Παθητική ηλιακή αρχιτεκτονική: Μια εισαγωγή για την ιστοσελίδα

Μαργαρίτα Χονδρού-Καραβασίλη

(κείμενο γραμμένο για την παρούσα ιστοσελίδα)

Πρόκειται για τον «ορθό» αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, που αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων του κλίματος όλο το χρόνο.

Όροι – Κλειδιά

Αρχιτεκτονικός σχεδιασμός.

O όρος παραπέμπει σε όλους τους τύπους κτιρίων και σε καθεμία από τις χρήσεις τους.

Στο παρελθόν, η παθητική ηλιακή αρχιτεκτονική θεωρούνταν συχνά ότι είχε εφαρμογή αποκλειστικά στην κατοικία. H αντίληψη αυτή περιορίζει χωρίς λόγο τις δυνατότητες άλλων εφαρμογών.

Ελαχιστοποίηση.

H παθητική ηλιακή αρχιτεκτονική δεν μπορεί να εξαλείψει τις επιδράσεις του κλίματος, αλλά μπορεί να τις περιορίσει σε έναν ελάχιστο βαθμό. Κάτω από κανονικές οικονομικές συνθήκες, θα πρέπει να χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τα συμβατικά συστήματα, ώστε να εξασφαλίζεται η άνεση.

Καλοκαίρι ή χειμώνας.

Κάθε κλίμα αποτελεί σύνθετο μίγμα απλών μετεωρολογικών συνθηκών. Ειδικότερα, το μεσογειακό κλίμα χαρακτηρίζεται από ποικιλία θερμών, εύκρατων και ψυχρών περιόδων. Κατά συνέπεια, μια λύση επικεντρωμένη αποκλειστικά σε μια κατηγορία προβλημάτων θα οδηγούσε αναπόφευκτα σε συνθήκες δυσφορίας με την πρώτη επικράτηση αντίθετων συνθηκών.

Παθητικά συστήματα

O όρος «παθητικό σύστημα» υποδηλώνει τεχνολογία απλή και εκμετάλλευση της ενέργειας που ενυπάρχει στο συγκεκριμένο τόπο, σε συνεργασία με αρχιτεκτονικές συνιστώσες και είναι αντίθετος του «ενεργητικός» που αφορά σε μια εντελώς διαφορική προσέγγιση:

O όρος «ενεργητικό σύστημα» υποδηλώνει το ηλιακό σύστημα που λειτουργεί με τη βοήθεια ανεμιστήρων και μηχανικών αντλιών.

Για να κατανοήσει πλήρως κανείς τι είναι τα παθητικά συστήματα, είναι σημαντικό να αντιληφθεί τα βασικά χαρακτηριστικά τους:

- Εκμετάλλευση της τοπικής ενέργειας

Τα παθητικά συστήματα εκμεταλλεύονται την τοπική φυσική ενέργεια (εκμετάλλευση φυσικών πηγών) και καταβοθρών ενέργειας.και παρέχουν θέρμανση και δροσισμό. Πηγή ενέργειας αποτελεί οποιοδήποτε στοιχείο του περιβάλλοντος που συνεισφέρει θερμότητα σε ένα κτίριο, ενώ το στοιχείο που απορροφά θερμότητα συνιστά καταβόθρα.

H ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί την κυριότερη φυσική πηγή ενέργειας, ενώ ο ουρανός την κυριότερη καταβόθρα. Δε συνειδητοποιούμε πάντοτε ότι σε μια ημέρα η γη δέχεται από τον ήλιο περισσότερη ενέργεια από εκείνη που εμείς καταναλώνουμε σε ένα έτος. Δεδομένου ότι η μέση θερμοκρασία της γης είναι σχεδόν σταθερή, προκύπτει το συμπέρασμα ότι αυτή η εντυπωσιακή ποσότητα θερμότητας αποβάλλεται προς τον ουρανό, κυρίως μέσω της νυκτερινής επανακτινοβολίας.

