| Περίληψη: | Η αλόγιστη εκμετάλλευση των ενεργειακών πηγών του πλανήτη έχει οδηγήσει στις μέρες μας σε μια ανεξέλεγκτη μορφή της κλιματικής αλλαγής, με αρνητικότατες επιπτώσεις τόσο για τον άνθρωπο όσο και για το περιβάλλον. Στην προσπάθεια ανάσχεσης αυτής της κατάστασης, η εξοικονόμηση ενέργειας τόσο στον κτιριακό τομέα όσο και σε άλλους τομείς δραστηριότητας (βιομηχανία, μεταφορές κλπ.) αποτελεί στόχο πρώτιστης σημασίας και απαραίτητο συστατικό κάθε σύγχρονης ενεργειακής πολιτικής. Δεδομένου ότι ο κτιριακός τομέας καταναλώνει το 40% της απαιτούμενης ενέργειας σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, η Ευρωπαϊκή Ένωση καταβάλει σημαντικές προσπάθειες προκειμένου να μειώσει σημαντικά αυτά τα επίπεδα κατανάλωσης. Στα πλαίσια αυτά εξάλλου έχουν εκδοθεί μια σειρά από Κοινοτικές Οδηγίες (91/2002, 32/2006, 31/2010) για τον έλεγχο και βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Στις οδηγίες αυτές δίνονται γενικές κατευθύνσεις στα κράτη – μέλη και προδιαγράφονται οι διαδικασίες για την έκδοση πιστοποιητικών ενεργειακής αποδοτικότητας των κτιρίων, τον καθορισμό των ελάχιστων ενεργειακών απαιτήσεων για τα νέα κτήρια κλπ.
Στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια γίνεται μια προσπάθεια βελτίωσης της κατάστασης σε ζητήματα ενεργειακής πολιτικής και σχεδιασμού, με κεντρικούς άξονες την εξοικονόμηση ενέργειας καθώς και η χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που αποδεδειγμένα έχουν σημαντικά οφέλη για το περιβάλλον, την κοινωνία αλλά και την οικονομία. Η πρώτη προσπάθεια έγινε με τους Νόμους 3661/2008 και 3851/2010 και έλαβε μια πιο ολοκληρωμένη μορφή με την έκδοση του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.Εν.Α.Κ - Φ.Ε.Κ. 407/9.4.2010).
Είναι χαρακτηριστικό ότι στα πλαίσια των προσπαθειών εξοικονόμησης στον κτιριακό τομέα, έχουν ενσωματωθεί διατάξεις σχετικές με τις προδιαγραφές Κτιρίων Μηδενικής Ενεργειακής Κατανάλωσης τόσο στις αντίστοιχες κοινοτικές οδηγίες όσο και στην ελληνική νομοθεσία (Κ.Ο 31/2010 και Ν. 3851/2010). Οι διατάξεις αυτές προβλέπουν την κατασκευή όλων των νέων κτιρίων το αργότερο μέχρι το 2021 με προδιαγραφές μηδενικής κατανάλωσης. Ειδικότερα για τα δημόσια νεοαναγειρόμενα κτίρια ο χρονικός ορίζοντας είναι ακόμα μικρότερος.
Στα πλαίσια αυτά, στην παρούσα εργασία εξετάζεται η δυνατότητα ενσωμάτωσης δύο διαφορετικών συστημάτων αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας σε ένα κτίριο κατοικίας στην περιοχή της Πάτρας, προκειμένου να επιτευχθεί η ενεργειακή αυτονόμησή του και κατ’ επέκταση η κατάταξή του στην κατηγορία Κτιρίων Μηδενικής Ενεργειακής Κατανάλωσης. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκε η ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών αλλά και υβριδικών φωτοβολταϊκών – θερμικών συλλεκτών. Η εξέταση των συστημάτων αυτών έναντι άλλων τεχνολογιών Α.Π.Ε. προτιμήθηκε λόγω της ευκολότερης ενσωμάτωσής τους σε κτιριακές υποδομές αλλά και της μεγαλύτερης εξοικείωσης που συνήθως έχουν οι χρήστες των κτιρίων τόσο με φωτοβολταϊκά όσο και με ηλιακά – θερμικά συστήματα.
Η μοντελοποίηση της λειτουργίας των δύο συστημάτων έγινε με τη βοήθεια του προγραμματιστικού περιβάλλοντος Matlab, λαμβάνοντας υπόψη τη σχετική βιβλιογραφία αλλά και δεδομένα διαθέσιμα από κατασκευαστές σχετικού εξοπλισμού. Αναπτύχθηκε κώδικας διαφορετικής μορφής για τη μοντελοποίηση των δύο τεχνολογιών, λόγω των διαφορετικών μαθηματικών εξισώσεων που διέπουν τη λειτουργία καθενός από τα προτεινόμενα συστήματα. Η μοντελοποίηση έγινε για τέσσερις αντιπροσωπευτικούς μήνες του έτους (Ιανουάριο, Απρίλιο, Ιούλιο και Οκτώβριο) και ακολούθως πραγματοποιήθηκε αναγωγή των αποτελεσμάτων σε ετήσια βάση προκειμένου να υπολογιστεί η ενεργειακή συνεισφορά κάθε συστήματος ξεχωριστά και να γίνει η κατάλληλη διαστασιολόγηση αυτού ώστε να εξασφαλιστεί η ενεργειακή αυτονομία του υπό εξέταση κτιρίου.
