Μελέτη φαινομένου θερμικής νησίδας, επίδραση στην ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννόπουλος, Αθανάσιος
• Άλλοι συγγραφείς: Giannopoulos, Athanasios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Αστική Θερμική Νησίδα (ΑΘΝ); Κ.Θ.Κ.; K.EN.A.K.; Ενεργειακή εξομοίωση; Πάτρα; Θερμοκρασίες αέρα περιβάλλοντος; Παράκτια πόλη; Μικροκλίμα; Βαθμοημέρες ψύξης (CDD); Βαθμοώρες ψύξης (CDH); Βαθμοημέρες θέρμανσης (HDD); Βαθμοώρες θέρμανσης (HDH); Urban Heat Island (UHI); Energy simulation; Patras; Air temperatures; Coastal town; Microclimate; Cooling Degree Days (CDD); Cooling Degree Hours (CDH); Heating Degree Days (HDD); Heating Degree Hours (HDH)

Η αστική θερμική νησίδα (ΑΘΝ) είναι ίσως το πιο γνωστό αποτέλεσμα της επέμβασης του ανθρώπου στο κλίμα. Το φαινόμενο παρουσιάζεται όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μέσα σε πυκνές αστικές περιοχές είναι μεγαλύτερη από αυτήν των περιχώρων τους. Έχει επίδραση στην κατανάλωση ενέργειας (ψηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια του χειμώνα και την αυξάνουν το καλοκαίρι), εμφανίζεται σε κάθε μικρή ή μεγάλη πόλη και είναι η πιο έντονη ένδειξη της αστικοποίησης και της κλιματικής αλλαγής. Εκτός από τις οικονομικές επιπτώσεις, η ύπαρξη της ΑΘΝ προσδιορίζει τη θερμική άνεση των κατοίκων στις πόλεις, έχει επίδραση στην υγεία τους, στην εργασία τους και στις δραστηριότητες κατά τον ελεύθερο χρόνο τους. Οι βασικοί σκοποί της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: α) η μελέτη του φαινομένου της ΑΘΝ στην πόλη της Πάτρας, β) η επίδρασή του στις ενεργειακές καταναλώσεις κτιρίων και γ) η εκτίμηση της ενεργειακής εξοικονόμησης που επιτυγχάνεται μετά από την εφαρμογή του νέου Κανονισμού ΕΝεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.ΕΝ.Α.Κ.), σε αντικατάσταση του παλαιότερου Κανονισμού Θερμομόνωσης Κτιρίων (Κ.Θ.Κ.) Για τον σκοπό αυτό εγκαταστάθηκαν καταγραφικές συσκευές σε επιλεγμένες θέσεις στην πόλη και σε μια εξοχική περιοχή, που κατέγραφαν τις θερμοκρασίες του αέρα περιβάλλοντος σε ωριαία βάση, για το χρονικό διάστημα από 1/1/2018 έως 31/12/2018. Από τις καταγεγραμμένες θερμοκρασίες υπολογίστηκαν οι βαθμοημέρες θέρμανσης (HDD) και οι βαθμοημέρες ψύξης (CDD) καθώς και οι βαθμοώρες θέρμανσης (HDH) και οι βαθμοώρες ψύξης (CDH) για κάθε θέση. Χρησιμοποιώντας τα λογισμικά ENERGY PLUS και DESIGN BUILDER πραγματοποιήθηκαν εξομοιώσεις για τυπικό κτίριο θεωρώντας ότι είναι κατασκευασμένο σύμφωνα με τον Κανονισμό Θερμομόνωσης Κτιρίων (Κ.Θ.Κ), ως πρώτη περίπτωση και με τον Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίου (Κ.ΕΝ.Α.Κ.), όπως τροποποιήθηκε το 2017, ως δεύτερη περίπτωση. Το κτίριο θεωρήθηκε ότι αποτελεί (α) τριώροφη πολυκατοικία και (β) μονώροφο ισόγειο κτίριο επί εδάφους. Για καθεμία από τις περιπτώσεις κτιρίων εξετάστηκαν οι ακόλουθες χρήσεις: (α1) τριώροφη πολυκατοικία κατοικιών, (α2) τριώροφη πολυκατοικία με κατάστημα στο ισόγειο και γραφεία στους δύο ορόφους, (α3) τριώροφη πολυκατοικία μικτής χρήσης με κατάστημα στο ισόγειο και κατοικίες στους δύο ορόφους, (β1) ισόγειο κατάστημα και (β2) ισόγεια κατοικία. Όλες οι παραπάνω περιπτώσεις καλύπτουν σε μεγάλο βαθμό το σύνολο των κτιριακών χρήσεων στην περιοχή της Πάτρας. Για την ανάλυση της ΑΘΝ της πόλης της Πάτρας, θεωρήθηκαν οι