Κλειώ Αξαρλή - βιοκλιματική αρχιτεκτονική

βιοκλιματική αρχιτεκτονική: αναγκαιότητα για το σχεδιασμό πόλεων και κτιρίων

Κλειώ Αξαρλή αναπλ. καθηγήτρια Α.Π.Θ.εργαστήριο οικοδομικής και φυσικής των κτιρίων

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ –ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ-ΑΕΙΦΟΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

• περιβαλλοντικός σχεδιασμός πόλεων και ανοιχτών χώρων

• σχεδιασμός κτιρίων και του περιβάλλοντος χώρου τους

Βιοκλιματικός σχεδιασμόςΒιοκλιματικός σχεδιασμός

σχεδιάζοντας με το κλίμα και για το κλίμα

.

ο στόχοςτου βιοκλιματικού σχεδιασμού

διαχείριση των μικροκλιματικών παραμέτρων με τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται βελτίωση :

• των συνθηκών άνεσης και

• της ενεργειακής συμπεριφοράς των κατασκευών.

ηλιακή και θερμική ακτινοβολία

ενδυση

δραστηριότητα

θερμική άνεση

ανταλλαγή ενέργειας ανάμεσα στον άνθρωπο και το περιβάλλον

οπτική άνεση ακουστική άνεση

φωτεινότητα

θάμβωση

θόρυβοςαπό την

κίνηση οχημάτων

ανακλαστικές επιφάνειες

αντιθέσεις μεταξύ σκιασμένων και

φωτισμένων σημείων

υγρασία

Ροή αέρα

συνθήκες άνεσηςσυνθήκες άνεσης

Θερμοκρασία αέρα και θερμοκρασία επιφανειών

Μεταβολισμός = εξάτμιση ± αγωγή ± μεταφορά ± ακτινοβολία

το αίσθημα της θερμικής άνεσης δημιουργείται όταντο αίσθημα της θερμικής άνεσης δημιουργείται όταν καταναλώνεται η ελάχιστη ενέργεια από τον οργανισμό για καταναλώνεται η ελάχιστη ενέργεια από τον οργανισμό για να διατηρηθεί το θερμικό ισοζύγιο του ατόμουνα διατηρηθεί το θερμικό ισοζύγιο του ατόμου

περιβαλλοντικές παράμετροι θερμικής άνεσηςγια

τη χειμερινή και την θερινή περίοδο

ανεκτές θερμοκρασίες για διάφορα ποσοστά σχετικής υγρασίας

συνθήκες άνεσης στα κτίρια και στους υπαίθριους χώρουςσυνθήκες άνεσης στα κτίρια και στους υπαίθριους χώρους

η ζώνη θερμικής άνεσης σε υπαίθριους χώρους η ζώνη θερμικής άνεσης σε υπαίθριους χώρους είναι ευρύτερη από τη ζώνη άνεσης σε κλειστούς χώρους είναι ευρύτερη από τη ζώνη άνεσης σε κλειστούς χώρους

Βιοκλιματικός σχεδιασμός κτιρίων και ανοικτών χώρωνΒιοκλιματικός σχεδιασμός κτιρίων και ανοικτών χώρων

Ο σχεδιασμός μπορεί να Ο σχεδιασμός μπορεί να βελτιώσει/ μεταβάλλει τις βελτιώσει/ μεταβάλλει τις

συνθήκες θερμικής άνεσης?συνθήκες θερμικής άνεσης?

επιρροή της ηλιακής ακτινοβολίας

ο σχεδιασμός μπορεί να επηρεάσει το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται το άτομο?

Ποσοστό, τύπος και εμβαδόν διαφανών επιφανειών ανά

προσανατολισμό.(κάθετης / κεκλιμένης / οριζόντιας

επιφάνειας)

ηλιοπροστατευτικές διατάξεις στους ανοικτούς και κλειστούς χώρους

La Villette, Paris

•στέγαστρα•περγκολες•ομπρέλες•εφήμερες κατασκευές

η υφή, το χρώμα και η κατασκευή η υφή, το χρώμα και η κατασκευή

καθορίζουν την επίδραση καθορίζουν την επίδραση

στο μικροκλίμαστο μικροκλίμα

ηλιοπροστασία με αστικό εξοπλισμόηλιοπροστασία με αστικό εξοπλισμόγια τη βελτίωση του αστικού μικροκλίματοςγια τη βελτίωση του αστικού μικροκλίματος

• Προστεγάσματα• Ειδικές κατασκευές (σταθερά/ κινητά

πετάσματα• Περσίδες• Δομικές κατασκευές• Πράσινο- δένδρα• Υαλοπίνακες (απορροφητικοί/

ανακλαστικοί/ Low-e• Τέντες-ελαφριές κατασκευές

ηλιοπροστασία για τη βελτίωση του εσωκλίματος των κτιρίων ηλιοπροστασία για τη βελτίωση του εσωκλίματος των κτιρίων και την αποφυγή της υπερθέρμανσηςκαι την αποφυγή της υπερθέρμανσης

Office Building, Tokio Maki and Associates Architects. 1993

ηλιοπροστασία με φύτευση

• ΝΟΤΟΣΟριζόντια σκίαστρα

• ΒΟΡΡΑΣΠεριορισμένα ανοίγματα

• ΑΝΑΤΟΛΗ• ΔΥΣΗΚάθετα σκίαστρα

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΟΨΕΩΝ

ηλιοπροστασία ανοιγμάτων: σταθερή ή κινητή?

