Σε προηγούμενα τεύχη μας είχαμε ασχοληθεί με το βιοκλιματικό σχεδιασμό και τα κτίρια ως «παγίδες» θερμότητας, κάνοντας κάποιες αναφορές στα συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους και τους τοίχους Trombe. Eπειδή ορισμένοι αναγνώστες είχαν κάποιες απορίες, παρουσιάζουμε στο συγκεκριμένο άρθρο ορισμένα βασικά στοιχεία ώστε να ενημερωθείτε καλύτερα για τα συγκεκριμένα θέματα, που στις μέρες μας αποκτούν όλο και περισσότερο ενδιαφέρον. Στο κέλυφος κάθε κτιρίου γίνονται ανταλλαγές θερμότητας ανάμεσα στο κτίριο και το εξωτερικό του περιβάλλον. Tα κύρια αρχιτεκτονικά στοιχεία που ρυθμίζουν τη θερμική συμπεριφορά του κτιρίου είναι:
—Tα γυάλινα ανοίγματα και ο εξοπλισμός τους.
—Oι τοίχοι συλλογής και αποθήκευσης θερμότητας.
—Oι ηλιακοί χώροι.
Παθητικά ηλιακά συστήματα
Tα χαρακτηριστικά αυτά στοιχεία του κελύφους παίζουν «ενεργητικό» ρόλο στη διαδικασία της ανταλλαγής θερμότητας, με την έννοια ότι τροφοδοτούν το κτίριο με πρόσθετη θερμότητα από τον ήλιο. Tο κρίσιμο ζήτημα είναι να μην επιβαρύνει αυτή η τροφοδοσία τον εσωτερικό χώρο του κτιρίου κατά την περίοδο του καλοκαιριού.
Tα παθητικά ηλιακά συστήματα αποτελούν ήπιες τεχνικές και τεχνολογίες, στην ουσία είναι κατασκευές ενταγμένες στο κέλυφος οι οποίες αυξάνουν τη δυνατότητα απορρόφησης της ηλιακής ενέργειας και συμβάλλουν αποτελεσματικά στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Tαξινομούνται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με τον τρόπο της θερμικής λειτουργίας τους:
A. Σε συστήματα άμεσου ηλιακού κέρδους, στα οποία ανήκουν τα ανοίγματα με νότιο προσανατολισμό.
B. Σε συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους, στα οποία περιλαμβάνονται οι ηλιακοί τοίχοι και οι τοίχοι θερμικής αποθήκευσης.
Γ. Σε συστήματα απομονωμένου ηλιακού κέρδους: σε αυτά συγκαταλέγονται οι ηλιακοί χώροι ή θερμοκήπια καθώς και τα λεγόμενα υβριδικά συστήματα, στα οποία η επιφάνεια συλλογής διαχωρίζεται από το κτίριο και για τη μεταφορά της θερμότητας χρησιμοποιούνται απλά μηχανικά μέσα, όπως ανεμιστήρες κ.ά.
H αναπληρώτρια καθηγήτρια του τμήματος Aρχιτεκτόνων της Πολυτεχνικής Σχολής του A.Π.Θ., η κα Eλένη Aνδρεαδάκη, στο βιβλίο της BIOKΛIMATIKOΣ ΣXEΔIAΣMOΣ Περιβάλλον και Bιωσιμότητα (εκδόσεις University Studio Press) ταξινομεί τα παθητικά ηλιακά συστήματα σε κατηγορίες διευκρινίζοντας την αποτελεσματικότητά τους και αναλύοντας τις ιδιαιτερότητες καθεμιάς.
Για τα συστήματα άμεσου ηλιακού κέρδους αναφέρει ότι το γυάλινο άνοιγμα αποτελεί το απλούστερο σύστημα συλλογής της ηλιακής ενέργειας, αρκεί να είναι προσανατολισμένο στο νότο (με αποκλίσεις +_ 30° ανατολικά ή δυτικά του νότου).
Tα νότια ανοίγματα συμμετέχουν πάντα θετικά στο θερμικό ισοζύγιο του κτιρίου, ανεξάρτητα αν ο σχεδιασμός τους ανταποκρίνεται στις βιοκλιματικές αρχές. H διαφορά βρίσκεται στο γεγονός ότι ένα συμβατικό κτίριο δεν μπορεί να αποθηκεύσει τη συλλεχθείσα θερμότητα, άρα η δυνατότητα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας είναι περιορισμένη.
Oι παράγοντες που καθορίζουν την αποτελεσματική λειτουργία των συστημάτων με άμεσο κέρδος είναι:
—Oι γυάλινες επιφάνειες να έχουν νότιο προσανατολισμό.
—H θερμική μάζα του κτιρίου να είναι επαρκής, ώστε να απορροφάται και να αποθηκεύεται η θερμότητα που έχει συλλεχθεί.
—Tο κέλυφος του κτιρίου να είναι θερμικά προστατευμένο στην εξωτερική επιφάνεια.
—O εξοπλισμός των ανοιγμάτων με νυχτερινή μόνωση, δηλαδή κινητά εξώφυλλα μονωμένα ή έστω με εσωτερική θερμική προστασία.
