Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός των κτιρίων

Του Θεόδωρου Κ. Παπαϊωάννου, Πολιτικού Μηχανικού

Βιοκλιματικός σχεδιασμός ε­νός κτιρίου είναι ο σχεδια­σμός ο οποίος λαμβάνοντας υπόψη το κλίμα κάθε περιο­χής, στοχεύει στην εξασφά­λιση των απαραίτητων εσωκλιματικών συνθηκών (θερμική και οπτική άνεση, ποιότητα αέρα) με την ελάχιστη δυνα­τή κατανάλωση ενέργειας, αξιοποιώ­ντας τις διαθέσιμες περιβαλλοντικές πηγές (ήλιο, αέρα - άνεμο, νερό, έδα­φος). Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός συνει­σφέρει στην εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση, την ψύξη και το φωτι­σμό των κτιρίων. Τεχνικές του βιοκλιματικού σχεδιασμού αποτελούν: η θερμική προστασία του κελύ­φους,«παθητικά ηλιακά συστήματα θέρ­μανσης, παθητικά συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού, συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού καθώς και ορισμένες τεχνικές ορ­θολογικής χρήσης ενέργειας (θερ­μικές ζώνες, αποθήκευση θερμό­τητας στα δομικά στοιχεία του κτι­ρίου) . Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός ενός κτιρίου συνεπάγεται τη συνύπαρξη και συνδυασμένη λειτουργία όλων των συ­στημάτων, ώστε να προκύπτουν θερμι­κά και οπτικά οφέλη καθ' όλη τη διάρ­κεια του έτους. Στην Ελλάδα τα βιοκλιματικά κτί­ρια, όπως προκύπτει από μετρήσεις, ε­νεργειακές καταγραφές και προσομοι­ώσεις, παρουσιάζουν εξοικονόμηση ε­νέργειας της τάξης του 30% σε σχέση με συνήθη συμβατικά κτίρια, ενώ σε σχέση με παλαιότερα αμόνωτα κτίρια η αντίστοιχη εξοικονόμηση ενέργειας ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 80%. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός - αν και είναι ενσωματωμένος στην αρχιτε­κτονική που χαρακτηρίζει κάθε τόπο σε ολόκληρη τη γη - θεωρείται από πολλούς ως μία νέα "θεώρηση" στην αρχιτεκτονική και σχετίζεται με την οι­κολογία περισσότερο, παρά με την ε­νέργεια και την εξοικονόμηση που δύ­ναται να επιφέρει.
Παρά ταύτα, η βιοκλιματική αρχιτε­κτονική έχει αποτελέσει τις τελευταίες δεκαετίες βασική προσέγγιση στην κα­τασκευή κτιρίων παγκοσμίως, ενώ στα περισσότερα κράτη πλέον αποτελεί βασικό κριτήριο σχεδιασμού μικρών και μεγάλων κτιρίων το οποίο λαμβάνε­ται υπόψη από όλους τους μελετητές αρχιτέκτονες και μηχανικούς. Κι αυτό, λόγω των χαμηλότερων απαιτήσεων ε­νέργειας για την θέρμανση, τον δροσισμό και τον φωτισμό των κτιρίων που προκύπτουν από την πρακτική της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής και πολλα­πλά οφέλη που την συνεπάγουν: ενερ­γειακά ( εξοικονόμηση και θερμική/ο­πτική άνεση), οικονομικά (μείωση κό­στους ηλεκτρομηχανολογικών εγκα­ταστάσεων) , περιβαλλοντικά (μείωση ρύπων) και κοινωνικά.
Ειδικότερα, το ενεργειακό όφελος που προκύπτει από την εφαρμογή του βιοκλιματικού σχεδιασμού αποδίδεται με τους παρακάτω τρόπους: εξοικονόμηση ενέργειας από την σημαντική μείωση απωλειών λόγω της βελτιωμένης προστασίας του κελύφους και συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων, παραγωγή θερμικής ενέργειας(θερμότητας) μέσω των ηλιακών συστημάτων άμεσου η έμμεσου κέρδους με συμβολή στις θερμικές ανάγκες των χώρων προσάρτησης και μερική κάλυψη των απαιτήσεων θέρμανσης του κτιρίου, δημιουργία συνθηκών θερμικής ά­νεσης και μείωση των απαιτήσεων όσον αφορά στη ρύθμιση θερμο­στάτη (σε χαμηλότερες θερμοκρα­σίες τον χειμώνα και υψηλότερες το καλοκαίρι),διατήρηση της θερμοκρασίας εσω­τερικού αέρα σε επίπεδα υψηλά τον χειμώνα (και αντίστοιχα χαμη­λά το καλοκαίρι), με αποτέλεσμα την μείωση του φορτίου για την κά­λυψη των ενεργειακών απαιτήσεων από τα επικουρικά συστήματα κα­τά την χρήση του κτιρίου. Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργει­ας και των περιβαλλοντικών πηγών, γε­νικότερα, όπως προκύπτει από το βιοκλιματικό σχεδιασμό, επιτυγχάνεται στα πλαίσια της συνολικής θερμικής λειτουργίας του κτιρίου και της σχέ­σης κτιρίου - περιβάλλοντος.
