Διερεύνηση ενεργειακής κατανάλωσης τυπικής ελληνικής κατοικίας. Δυνατότητες μείωσης της ενεργειακής κατανάλωσης μέσω εξοικονόμησης ενέργειας και ενσωμάτωσης τεχνολογιών ΑΠΕ

Abstract

Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται η μελέτη και η ανάλυση τριών περιπτώσεων κατοικίας στην περιοχή της Αθήνας. Στο πρώτο κεφάλαιο αναλύεται ο βιοκλιματικός σχεδιασμός, τα παθητικά ηλιακά συστήματα και οι διάφορες τεχνικές τους. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα διαχωρίζονται σε συστήματα άμεσου, έμμεσου και απομονωμένου κέρδους. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στη θερμική άνεση. Σε ένα κτίριο πρέπει να εξασφαλίζεται ένα άνετο εσωτερικό κλίμα πλήρως προσαρμοσμένο στις ανάγκες των χρηστών του. Κάθε κτίριο πρέπει να μελετάται και να κατασκευάζεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να καταναλώνεται η λιγότερη κατά το δυνατόν ενέργεια με παροχή όμως της απαιτούμενης θερμικής άνεσης, κατάλληλης για τη χρήση του χώρου. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται αναφορά στα εναλλακτικά μοντέλα θερμικής άνεσης και την χρήση αυτών σε υφιστάμενα κτίρια. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα διάφορα δομικά υλικά, στις μηχανικές και φυσικές ιδιότητές τους καθώς και στην ολοένα ανάπτυξη των υαλοπινάκων με σκοπό την μείωση των απωλειών. Η επιλογή του σωστού υαλοπίνακα για ένα συγκεκριμένο σπίτι απαιτεί την κατανόηση ορισμένων βασικών εννοιών, όπως η ροή της ενεργειας από τα παράθυρα. Οι κυριότερες μορφές ροής της ενέργειας από τα παράθυρα είναι :

1. Οι θερμικές απώλειες με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία,

2. Ηλιακά κέρδη με μορφή ακτινοβολίας και

3. Ροή του αέρα μέσω του αερισμού και της φυσικής διείσδυσης του αέρα.

Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην θερμομόνωση. Αναλύεται η λειτουργία και η σημαντικότητά της, τα διάφορα είδη θερμομόνωσης και τέλος οι ιδιότητες των διαφόρων θερμομονωτικών υλικών. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέχρι σήμερα διαθέσιμες μέθοδοι θέρμανσης και ψύξης. Μερικά από τα συστήματα θέρμανσης που περιγράφονται στην παρούσα εργασία είναι το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, η βιομάζα κ.α. Σε επόμενα κεφάλαια αναλύονται οι ηλεκτρικές συσκευές ως προς την ενεργειακή κλάση που ανήκουν και το θεσμικό πλαίσιο για ένα ενεργειακό κτίριο. Τέλος, γίνεται η διερεύνηση των περιπτώσεων των τριών κατοικιών χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα προσομοίωσης TRNSYS. Με το πρόγραμμα αυτό υπολογίζεται η απαιτούμενη θερμότητα για την θέρμανση και ψύξη κατά την διάρκεια όλου του χρόνου. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Homer για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών φορτίων για το χειμώνα και το καλοκαίρι με μία απόκλιση 15-20%. Σε κάθε περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά υλικά κατασκευής, διαφορετικοί τρόποι θέρμανσης και ψύξης, καθώς και διαφορετικές οικιακές συσκευές με σκοπό την ανάλυση του κόστους κατασκευής και λειτουργίας σε 25 και 50 χρόνια.

