ΦΥΣΙΚΟΣ ΔΡΟΣΙΣΜΟΣ

Η εξασφάλιση φυσικού δροσισμού χωρίς μηχανικό κλιματισμό προϋποθέτει:

• Μεγάλη μάζα στο εσωτερικό του κτηρίου
• Πλήρη νυχτερινό αερισμό για την ψύξη της μάζας
• Χαμηλές νυχτερινές θερμοκρασίες περιβάλλοντος

Ο φυσικός δροσισμός επιτυγχάνεται αφενός με τη μεταφορά των χαμηλών νυχτερινών θερμοκρασιών του περιβάλλοντος μέσα στο κτήριο και αφετέρου με τη διατήρησή τους κατά τη διάρκεια της επόμενης μέρας.

Η δροσιά του νυχτερινού αέρα ψύχει τη θερμική μάζα των εσωτερικών χώρων. Τα ψυχρά εσωτερικά δομικά στοιχεία είναι αυτά, που μπορούν να διατηρήσουν χαμηλή την εσωτερική θερμοκρασία την επόμενη ημέρα.

Στο ελληνικό κλίμα οι νυχτερινές θερμοκρασίες είναι σημαντικά χαμηλότερες από τις ημερήσιες.

Στα προάστια και στις περιαστικές περιοχές η διαφορά θερμοκρασίας ημέρας – νύχτας κυμαίνεται μεταξύ 10 και 15 ^οC. Ανάλογα με το φυσικό περιβάλλον, μπορεί να φτάσει μέχρι τους 20 ^οC, κάνοντας εφικτή τη λειτουργία του φυσικού δροσισμού στα κτήρια.

Στα πυκνοδομημένα αστικά κέντρα αυτές οι διακυμάνσεις είναι πολύ μικρότερες, ανάλογες με την ένταση του φαινομένου της αστικής θερμικής νήσου. Στις περιοχές αυτές απαιτούνται μέτρα βελτίωσης του αστικού μικροκλίματος, ώστε ο φυσικός δροσισμός να είναι εφικτός και αποδοτικός.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΦΥΣΙΚΟΥ ΔΡΟΣΙΣΜΟΥ

Βήμα 1: νύχτα

Κατά τη διάρκεια της νύχτας επιδιώκεται πλήρης αερισμός του κτηρίου, με στόχο τη διαρκή αντικατάσταση του συνόλου του όγκου του θερμού εσωτερικού αέρα από τον ψυχρότερο νυχτερινό αέρα του περιβάλλοντος. Με τον τρόπο αυτό, τα δομικά στοιχεία μεταδίδουν τη θερμότητα που έχουν συσσωρεύσει κατά τη διάρκεια της ημέρας, στον ψυχρό νυχτερινό αέρα και σταδιακά, μέχρι το πρωί, ψύχονται.

Βήμα 2: πρωί

Νωρίς το πρωί, την ώρα της ανατολής, όταν αρχίζει να θερμαίνεται η ατμόσφαιρα, κλείνουν όλα τα εξωτερικά ανοίγματα, ώστε να μη θερμανθεί ο εσωτερικός χώρος και τα εσωτερικά δομικά στοιχεία να παραμείνουν ψυχρά.

Βήμα 3: ημέρα

Στη διάρκεια της ημέρας, η θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της εισόδου έμμεσης ή άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας από τα ανοίγματα, της θερμικής αγωγιμότητας του κελύφους καθώς και των λειτουργικών αναγκών των χρηστών (είσοδοι – έξοδοι). Τα ψυχρά εσωτερικά δομικά στοιχεία απορροφούν θερμότητα από τον εσωτερικό αέρα και τον διατηρούν ψυχρό. Όσο απορροφούν θερμότητα όμως, θερμαίνονται τα ίδια, σταδιακά. Η εσωτερική θερμική μάζα του κτηρίου πρέπει να είναι τόση, ώστε τα δομικά στοιχεία να εξακολουθούν, έστω και οριακά, να ψύχουν τον εσωτερικό αέρα ως το βράδυ, δηλαδή, ως την ώρα που η εξωτερική θερμοκρασία πέφτει στο ίδιο ή σε χαμηλότερο επίπεδο από την εσωτερική.

