2. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ θερμική και οπτική άνεση ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Δ.Π.Θ. ΤΜΗΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ II εισαγωγή στον βιοκλιματικό σχεδιασμό 2. ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ θερμική και οπτική άνεση Διδάσκοντες Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr Οι σημειώσεις βρίσκονται αναρτημένες στην ιστοσελίδα : http : // eclass.duth.gr ΤΜD100

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ εισαγωγή για Αρχιτέκτονες ΣΗΜΕΙΩΣΗ : οι εικόνες και τα σύμβολα των διαφανειών προέρχονται από το συνιστώμενο διδακτικό σύγγραμμα ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ εισαγωγή για Αρχιτέκτονες μετάφραση Ερωτόκριτου Τσίγκα, εκδόσεις Μαλλιάρης – παιδεία για την Ευρωπαϊκή Επιτροπή ENERGY CONSCIUS DESIGN a primer for architects J.R Goulding, J.O. Lewis, T.C. Stemmers Architecture et Climat, Centre de Recherches en Architecture, Universite Catholique de Louvin, Belgique Energy Research Group, School of Architecture University College Dublin IRL ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Directorate general XII for science, research and development

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΣΤΟΧΟΙ : ανάλογα με το κλίμα και την εποχή (ανεξαρτήτως καιρού) ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ οπτική άνεση, αποφυγή θάμβωσης (ψυχρός καιρός) ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΗΛΙΑΣΜΟΥ μεγιστοποίηση κερδών ηλιακής ακτινοβολίας (ζεστός καιρός) ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΨΥΞΗΣ ελαχιστοποίηση κερδών ηλιακής ακτινοβολίας

ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ Η εσωτερική θερμοκρασία του ανθρώπου διατηρείται σταθερή Το ανθρώπινο σώμα δεν έχει δυνατότητα να αποθηκεύει θερμότητα (κάθε πρόσθετη θερμική ενέργεια που αναπτύσσεται πρέπει να διαδοθεί) Το αίσθημα της θερμικής άνεσης (η ευεξία κάθε ατόμου) εξασφαλίζεται όταν η παραγωγή εσωτ. θερμ. ενέργειας εξισώνεται με τις θερμ. απώλειες του σώματος. Η διαδικασία αυτής της ισορροπίας εξαρτάται από 7 παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν τις κατάλληλες συνθήκες του δομημένου περιβάλλοντος (αυτές που ταιριάζουν σε κάθε άτομο και ικανοποιούν κατά 75% το σύνολο των περιπτώσεων) και προσδιορίζουν την αλληλεπίδραση ατόμου - περιβάλλοντος

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ (1) Τρεις (3) παράμετροι σχετίζονται με τη φυσιολογία του ατόμου : 1. Ο Μεταβολισμός : το σύνολο των χημικών και βιολογικών αντιδράσεων που καταλήγουν στη διατήρηση μιας σταθερής εσωτ. θερμοκρασίας 36,7οC ανάπαυση - κατάκλιση 0,8 ανάπαυση – κάθισμα 1,0 εργασία γραφείου 1,2 δουλειά νοικοκυριού 2,0 άθληση τένις 5,0 άθληση σκουός 7,0 σε μονάδες met (μονάδες μεταβολισμού, 1met = 58 /m2) (εμβαδόν επιφάνειας ανθρώπινου σώματος 1,8m2)

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ (2) 2. Θερμοκρασία του Δέρματος : συνάρτηση του μεταβολισμού, της ένδυσης, της θερμοκρασίας χώρου κλπ (δεν διατηρείται σταθερή, όπως η εσωτερική θερμοκρασία του σώματος) 3. H Ένδυση: η θερμική αντίσταση στην ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ επιδερμίδας και περιβάλλοντος γυμνό σώμα 0 εσώρουχα 0,1 θερινή ενδυμασία 0,5 χειμερινή ενδυμασία σπιτιού 1,0 χειμερινή ενδυμασία υπαίθρου 1,5 σε μονάδες clo (μονάδα θερμικής αντίστασης, 1clo = 0,155m2 K / W)