- Θερμική εκμετάλλευση των κτιρίων

Στα παθητικά συστήματα, τα στοιχεία συλλογής, αποθήκευσης, μετάδοσης και διάχυσης της θερμότητας αποτελούν αναπόσπαστα μέρη των αρχιτεκτονικών στοιχείων, π.χ. των τοίχων και της στέγης. Έτσι, ένα αρχιτεκτονικό στοιχείο, εκτός από την οριοθέτηση του χώρου ή τον προσδιορισμό της μορφής του κτιρίου, μπορεί να χρησιμεύει και στη θέρμανση ή το δροσισμό του.

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την παραδοσιακή αντίληψη, σύμφωνα με την οποία η λειτουργία κάθε στοιχείου έχει μια μοναδική αποστολή. O συνδυασμός των λειτουργιών εξασφαλίζει μεν οικονομικές λύσεις, αλλά μπορεί να οδηγήσει σε πολύπλοκα ενεργειακά συστήματα, η συμπεριφορά των οποίων δεν είναι προβλέψιμη.

Με λίγα λόγια, τα παθητικά συστήματα χρησιμοποιούν την ενέργεια που συγκεντρώνεται στη συγκεκριμένη θέση, τις φυσικές ροές ενέργειας και τις παραδοσιακές αρχιτεκτονικές διατάξεις με σκοπό τη θέρμανση και το δροσισμό των κτιρίων.

Επιπλέον, ανταποκρίνονται στα σύγχρονα κριτήρια άνεσης, ενώ συγχρόνως ελαττώνουν τη χρήση ορυκτών καυσίμων, και μάλιστα με οικονομικό τρόπο.

Πάντως, κατά το σχεδιασμό ενός παθητικού ηλιακού κτιρίου θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι επιπτώσεις τεχνικού χαρακτήρα των μεταβολών των ενεργειακών διατάξεων και των διευρυμένων θερμοκρασιακών διακυμάνσεων. Οι υπολογισμοί είναι λιγότερο οικείοι από εκείνους των οικοδομών με μηχανικό κλιματισμό. Όμως, το αποτέλεσμα αξίζει την προσπάθεια!

Διάταξη της τοποθεσίας

Το ηλιακό φως, άμεσο είτε από αντανάκλαση, μετατρέπεται πάντοτε σε θερμότητα, δεδομένου ότι με την πρόσπτωσή του στο έδαφος ή σε άλλες επιφάνειες γύρω από το κτίριο, θερμαίνει τα υλικά που με τη σειρά τους θερμαίνουν τον αέρα του περιβάλλοντος.

Ωστόσο, αν η σχετική διεργασία γίνει απόλυτα κατανοητή, θα είναι δυνατόν, με την εφαρμογή διαφόρων τεχνικών, να περιοριστούν οι θερμικές αυτές επιβαρύνσεις στο ελάχιστο.

Ανακλαστικότητα

H ανάκλαση από αντικείμενα που βρίσκονται σε μικρή απόσταση, επιφέρει τελικά υπερβολική θερμότητα στην περιοχή του κτιρίου.

Κατά το σχεδιασμό εκτεθειμένων επιφανειών εδάφους κοντά στο κτίριο, πρέπει να λαμβάνεται ιδιαίτερη πρόνοια, ώστε να αποφεύγεται η χρήση υλικών υψηλής ανακλαστικότητας ή να φυτεύονται μέσα κάλυψης, όπως χλόη ή εύρωστα φυτά με άνθη, που απορροφούν ένα σημαντικό ποσοστό του φωτός και της θερμότητας.

Προσανατολισμός

H κρίσιμη χρονική στιγμή του μεσογειακού καλοκαιριού είναι το απόγευμα, όταν ο ήλιος είναι ακόμη θερμός, αν και βρίσκεται χαμηλά στον ουρανό. H δυτική πλευρά ενός κτιρίου μπορεί να προβλεφθεί με μικρές διαστάσεις, να είναι τυφλή ή να προστατεύεται από κατάλληλη σκίαση (δένδρα, φυτικοί φράκτες κλπ.).

Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι η προστασία που παρέχουν στις δυτικές όψεις οι στέγες ή οι ανεμοσκεπές σε προεξοχή είναι μικρή και ότι είναι προτιμότερο να αναζητούνται λύσεις σε άλλες μεθόδους προστασίας.

