Bιοκλιματική Αρχιτεκτονική
Η σωστή εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση και το δροσισμό σε ένα κτίριο, δύναται να το μετατρέψει σε μία βιοκλιματική κατοικία που θα εξοικονομεί έως και 80% περισσότερη ενέργεια από ένα παλαιό σπίτι. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός είναι στην πραγματικότητα ένα ιδιαίτερα ευφυές είδος αρχιτεκτονικής που εκμεταλλεύεται απόλυτα το περιβάλλον μέσα στο οποίο κατασκευάζεται ένα κτίριο προσφέροντας σημαντικά ενεργειακά οφέλη από τη σωστή αξιοποίηση των φυσικών φαινομένων. Αφορά στο σχεδιασμό των εσωτερικών και εξωτερικών χώρων μιας κατοικίας, με βάση το μικρόκλιμα της εκάστοτε περιοχής και εξασφαλίζει συνθήκες θερμικής και οπτικής άνεσης. Πρόκειται για έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες της οικολογικής δόμησης που ασχολείται με τον έλεγχο των περιβαλλοντικών παραμέτρων στο επίπεδο των κτιριακών μονάδων.
Ως εκ τούτου, οι βασικοί άξονες του βιοκλιματικού σχεδιασμού είναι οι εξής:
- η μελέτη του δομημένου περιβάλλοντος και των προβλημάτων στον σχεδιασμό των κτιρίων
- η επιλογή των δομικών υλικών, με κριτήρια τις θερμικές και οπτικές τους ιδιότητες, αλλά και την τοξικολογική τους δράση
Τα κτίρια στην Ελλάδα είναι υπεύθυνα για το 40% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας (θερμική, ηλεκτρική), η οποία, λόγω του υψηλού κόστους της, επιβαρύνει τον χρήστη και ρυπαίνει την ατμόσφαιρα με διοξείδιο του άνθρακα. Οι εφαρμογές του βιοκλιματικού σχεδιασμού είναι πολυάριθμες, τόσο στην Ελλάδα, όσο και παγκοσμίως. Σε πολλά κράτη έχουν θεσπιστεί νόμοι και ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αποτελεί βασικό κριτήριο για την ανάπτυξη οικιστικών συνόλων, αλλά μεμονωμένων κτιρίων. Συγκεκριμένα, στην Ελλάδα μια βιοκλιματική κατοικία μπορεί να έχει εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 30% σε σχέση με ένα συμβατικό κτίριο, ενώ σε σύγκριση με ένα παλαιότερο μη μονωμένο κτίριο, αυτή η εξοικονόμηση μπορεί να φτάσει μέχρι και το 80%. Η εξοικονόμηση αυτή δεν περιορίζεται στο ετήσιο ενεργειακό κόστος, αλλά περιλαμβάνει και τη μείωση του μεγέθους των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων. Επιπλέον, υπάρχουν οφέλη και σε περιβαλλοντικό και κοινωνικό επίπεδο, μέσω της μείωσης των εκπεμπόμενων ρύπων και της βελτίωσης της ποιότητας ζωής.
Με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό ενός κτιρίου, τα οφέλη είναι πολλαπλά και περιλαμβάνουν την θερμική προστασία του, τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι με κατάλληλες τεχνικές που εφαρμόζονται στο κτιριακό κέλυφος (θερμομόνωση, αεροστεγάνωση των ανοιγμάτων, σκίαση). Επιπλέον, βασικό συστατικό για το βιοκλιματικό σχεδιασμό αποτελεί η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, τόσο για τη θέρμανση των εσωτερικών χώρων, όσο και για το φυσικό φωτισμό σε όλη τη διάρκεια του έτους.
