμό σε χαμηλότερη στάθμη από το φύλλωμά του.

Βιβλιογραφία

Goulding J.R, Lewis J.O., Steemers T,C. (Επιμ), «Energy in Architecture, The European Passive Solar Handbook», Commission of the European Communities, 1994. Ελληνική έκδοση: «Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα Παθητικά ηλιακά κτήρια», μεταφρ. Ε. Τσίγκας, Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Ένωση, 1996.

Szokolay, S.V. «Introduction to Architectural Science, The Basis for Sustainable Design», Elsevier, Amsterdam, 2008.

Yannas Simos, Solar energy and housing design. Volume 1:Priciples, objectives, guidelines. Architectural Association Publications. London, 1994.

Colombo, A.Landabaso, A. Sevilla, Εγχειρίδιο σχεδιασμού. Παθητική αρχιτεκτονική για την περιοχή της μεσογείου. Κοινό κέντρο ερευνών Ευρωπαϊκής επιτροπής. Ινστιτούτο μηχανικής συστημάτων και πληροφορικής. Βρυξέλλες, 1995.

Olgyay, V., and A., “Design with Climate, a Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism”, Princeton University Press, Princeton, N. Jersey, 1963.

Παπαδόπουλος Μιχάλης, Αξαρλή Κλειώ. Ενεργειακός σχεδιασμός και παθητικά ηλιακά συστήματα κτιρίων. Εκδοτικός οίκος Αδελφών Κυριακίδη. Θεσσαλονίκη, 1982.

Dimoudi, A., Mantas, D., «Solar Control in. Passive Cooling of Buildings», Στο: Santamouris, M., and Asimakopoulos, D., (Eds), Argiriou, A., Balaras, C., Dascalaki, E., Dimoudi, A., Mantas, D., Tselepidaki, I., «Passive Cooling of Buildings», James & James (Sciences Publishers) Ltd, London, 1996.

Ανδρεαδάκη-Χρονάκη, Ε., «Βιοκλιματικός Σχεδιασμός – Περιβάλλον και Βιωσιμότητα», University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2006.

Givoni, B., «Passive and low energy cooling of buildings», Van Nostrand Reinhold, New York, 1994.

Τσίγκας, Π .Ερωτόκριτος. Ενέργεια στην αρχιτεκτονική Το ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα παθητικά ηλιακά κτίρια. Μαλλιαρης Α. – Παιδεία Α.Ε.,

[the_magazine id=”259”]