Η δε θερ­μική λειτουργία ενός κτιρίου αποτελεί μία δυναμική κατάσταση, η οποία: εξαρτάται από τις τοπικές κλιματι­κές και περιβαλλοντικές παραμέ­τρους (την ηλιοφάνεια, τη θερμο­κρασία εξωτερικού αέρα, τη σχετι­κή υγρασία, τον άνεμο, τη βλάστη­ση, το σκιασμό από άλλα κτίρια),αλλά και τις συνθήκες χρήσης του κτιρίου (κατοικία, γραφεία, νοσο­κομεία κλπ.) και βασίζεται στην αντίστοιχη ενεργει­ακή συμπεριφορά των δομικών του στοιχείων και (κατ' επέκταση) των ενσωματωμένων παθητικών ηλια­κών συστημάτων, αλλά και το ενερ­γειακό προφίλ που προκύπτει από την λειτουργία του κτιρίου.
Η απόδοση του βιοκλιματικού σχε­διασμού εξαρτάται από πολλές παρα­μέτρους, γεγονός που τον καθιστά "ευαίσθητο" σε εξωγενείς και μη-τεχνικούς παράγοντες. Για τον λόγο αυτό, βασικά κριτήρια για την εφαρμογή του βιοκλιματικού σχεδιασμού πρέπει να είναι: η απλότητα χρήσης των εφαρμο­γών και η αποφυγή πολύπλοκων παθητικών συστημάτων και τεχνι­κών, η μικρή συμβολή του χρήστη του κτιρίου στη λειτουργία των συστη­μάτων, η χρήση ευρέως εφαρμοσμένων συστημάτων, η χρήση τεχνικοοικονομικά απο­δοτικών ενεργειακών τεχνολογιών.
Ο βαθμός στον οποίον ο βιοκλιματικός σχεδιασμός σήμερα αξιοποιεί το τοπικό κλίμα ποικίλει, γεγονός που πα­ρέχει μία ευελιξία ως προς τους τρό­πους αρχιτεκτονικής έκφρασης και δυ­νατοτήτων εφαρμογής μέσα από πολύ απλές τεχνικές και επεμβάσεις έως και πολύπλοκα παθητικά ηλιακά συστήμα­τα. Είναι δε ενσωματωμένος στην αρχι­τεκτονική των περισσότερων διακεκρι­μένων αρχιτεκτόνων και μελετητών διεθνώς - με έργα παραδείγματα (ή και πειραματισμούς) που αποτελούν πρότυπες εφαρμογές βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής από τις οποίες όχι μό­νον μαθαίνουμε σήμερα, αλλά και απο­δεικνύουν τα πολλαπλά οφέλη που προκύπτουν από την συμβίωση με το περιβάλλον και το κλίμα.
Βασικές αρχές του βιοκλιματισμού : Θερμική προστασία των κτιρίων τόσο το χειμώνα, όσο και το καλο­καίρι με τη χρήση κατάλληλων τε­χνικών που εφαρμόζονται στο εξω­τερικό κέλυφος των κτιρίων, ιδιαί­τερα με την κατάλληλη θερμομό­νωση και αεροστεγάνωση του κτιρίου και των ανοιγμάτων του. Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση των κτιρίων τη χει­μερινή περίοδο και για φυσικό φω­τισμό όλο το χρόνο. Αυτό επιτυγ­χάνεται με τον προσανατολισμό των χώρων και ιδιαίτερα των ανοιγ­μάτων (ο νότιος προσανατολισμός είναι ο καταλληλότερος) και την διαρρύθμιση των εσωτερικών χώ­ρων ανάλογα με τις θερμικές τους ανάγκες και με τα παθητικά ηλιακά συστήματα που συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και αποτελούν" φυσικά" συστήματα θέρμανσης, αλλά και φωτισμού. Προστασία των κτιρίων από τον καλοκαιρινό ήλιο, κυρίως μέσω της σκίασης, αλλά και της κατάλληλης κατασκευής του κελύφους.Απομάκρυνση της θερμότητας που το καλοκαίρι συσσωρεύεται μέσα στο κτίριο με φυσικό τρόπο προς το εξωτερικό περιβάλλον με συστήματα και τεχνικές παθητικού δροσισμού, όπως ο φυσικός αερισμός τις νυχτερινές ώρες. Εξασφάλιση επαρκούς φυσικού φωτισμού και ελέγχου της φωτεινής ακτινοβολίας ώστε να υπάρχει επάρκεια και ομαλή κατανομή του φωτός μέσα στους χώρους. Βελτίωση του κλίματος έξω και γύρω από τα κτίρια, με τον βιοκλιματικό σχεδιασμό των εξωτερικών χώρων και, εν γένει, του δομημένου περιβάλλοντος, ακολουθώντας όλες τις παραπάνω αρχές.