Φυτεµένα δώµατα & ενεργειακή συµπεριφορά κτιρίων

Transcript

1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Οικοδοµικής και Φυσικής των Κτιρίων lbcp.civil.auth.gr Φυτεµένα δώµατα & ενεργειακή συµπεριφορά κτιρίων Θ.Γ.Θεοδοσίου, επ.καθηγητής 2η Τεχνική Ηµερίδα στη Βόρειο Ελλάδα Ενέργεια στα κτίρια, Σάββατο 9 Μαΐου 2015

2 Φυτεμένο δώμα Πολύ παλιά τεχνική με στόχο: Τη θερμομόνωση του κελύφους Τη μείωση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων στην οροφή του κτιρίου μη εντατικού αρδευόμενο αρδευόμενο εκτατικού Κατηγορίες φυτεμένου δώματος Ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες & το είδος της βλάστησης εκτατικού / εντατικού τύπου αρδευόμενο / μη αρδευόμενο Φυτεμένα δώματα & ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων

3 Τυπική διατοµή φυτεµένου δώµατος Τυπική διατομή Συμβατικές στρώσεις Κηπευτικές στρώσεις Συλλογή, αποθήκευση και απορροή πλεονάζοντος νερού Σύγχρονα υλικά με συγκεκριμένες ιδιότητες (απλή & ταχεία τοποθέτηση επι του φορέα) Παραδοσιακά υλικά κοκκώδους μορφής (κατασκευή στρώσης στο εργοτάξιο) «χώμα» φύτευσης φίλτρο Θερμική Θερμικός σύζευξη διαχωρισμός κήπου κήπου και συμβατικής από συμβατική διατομής διατομή αποστραγγιστική στρώση γεωύφασμα στεγανοποιητική στρώση με αντιριζική προστασία στρώση κλίσεων θερμομόνωση γεωύφασμα πλάκα οπλ.σκυροδέματος

4 Ιδιότητες φυτεµένου δώµατος πλεονεκτήματα εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση / ψύξη αύξηση απόδοσης φωτοβολταϊκών ως και 16% κατά τους θερμούς μήνες αύξηση του χρόνου ζωής των στεγανωτικών στρώσεων (>90 έτη!) καταπολέμηση του φαινομένου της αστικής νησίδας αναπλήρωση της έκτασης πρασίνου που απομακρύνει η δόμηση του κτιρίου μείωση της έντασης απορροής όμβριων υδάτων απορρόφηση αέριων ρύπων & σκόνης αξιοποίηση & αισθητική αναβάθμιση, κοινωνικά και ψυχολογικά πλεονεκτήματα (ποιότητα ζωής) μείωση ηχορύπανσης στο αστικό περιβάλλον (κτίριο / εξωτερικό περιβάλλον) φιλοξενία τοπικής χλωρίδας & πανίδας. Φυτεμένα δώματα & ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων

5 Ιδιότητες φυτεµένου δώµατος πλεονεκτήματα εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση / ψύξη αύξηση απόδοσης φωτοβολταϊκών ως και 16% κατά τους θερμούς μήνες αύξηση του χρόνου ζωής των στεγανωτικών στρώσεων (>90 έτη!) καταπολέμηση του φαινομένου της αστικής νησίδας αναπλήρωση της έκτασης πρασίνου που απομακρύνει η δόμηση του κτιρίου μείωση της έντασης απορροής όμβριων υδάτων απορρόφηση αέριων ρύπων & σκόνης αξιοποίηση & αισθητική αναβάθμιση, κοινωνικά και ψυχολογικά πλεονεκτήματα (ποιότητα ζωής) μείωση ηχορύπανσης στο αστικό περιβάλλον (κτίριο / εξωτερικό περιβάλλον) φιλοξενία τοπικής χλωρίδας & πανίδας μειονεκτήματα αρχικό κόστος κατασκευής επιβάρυνση στατικού φορέα * (απο 10kg/m² έως...) συντήρηση * (κυρίως σε αρδευόμενα φ.δ.) αδυναμία απλοποιημένου υπολογισμού ενεργειακής συνεισφοράς * : σε ορισμένους τύπους Φ.Δ.

