Διαχείριση ενέργειας και ποιότητας αέρα εσωτερικών χώρων

*Του κ. Μιχάλη Γρ. Βραχόπουλου

 

Η χρήση τοπικών συστημάτων αερισμού –εξωτερικά του κτιρίου ή και ενδιάμεσα στο κέλυφος– συμβάλλει στην απομάκρυνση της θερμότητας από το κτιριακό κέλυφος.

 

Η φυσική κίνηση ενός ρευστού είναι φαινόμενο που εμφανίζεται όταν ανάμεσα σε δύο χώρους παρατηρείται διαφορά πιέσεως. Η διαδρομή που ακολουθεί το ρευστό είναι από το χώρο υψηλής πίεσης προς το χώρο χαμηλής πίεσης. Η δημιουργούμενη –από τη διαφορά πιέσεως– κίνηση του αέρα είναι άμεσα εξαρτημένη από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο χώρων.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η δημιουργία ανέμων: Οι θερμοκρασιακές διαφορές των τόπων, καθώς και οι διακυμάνσεις τους, είναι τα αίτια της δημιουργίας των ανέμων, η ένταση των οποίων είναι άμεσα εξαρτημένη από τις θερμοκρασιακές αυτές διαφορές. Έτσι, κατά τη διάρκεια της ημέρας η έντασή τους είναι μεγαλύτερη, σε αντίθεση με τη νύχτα κατά την οποία παρατηρούνται μικρότερες θερμοκρασιακές διαφορές.

Δεύτερη περίπτωση φυσικής κίνησης ενός ρευστού (μόνο για αέρια) είναι αυτή που δημιουργείται από το φαινόμενο της στήλης, το οποίο εμφανίζεται σε κατακόρυφους αγωγούς απαγωγής αερίων (καμινάδες). Το μέγεθος που προκαλεί και επηρεάζει το φαινόμενο αυτό είναι η διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του αερίου στο εσωτερικό του αγωγού και του αέρα που βρίσκεται εξωτερικά.

Ο αερισμός ενός δωματίου ή ενός διαμερίσματος, ακόμη και αν δεν ληφθεί κανένα μέτρο, γίνεται μόνος του από την έλλειψη στεγανότητας των θυρών και των παραθύρων. Ο αερισμός αυτός είναι αποτέλεσμα της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού χώρου. Έτσι το χειμώνα, δεδομένου ότι η εσωτερική θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη της εξωτερικής λόγο της θέρμανσης των χώρων, το φαινόμενο του αερισμού είναι πιο έντονο, αντίθετα με το καλοκαίρι. Η παρατήρηση αυτή όμως δεν δημιουργεί κανένα πρόβλημα, διότι το καλοκαίρι μπορούμε ευχάριστα να ανοίξουμε τα παράθυρα, σε αντίθεση με το χειμώνα. Στο τύπο κλίματος της Ελλάδας που οι διαφορές της θερμοκρασίας μέσα κι έξω είναι μικρές, ο αερισμός του χώρου δυσκολεύεται.

Ένας επιπλέον παράγοντας που δυσκολεύει το φυσικό αερισμό είναι η πολύ πυκνή δόμηση (χαρακτηριστικό των μεγάλων αστικών κέντρων), η οποία παρεμποδίζει τους ανέμους και αυξάνει τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος χώρου. Σε τέτοιες περιπτώσεις μπορούμε να αξιοποιούμε το φυσικό ελκυσμό που δημιουργούν οι καμινάδες εξαιτίας του φαινομένου της στήλης.

Ανάγκες αερισμού

Είναι γνωστό ότι οι εσωτερικοί χώροι απαιτούν φρέσκο και καθαρό αέρα για τη δημιουργία συνθηκών υγιεινής διαβίωσης.

Τα παλαιοτέρα κτίρια, λόγω των μεθόδων κατασκευής τους, παρουσίαζαν μια συνεχή διέλευση καθαρού αέρα του περιβάλλοντος, που δημιουργούσε την «αναπνοή», Αντίθετα, τα σύγχρονα και ανακαινισμένα κτίρια είναι τώρα σχεδόν αεροστεγή. Επομένως, η τακτική διάθεση καθαρού αέρα είναι επιτακτική, για λόγους υγείας των επισκεπτών και διαμενόντων αλλά και για λόγους φυσικής των κτιρίων.

Στα σύγχρονα κτίρια τυπικά τα ανοίγματα (μπαλκονόπορτες – παράθυρα) πρέπει να ανοίγουν συχνά και περίπου κάθε δύο ώρες, όταν υπάρχει μικρή συγκέντρωση πληθυσμού. Σε μεγάλες συγκεντρώσεις πληθυσμού η ανάγκη εισαγωγής αέρα είναι κατά πολύ μεγαλύτερη, και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται τα συστήματα τεχνητού αερισμού.