THOMAS HERZOGTHOMAS HERZOG: ξύλινα οριζόντια σκίαστρα: ξύλινα οριζόντια σκίαστρα Φυλλοβόλα δένδραΦυλλοβόλα δένδρα

Κέλυφος που προσαρμόζεται

αρχές σχεδιασμού για την ενεργειακή αποδοτικότητα των κτιρίων στην θερινή περίοδο

GSW Ηeadquarters Berlin, Sauerbruch Hutton Arch. 2000

ηλιοπροστασία:

αντικρουόμενα οφέλη/ επιπτώσεις • μείωση της απαίτησης για ψύξη

• Αύξηση της κατανάλωσης για θέρμανση

• Επιρροή στα επίπεδα του φωτισμού βελτίωση της οπτικής άνεσης? αύξηση του τεχνητού φωτισμού?

ο σχεδιασμός μπορεί να μεταβάλλειτην επιφανειακή θερμοκρασία των

δομικών στοιχείων?

διαμόρφωση επιφανειακής θερμοκρασίας των δομικών στοιχείων

• Εφαρμογή θερμομόνωσης

• Εφαρμογή διπλών /ειδικών υαλοπινάκων

χρησιμοποίηση νυχτερινής μόνωσης στα ανοίγματα

χρονική υστέρηση στη μετάδοση της θερμοκρασίας

χρησιμοποίηση υλικών με θερμοχωρητικότητα -ομαλή διακύμανση επιφανειακών θερμοκρασιών

βαρειά συμπαγή δομικά στοιχεία και νερό

η επιλογή της υφής και του χρώματος των η επιλογή της υφής και του χρώματος των υλικών υλικών που τοποθετούνται σε εκτεθειμένες που τοποθετούνται σε εκτεθειμένες επιφάνειες υπαιθρίων χώρων επιφάνειες υπαιθρίων χώρων έχει σημαντική επίδραση στις έχει σημαντική επίδραση στις αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες των αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες των επιφανειών επιφανειών

Υπαίθριοι χώροι: επίδραση των υλικών των δαπέδων στις Υπαίθριοι χώροι: επίδραση των υλικών των δαπέδων στις επιφανειακές θερμοκρασίεςεπιφανειακές θερμοκρασίες

άσφαλτοςάσφαλτος

μάρμαρο γκριμάρμαρο γκρι

γρασίδιγρασίδι

νερόνερό

9:0

0

9:3

0

10

:00

10

:30

11

:00

11

:30

12

:00

12

:30

13

:00

13

:30

14

:00

14

:30

15

:00

15

:30

16

:00

16

:30

17

:00

17

:30

18

:00

18

:30

19

:00

19

:30

20

:00

20

:30

21

:00

21

:30

22

:0025

30

35

40

45

50

55

60

Ts

oC

23.23.33KK

10.10.88KK

5.25.2KK

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ

1 Αυγούστου 2007

• ο σχεδιασμός μπορεί να μεταβάλλειτην αύξηση / μείωση της ταχύτητας του αέρα?

αερισμός: στόχος και στρατηγική

• συνεχής ροή του αέρα

• κατεύθυνση του αέρα

• επίτευξη υψηλών ταχυτήτων*

*αύξηση της ταχύτητας του αέρα κατά 0.15m/sec μπορεί να αντισταθμίσει αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1οC (σχετική υγρασία χαμηλότερη από 70%)

φυσικός αερισμός μέσα στα κτίρια:

θερμοκρασιακή διαφορά: φαινόμενο θερμοκηπίου

διαμπερής αερισμός λόγω ανέμου

Η κατεύθυνση των επικρατούντων ανέμων

Η διαφορά θερμοκρασίας

Η θέση και το μέγεθος των ανοιγμάτων

Η διάταξη του εσωτερικού χώρου

παράμετροι που επηρεάζουν την δημιουργία κίνησης του αέρα μέσα στο κτίριο

ο σχεδιασμός μπορεί να αυξήσει ή να μειώσει την ταχύτητα του αέρα :

Οι προεξοχές στους κτιριακούς όγκους αλλάζουν και κατευθύνουν τη ροή του ανέμου (μέσα και έξω από τα κτίρια)