6 Γερμανία Τουλάχιστον 48 πόλεις παρέχουν σημαντική επιδότηση για την κατασκευή φυτεμένου δώματος 35% των πόλεων έχουν ενσωματώσει τα φυτεμένα δώματα στους οικοδομικούς τους κανονισμούς 14% των επιστεγάσεων στη χώρα Υφιστάμενη έκταση: m² Στουτγάρδη m² Επιδότηση απο το 1986 Υποχρεωτική η κατασκευή φ.δ. ή στέγης (δεν επιτρέπονται τα συμβατικά δώματα) Στόχος: Αποκατάσταση & Προσαρμογή της πόλης στις κλιματικές αλλαγές (τοπικές & σε παγκόσμιο επίπεδο) & επαναφορά φυσικών διεργασιών Ντίσελντοφ m² Απο το 2010, επιδότηση & μείωση τέλους αποχέτευσης κατά 50%

7 Στόχοι επιδότησης / επιβολής κατασκευής: όφελος Κατακράτηση στερεών σωματιδίων / εμπλουτισμός του αέρα Κοινωνικό / Οικονομικό / προστασία υγείας Μείωση κινδύνου από αστικές πλημμύρες / βελτίωση επάρκειας υφιστάμενου δικτύου απορροή όμβριων Κοινωνικό / Οικονομικό / προστασία ζωής και ατυχημάτων Επαναφορά βλάστησης στον αστικό χώρο Κοινωνικό / προστασία υγείας Οικολογικό Εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση / ψύξη Ενεργειακό / Περιβαλλοντικό Μείωση φαινομένου αστικής νησίδας Ενεργειακό / Περιβαλλοντικό / Προστασία υγείας Μείωση επιπτώσεων κλιματικής αλλαγής στις πόλεις Κοινωνικό / Οικονομικό / Ενεργειακό / Περιβαλλοντικό

8 Θερµική ροή στο φυτεµένο δώµα Φυτεμένα δώματα & ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων

9 Θερµική ροή στο φυτεµένο δώµα σκίαση εξωτερικής επιφάνειας διατομής απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας εξατμισοδιαπνοή σε ζώνη χώματος- φυτών παραγωγή ψύξης παρουσία ζώνης ανάσχεσης υπεράνω των συμπαγών στρώσεων διαχωρισμός από θερμό/ψυχρό αέρα ισχυρή θερμική μάζα φυτεμένο δώμα Φυτεμένα δώματα & ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων απόσβεση θερμοκρασιακών διακυμάνσεων & αποθήκευση θερμότητας συμβατικό δώμα

10 Συγκριτική ανάλυση φυτεµένου και συµβατικού δώµατος Καταγραφή θερμοκρασιών σε στρώσεις Τ amb Ερευνητικό πρόγραμμα: «Μελέτη της συμβολής των φυτεμένων δωμάτων στην ενεργειακή συμπεριφορά των κτιρίων και στη βελτίωση της ποιότητας ζωής στα μεγάλα αστικά κέντρα» Τ ae Τ f Τ ie Τ a

11 Τυπική διακύµανση θερµοκρασίας στο φυτεµένο δώµα (θερµή περίοδος) Οι κηπευτικές στρώσεις εμφανίζουν τις απολύτως χαμηλότερες θερμοκρασίες Οι κηπευτικές στρώσεις εμφανίζουν σημαντική θερμική αδράνεια Κατά τις θερμότερες ώρες, το χώμα εμφανίζεται κατά 7 C ψυχρότερο του ατμοσφαιρικού αέρα Η θερμοκρασία στο άνω μέρος της συμβατικής διατομής είναι πρακτικά σταθερή θερμοκρασίες στρώσεων φυτεμένου δώματος την τυπική θερινή ημέρα

12 Τυπική διακύµανση θερµοκρασίας στο φυτεµένο δώµα (θερµή περίοδος) Η επιφάνεια του χώματος παραμένει ψυχρότερη του ατμοσφαιρικού αέρα σε όλο το 24ωρο Η μέση μέγιστη θερμοκρασιακή διαφορά στην εξωτερική επιφάνεια μεταξύ ενός συμβατικού & ενός φυτεμένου δώματος φτάνει τους 32 C (απόλυτη μετρούμενη διαφορά:>40 C) θερμοκρασίες εξωτερικής επιφάνειας σε συμβατικό & φυτεμένο δώμα την τυπική θερινή ημέρα 32 C 3 C