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ (3) Τέσσερις (4) παράμετροι σχετίζονται με τον χώρο 4. Η Θερμοκρασία Εσωτερικού Περιβάλλοντος (χώρου) : ανάλογα με τη θερμοκρασία του χώρου διατηρείται ή ενισχύεται η αποβολή εσωτερικής θερμότητας του ανθρώπινου σώματος 5. Η Σχετική Υγρασία : η αναλογία της πραγματικής υγρασίας του αέρα σε σχέση με την υγρασία του κορεσμένου αέρα στην ίδια θερμοκρασία και πίεση παράδειγμα : για να διατηρηθεί η θερμική άνεση σε μια εύκρατη περιοχή, η αύξηση της σχετικής υγρασίας από 20 σε 60% επιβάλλει μείωση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος κατά 1 οC ΣΥΝΗΘΩΣ η σχετική υγρασία θεωρείται σταθερή στο ποσοστό 50%

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ (4) 6. Η Επιφανειακή Θερμοκρασία του Εσωτερικού Κελύφους (μέση ακτινοβολούμενη θερμοκρασία) : συνάρτηση της θερμότητας που αποβάλλεται από το ανθρώπινο σώμα προς τον εσωτερικό χώρο Σε περιπτώσεις καλής θερμομόνωσης, η ανταλλαγή θερμότητας χώρου – σώματος καθορίζεται από τα εσωτερικά ρεύματα αέρα 7. Η Ταχύτητα του Αέρα : η ταχύτητα ροής για ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ σώματος και χώρου Γενικά μέσα στα κτίρια οι ταχύτητες αέρα είναι < 0,2 m/s. Η σχετική ταχύτητα του αέρα οφείλεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες ανάπαυση (κατάκλιση / κάθισμα) 0 εργασία γραφείο 0,0 - 0,1 δουλειά νοικοκυριού 0,2 - 1,2 άθληση τένις 0,5 - 2,0 άθληση σκουός 0,5 - 2,0

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ (1) προσδιορίζεται από έξι (6) θερμικές ενδείξεις Η ισορροπία μεταξύ θερμικής άνεσης και συνθηκών χώρου προσδιορίζεται από έξι (6) θερμικές ενδείξεις που αξιολογούν το αίσθημα θερμικής άνεσης του ενοίκου 1. Βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας η θεωρητικά ομοιόμορφη θερμοκρασία ενός κλειστού δωματίου με ισορροπία ακτινοβολίας και μεταφοράς θερμότητας στον αέρα για ταχύτητα αέρα 0,2m/s, θερμοκρασία άνεσης 20 οC, με θερμοκρασία ακτινοβολίας 19 οC και θερμοκρασία χώρου 21 οC. 2. Ζώνες άνεσης γενικά είναι επιθυμητό το ανθρώπινο σώμα να βιώνει μικρές μεταβολές θερμικής άνεσης Αναμενόμενη μέση τιμή αίσθησης (Predicted mean vote, PMV) είναι η κλίμακα της (υποκειμενικά μέσης) θερμικής άνεσης για μηδενική τιμή ιδανικές συνθήκες για θετικές τιμές θερμοκρασίες χώρου σχετικά ψηλότερες (ήπια ζέστη +1, ζέστη +2, καύσωνας +3) για αρνητικές τιμές θερμοκρασίες χώρου σχετικά χαμηλότερες (δροσιά -1, κρύο -2, ψύχος -3)

