Η συνεχώς αυξανόμενη ενεργειακή κατανάλωση που παρατηρείται στις μέρες μας, επιφέρει δυσμενείς περιβαλλοντικές, οικονομικές και κοινωνικές επιπτώσεις, συμβάλλοντας στην εξάντληση των φυσικών πόρων, στην αύξηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, στην υποβάθμιση της ποιότητας του περιβάλλοντος αλλά και της ζωής εν γένει. Η εξοικονόμηση ενέργειας δύναται να συνεισφέρει στην αντιμετώπιση αυτών των δυσμενών επιπτώσεων, επιτυγχάνοντας οικονομικά, κοινωνικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Ταυτόχρονα συνεισφέρει αποτελεσματικά στην αντιμετώπιση των ενεργειακών αναγκών της σύγχρονης κοινωνίας.
Μεγάλο ποσοστό της ενέργειας που παράγεται, καταναλώνεται από τον κτηριακό τομέα. Η μείωση κατανάλωσης κτηριακής ενέργειας δύναται να έχει πολλαπλά οφέλη, όπως οικονομικά (μείωση λειτουργικών εξόδων), κοινωνικά (βελτίωση της άνεσης των χρηστών), περιβαλλοντικά (μείωση των εκπομπών ρύπων και κατανάλωσης φυσικών πόρων).
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της ενεργειακής συμπεριφοράς ενός νεόδμητου κτηρίου και η παραμετρική ανάλυση των στρατηγικών βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης του, με στόχο το κτήριο σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας. Το νεόδμητο κτήριο που επιλέχτηκε ως θεωρητική μελέτη περίπτωσης είναι μονοκατοικία με υπόγειο που εδράζεται στο Γαλάτσι Αττικής.
Αρχικά παρουσιάζονται οι ενεργειακές απαιτήσεις και η κατανάλωση ενέργειας των κτηρίων στην Ελλάδα, καθώς και η επίδραση του περιβάλλοντος και των κλιματολογικών στοιχείων σε αυτά. Γίνεται μία σύντομη αναφορά στο νομοθετικό πλαίσιο που επικρατεί στην Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Παράλληλα αναλύεται η μεθοδολογία εύρεσης της ενεργειακής απόδοσης των κτηρίων παρουσιάζοντας τεχνικές, εφαρμογές και το λογισμικό από το Τ.Ε.Ε. Κ.Εν.Α.Κ που χρησιμοποιείται για τον σκοπό αυτό.
Ακολουθεί η θεωρητική μελέτη περίπτωσης του νεόδμητου κτηρίου στο Γαλάτσι. Περιγράφονται αναλυτικά τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά, τα αδιαφανή δομικά στοιχεία, οι διαφανείς επιφάνειες, τα ανοίγματα και οι σκιάσεις του κτηρίου. Γίνεται αναφορά στο άμεσο περιβάλλον του κτηρίου και στα κλιματολογικά στοιχεία της περιοχής. Υπολογίζονται οι συντελεστές θερμοπερατότητας U και σκίασης του κτηρίου. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την εισαγωγή των δεδομένων του κτηρίου στο λογισμικό του Τ.Ε.Ε. Κ.Εν.Α.Κ. και την εύρεση της ενεργειακής απόδοσης του. Μέσω του λογισμικού λαμβάνονται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, ήτοι η ενεργειακή απόδοση του κτηρίου, η πρωτογενής ενέργεια ανά τελική χρήση, οι ενεργειακές απαιτήσεις και καταναλώσεις, η κατανάλωση καυσίμων και οι εκπομπές CO2 ανά έτος.
Ακολούθως προτείνονται στρατηγικές βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης του κτηρίου, μέσω συγκεκριμένων επεμβάσεων στο κέλυφος του και λαμβάνει χώρα η παραμετρική ανάλυση αυτών. Οι επεμβάσεις που εξετάζονται περιλαμβάνουν τροποποιήσεις στα κουφώματα, στις τοιχοποιίες και στο δώμα του κτηρίου, ενώ η παραμετρική ανάλυση εστιάζει τόσο σε κάθε επιμέρους επέμβαση, όσο και σε ορισμένους συνδυασμούς τους.
Τέλος, υπολογίζονται οι νέοι συντελεστές θερμοπερατότητας του κτηρίου μετά τις επεμβάσεις, εισάγονται εκ νέου τα δεδομένα στο λογισμικό του Τ.Ε.Ε. Κ.Εν.Α.Κ. και προκύπτουν τα ανανεωμένα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Κατόπιν αξιολογείται η επίδραση της αύξησης του πάχους της θερμομόνωσης στα στοιχεία του κελύφους, καθώς και η τοποθέτηση κουφωμάτων υψηλής ενεργειακής απόδοσης ως προς την απαιτούμενη ενέργεια για θέρμανση και ψύξη του κτηρίου.