Βήμα 4: βράδυ

Αμέσως μετά τη δύση του ήλιου, την ώρα που η εξωτερική και η εσωτερική θερμοκρασία εξομοιώνονται, ανοίγουν όλα τα εξωτερικά ανοίγματα του κτηρίου, ώστε να ξαναρχίσει ο νέος κύκλος ψύξης των εσωτερικών δομικών στοιχείων.

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ

Η διαδικασία του φυσικού δροσισμού στα κτήρια, στηρίζεται στην ψύξη των δομικών τους στοιχείων τη νύχτα και στην απορρόφηση, κατά τη διάρκεια της επόμενης ημέρας, της θερμότητας του εσωτερικού αέρα από τα ψυχρά δομικά στοιχεία. Για να επιτευχθεί αυτό τα κτήρια πρέπει να διαθέτουν επαρκή θερμική μάζα.

ΝΥΧΤΕΡΙΝΟΣ ΑΕΡΙΣΜΟΣ

Ο πλήρης δροσισμός ενός κτηρίου επιτυγχάνεται μόνο με συνδυασμό διαμπερούς, οριζόντιου και κατακόρυφου αερισμού κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Ο ημερήσιος αερισμός λειτουργεί επιβαρυντικά για τον εσωτερικό χώρο διότι οι θερινοί άνεμοι και αύρες είναι θερμότεροι από τα εσωτερικά δομικά στοιχεία που έχουν ψυχθεί στη διάρκεια της προηγούμενης νύχτας. Έτσι, αντί να ψύξουν το κτήριο το θερμαίνουν.

Η αίσθηση δροσιάς, που πιθανό δημιουργούν προσωρινά οι θερινές αύρες στο ανθρώπινο σώμα,  οφείλεται στο αίσθημα  ψύξης στο δέρμα, εξαιτίας της εξάτμισης του ιδρώτα. Η επιτακτική ανάγκη των ανθρώπων, να ανοίγουν την ημέρα συχνά τα εξωτερικά ανοίγματα, οφείλεται στο ότι τα κτήρια δεν ψύχονται τη νύχτα, καθώς και στην έντονη δυσφορία και το αίσθημα ασφυξίας που προκαλείται, επειδή το κέλυφός των κτηρίων δεν αναπνέει.

Διαμπερής, οριζόντιος αερισμός

Ο διαμπερής, οριζόντιος αερισμός στηρίζεται στην κίνηση  του εξωτερικού αέρα, δηλαδή προϋποθέτει την ύπαρξη ανέμων και αιολικών ρευμάτων (τοπικές αύρες).

Ο νυχτερινός διαμπερής, οριζόντιος αερισμός είναι ανεπαρκής για την επίτευξη φυσικού δροσισμού, διότι δεν επιτυγχάνει ποτέ την πλήρη αντικατάσταση του συνολικού όγκου του θερμού εσωτερικού αέρα από τον ψυχρό εξωτερικό. Αντικαθιστά μόνο τον αέρα μεταξύ των απέναντι ανοιγμάτων. Έτσι, σε μεγάλες περιοχές του  εσωτερικού χώρου παραμένει στάσιμος θερμός αέρας.

Κατακόρυφος αερισμός

Ο κατακόρυφος αερισμός στηρίζεται στη θερμική διαστρωμάτωση του εσωτερικού αέρα. Ο θερμότερος αέρας των χώρων είναι ελαφρύτερος και συγκεντρώνεται στην υψηλότερη ζώνη τους, δηλαδή στις οροφές ή στους υπερκείμενους ορόφους. Ο ψυχρότερος αέρας είναι βαρύς και συγκεντρώνεται στις χαμηλότερες ζώνες, δηλαδή στα δάπεδα ή στους υποκείμενους ορόφους. Όταν ο θερμός αέρας των υψηλότερων ζωνών απάγεται προς το περιβάλλον, δημιουργείται ελκυσμός, ο ψυχρός αέρας των χαμηλότερων ζωνών ανεβαίνει προς τα πάνω και έτσι η μέση θερμοκρασία των εσωτερικών χώρων μειώνεται.

