Η συμβολή του αίθριου στο βιοκλιματικό σχεδιασμό

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται ο σχεδιασμός των αίθριων χώρων με βάση τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού. Ο σωστός σχεδιασμός αναφέρεται στην θερμική άνεση, στην οπτική άνεση, στον αερισμό και στον δροσισμό τόσο του αιθρίου, όσο και των παρακείμενων χώρων. Με τον όρο βιοκλιματικό σχεδιασμό νοείται ο κτιριακός σχεδιασμός, ο οποίος βασίζεται στην προσαρμογή των κτιρίων στο τοπικό κλίμα και περιβάλλον, με στόχο τον περιορισμό της κατανάλωσης ενέργειας στο κατώτερο δυνατό επίπεδο, με ταυτόχρονη εξυπηρέτηση των συνθηκών θερμικής άνεσης. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός φαίνεται ότι εφαρμόζεται από τις πρώτες κατοικίες που προσπάθησε να κατασκευάσει ο άνθρωπος, αφού ενστικτωδώς στόχος του είναι η προστασία από την βροχή το χειμώνα και τον έντονο ήλιο το καλοκαίρι. Οι αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού στηρίζονται στον αερισμό το καλοκαίρι, στη θερμαντική ικανότητα των ηλιακών ακτίνων τον χειμώνα, και στον φυσικό φωτισμό των χώρων καθ’ όλη την διάρκεια του χρόνου. Αίθριο, συμφώνα με τον Γενικό Οικοδομικό Κανονισμό (Γ.Ο.Κ.), είναι το μη στεγασμένο τμήμα του οικόπεδου ή του κτιρίου και περιβάλλεται από όλες τις πλευρές του από το κτίριο ή τα κτίρια του οικόπεδου. Το αίθριο σήμερα συναντάται και κλειστό, δηλαδή στεγασμένο, με υαλοστάσιο. Το αίθριο είναι ένα αρχιτεκτονικό στοιχείο που συναντάται από τα παλαιότερα χρόνια, όχι μόνο στην Ελλάδα αλλά και στο εξωτερικό, με διαφορετικές ονομασίες, και με διαφορετικές λειτουργίες. Σήμερα το αίθριο συναντάται σε πολλά νέα κτίρια, εκ των οποίων ελάχιστα εκμεταλλεύονται την συμβολή του στο βιοκλιματικό σχεδιασμό. Συγκεκριμένα το αίθριο βοηθά στον διαμπερή αερισμό των παρακείμενων χώρων, στον καλύτερο φυσικό φωτισμό τους, αλλά και στην καλύτερη θερμική συμπεριφορά των κτιρίων. Το αίθριο λειτουργεί ως συλλέκτης της ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα ο χώρος του αιθρίου, αν και ανοικτός να έχει μεγαλύτερη θερμοκρασία από τον εξωτερικό. Το κλειστό αίθριο βοηθά στον περιορισμό των θερμικών απωλειών, και ειδικά τον χειμώνα προσφέρει αερισμό στους παρακείμενους χώρους με αέρα ήδη προθερμασμένο. Το καλοκαίρι σημαντική είναι η προστασία του χώρου είτε με σκίαστρα , είτε με άλλες μεθόδους προκειμένου να αποτραπεί η περίπτωση υπερθέρμανσης. Στην περίπτωση του κλειστού αιθρίου, στο υαλοστάσιο πρέπει να δίνεται μεγαλύτερη προσοχή αφού αναλόγως με τις συνθήκες που επιθυμεί ο μελετητής να επικρατούν στο αίθριο, απαιτείται ανάλογος σχεδιασμός. Μέσω της σωστής σχεδίασης επιτυγχάνεται μείωση της απαιτούμενης ενέργειας για θέρμανση τον χειμώνα. Ο φυσικός φωτισμός είναι από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του αιθρίου, αφού εισάγεται φυσικός φωτισμός στο κέντρο του κτιριακού όγκου. Σημαντικός είναι ο σωστός σχεδιασμός του αιθρίου, ο οποίος θα ανακλά το φώς του ήλιου χωρίς να δημιουργούνται φαινόμενα θάμβωσης. Αλλά και το υαλοστάσιο πρέπει να έχει τέτοια μορφή που να εκμεταλλεύεται το φως αναλόγως. Σημαντική στο κεφάλαιο φωτισμός κρίνεται και η τοποθέτηση των παραθύρων των παρακείμενων χώρων, η οποία πρέπει να έχει ως στόχο την ανάκλαση των ηλιακών ακτινοβολιών ως το δάπεδο του αιθρίου και ταυτόχρονα των επαρκή φυσικό φωτισμό των παρακείμενων χώρων. Ο φυσικός φωτισμός βοηθά έντονα στην μείωση των ψυκτικών φορτίων που οφείλονται στον τεχνητό φωτισμό. Το αίθριο δίνει την δυνατότητα του ιαμπερούς αερισμού των παρακείμενων χώρων. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο της καμινάδας κατά το οποίο δημιουργούνται ρεύματα εντός του κτιρίου που εξυπηρετούν τόσο τον αερισμό του αιθρίου και των παρακείμενων χώρων, όσο και τον δροσισμό τους. Σημαντική λύση για τον δροσισμό του αέρα του χώρου του αιθρίου μπορεί να αποτελεί η ύπαρξη φύτευσης, ύπαρξη δεξαμενών νερού κ.