Κύριες τεχνικές βιοκλιματικού σχεδιασμού
Το σημαντικότερο «κομμάτι» στην κατασκευή μίας βιοκλιματικής κατοικίας είναι ο σχεδιασμός της, ο οποίος και εφαρμόζει κάθε φορά συγκεκριμένες τεχνικές, με πιο συνηθισμένες τις εξής:
Προσανατολισμός
Το πιο σωστό από ενεργειακής άποψης σχήμα ενός κτιρίου, είναι εκείνο για το οποίο υπάρχουν μικρές θερμικές απώλειες τον χειμώνα, ενώ τα ηλιακά κέρδη το καλοκαίρι είναι τα μικρότερα δυνατά. Επιπλέον, ιδιαίτερη σημασία πρέπει να δοθεί στο μικρόκλιμα σε κάθε πλευρά του κτιρίου. Συνήθως, η βόρεια πλευρά είναι και η πιο ψυχρή, γιατί δεν δέχεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία και γιατί οι χειμερινοί άνεμοι έχουν συνήθως βόρεια κατεύθυνση. Η ανατολική και δυτική πρόσοψη δέχεται ίση ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά η δυτική παραμένει πιο ζεστή εξαιτίας του συνδυασμού ηλιακής ακτινοβολίας και υψηλών μεσημβρινών θερμοκρασιών του αέρα. Η νότια πλευρά είναι η φωτεινότερη και η πιο ζεστή και δέχεται ηλιακή ακτινοβολία στη διάρκεια όλης της ημέρας Οι χώροι που έχουν μικρότερη απαίτηση σε θερμοκρασιακή άνεση πρέπει να τοποθετούνται στη βορινή πλευρά, ώστε να αποτελούν φράγμα για τις θερμικές απώλειες μεσολαβώντας ουσιαστικά μεταξύ των θερμαινόμενων χώρων και του εξωτερικού περιβάλλοντος, ενώ ο βέλτιστος προσανατολισμός για τη διάταξη των ανοιγμάτων σε ένα κτίριο είναι ο νότιος προσανατολισμός. Το σχήμα του κτιρίου για τη βέλτιστη εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας στην Ελλάδα είναι επιμηκυμένο κατά τον άξονα Ανατολής – Δύσης. Μικρή απόκλιση κατά 20ο δεν μεταβάλλει ουσιαστικά την απόδοση των νότια προσανατολισμένων ανοιγμάτων.
Σκίαση
Ιδιαίτερη σημασία κατά το σχεδιασμό ενός νέου κτιρίου πρέπει να δίνεται και στη σκίαση, ώστε να ελέγχεται η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που μπαίνει από τα ανοίγματα. Αποτελεί σημαντικό στοιχείο του κτιριακού κελύφους, καθώς συνεισφέρει σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση και κυρίως για τη ψύξη του κτιρίου, στη δημιουργία συνθηκών θερμικής άνεσης, ενώ ρυθμίζει και την ποιότητα του φυσικού φωτισμού μειώνοντας τον κίνδυνο θαμπώματος. Ο τύπος και οι διαστάσεις του συστήματος καθορίζονται από παράγοντες όπως ο προσανατολισμός, η θέση των ανοιγμάτων, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη και τους εξής παράγοντες:
- την εξασφάλιση της λειτουργίας των ανοιγμάτων (οπτική επικοινωνία, φυσικός αερισμός, φυσικός φωτισμός)
- τις δυσμενείς επιδράσεις του συστήματος στο άνοιγμα και στον ηλιοπροστατευόμενο χώρο
- τη σταθερότητα, τη διάρκεια ζωής και τη δυνατότητα χειρισμού
- το αρχικό κόστος της κατασκευής και τα έξοδα συντήρησης
Τα συστήματα ηλιοπροστασίας μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες, τα κινητά και τα σταθερά. Τα σταθερά σκίαστρα στις περισσότερες εφαρμογές είναι κάποια προέκταση της πλάκας, οι κατακόρυφες και οριζόντιες προεξοχές, αλλά και τα οριζόντιο προστέγασμα από σκυρόδεμα ή κάποιο μέταλλο στο ύψος του παράθυρου. Αντίθετα, τα κινητά σκίαστρα αποτελούν κάποιες πρόσθετες ηλιοπροστατευτικές διατάξεις, κατασκευασμένες από ελαφριά υλικά (μέταλλο, αλουμίνιο, πλαστικό, ξύλο), οι οποίες έχουν τη δυνατότητα, με τους κατάλληλους μηχανισμούς (χειροκίνητους ή με αυτοματισμό) να περιστρέφονται, ακολουθώντας την τροχιά του ήλιου. Επιπλέον, ηλιοπροστασία στο κτίριο μπορούν να παρέχουν και οι εξωτερικοί χώροι πρασίνου, τόσο με τον άμεσο σκιασμό που μπορεί να επιτυγχάνεται από δέντρα, όσο και από χαμηλότερη βλάστηση, η οποία λόγω του πράσινου χρώματος μειώνει σημαντικά την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στο έδαφος, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνουν και τις συνθήκες για φυσικό αερισμό.