Πρακτικά, μπορεί να επιτυγχάνεται επαρκής ανανέωση αέρα μέσω αυξημένου αερισμού. Ωστόσο, η πολύτιμη ενέργεια θέρμανσης ή δροσισμού χάνεται με τον κλασικό εξαερισμό μέσω των ανοιγμάτων. Συγκεκριμένα, σε ένα τυπικό κτίριο κατοικίας, σύμφωνα με το ευρωπαϊκό διάταγμα εξοικονόμησης ενέργειας (EnEV2009), χάνεται έως και το ένα τρίτο της ενέργειας θέρμανσης, καθώς απορρίπτεται από τα ανοίγματα χρήσιμη και ιδιαίτερου κόστους ενέργεια.

Ο καθαρός αέρας ισοδυναμεί με καλή ποιότητα ζωής για τον ανθρώπινο οργανισμό. Αυτό ακριβώς ισχύει και για την κατοικία. Σήμερα, τα σύγχρονα σπίτια είναι «σφραγισμένα». Τα σύγχρονα κατασκευαστικά υλικά μονώνουν τόσο καλά το κτίριο, ώστε όταν εισέλθουν οι ρύποι και η σκόνη, δεν μπορούν να διαφύγουν.

Χωρίς επαρκή αερισμό, οι εσωτερικοί χώροι μπορεί να αποκτήσουν υγρασία και να αναπτυχθούν διάφοροι μικροοργανισμοί (μούχλα). Το φαινόμενο αυτό εντείνεται σε παραθαλάσσιες περιοχές, όπου τα επίπεδα υγρασίας είναι αυξημένα.

Για να βρεθεί λύση στο πρόβλημα του αερισμού των κτιρίων αναπτύχθηκαν διάφοροι τρόποι αερισμού. Το πρότυπο 1946-6, το οποίο είναι καθοριστικό για τον αερισμό των κτιρίων, διαφέρει ουσιαστικά μεταξύ του φυσικού αερισμού και του εξαναγκασμένου αερισμού.

Φυσικός αερισμός

Στο φυσικό αερισμό περιλαμβάνονται όλοι οι τύποι αερισμού που πραγματοποιούνται χωρίς μηχανική υποστήριξη:

Διαμπερής, διά μέσου παραθύρων και άλλων ανοιγμάτων.

Κατακόρυφος (φαινόμενο φυσικού ελκυσμού, μέσω κατακόρυφων ανοιγμάτων, καμινάδων ή πύργων αερισμού).

Ο κατακόρυφος αερισμός βεβαίως μπορεί να είναι ενισχυμένος μέσω της χρήσης της τεχνολογίας της ηλιακής καμινάδας, εφόσον βεβαίως το κτίριο έχει σχεδιαστεί με τη μεθοδολογία αυτή. Η μεθοδολογία αυτή επιτρέπει την υποστήριξη του αερισμού από συστήματα που τοποθετούνται εξωτερικά του κτιρίου ή και εσωτερικά του κελύφους του, συμβάλλοντας έτσι στην απομάκρυνση της θερμότητας από το κτιριακό κέλυφος.

Κατακόρυφοι αγωγοί φυσικού ελκυσμού – καμινάδες

Οι κατακόρυφοι αγωγοί φυσικού ελκυσμού απάγουν αέρια από κάποιο χώρο, εξαιτίας του φαινομένου της στήλης που δημιουργείται όταν η θερμοκρασία των αερίων στο εσωτερικό μιας καμινάδας είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική.

Η εσωτερικά μεγαλύτερη θερμοκρασία δημιουργεί μια στήλη αέρα ελαφρότερη απ’ ό,τι στην αντίστοιχη εξωτερική στήλη (βλ. σχήμα 1). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ανοδική κίνηση των αερίων μέσα στην καμινάδα, δημιουργώντας στη βάση της υποπίεση που δημιουργεί ανάλογη ροή αέρα.

Σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη, η στήλη αέρα μέσα στον κατακόρυφο αεραγωγό υπόκειται σε άνωση που είναι ίση προς το βάρος του αέρα που εισβάλλει.

Η ηλιακή καμινάδα διέπεται από όλα όσα αναφέρθηκαν για τους κατακόρυφους αγωγούς φυσικού ελκυσμού. Το ιδιαίτερο στοιχείο που τη χαρακτηρίζει είναι η αύξηση της εσωτερικής της θερμοκρασίας από την προσπίπτουσα σ’ αυτήν ηλιακή ακτινοβολία. Στο σχήμα 2 απεικονίζεται αυτό το φαινόμενο.

Αερισμός με ανεμιστήρα

Τα συστήματα αέρα που υποστηρίζονται από τους ανεμιστήρες διασφαλίζουν ότι ο παλιός και ρυπαρός αέρας αλλά και η υγρασία εξάγονται και απορρίπτονται από τους χώρους διαβίωσης με ελεγχόμενο τρόπο, εξασφαλίζοντας έτσι την απαιτούμενη ελάχιστη ανταλλαγή αέρα.

Με ένα σύστημα εξαγωγής αέρα, οι ανεμιστήρες εξάγουν τον αέρα από τους χώρους, και ο φρέσκος και καθαρός αέρας εισέρχεται από τις χαραμάδες.