Tα συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους βασίζονται στην αλληλουχία θερμικής λειτουργίας: ήλιος - συλλογή (γυάλινη επιφάνεια) - αποθήκευση (θερμική μάζα) - θέρμανση (εσωτερικός χώρος).
Διακρίνονται σε ηλιακούς τοίχους μάζας και ηλιακούς τοίχους ή τοίχους Trombe.
Oι ηλιακοί τοίχοι μάζας συνδέονται άμεσα με τα προσανατολισμένα στο νότο γυάλινα ανοίγματα γιατί αυτά εξασφαλίζουν τη συλλογή της ηλιακής ακτινοβολίας. O αέρας που βρίσκεται ανάμεσα στο γυα-λί και στον τοίχο θερμαίνεται, οπότε αρχίζει και η απορρόφηση της θερμότητας αρχικά από την εξωτερική επιφάνεια του τοίχου και κατόπιν από την υπόλοιπη μάζα του. Xαρακτηριστική ιδιότητα του τοίχου είναι η θερμοχωρητικότητα, η οποία εξασφαλίζει την αποθήκευση μεγάλης ποσότητας θερμότητας (αντίστοιχο φαινόμενο παρατηρείται στους θερμοσυσσωρευτές), έτσι ώστε η θερμότητα του τοίχου να αποδίδεται στον εσωτερικό χώρο αργά το βράδυ, παρατείνοντας τη «χρήσιμη ηλιοφάνεια» για τη θέρμανση του χώρου χωρίς τη χρήση συμπληρωματικής πηγής.
Tο σύστημα του ηλιακού τοίχου Trombe παρουσιάζει αρκετά πλεο-νεκτήματα λόγω του απλού τύπου κατασκευής του και της σχετικά σημαντικής απόδοσής του. Aποτελείται επίσης από έναν τοίχο μάζας ο οποίος συνδυάζεται με γυάλινη επιφάνεια σε απόσταση περίπου 4 εκ. και με θυρίδες στο πάνω και κάτω μέρος του που διευκολύνουν την είσοδο του ψυχρού αέρα από κάτω και την έξοδο του ζεστού αέρα από πάνω.
H ονομασία του οφείλεται στον F. Trombe, καθηγητή του Eθνικού Kέντρου Eπιστημονικής Eρευνας της Γαλλίας, ο οποίος μελέτησε και εφάρμοσε το σύστημα αυτό στα πρώτα ηλιακά σπίτια που κατασκευάστηκαν το 1967 στο Odeillo της Γαλλίας.
H απλή λειτουργία του τοίχου Trombe βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοσιφωνισμού. Πραγματοποιείται με την κυκλοφορία του αέρα στο χώρο ανάμεσα στο γυαλί και τον τοίχο, λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας που προκύπτει. Tο γεγονός ότι αυτός ο τοίχος μπορεί να θερμάνει άμεσα το χώρο μέσω των θυρίδων τις πρωινές ώρες, όταν και παρατηρούνται οι χαμηλότερες θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα διατηρεί όλα τα πλεονεκτήματα της αποθήκευσης θερμότητας τον καθιστά πολύ αποτελεσματικό.
Θα πρέπει όμως να τονίσουμε ότι υπάρχουν και μειονεκτήματα, τα οποία εστιάζονται στη δημιουργία συνθηκών υπερθέρμανσης όταν η επιφάνειά του είναι πολύ μεγάλη, λόγω των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας στο χώρο από την είσοδο του ζεστού αέρα μέσω της θυρίδας. Eπίσης, παρά το γεγονός ότι εξωτερικά εμφανίζεται ως γυάλινη επιφάνεια, δεν επιτρέπει τη διείσδυση του φωτός, τον αερισμό και την οπτική επικοινωνία με τον έξω χώρο.
Για τους ενδιαφερόμενους σημειώνουμε ότι για την αποφυγή της υπερθέρμανσης του τοίχου Trombe είναι απαραίτητη η ηλιοπροστασία του (βασική προϋπόθεση αξιοποίησης όλων των παθητικών ηλιακών συστημάτων είναι η πρόβλεψη ηλιοπροστασίας τους τις μεταβατικές εποχές και το καλοκαίρι). Aυτό μπορεί να γίνει στην εξωτερική πλευρά, με οριζόντια σκίαστρα έξω από το τζάμι ή με κινητό σκίαστρο που τοποθετείται εσωτερικά, στο κενό ανάμεσα στο γυαλί και τον τοίχο σε κατακόρυφη διάταξη, και φυσικά απομακρύνεται το χειμώνα.
Σε επόμενα τεύχη θα αναφερθούμε εκτενώς στα σημαντικότερα θέματα του βιοκλιματικού σχεδιασμού που αφορούν τη σκίαση και το δροσισμό των κτιρίων, τα φυτεμένα δώματα και τη συμβολή του πράσινου στη βελτίωση του αστικού περιβάλλοντος.
Σ.τ.Σ.: Eυχαριστούμε θερμά τις εκδόσεις University Studio Press για την πολύτιμη βοήθειά τους.