Αερισμός
Ένα επαρκές σύστημα εξαερισμού είναι απαραίτητο για τη δημιουργία ενός υγιούς περιβάλλοντος, καθώς εισάγει φρέσκο αέρα απομακρύνοντας τους αέριους ρύπους και την υγρασία από τους εσωτερικούς χώρους. Ο επαρκής και σωστά σχεδιασμένος εξαερισμός συμβάλλει και στην εξοικονόμηση ενέργειας, καθώς συνήθως, ο εξαερισμός συνδέεται με τη θέρμανση και τον κλιματισμό των χώρων ενός κτιρίου.
Ο φυσικός αερισμός μπορεί να επιτευχθεί με χρήση τεχνικών όπως:
- Διαμπερής φυσικός αερισμός. Ο διαμπερής αερισμός επιτυγχάνεται με κατάλληλο σχεδιασμό των ανοιγμάτων στο κέλυφος και στις εσωτερικές τοιχοποιίες. Θυρίδες στο άνω και κάτω τμήμα των διαχωριστικών εσωτερικών τοίχων επιτρέπουν την κίνηση του αέρα στους εσωτερικούς χώρους και την απομάκρυνση της συσσωρευμένης θερμικής ενέργειας.
- Καμινάδες ή πύργος αερισμού. Η καμινάδα αερισμού λειτουργεί αξιοποιώντας το φαινόμενο του φυσικού ελκυσμού, καθώς ο θερμός αέρας κινείται προς τα επάνω και έτσι δημιουργείται ρεύμα στο εσωτερικό των χώρων μεταφέροντας τη θερμότητα εκτός του κτιρίου.
- Υβριδικός αερισμός (ανεμιστήρες οροφής). Αυτός ο τύπος αερισμού χρησιμοποιείται όταν δεν υπάρχει έντονο ρεύμα αέρα γύρω από το κτίριο.
- Ηλιακή καμινάδα. Η λειτουργία της βασίζεται στο φαινόμενο Venturi και συμβάλλει αποτελεσματικά στον αερισμό και στην απομάκρυνση της υγρασίας από τους εσωτερικούς χώρους, καθώς μέσω της υψηλής θερμοκρασίας του αέρα που προκύπτει μέσα στην καμινάδα, ενισχύεται σημαντικά το φαινόμενο του φυσικού ελκυσμού και συνεπώς της ανανέωσης του αέρα μέσα στους χώρους. Καθώς επιτυγχάνει διαρκή ανανέωση του εσωτερικού αέρα, η ηλιακή καμινάδα συνιστάται σε περιοχές με υψηλή σχετική υγρασία κατά τη θερινή περίοδο.
- Αεριζόμενο κέλυφος. Πρόκειται για κατασκευή διπλού κελύφους, είτε στην οροφή είτε στους εξωτερικούς τοίχους του κτιρίου, μέσα στην οποία κυκλοφορεί ο αέρας του εξωτερικού χώρου.