Η πρώτη περίπτωση αφορά την πιο ενεργοβόρα ως προς την κατανάλωση της ενέργειας. Η εξωτερική τοιχοποιία αποτελείται από σοβά και τούβλο, χρησιμοποιώντας θερμομονωτικό υλικό πετροβάμβακα, η θέρμανση πραγματοποιείται με πετρέλαιο και η ψύξη με ανεμιστήρα οροφής. Η εξωτερική τοιχοποιία για την δεύτερη περίπτωση αποτελείται από σοβά και ορθομπλόκ, που λειτουργεί και ως θερμομονωτικό υλικο, η θέρμανση πραγματοποιείται με καυστήρα πέλλετς και η ψύξη με συμβατικό κλιματιστικό. Αντίστοιχα, η εξωτερική τοιχοποιία της τρίτης περίπτωσης αποτελείται από σοβά και τούβλο, με εξηλασμένη πολυστερίνη ως θερμομονωτικό υλικο και η θέρμανση και η ψύξη γίνεται με κλιματιστικό όπου χρησιμοποιεί την λειτουργία Inverter.

Στη συνέχεια πραγματοποιείται μελέτη για την αυτονόμηση της τρίτης περίπτωσης με τη χρήση φωτοβολταϊκών πάνελ. Για την απαιτούμενη αυτονόμηση θεωρήθηκε ότι όλες οι ανάγκες καλύπτονται από τη χρήση των φωτοβολταϊκών με τη χρήση συσσωρευτών. Συγκρίνοντας τις τιμές προκύπτει ότι η αυτονόμηση σε βάθος 25-ετίας κοστίζει περίπου 424% περισσότερο. Άρα στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν ενδείκνυται η αυτονόμηση με τη χρήση των φωτοβολταϊκών. Θα μπορούσε να γίνει εκμετάλλευση του ρεύματος που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά με τη σύνδεση αυτών στο δίκτυο και την μεταπώληση του ρεύματος στη ΔΕΗ, με σκοπό τη μείωση/μηδενισμό του λειτουργικού κόστους. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται μελέτη η οποία δεν αποτελεί σκοπό της παρούσας εργασίας.

This study talks about the analysis of three cases in Athens. The first chapter discusses the bioclimatic design, passive solar systems and techniques. Passive solar systems are divided into direct, indirect and isolated gain systems. The second chapter deals with the thermal comfort. In a building must ensure a comfortable indoor climate fully adapted to the needs of its users. Every building must be studied and constructed in such a way that it consumes less energy as possible but by providing the required thermal comfort, suitable for space use. This chapter, refers to alternative models of thermal comfort and the use of existing buildings. Third chapter refers to different construction materials, mechanical and physical properties and the development of increasingly glazing to reduce losses. Choosing the right pane for a particular home requires an understanding of some basic concepts, such as the flow of energy through the windows. The fourth chapter deals insulation. Analyzed the function and significance of the various types of insulation and finally the properties of various insulating materials. In the fifth chapter, the currently available methods of heating and cooling. Some heating systems described in this paper are oil, natural gas, biomass, etc. In subsequent chapters analyze the electrical appliances for energy class belonging and institutional framework for an energy building. Finally, is investigating the cases of the three residences using the simulation program TRNSYS. With this program calculate the heat required for heating and cooling during the whole year. Then Homer program was used to calculate electrical loads for the winter and summer with a deviation of 15-20%. In any case, using different materials, different ways of heating and cooling, and different appliances to analyze the cost structure and function at 25 and 50 years. The first case involves the most intensive in energy consumption. The exterior walls consist of brick and plaster, using rockwool insulation material, with oil as heating method and for cooling ceiling fan. The exterior walls of the second case consists of plaster and orthoblock, which also serves as thermal insulation materials, heating pellets made with burner and cooling with conventional air conditioner. Similarly, the outer walls of the third case is made of plaster and brick, with polystyrene as insulation material and the heating and cooling is an air conditioner which uses the function Inverter. Then performed to study the dissociation of the third case with the use of photovoltaic panels. For the required autonomy all the needs are met by the use of photovoltaic using batteries. The results of this case is that the autonomy not appropriate the use of photovoltaics. Could exploit the power produced by photovoltaic connecting them to the network. In this case study is required which is not the purpose of this study.