Με ένα σύστημα παροχής αέρα, ο αέρας απορροφάται από το εξωτερικό κεντρικό ή μη κεντρικό σύστημα αερισμού μέσω ανεμιστήρων, ενώ ο παλιός αέρας και η υγρασία ρέουν έξω από τα στοιχεία εξαερισμού του κτιρίου, δηλαδή και πάλι από τις χαραμάδες ή άλλα ανοίγματα.

Σήμερα με την εξέλιξη της τεχνολογίας αλλά και την επιτακτική ανάγκη για ενεργειακά αποδοτικά κτίρια, έχουν αναπτυχθεί και προσφέρουν τη βέλτιστη λύση τα συστήματα αερισμού με ανάκτηση θερμότητας, τα οποία είναι ενεργειακά αποδοτικά, καθώς προκλιματίζουν τον εισερχόμενο αέρα.

Κατά τη χειμερινή περίοδο, ο κρύος εξωτερικός αέρας θερμαίνεται εφόσον διέρχεται από τον εναλλάκτη (συνήθως από κεραμικό υλικό) και έτσι ανανεώνει τον αέρα του κτιρίου χωρίς να προσθέτει θερμικά φορτία στο χώρο που κλιματίζεται. Κατ’ αυτό τον τρόπο ανακτάται θερμική ενέργεια η οποία μπορεί να υπερβεί ακόμα και το 80% της απορριπτόμενης ενέργειας.

Μέσω αυτών των συστημάτων εξασφαλίζεται:

  • Η απαιτούμενη ελάχιστη εναλλαγή αέρα σύμφωνα με το DIN 1946-6, ανεξάρτητα από το χρήστη και χωρίς να απαιτείται συνεχής επίβλεψη της διέλευσης του αέρα μέσω των ανοιγμάτων.
  • Απομάκρυνση της υγρασίας και αποφυγή ανάπτυξης μούχλας. Σημειώνεται ότι σε κατοικίες με τέσσερις μόνιμους κατοίκους παράγονται έως και 11 λίτρα νερού, και συγκεντρώνονται στον αέρα του χώρου κάθε ημέρα. Ο αερισμός του χώρου διασφαλίζει την απομάκρυνση του υγρού αέρα, και έτσι αποτρέπει αποτελεσματικά και μόνιμα το σχηματισμό μούχλας.
  • Υγιές εσωτερικό κλίμα. Ο χρησιμοποιημένος, υγρός και μολυσμένος αέρας οδηγεί γρήγορα σε κούραση και πονοκεφάλους. Ένα σύστημα αερισμού του χώρου διαβίωσης εγγυάται ένα υγιές και αισθητά ευχάριστο περιβάλλον διαβίωσης, και μάλιστα χωρίς θορύβους και ρεύματα αέρα.
  • Εξοικονόμηση ενέργειας θερινού και χειμερινού (θέρμανσης) κλιματισμού. Η εγκατάσταση αποτελεσματικού αερισμού του χώρου διαβίωσης με ανάκτηση θερμότητας εγγυάται μείωση του κόστους θέρμανσης.

Μη κεντρικός κτιριακός αερισμός

Τα πλεονεκτήματα του μη κεντρικού κτιριακού αερισμού είναι τα εξής:

  • Έως και 50% επιπλέον οικονομία στον θερινό και χειμερινό κλιματισμό, με έως 91% ανάκτηση θερμότητας.
  • Περίπου 46m³/h ανά μονάδα με σύστημα χαμηλής κατανάλωσης ηλεκτρισμού.
  • Αθόρυβη λειτουργία 11db(a)b.
  • Σταθερή ροή φρέσκου αέρα.
  • Εύκολη τοποθέτηση, χωρίς να απαιτούνται επιπλέον σωληνώσεις.
  • Εύκολος καθαρισμός φίλτρου, εφόσον ο καθαρισμός τους είναι απλός.

Πολλά συστήματα έχουν ειδικά προγράμματα ανανέωσης αέρα για μεγάλη συγκέντρωση πληθυσμού.

*Ο κ. Μιχάλης Γρ. Βραχόπουλος είναι διδάκτορας μηχανολόγος μηχανικός του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και καθηγητής στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών σε θέματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς και διευθυντής του Εργαστήριου Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Ερευνών.

 

 

 

 

 

 

 

 

Σχήμα 1: Το φαινόμενο της στήλης σε κατακόρυφους αγωγούς φυσικού ελκυσμού (καμινάδες).

 

Σχήμα 2: Ηλιακή καμινάδα.

Σχήμα 3:  Θέρμανση χώρου με φυσική κυκλοφορία του αέρα του υπογείου.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ελέγξτε επίσης

Βράβευση της Χαλκόρ για την ανακύκλωση χαλκού και κραμάτων χαλκού στα “Bravo Sustainability Dialogue & Awards 2020”

Η Χαλκόρ, τομέας σωλήνων χαλκού της ElvalHalcor διακρίθηκε για την υπεύθυνη πρακτική της σχετικά με …

Τα Περιοδικά μας