λειτουργία κουφωμάτων και άνεμος

ηλιακή καμινάδακαι καμινάδα ανεμοσυλλέκτης

VV

Το σχήμα του κτιρίου:

οδηγεί (α) – αναχαιτίζει (b) ή εκτρέπει (c) τον άνεμο και αλλάζει τη μορφή του

■ ■ Εκμετάλλευση του ανέμου το καλοκαίρι Εκμετάλλευση του ανέμου το καλοκαίρι ή και δημιουργία κίνησης αέρα ή και δημιουργία κίνησης αέρα για την επίτευξη δροσισμούγια την επίτευξη δροσισμού

■■ Μείωση της έκθεσης στον ψυχρό χειμερινό Μείωση της έκθεσης στον ψυχρό χειμερινό άνεμο άνεμο ή ανακοπή της ταχύτητάς του ή ανακοπή της ταχύτητάς του ή εκτροπή της διεύθυνσής τουή εκτροπή της διεύθυνσής του

• στόχος του σχεδιασμού στόχος του σχεδιασμού στους υπαίθριους στους υπαίθριους χώρους:χώρους:

το μέγεθος των ανεμοπροστατευτικών διατάξεων, η θέση, ο προσανατολισμός, η διαπερατότητα και η εγγύτητα στην περιοχή καθορίζουν την αποτελεσματικότητα τους

παρεμπόδιση καθοδήγηση φιλτράρισμαεκτροπή

διατάξεις ανεμοπροστασίας διατάξεις ανεμοπροστασίας για τη βελτίωση του μικροκλίματοςγια τη βελτίωση του μικροκλίματος

ρύθμιση της ροής του ρύθμιση της ροής του ανέμου ανέμου με τη χρήση φυτεύσεων και με τη χρήση φυτεύσεων και σχεδιασμού του τοπίου σχεδιασμού του τοπίου

•επιμήκης συστάδα δέντρων δημιουργεί μικρή προστατευόμενη περιοχή

•μια μικρή συστάδα δέντρων προστατεύει μια μεγαλύτερη περιοχή

•μια συστάδα με κεκλιμένη κώμη είναι λιγότερο αποτελεσματική από την επίπεδη κώμη

αστικό μικροκλίμα – ροή ανέμουαστικό μικροκλίμα – ροή ανέμου

βελτίωση του μικροκλίματος βελτίωση του μικροκλίματος σε υπαίθριους χώρους σε υπαίθριους χώρους με ειδικές κατασκευέςμε ειδικές κατασκευές : : ανεμόπυργοιανεμόπυργοι

ο σχεδιασμός μπορεί να μεταβάλλει

τη σχετική υγρασία στα κτίρια και

στους υπαίθριους χώρους?

Waterridge Marketing Pavilion,San Diego, California

EXPO, Σεβίλλη 1992

αστικό μικροκλίμα – νερόαστικό μικροκλίμα – νερό

Επίδραση του νερού Επίδραση του νερού στο μικροκλίμα των υπαίθριων χώρωνστο μικροκλίμα των υπαίθριων χώρων

χαμηλή ανακλαστικότητα

υψηλή θερμοχωρητικότητα

εξατμιστικός δροσιμός

ΥΔΑΤΙΝΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣΥΔΑΤΙΝΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ

■■ ρυθμίζουν τη θερμοκρασία στο άμεσο ρυθμίζουν τη θερμοκρασία στο άμεσο περιβάλλον τουςπεριβάλλον τους

■■ λειτουργούν ως κλιματιστικό των λειτουργούν ως κλιματιστικό των υπαίθριων χώρων υπαίθριων χώρων

■■ απορροφούν και αποθηκεύουν θερμότητα απορροφούν και αποθηκεύουν θερμότητα χωρίς να αυξάνεται σημαντικά η επιφανειακή χωρίς να αυξάνεται σημαντικά η επιφανειακή θερμοκρασία θερμοκρασία

■■ μειώνουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος μειώνουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος με τη διαδικασία της εξάτμισηςμε τη διαδικασία της εξάτμισης

αστικό μικροκλίμα – νερόαστικό μικροκλίμα – νερό

Επίδραση του νερού Επίδραση του νερού στο μικροκλίμα των υπαίθριων χώρωνστο μικροκλίμα των υπαίθριων χώρων

San Cristobal, Mexico city,Luis Barragan, Andres Casillaw, αρχιτέκτονες

δροσισμός με εξάτμιση

Περίπτερο της Βρετανίας

στην EXPO ‘92 της Σεβίλλης αρχ. Nicolas Grimshaw & Partners

υδατοδιαπερατά υδατοδιαπερατά δάπεδα δάπεδα για τη διευκόλυνση για τη διευκόλυνση της εξάτμισης υγρασίας της εξάτμισης υγρασίας από το έδαφοςαπό το έδαφοςκαι τηκαι τηβελτίωση του βελτίωση του μικροκλίματοςμικροκλίματοςκαι των συνθηκών και των συνθηκών άνεσης στους άνεσης στους υπαίθριους χώρουςυπαίθριους χώρους