Για τη διεξαγωγή των υπολογισμών θεωρήθηκε κτίριο μονοκατοικίας στην περιοχή της Πάτρας με θερμομονωτική προστασία των δομικών στοιχείων του τέτοια ώστε να καλύπτει τις απαιτήσεις και προδιαγραφές του ΚΕΝΑΚ. Στη συνέχεια, με χρήση λογισμικού κατάλληλου για τη διεξαγωγή ενεργειακών επιθεωρήσεων και μελετών, έγινε υπολογισμός των πραγματικών ενεργειακών αναγκών του κτιρίου για κάθε τελική χρήση (θέρμανση, ψύξη και ΖΝΧ). Για τις τελικές συνολικές ετήσιες ενεργειακές ανάγκες έγινε μια σχετική προσαύξηση των υπολογιζόμενων ποσοτήτων, έτσι ώστε να συμπεριληφθεί η επίδραση και των ηλεκτρικών καταναλώσεων (φωτισμός, συσκευές κλπ.) που δε λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς με βάση τη μεθοδολογία του ΚΕΝΑΚ.
Τα απαιτούμενα για τη διαδικασία κλιματικά δεδομένα (ένταση ηλιακής ακτινοβολίας και θερμοκρασία περιβάλλοντος) ελήφθησαν από το διαδικτυακό τόπο PVGIS, απ’ όπου είναι δυνατή η άντληση τέτοιων πληροφοριών με βήμα 15 λεπτών της ώρας. Για το λόγο αυτό και κατά το σύνολο της υπολογιστικής διαδικασίας ακολουθήθηκε το ίδιο χρονικό βήμα. Στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών συλλεκτών απαιτήθηκαν δεδομένα σε σχέση με την ονομαστική απόδοση αλλά και τη συσχέτιση της ισχύος εξόδου με τη θερμοκρασία του συλλέκτη. Για τον υβριδικό συλλέκτη χρειάστηκε να αναζητηθούν επιπλέον και δεδομένα της θερμικής του απόδοσης συναρτήσει της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας και της ροής του νερού μέσα από αυτόν. Το σύνολο των στοιχείων αυτών αντλήθηκε από τα τεχνικά φυλλάδια κατασκευαστών, τα οποία παρατίθενται για λόγους ευκολίας και στο Παράρτημα Α του παρόντος.
Με βάση τις υπολογιζόμενες ενεργειακές ανάγκες της κατοικίας, στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών συλλεκτών υπολογίστηκε η ετήσια ηλεκτρική παραγωγή συστοιχιών διαφορετικού μεγέθους ώστε να προσδιοριστεί το συνολικό μέγεθος της συστοιχίας που απαιτείται για την αυτονόμηση του κτιρίου. Αντίστοιχα, στην περίπτωση των υβριδικών φωτοβολταϊκών – θερμικών συλλεκτών διερευνήθηκε η ηλεκτρική και θερμική παραγωγή διαφορετικού αριθμού εν σειρά συνδεδεμένων υδραυλικά συλλεκτών. Ακολούθως, επιλέχθηκε ο κατάλληλος συνδυασμός παράλληλων κλάδων, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η ενεργειακή αυτονομία με τον μικρότερο δυνατό αριθμό υβριδικών συλλεκτών.
Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής διαδικασίας έδειξαν ότι ενώ στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών συλλεκτών η απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας είναι ανεξάρτητη του συνολικού αριθμού των συλλεκτών, για τους υβριδικούς συλλέκτες τόσο η ηλεκτρική όσο και η θερμική απόδοση ανά m2 βαίνουν μειούμενες με την αύξηση του συνολικού αριθμού των εν σειρά συνδεδεμένων συλλεκτών. Επιπλέον, η αυτονόμηση του υπό εξέταση κτιρίου κατοικίας είναι δυνατή με μικρότερο αριθμό υβριδικών συλλεκτών, λόγω της επιπλέον θερμικής ενέργειας που είναι διαθέσιμη στην περίπτωση αυτή. Το κόστος κάθε προτεινόμενης λύσης, με βάση το κόστος ανά συλλέκτη όπως προέκυψε από διαδικτυακή αναζήτηση, είναι σημαντικά μεγαλύτερο για το υβριδικό σύστημα, παρά το μικρότερο συνολικά αριθμό συλλεκτών που απαιτείται. Δεδομένου όμως ότι στην περίπτωση του φωτοβολταϊκού συστήματος απαιτείται η ύπαρξη και επιπλέον συστήματος για τη θέρμανση και την παραγωγή ΖΝΧ (για τους σκοπούς της παρούσας εργασίας θεωρήθηκε κεντρική αντλία θερμότητας αέρα - νερού) το τελικό κόστος των δύο προτεινόμενων λύσεων είναι παρεμφερές.
|
|---|