Από την παραμετρική ανάλυση των επεμβάσεων στο κτηριακό κέλυφος προκύπτει πως η ενεργειακή απόδοση του κτηρίου μεταβάλλεται καθώς τροποποιούνται τα χαρακτηριστικά του κελύφους. Το ποσοστό μεταβολής της ενεργειακής απόδοσης εξαρτάται άμεσα από το είδος και το μέγεθος της επέμβασης στο κτηριακό κέλυφος. Μεγαλύτερα πάχη θερμομόνωσης σε τοιχοποιίες και δώμα, καθώς και υλικά με υψηλότερη ενεργειακή απόδοση επιφέρουν μεγαλύτερες βελτιώσεις στην ενεργειακή απόδοση του κτηρίου, μειώνοντας παράλληλα τις ενεργειακές απαιτήσεις του. Η εφαρμογή της θερμομόνωσης στις τοιχοποιίες του κτηρίου είναι η επέμβαση με τη μεγαλύτερη συνεισφορά στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του κτηρίου, γεγονός που αποδίδεται στη μεγάλη επιφάνεια που καταλαμβάνουν οι τοιχοποιίες στο κτήριο. Είναι σημαντικό να αναφερθεί πως μέσω των μεταβολών του κτηριακού κελύφους προσεγγίζουμε το κτήριο μηδενικής σχεδόν κατανάλωσης (NZEB), ωστόσο δεν το επιτυγχάνουμε. Σημαντικότερα ποσοστά βελτίωσης επιτυγχάνονται σε κτήρια με μικρή ή καθόλου θερμομόνωση. Συνεπώς, είναι σημαντικό να λαμβάνεται εξ αρχής υπόψη ο σχεδιασμός των χαρακτηριστικών του κτηριακού κελύφους, με τρόπο που να προκύπτει η βέλτιστη ενεργειακή απόδοση του και κατά συνέπεια η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας.
The constantly increasing energy consumption evokes environmental, economic and social effects, causing the depletion of natural resources, the increase of air pollution, the degradation of the quality of environment and life in general. Energy saving can contribute to addressing these adverse effects, with economic, social and environmental benefits. At the same time, it contributes effectively to meeting the energy needs of modern society.
A large percentage of the energy produced is consumed by the building sector. Reducing building energy consumption can have multiple benefits, such as economic (reduction of operating costs), social (improvement of user comfort), environmental (reduction of pollutant emissions and consumption of natural resources).
The purpose of this work is to investigate the energy behavior of a newly constructed building and the parametric analysis of strategies to improve its energy efficiency, aiming to a building with near zero energy consumption. The newly constructed building chosen as a case study is located in Galatsi, Attica.
The energy requirements and energy consumption of buildings in Greece are presented, as well as the effect of the environmental and climatic elements on them. A brief reference is made to the legislative framework that prevails in Greece and the EU. At the same time, the methodology of finding the energy efficiency of buildings is analyzed, presenting techniques, applications and the software from T.E.E. K.Εν.A.K used for this purpose.
Then the case study is presented. The building's geometric characteristics, opaque structural elements, transparent surfaces, openings and shadows are described in detail. Reference is made to the immediate environment of the building and the climatic elements of the area. The U and shading coefficients of the building are calculated. The study is completed by entering the building's data into the T.E.E.K.Εν.A.K software and calculating its energy efficiency. Through the software, the results of the simulation are aggregated, i.e. the energy efficiency of the building, the primary energy per end use, energy requirements and consumptions, fuel consumption and CO2 emissions per year.
Subsequently, strategies are proposed to improve the energy efficiency of the building, through specific interventions in its shell, and the parametric analysis of these takes place. The interventions considered include modifications to the frames, the masonry and the roof of the building, while the parametric analysis focuses both on each individual intervention and on certain combinations.
Finally, the new thermal permeability coefficients of the building are calculated after the interventions, the data are re-entered into the T.E.E.K.Εν.A.K software and the updated simulation results are obtained. Then the effect of increasing the thickness of the thermal insulation on the elements of the shell, as well as the installation of high energy efficiency frames in terms of the required energy for heating and cooling the building, is evaluated.
From the parametric analysis of the interventions in the building shell, it is concluded that the energy efficiency of the building changes as the characteristics of the shell are modified. The rate of change in energy efficiency directly depends on the type and size of the intervention in the building shell. Greater thermal insulation thicknesses in masonry and roof, as well as materials with higher energy efficiency greatly improve the energy efficiency of the building, while reducing its energy requirements. The application of thermal insulation to the masonry of the building is the intervention with the greatest contribution to the improvement of the energy efficiency of the building. This is attributed to the large area occupied by the masonry in the building. It is worth mentioning that through the changes of the building shell we approach the building of near zero consumption (NZEB), however we do not achieve it. Significant improvement rates are achieved in buildings with little or no thermal insulation. Therefore, it is important to take into account the design of the characteristics of the building shell from the beginning, in a way that results in its optimal energy efficiency and, consequently, the maximum possible energy savings.
Διερεύνηση της ενεργειακής απόδοσης νεόδμητης κατοικίας και παραμετρική ανάλυση στρατηγικών βελτίωσης