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ (2) 4. Ποσοστό δυσαρέσκειας (Predicted percentage of dissatisfied PPD) είναι η ένδειξη του ποσοστού των ατόμων που δυσανασχετούν λόγω ζέστης ή ψύχους σε δεδομένο θερμικό περιβάλλον για μεταβολές PMV από -1 σε +1 ποσοστό PPD 25% για μεταβολές PMV από -0,5 σε +0,5 ποσοστό PPD 10% ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΕΣΗΣ : γραφική μέθοδος συσχέτισης των παραμέτρων θερμικής άνεσης (διαγράμματα Markus-Morris) πχ σε ένα γραφείο για δεδομένη ένδυση, ταχύτητα αέρα, δραστηριότητα είναι η συνάρτηση της θερμοκρασίας - της πίεσης και της σχετικής υγρασίας Γραφικές μέθοδοι συσχέτισης της θερμικής άνεσης με την θερμική αδράνεια του κελύφους, τις ανθρώπινες δραστηριότητες, τη σχετική υγρασία και τον αερισμό του χώρου (διαγράμματα Givoni) Στόχος η ελαχιστοποίηση της επίδρασης των κλιματικών αλλαγών στο εσώκλιμα του χώρου.

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΕΣΗΣ : γραφική μέθοδος συσχέτισης των παραμέτρων θερμικής άνεσης (διαγράμματα Markus-Morris) πχ σε ένα γραφείο για δεδομένη ένδυση, ταχύτητα αέρα, δραστηριότητα είναι η συνάρτηση της θερμοκρασίας – - της πίεσης - της σχετικής υγρασίας (διαγράμματα Givoni) Στόχος η ελαχιστοποίηση της επίδρασης των κλιματικών αλλαγών στο εσώκλιμα του χώρου.

ΟΠΤΙΚΗ ΑΝΕΣΗ ΟΡΑΣΗ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟ ΦΩΣ ΟΡΑΤΟ ΦΩΣ Το ορατό φως είναι ηλιακή ακτινοβολία και αποτελείται από μήκη κύματος της τάξης 380 ως 760 nm (νανόμετρα 10-7 m) Το φως αποτελείται από άμεση και διαχυτή ακτινοβολία Λόγω απόστασης η φωτεινή ακτινοβολία θεωρείται δέσμη παράλληλων ακτίνων προερχόμενων από τον ήλιο`

H Ανθρώπινη Όραση Μέγιστη ευαισθησία (διακριτότητα) του ανθρώπινου οφθαλμού στην κίτρινη ακτινοβολία (555nm) Δύο τρόποι της ανθρώπινης όρασης : Φωτοπική (στο φως) με κονία : λεπτομέρειες, χρώματα, υφή Σκοτοπική (στο σκοτάδι) με ραβδία : όγκοι, βάθος Διάρθρωση της όρασης : Κεντρικός κώνος : απόλυτη προσοχή Κοντινό περιβάλλον : διοπτρική όραση Μακρινό περιβάλλον : περιφερειακή αντίληψη Προσαρμοστικότητα ανθρώπινου φακού 1 : 200 (άμεσα) 1 : 1000 (σταδιακά) Ανεκτές διαφορές φωτεινότητας μέσα - έξω αρχικά 0,5%, σταδιακά 0.1%

Οπτική Άνεση Οπτική άνεση είναι η δυνατότητα αναγνώρισης εύκολης, απρόσκοπτης και ουσιαστικής αναγνώρισης των αντικειμένων του χώρου επιτέλεσης των προβλεπόμενων δραστηριοτήτων Η οπτική άνεση σε έναν χώρο εξαρτάται από τις ποσότητα, την ποιότητα και τη διανομή της φωτεινής ενέργειας (επαρκής ένταση, μικρές διαφορές φωτεινών – σκιασμένων περιοχών) Η ένταση του φωτισμού είναι σημαντικός παράγοντας οπτικής επάρκειας, αλλά δεν πρέπει να προκαλεί κόπωση (θάμβωση) Βασικός στόχος είναι η πρόβλεψη ανοιγμάτων και τεχνητών φωτιστικών πηγών ώστε (ανάλογα με τη λειτουργία) να μεγιστοποιηθεί η ποσότητα, να βελτιστοποιηθεί η ποιότητα και να αποτραπεί η θάμβωση

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ Οπτική άνεση Είδος + διεύθυνση φωτός Ποσότητα ανάλογα με τη λειτουργία (μονάδες έντασης σε Lux, Candelas) Daily Light Factor DLF = Ei / Eo (%) Θάμβωση Αδυναμία συγκέντρωσης Συσκότιση Αδυναμία εργασίας Κόστος τεχνιτού φωτισμού + υπερθέρμανση