Για την επίτευξη του κατακόρυφου αερισμού είναι απαραίτητη:

• Η δημιουργία ανοιγμάτων απαγωγής θερμού αέρα σε όλο το μήκος της υψηλότερης ζώνης κάθε χώρου
• Η δημιουργία ενός μεγάλου, κεντρικού ανοίγματος που  επικοινωνεί με όλους τους εσωτερικούς χώρους, στην υψηλότερη περιοχή του κτηρίου.

Κατακόρυφος νυχτερινός αερισμός

Τα ανοίγματα στην υψηλότερη ζώνη των χώρων και το μεγάλο κεντρικό άνοιγμα πρέπει να παραμένουν ανοιχτά σε όλη τη διάρκεια της νύχτας, ώστε να απάγουν διαρκώς το θερμό αέρα. Ταυτόχρονα, πρέπει να παραμένουν ανοιχτά κάποια κατάλληλα κατανεμημένα ανοίγματα στη χαμηλότερη ζώνη των χώρων, ώστε να εισάγουν διαρκώς το ψυχρό νυχτερινό αέρα.

Κατακόρυφος νυχτερινός αερισμός

Κατακόρυφος ημερήσιος αερισμός

Στη διάρκεια της ημέρας μπορεί να παραμένει ανοιχτό μόνο το κεντρικό άνοιγμα στο υψηλότερο επίπεδο του κτηρίου. Επειδή απάγει το θερμό αέρα προς τα έξω, έλκει ψυχρότερο αέρα από τους υποκείμενους ορόφους και τον διανέμει στους υπερκείμενους. Όταν όμως η εξωτερική αιολική κίνηση είναι αισθητά ισχυρότερη από την ανοδική κίνηση του εσωτερικού αέρα, τότε η λειτουργία του ανοίγματος αντιστρέφεται. Επιτρέπει στο θερμό εξωτερικό αέρα να εισέρχεται στο κτήριο και να το θερμαίνει. Τότε το άνοιγμα πρέπει να κλείνει.

Κατακόρυφος ημερήσιος αερισμός

ΔΟΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΔΡΟΣΙΣΜΟΥ

Υπόγειοι – υπόσκαφοι χώροι

Τα φυσικό έδαφος εμφανίζει από βάθος ενός μέτρου και κάτω σταθερή θερμοκρασία, που οφείλεται στη μεγάλη μάζα και τη μεγάλη θερμική αδράνεια των θερμοχωρητικών υλικών του. Η μέση ετήσια τιμή θερμοκρασίας του φυσικού εδάφους κυμαίνεται στην Ελλάδα μεταξύ 12 και 13 ^οC.

Οι υπόγειοι και υπόσκαφοι χώροι περιβάλλονται από τη μεγάλη θερμική μάζα της γης και έτσι παρουσιάζουν χαμηλές θερμοκρασίες ιδιαίτερα ευεργετικές για τη θερινή ψύξη των κτηρίων. Η διοχέτευση του ψυχρού αέρα των χώρων αυτών, στους υπερκείμενους ορόφους και χώρους, ενισχύει σημαντικά το φυσικό τους δροσισμό.

Υπεδάφια ψύξη

Η χαμηλή θερμοκρασία του εδάφους αξιοποιείται με την εγκατάσταση δικτύου σωληνώσεων κάτω από το δάπεδο του κατώτερου ορόφου. Ο θερμός εσωτερικός αέρας διοχετεύεται στις υπεδάφιες σωληνώσεις, ψύχεται και εισέρχεται ψυχρός στο κτήριο. Σε υγρά κλίματα το σύστημα αυτό έχει τον κίνδυνο υγροποίησης των υδρατμών του θερμού αέρα μέσα στις σωληνώσεις και παραγωγής μυκήτων και μούχλας.

Αγωγοί κατακόρυφου αερισμού

Αγωγοί κατακόρυφου αερισμού είναι κατακόρυφες διατάξεις που επιτρέπουν την απαγωγή του θερμού εσωτερικού αέρα προς τα πάνω και προς τα έξω, από χώρους ή τμήματα του κτηρίου. Η διατομή και το ύψος αυτών των αγωγών πρέπει να είναι επαρκή και ανάλογα με τον όγκο του θερμού αέρα που πρέπει να απάγουν. Η ονομασία τους «καμινάδες αερισμού» δεν είναι σωστή, διότι παραπέμπει στην έννοια της στενής μικρής καμινάδας, η οποία δεν αποδίδει στο ελληνικό κλίμα. Οι αγωγοί κατακόρυφου αερισμού απαιτούν διαστάσεις χώρου και κατά συνέπεια αποτελούν ογκοπλαστικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής σύνθεσης.

