Ενεργειακή αξιολόγηση τεχνικών ανάπλασης εξωτερικών χώρων

Abstract

Ο κτιριακός τομέας ευθύνεται για το 40% της συνολικής παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Η αναζήτηση τρόπων για περιορισμό της υπέρμετρης κατανάλωσης ενέργειας και βελτίωσης των συνθηκών θερμικής άνεσης έχει οδηγήσει σε αναθεώρηση του τρόπου κατασκευής και λειτουργίας των κτιρίων. Η χρήση μοντέλων προσομοίωσης είναι πλέον απαραίτητη για να αποτιμηθούν σωστά οι ενεργειακές απαιτήσεις καθώς και για την εκτίμηση των συνθηκών θερμικής άνεσης. Η παρούσα διπλωματική βασίζεται σε εμπειρικούς κανόνες και απλούς υπολογισμούς οι οποίοι όμως δεν είναι αρκετοί για να προβλέψουν με ακρίβεια την επίδραση διαφόρων σχεδιαστικών επιλογών και παραμέτρων. Το σύνηθες πρόβλημα είναι ότι ο σχεδιασμός που γίνεται για "τυπικές μέρες" ή με βάση απλουστευμένα μοντέλα, οδηγεί σε μειωμένη ακρίβεια, άρα και αξιοπιστία. Ικανοποιητική ακρίβεια επιτυγχάνεται με τη χρήση ζωνικού τύπου μοντέλων τα οποία προκύπτουν από την υπόθεση ότι σε κάθε ζώνη πεδιακές μεταβλητές όπως π.χ. η θερμοκρασία και η υγρασία έχουν μόνο χρονική εξάρτηση. Γίνεται η υπόθεση ότι σε κάθε χρονική στιγμή η θερμοκρασία έχει μια κατάλληλη μέση τιμή ίδια σε κάθε σημείο της ζώνης. Η ακρίβεια από τα ζωνικά μοντέλα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις ικανοποιητική. Σε περιπτώσεις όμως όπως ο εξαερισμός ή η ύπαρξη έντονων θερμοκρασιακών διαφορών απαιτείται λεπτομερέστερη μοντελοποίηση της ροής. Σε αυτές τις περιπτώσεις απαιτείται λεπτομερής υπολογισμός της κίνησης του αέρα στους εσωτερικούς αλλά και στους εξωτερικούς χώρους και η ζωνική θεώρηση οδηγεί σε σημαντικές αποκλίσεις.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η χρήση μεθόδων υπολογιστικής ρευστομηχανικής για την λεπτομερή ανάλυση της ροής σε εξωτερικούς χώρους κτιρίων με σκοπό την ακριβέστερη περιγραφή περιπτώσεων όπου τα ζωνικά μοντέλα είναι ανεπαρκή. Στην μεθοδολογία που ακολουθείται γίνεται χρήση του λογισμικού EnergyPlus (το οποίο βασίζεται στη ζωνική θεώρηση) για τη θερμική προσομοίωση των κτιρίων και την εξαγωγή οριακών συνθηκών, η ύπαρξη των οποίων είναι απαραίτητη για την ανάλυση της ροής. Στη συνέχεια γίνεται λεπτομερής υπολογισμός της ροής στο εξωτερικό των κτιρίων με χρήση λογισμικού υπολογιστικής ρευστομηχανικής.

Για την εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας επιλέχθηκε ο χώρος μεταξύ των κτιρίων της Βιβλιοθήκης, του Μηχανογραφικού και του αμφιθεάτρου Α2 του Πολυτεχνείου Κρήτης το οποίο βρίσκεται στο Ακρωτήρι. Αρχικά έγινε συλλογή στοιχείων που αφορούν την κατασκευή των κτιρίων και του αίθριου χώρου, το είδος δραστηριότητας των χρηστών αλλά και κλιματικά δεδομένα της περιοχής.

Στη συνέχεια με την βοήθεια του DesignBuilder πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός των κτιρίων και εισήχθησαν δεδομένα που αφορούν την μοντελοποίηση του ευρύτερου χώρου, όπως κατασκευαστικά υλικά. Τέλος με την βοήθεια του DesignBuilder CFD έγινε μελέτη της ροής και εξάχθηκαν τα αποτελέσματα που αφορούν πεδία ταχυτήτων, πίεσης και θερμοκρασιών.