μήνες Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος και Σεπτέμβριος. Πραγματοποιήθηκε επεξεργασία των μετρήσεων για τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του αέρα περιβάλλοντος σε διαφορετικές χρονικές περιόδους του ημερήσιου 24ώρου κύκλου. Πιο αναλυτικά, εξετάστηκαν οι ακόλουθες κατανομές της θερμοκρασίας του αέρα α) μέσες μηνιαίες των μέσων ημερήσιων θερμοκρασιών (Τμέσο, 24) (ολόκληρου του 24ωρου), β) οι μέσες μηνιαίες ημέρας (07:00÷21:00) (Τμέσο, ημερ.) και νύκτας (22:00 – 06:00) (Τμέσο, νύκτα), γ) οι μέσες μηνιαίες μέγιστες (Τμέσο, μεγ.) και ελάχιστες (Τμέσο, ελαχ.). Εξήχθησαν οι αντίστοιχες χωρικές κατανομές των θερμοκρασιών και τα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι τα ακόλουθα: - Εξετάζοντας τις μέσες θερμοκρασίες του αέρα περιβάλλοντος του 24ωρου ανά μήνα, εξάγεται ότι δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ του κέντρου και των περιοχών πέριξ αυτού και για τους τέσσερις μήνες. - Η περιοχή πέριξ του κέντρου παρουσιάζει ελαφρά υψηλότερες μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες ημέρας (Τμέσο, ημέρ.) (07:00÷21:00) από αυτές του κέντρου και για τους τέσσερις μήνες. - Εξετάζοντας τις μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες (Τμέσο, νύκτα) για τις νυκτερινές ώρες (22:00 – 06:00), παρατηρείται ότι η περιοχή πέριξ του κέντρου της πόλης παρουσιάζει ελαφρά χαμηλότερες θερμοκρασίες από το κέντρο. - Εξετάζοντας τις μέσες ελάχιστες μηνιαίες θερμοκρασίες (Τμέσο, ελάχ.), η περιοχή πέριξ του κέντρου παρουσιάζει ελαφρά χαμηλότερες θερμοκρασίες συγκριτικά με το κέντρο. - Εξετάζοντας τις μέσες μέγιστες μηνιαίες θερμοκρασίες του αέρα περιβάλλοντος (Τμέσο,μέγ.) στην περιοχή πέριξ του κέντρου παρατηρείται μια μικρή τάση να αναπτυχθούν ελαφρά μεγαλύτερες θερμοκρασίες για όλους τους μήνες εκτός του Ιουνίου. - Η μέση μέγιστη ένταση (για όλους τους αστικούς σταθμούς) λαμβάνει την τιμή των 6°C. - Η ΑΘΝ στην Πάτρα μπορεί να χαρακτηριστεί ως μη έντονη. - Οι εγκάρσιες οδοί προς τη θάλασσα παρουσιάζουν χαμηλότερες ελάχιστες, μέγιστες και νυκτερινές θερμοκρασίες από τις διαμήκεις και για τους τέσσερις μήνες - Ως αποτέλεσμα του φαινομένου της ΑΘΝ, οι βαθμοημέρες θέρμανσης και ψύξης στην πόλη είναι κατά 19,20% λιγότερες και 9% περισσότερες από αυτές της εξοχικής περιοχής, αντίστοιχα. - Η ενέργεια που απαιτείται για ψύξη στην εξοχική περιοχή είναι μικρότερη από αυτήν που απαιτείται στην αστική, σε ποσοστό που κυμαίνεται από ~5% έως 7,55%. Η μείωση παρατηρείται και όταν τα κτίρια έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Κ.Θ.Κ. και όταν έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Κ.ΕΝ.Α.Κ. - Η εφαρμογή του Κ.ΕΝ.Α.Κ. σε αντικατάσταση του Κ.Θ.Κ. οδηγεί σε μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας για ψύξη σε όλους τους συνδυασμούς χρήσης κτιρίων και είναι μεγαλύτερη όταν χρησιμοποιούνται ως κατοικίες. Η μείωση κυμαίνεται από 19,73% έως 3,73% στην αστική περιοχή και από 19,66% έως 2,75% στην εξοχική περιοχή. - Η εφαρμογή του Κ.ΕΝ.Α.Κ. σε αντικατάσταση του Κ.Θ.Κ. οδηγεί σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση σε όλους τους συνδυασμούς χρήσεων κτιρίου και είναι μεγαλύτερη για μη οικιστικές χρήσεις. Η μείωση κυμαίνεται από 54,90% έως 28,29% στην αστική περιοχή και από 47,97% έως 30,37% στην εξοχική περιοχή.