α. Στον σχεδιασμό του αιθρίου χώρου σημαντική είναι η λήψη μέτρων για την αντιμετώπιση προβλημάτων όπως η υπερθέρμανση του αιθρίου και κατ’ επέκταση των παρακείμενων χώρων, το πρόβλημα της ηχορύπανσης, η πιθανότητα θάμβωσης. Τέλος ο σωστός σχεδιασμός του αιθρίου στα πλαίσια της πυρασφάλειας είναι απαραίτητος. Σε ήδη υφιστάμενα κτίρια με αίθρια στόχος μπορεί να θεωρηθεί η ανάπλαση του χώρου του αιθρίου με τρόπο τέτοιο ώστε να αλλάξει ουσιαστικά το μικροκλίμα του κτιρίου. Για οποιαδήποτε επιλογή του μελετητή ενός βιοκλιματικού κτιρίου, απαραίτητος κρίνεται ο σωστός τρόπος χρήσης του αιθρίου. Διαφορετικά ο βιοκλιματικός σχεδιασμός αστοχεί. Στη σωστή χρήση εντάσσεται ο καθαρισμός του υαλοστασίου, η διαμόρφωση του αιθρίου, η ύπαρξη σκίασης τις μεσημεριανές ώρες, κ.α. Για την εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με την θερμική συμπεριφορά και την οπτική άνεση στην περιοχή του αιθρίου σε υφιστάμενα κτίρια, μελετήθηκαν δύο κτίρια που βρίσκονται εντός της Πολυτεχνειούπολης στην περιοχή Ζωγράφου. Το πρώτο κτίριο είναι το κτίριο των Γεωτεχνικών Μηχανικών, που ανήκει στο συγκρότημα της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών, το οποίο περιέχει δύο αίθρια συμμετρικά μεταξύ τους. Το δεύτερο είναι το κτίριο των Χημικών Μηχανικών, το οποίο έχει πέντε αίθρια εκ των οποίων μελετάται το βορειότερο. Στο τελευταίο μελετάται και η δημιουργία ενός βιοκλιματικού στεγάστρου και εξετάζονται οι θερμοκρασιακές διαφορές του πριν και μετά την δημιουργία του στεγάστρου. Για τον σκοπό αυτό, έγινε προσομοίωση των κτιρίων στο πρόγραμμα Ecotect της Autodesk. Επίσης συντάχθηκε ένα ερωτηματολόγιο το οποίο μοιράστηκε σε φοιτητές της Σχολής Χημικών Μηχανικών, προκειμένου να εξεταστεί το πώς οι χρήστες του κτιρίου αντιλαμβάνονται την θερμική συμπεριφορά του κτιρίου, και για το αν θεωρούν απαραίτητη κάποια αλλαγή. Τα αποτελέσματα από την έρευνα αυτή είναι, ότι σε όλους τους χώρους των αιθρίων παρατηρείται επαρκής φωτισμός, ενώ στους περισσότερους παρακείμενους χώρους ο φυσικός φωτισμός κρίνεται ικανοποιητικός για μεγάλο βάθος, ακόμα και τις πιο νεφελώδεις ημέρες του χρόνου. Σχετικά με την θερμική άνεση παρατηρήθηκε σε όλα τα αίθρια, μεγαλύτερη θερμοκρασία σε σχέση με αυτή του εξωτερικού περιβάλλοντος, εκτός από την περίπτωση κάποιων βραδινών χειμωνιάτικων ωρών όπου παρατηρήθηκε χαμηλότερη θερμοκρασία έως 1,5 οC, στο ένα από τα τρία αίθρια που έχουν μελετηθεί, στο οποίο επικρατεί έντονη σκίαση του κατά τις απογευματινές ώρες. Αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η σκίαση που προκαλείται στο αίθρια από τα γύρω κτίρια είναι πολύ σημαντική και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον σχεδιασμό του κτιρίου. Γενικά το αίθριο παρουσιάζει την χαμηλότερη του θερμοκρασία τις βραδινές ώρες. Σε όσα αίθρια έχουν ύψος μεγαλύτερο από έναν όροφο παρατηρείται γενικά ότι ο αέρας του αιθρίου χώρου έχει διαφορετικές θερμοκρασίες καθ’ ύψος, με την υψηλότερη στην κατώτερη περιοχή. Εξαίρεση αποτελούν οι μεσημεριανές ώρες του χειμώνα όπου παρατηρείται μεγαλύτερη θερμοκρασία στις ανώτερες περιοχές του αέρα του αιθρίου. Η θερμοκρασία είναι συνάρτηση της ηλιοφάνειας. Οι παρακείμενοι χώροι του αιθρίου που δέχονται την ηλιακή ακτινοβολία έχουν μεγαλύτερη θερμοκρασία από τους υπόλοιπους παρακείμενους εσωτερικούς χώρους. Τέλος από το ερωτηματολόγιο παρατηρήθηκε η ανάγκη στέγασης του αιθρίου, αφού ειδικά τους χειμερινούς μήνες οι θερμικές συνθήκες που επικρατούν στο αίθριο αλλά και στους ανοικτούς διαδρόμους, είναι αρκετά διαφορετικές από τα επίπεδα θερμικής άνεσης. Με την προσθήκη υαλοστασίου παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας του αιθρίου κατά τους χειμερινούς μήνες, ενώ το καλοκαίρι μείωση λόγω του δροσισμού που προσφέρεται μέσω του ανοικτού αιθρίου.