Θάμβωση είναι η εισαγωγή έντονης φωτεινής πηγής ή δέσμης στο οπτικό πεδίο, με άμεσο αποτέλεσμα την ελαφρά περίσπαση ή πρόσκαιρη τύφλωση του ατόμου και μακροπρόθεσμο αποτέλεσμα τη δυσφορία ή/ και την κόπωση Η θάμβωση προκαλείται άμεσα (από πηγή, είσοδος δέσμης από άνοιγμα) ή έμμεσα (από αντανάκλαση) Ελάχιστες ανεκτές διαφορές του φυσικού φωτισμού εσωτερικά – εξωτερικά (μέσω των ανοιγμάτων, σε μονάδες DLF daylight factor) εκκλησίες, νοσοκομεία 1% γραφεία, αίθουσες διδασκαλίας 2% εργοστάσια 5% Συνιστώμενες ανακλάσεις Δάπεδα 0.15 – 0.3 Τοίχοι κοντά σε ανοίγματα ή πηγές 0.6 – 0.7 Υπόλοιποι τοίχοι 0.4 – 0.5 Οροφές 0.7 – 0.85

Κατάλληλες στάθμες έντασης φωτισμού (σε lux) Οι επικαλύψεις των εσωτερικών χώρων επιλέγονται με βάση την ανακλαστικότητά τους, ώστε να εξομαλύνουν την διανομή του φωτός και να αποτρέπουν τη θάμβωση. Γενικά : Σε μεγάλες επιφάνειες απαλά χρώματα Σε μικρές επιφάνειες και αντικείμενα έντονα χρώματα Κατάλληλες στάθμες έντασης φωτισμού (σε lux) Χώροι δραστηριοτήτων Αποθήκες 150 Μηχανουργεία 300 Γραφεία 500 Σχεδιαστήρια 750 Συναρμολόγηση 1000 Ειδικές εργασίες (χειρουργεία) 1500 Οικιακές δραστηριότητες Προθάλαμοι, διάδρομοι 50 - 100 Τραπεζαρίες, σαλόνια 100 - 200 Καθιστικά, κουζίνα 200 – 300 Γραφεία 300 – 500

Χώρος - χρήση - δραστηριότητα lux Προθάλαμοι, διάδρομοι κατοικίας 50 - 100 Θάλαμος νοσηλείας 100 Διάδρομοι κυκλοφορίας κοινού, αποθήκες 100 - 150 Σκάλα 150 Τραπεζαρία, σαλόνι κατοικίας 150 - 200 Καθιστικό, κουζίνα κατοικίας 200 - 300 Θεατρικές αίθουσες για διάλλειμα 150 - 300 Αίθουσα διδασκαλίας, Ιατρείο, Μηχανουργείο Χώρος άθλησης, Χώρος πωλήσεων 300 Γραφειακοί χώροι, Αίθουσες συνεδριάσεων – διαλέξεων 300 - 500 Αίθουσα διδασκαλίας ενηλίκων, Ταμείο 500 Σχεδιαστήρια 500 - 750 Εργασίες συναρμολόγησης, Θάλαμοι επεμβάσεων 1000 Ειδικές εργασίες 1000 - 1500

Θέση ανοιγμάτων ΦΩΤΙΣΜΟΣ - ΔΙΑΝΟΜΗ Μέγεθος Σχήμα Κλίση Πρόσθετα στοιχεία Σκίαστρα, Ανακλαστήρες Συνδυασμοί Εσωτερικά αίθρια, Πολυώροφα κτίρια

ΦΩΤΙΣΜΟΣ - ΔΙΑΝΟΜΗ Σκίαστρα Οριζόντια ή κατακόρυφα ή κεκλιμένα Σχήμα Κλίση Μέγεθος Συμπαγή ή διάτρητα Αναλογίες Στόχος Αποφυγή θάμβωσης, επαρκής φωτισμός, δυνατότητα συσκότισης