Φυσικός φωτισμός
Η αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού στοχεύει στην επίτευξη οπτικής άνεσης μέσα στα κτίρια και στην εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και στη γενικότερη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης μέσα στους χώρους, συνδυάζοντας φως, θέα, δυνατότητα αερισμού, αξιοποίηση και ρύθμιση της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας. Για την αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού προς όφελος του κτιρίου με στόχο την επίτευξη οπτικής άνεσης θα πρέπει, μέσω των κατάλληλων συστημάτων και τεχνικών, να εξασφαλίζεται στους εσωτερικούς λειτουργικούς χώρους επαρκής ποσότητα (στάθμη φωτισμού), αλλά και ομαλή κατανομή, ώστε να αποφεύγονται έντονες διαφοροποιήσεις της στάθμης, οι οποίες προκαλούν φαινόμενο «θάμβωσης» με γνώμονα την εργασία που επιτελείται μέσα στους χώρους. Τόσο η επάρκεια, όσο και η κατανομή του φωτισμού εξαρτώνται από τα γεωμετρικά στοιχεία του χώρου και των ανοιγμάτων αλλά και από τα φωτομετρικά χαρακτηριστικά των αδιαφανών επιφανειών (χρώμα/υφή) και των υαλοπινάκων (φωτοδιαπερατότητα/ ανακλαστικότητα).
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Στο βιοκλιματικό σχεδιασμό χρησιμοποιούνται κυρίως ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, με τη μορφή της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας, της γεωθερμίας και της βιομάζας. Μπορούν να παρέχουν στο κτίριο ηλεκτρισμό, ζεστό νερό χρήσης και θέρμανση/ψύξη, ενώ έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις και είναι ιδιαίτερα αποδοτικά για τα ελληνικά κτίρια.
Φυτεμένο δώμα
Τα φυτεμένα δώματα αποτελούν μια από τις παλαιότερες τεχνικές βιοκλιματικού σχεδιασμού. Μία φυτεμένη οροφή αποτελείται από ένα στρώμα βλάστησης που αναπτύσσεται επάνω σε μία επίπεδη οροφή. Μπορεί να δημιουργήσει ψυκτικό αποτέλεσμα, τόσο στα περίχωρα του κτηρίου όσο και στο εσωτερικό του, προσφέροντας θερμική προστασία το καλοκαίρι αλλά και το χειμώνα, καθώς θεωρείται μέσο θερμικής μόνωσης. Ειδικότερα σε μεγάλες πόλεις, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, όπου η ατμόσφαιρα μπορεί να είναι αποπνικτική, η πράσινη κάλυψη των οροφών επηρεάζει το μικροκλίμα και συνεισφέρει στη μείωση των τοξικών ρύπων της ατμόσφαιρας, ενώ το καλοκαίρι μειώνει την κατανάλωση ενέργειας για ψύξη έως και κατά 30%.
Μόνωση – Θερμική αδράνεια
Σκοπός των δύο αυτών τεχνικών είναι η δέσμευση της θερμότητας στο εσωτερικό του κτηρίου, η μείωση των θερμικών απωλειών κατά τη χειμερινή περίοδο και η μείωση των ηλιακών κερδών κατά τη θερινή περίοδο. Επιπλέον, με αυτό τον τρόπο υπάρχει αυξημένη θερμική αδράνεια (δηλαδή, η «αντίσταση» που προβάλλει το κτήριο στις εξωτερικές μεταβολές της θερμοκρασίας είναι μεγάλη και κατά συνέπεια, επηρεάζεται λιγότερο από τις εξωτερικές συνθήκες). Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι τοίχοι μάζας, οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης και οι τοίχοι Trombe.
Η κατασκευή ενός βιοκλιματικού κτηρίου είναι ελαφρώς πιο δαπανηρή σε σχέση με ένα συμβατικό κτήριο. Μακροχρόνια, όμως, το όφελος από την εξοικονόμηση ενέργειας είναι πολλαπλάσιο από το αρχικό κόστος κατασκευής ενός τέτοιου κτηρίου. Τα οφέλη από αυτό το είδος σχεδιασμού είναι, τόσο ενεργειακά, όσο οικονομικά και περιβαλλοντικά. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός συμβάλλει στη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης, εξασφαλίζοντας θερμική και οπτική άνεση, καλή ποιότητα αέρα και ιδανικό μικρόκλιμα. Για να επιτευχθούν όλα τα παραπάνω όμως, πρέπει να γίνει προσεκτική μελέτη και εφαρμογή όλων των αρχών του βιοκλιματικού σχεδιασμού χωρίς αποκλίσεις, σε όλη τη διάρκεια κατασκευής του κτηρίου αλλά και του τρόπου χρήσης των εγκατεστημένων συστημάτων.