13 Τυπική µέση ηµερήσια θερµοκρασία σε χαρακτηριστικές θέσεις (θερµή περίοδος) Η μέση ημερήσια θερμοκρασία των κηπευτικών στρώσεων είναι μικρότερη της ατμοσφαιρικής Συνολικά, σε μη ψυχωμένο χώρο, οι θερμοκρασίες διατομής βρίσκονται γύρω από την ατμοσφαιρική (οι συμβατικές στρώσεις εμφανίζονται θερμές λόγω θερμική αποφόρτισης του υποκάτω χώρου) Στο συμβατικό δώμα, το σύνολο των θερμοκρασιών είναι πάντα σημαντικά υψηλότερο της ατμοσφαιρικής Η οροφή όχι μόνο παύει να επιβαρύνει θερμικά το χώρο αλλά τον αποφορτίζει (φυσική ψύξη) Ακόμη και σε ήδη θερμομονωμένη οροφή, προκύπτει σημαντική εξοικονόμηση για ψύξη (έως 60%) Το φυτ.δώμα για τις ελληνικές κλιματικές συνθήκες, αποτελεί τεχνική φυσικού δροσισμού κτιρίων Μη ψυχωμένος χώρος με ηλιακά κέρδη

14 Επίδραση του τύπου φυτεµένου δώµατος στη θερµική ροή Τα υψηλών απαιτήσεων φύτευσης Φ.Δ. (εντατικός τύπος) εμφανίζουν μεγάλη θερμική αδράνεια αυξημένη και πιο σταθερή ικανότητα φυσικού δροσισμού 80 Θερμική ροή απο το δώμα Ημερήσια ανηγμένη θερμική ροή (Wh/m²) Ημιεντατικου Εκτατικού Εντατικου ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ

15 Χειµερινή περίοδος :Τυπική διακύµανση στη θέση της στεγάνωσης Η μέση ημερήσια τιμή της θερμοκρασίας στη στεγάνωση είναι παραπλήσια στο συμβατικό & στο φυτεμένο δώμα Το φυτεμένο δώμα παρουσιάζει σημαντική θερμική αδράνεια (θερμοχωρητικότητα κηπευτικών στρώσεων) Σε ήδη θερμομονωμένες οροφές, το φυτεμένο δώμα δεν έχει αξιόλογη θερμομονωτική δράση Υπάρχει σημαντική προστασία των στεγανωτικών στρώσεων από θερμοκρασιακή καταπόνηση θερμοκρασίες στεγανωτικής στρώσης την τυπική χειμερινή ημέρα

16 Θερµική ροή στο φυτεµένο δώµα Η παρουσία βλάστησης μεταβάλλει τη θερμική συμπεριφορά του δώματος ανάλογα με το κλίμα Παρατεταμένα θερμό κλίμα: Μείωση θερμοκρασίας αέρα χώματος για προστασία φυτού απο υπερθέρμανση (λειτουργία φυσικού δροσισμού - οχι θερμομονωτικής προστασίας) Παρατεταμένα ψυχρό κλίμα: Αύξηση θερμοκρασίας υποστρώματος για αποφυγή παγοπληξίας ριζών (λειτουργία παραπλήσια της θερμομονωτικής προστασίας)

17 Συµπερασµατικά Στις τυπικές κλιματικές συνθήκες της Ελλάδας, η βλάστηση έχει ισχυρότερη θετική επίδραση κατά τη θερμή περίοδο του έτους (εξοικονόμηση για ψύξη έως 60% με παράλληλη σημαντική αναβάθμιση θερμικής άνεσης στο χώρο) Η θερμική επίδραση είναι ανάλογη: της πυκνότητας βλάστησης: του πάχους των κηπευτικών στρώσεων της άρδευσης του είδους της στρώσης αποστράγγισης Στο πεδίο του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων, το φυτεμένο δώμα αποτελεί μια σημαντική τεχνική για δραστική μείωση του φορτίου ψύξης και για τη βελτίωση των εσωκλιματικών συνθηκών

18 Συμπερασματικά Στο πεδίο του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων, το φυτεμένο δώμα αποτελεί μια σημαντική τεχνική για δραστική μείωση του φορτίου ψύξης και για τη βελτίωση των εσωκλιματικών συνθηκών Συγκρινόμενη με «ανταγωνιστικές» τεχνικές, τα πλεονεκτήματα υπερβαίνουν κατά πολύ το πεδίο του ενεργειακού σχεδιασμού κτιρίων......και συνθέτουν μια από τις ελάχιστες λύσεις συνολικής αντιμετώπισης των προβλημάτων του σύγχρονου αστικού περιβάλλοντος Φυτεμένα δώματα & ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων

19