Κλιμακοστάσιο

Το κλιμακοστάσιο ενός κτηρίου επικοινωνεί με όλα τα επίπεδά του. Μπορεί να αποτελέσει το σημαντικότερο αγωγό κατακόρυφου αερισμού του, όταν έχει κεντρική θέση στον κτηριακό όγκο και απόληξη με μεγάλο άνοιγμα πιο ψηλά  από το ανώτερο επίπεδο του κτηρίου.

Το κλιμακοστάσιο είναι πιο αποδοτικό από έναν απλό αγωγό αερισμού διότι η μεγάλη διατομή του μειώνει τις τριβές της φυσικής ροής του αέρα, επιτρέποντας την απρόσκοπτη κυκλοφορία του. Γενικά, όσο μεγαλύτερο είναι το ύψος του τόσο εντονότερος είναι ο ελκυσμός που δημιουργείται.

Παγίδες ανέμου

Σε θερμά κλίματα, όπου οι ανάγκες ψύξης είναι αυξημένες, έχουν αναπτυχθεί ειδικές διατάξεις και συστήματα για την εισαγωγή θερμού αέρα, που πνέει με πίεση από ψηλά, και την ψύξη του είτε με σταγονίδια νερού (δροσισμός με εξάτμιση – evaporative cooling) είτε με τη διοχέτευσή του μέσα σε υπόγειους χώρους. Tα συστήματα αυτά ονομάζονται «παγίδες ανέμου» (wind-catcher, bâdgir – περσικά, malqaf – αραβικά) και είναι χαρακτηριστικά της παραδοσιακής περσικής και αιγυπτιακής αρχιτεκτονικής.

ΑΝΑΓΚΑΙΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ

Η εσωτερική δομή ενός κτηρίου επηρεάζει καθοριστικά τις δυνατότητες φυσικού αερισμού και ψύξης του. Για το σωστό και αποτελεσματικό σχεδιασμό της, πέρα από την κατανόηση βασικών αρχών φυσικής (θερμοδυναμικής και ρευστομηχανικής), υπάρχει ανάγκη προσδιορισμού συγκεκριμένων μεγεθών. Ειδικότερα απαιτούνται:

1. Υπολογισμός της ποσότητας θερμικής μάζας που επαρκεί για την ψύξη των χώρων.
2. Σωστή κατανομή και διαστασιολόγηση των εξόδων και εισόδων αέρα.
3. Προσδιορισμός της βέλτιστης σχέσης ύψους και έκτασης των διαδρομών ροής αέρα, στο εσωτερικό των κτηρίων.

Τα μεγέθη αυτά υπολογίζονται και διαφοροποιούνται σε άμεση συνάρτηση με τις ιδιαιτερότητες και τα χαρακτηριστικά  του μικροκλίματος κάθε τόπου. Μπορούν να προσδιοριστούν με υπολογιστικά εργαλεία που προσομοιώνουν την κίνηση του αέρα, σε συνδυασμό με τη θερμική συμπεριφορά του κτηρίου (πολυζωνικά μοντέλα) και με πιο εξειδικευμένα προγράμματα προσομοίωσης της κίνησης των ρευστών (Computer Fluid Dynamics).

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΧΡΗΣΤΗ ΣΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΔΡΟΣΙΣΜΟ

Ο χρήστης είναι ανάγκη να έχει κατανοήσει τη διαδικασία του φυσικού δροσισμού, ώστε να γνωρίζει ποιά ανοίγματα του κτηρίου και σε ποιά χρονική στιγμή πρέπει να ανοίγουν και να κλείνουν. Η προσθήκη απλών αυτοματισμών σε ανοίγματα που είναι δύσκολα προσιτά ή που η χρήση τους προϋποθέτει μεγάλες διαδρομές μέσα στο κτήριο, μπορεί να διευκολύνει τους χειρισμούς που απαιτούνται.