Καταρχήν, είναι ανάγκη να μονώνεται προσεκτικά η εξωτερική πλευρά των δυτικών τοίχων. Στη συνέχεια, τα παράθυρα θα εφοδιάζονται με εξωτερικά μέσα προστασίας και θα λαμβάνεται μέριμνα, ώστε να διευκολύνεται η διέλευση του αέρα μεταξύ του υαλοστασίου και του μέσου προστασίας, με τρόπο ώστε να μεγιστοποιείται η επίδραση των συστημάτων εσωτερικής προστασίας.

Τέλος, μπορεί να πραγματοποιηθεί με προληπτικό τρόπο διάταξη αειθαλούς βλάστησης, με προτίμηση δέντρων πυκνού φυλλώματος, όπως το κυπαρίσσι ή το μυόπωρο.

Ανεμοφράκτες

Εκτός από κατασκευαστικά στοιχεία, ο μελετητής μπορεί να χρησιμοποιήσει και φυτικούς φραγμούς για τον έλεγχο της κυκλοφορίας του αέρα.

Οι περιφράξεις, οι θάμνοι, τα δένδρα και λοιπά αντικείμενα που χρησιμοποιούνται ως ανεμοφράκτες δημιουργούν ζώνες σχετικής ηρεμίας στην κατάντη πλευρά τους. Οι ανοιχτοί φραγμοί, όπως π.χ. τα δέντρα και οι θάμνοι, παρέχουν μέγιστη μείωση της ταχύτητας του ανέμου κατά περίπου 50% σε απόσταση ίση προς το πενταπλάσιο του ύψους τους.

Το ύψος και το σχήμα του εμποδίου επηρεάζουν αποφασιστικά την αποτελεσματικότητα της προστασίας. Κατά γενικό κανόνα, όσο λεπτότερο είναι το στοιχείο προστασίας, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η προστατευόμενη ζώνη στα κατάντη.

Εξ ου και ο κανόνας ότι το πλάτος του εμποδίου δεν πρέπει να υπερβαίνει το ένα δέκατο του ύψους του.

Προκειμένου για υπάρχοντα ανεμοφράκτη υπερβολικού πλάτους, θα εξετάζεται η περίπτωση βελτίωσης του σχήματός του στο άνω μέρος του σύμφωνα με τις ενδείξεις του σχήματος αριστερά.

Άλλο βασικό στοιχείο των εμποδίων αποτελεί η πυκνότητά τους. Οι πλήρεις περιφράξεις εξασφαλίζουν ζώνη μεγάλης ηρεμίας, αλλά σε πολύ μικρή απόσταση, εξαιτίας του γεγονότος ότι, μετά το εμπόδιο, ο άνεμος επανακτά πολύ γρήγορα τα χαρακτηριστικά του.

Τα πορώδη εμπόδια που αποτελούνται από δένδρα και θάμνους επιτρέπουν τη διέλευση ενός μέρους του αέρα, πράγμα που περιορίζει τους στροβιλισμούς στο ελάχιστο και δημιουργεί μια ευρύτερη ζώνη ηρεμίας.

Αναλύσεις που διεξήχθησαν στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin με χρήση εξελιγμένων προγραμμάτων προσομοίωσης, κατέδειξαν ότι:

• Οι καλύτεροι ανεμοφράκτες από την άποψη του περιορισμού της ταχύτητας του ανέμου είναι στοιχεία, των οποίων το πορώδες κυμαίνεται μεταξύ 25% και 60%.

• Εμπόδια με πορώδες ίσο προς 50% παρέχουν τη μεγαλύτερη προστασία σε αποστάσεις πενταπλάσιες έως εικοσαπλάσιες του ύψους τους. Στην περιοχή αυτή, η ταχύτητα του ανέμου μειώνεται στο 30%.

• Εμπόδια με πορώδες 25% παρέχουν τη μεγαλύτερη προστασία σε απόσταση από το εμπόδιο τετραπλάσια του ύψους του. Στη ζώνη που περιλαμβάνεται μεταξύ του τετραπλασίου και του εικοσαπλασίου του ύψους, η ταχύτητα του ανέμου μειώνεται στην περίπτωση αυτή στο 60%.