η φύτευση επηρεάζει το μικροκλίμα μέσα και έξω από το κτίριο και συμβάλλει στη θερμική άνεση

πράσινες πόλεις?πράσινες πόλεις?ΠΟΛΗ ΠΡΑΣΙΝΟ

m2/ κάτοικο ΠΟΛΗ ΠΡΑΣΙΝΟ

m2/ κάτοικο Αθήνα 2,55 Άμστερνταμ 27,00 Θεσσαλονίκη 2,73 Ρότερνταμ 28,00 Λονδίνο 9,00 Χάγη 27,00 Παρίσι 8,54 Ζυρίχη 10,00 Ρώμη 9,00 Βόννη 35,00 Βιέννη 20,00 Βερολίνο 13,00 Βαρσοβία 18,00

φύτευση του φύτευση του κελύφουςκελύφους

Επιφ ανειακές θερμοκρασίες εκτεθειμένων και σκιασμένων τμημάτων

σκουρόχρωμου τοίχου

(ημέρα μετρήσεων 19/7/2001)

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Ώρες (hr)

Θερ

μο

κρ

ασ

ία

(°C

)

εκτεθειμέν ο τμήμα

σκ ιασμένο τμήμα

θερμοκ ρασία εξωτερικού χώρου

θερμοκ ρασία εσωτερικού χώρου

φύτευση φύτευση κατακόρυφων κατακόρυφων επιφανειώνεπιφανειών

αρχές σχεδιασμού για την ενεργειακή αποδοτικότητα των κτιρίων στην θερινή περίοδο

μικροκλίμα - φύτευση δωμάτων μικροκλίμα - φύτευση δωμάτων

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

2:00 14:00 2:00 14:00 2:00

Ωρες

Θερμ

οκρα

σία

Θερμοκρασία επιφάνειας εξώστη

Θερμοκρασία επιφάνειας δώματος

Θερμοκρασία περιβάλλοντος

Θερμοκρασία επιφάνειας φυτεμένου δώματος

Πως επηρεάζουμε (βελτιώνουμε) τη θερμική άνεση;

• σωστή χρήση του τοπικού δυναμικού της σωστή χρήση του τοπικού δυναμικού της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας ( ( κατάλληλη κατάλληλη ηλιοπροστασία ή ηλιασμόηλιοπροστασία ή ηλιασμό))

• ενεργειακός σχεδιασμός-προστασία του κελύφουςενεργειακός σχεδιασμός-προστασία του κελύφους

• ανεμοπροστασία ή αξιοποίηση των τοπικών ανέμωνανεμοπροστασία ή αξιοποίηση των τοπικών ανέμων

• ορθή επιλογή των υλικών (και χρωματισμών) κατάλληλη ορθή επιλογή των υλικών (και χρωματισμών) κατάλληλη φύτευση και χρήση βλάστησηςφύτευση και χρήση βλάστησης

• τοποθέτηση υδάτινων στοιχείων για τον δροσισμό του τοποθέτηση υδάτινων στοιχείων για τον δροσισμό του χώρου, μέσω της εξατμιστικής ψύξης χώρου, μέσω της εξατμιστικής ψύξης

ΚΑΙ ΤΩΡΑ;ΚΑΙ ΤΩΡΑ;

Επανασχεδιασμός του αστικού ιστού;;;Επανασχεδιασμός του αστικού ιστού;;;

Κατεδάφιση οικοδομικών τετραγώνων σε κάθε πυκνό αστικό ιστό;;; Κατεδάφιση οικοδομικών τετραγώνων σε κάθε πυκνό αστικό ιστό;;; ....ήή……

Αναβάθμιση υπαίθριων αστικών χώρωνΑναβάθμιση υπαίθριων αστικών χώρων;; αναπλάσεις και παρεμβάσεις σε διαφορετικής ;; αναπλάσεις και παρεμβάσεις σε διαφορετικής κλίμακας υπαίθριους χώρους, κοινόχρηστους ή ιδιωτικούςκλίμακας υπαίθριους χώρους, κοινόχρηστους ή ιδιωτικούς

Αναβάθμιση κτιρίωνΑναβάθμιση κτιρίων;; αναδρομική θερμομόνωση, βελτίωση κουφωμάτων, προσθήκη ;; αναδρομική θερμομόνωση, βελτίωση κουφωμάτων, προσθήκη στοιχείων ελέγχου του εσωκλίματουςστοιχείων ελέγχου του εσωκλίματους

ευχαριστώ για την προσοχή σας