Εξοικονόμιση ενέργειας στα κτίρια

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται το πρόβλημα της εξοικονόμησης ενέργειας σε κτίρια. Το συγκεκριμένο ζήτημα αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες στο συνολικότερο ενεργειακό πρόβλημα του πλανήτη, καθώς τόσο από τη μεριά της οικολογικής διαχείρισης, όσο και από αυτή της λελογισμένης κατανάλωσής της ,αυτή τη στιγμή η καλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια αποτελεί προτεραιότητα. Αρχικά παρουσιάζονται οι πτυχές του ίδιου του ενεργειακού προβλήματος. Η αυξημένη κατανάλωση ενέργειας, ιδιαίτερα στον κτιριακό τομέα, και ειδικότερα και στην Ελλάδα (λόγω συγκεκριμένων ιδιαιτεροτήτων του κτιριακού της αποθέματος) δημιουργεί την ανάγκη ανάπτυξης πληθώρας μεθόδων εξοικονόμησης. Αυτές θα μπορούσαν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: τις μόνιμες και κατασκευαστικές διορθώσεις, αυτές που αφορούν δηλαδή τον ίδιο τον κορμό του σπιτιού και το επαναφέρουν στις σύγχρονες προδιαγραφές για την κατασκευή κτιρίων (πχ θερμομονώσεις, αντικαταστάσεις θέρμανσης) και στους αυτοματισμούς ελέγχου των λειτουργιών που καταναλώνουν ενέργεια. Σε ότι αφορά το πρώτο κομμάτι, μπορούμε κι εκεί να δούμε δύο κατηγορίες: τη διόρθωση των ήδη υπαρχόντων κτιρίων, είτε την κατασκευή καινούριων σύμφωνα με μια πιο οικολογική λειτουργία: τη δημιουργία δηλαδή του «πράσινου» σπιτιού, σπιτιού φιλικού στο περιβάλλον. Το βασικότερο σημείο, ωστόσο, που όλες οι αναλύσεις στέκονται γύρω απ΄ την εξοικονόμηση ενέργειας είναι ο αυτοματισμός όλων των λειτουργιών ενός κτιρίου, η δημιουργία του λεγόμενου «έξυπνου» σπιτιού. Αυτό προϋποθέτει την ανάπτυξη συγκεκριμένων συστημάτων ελέγχου, που να μπορούν αυτόματα να καθορίζουν τη λειτουργία τους ανάλογα με την αλλαγή του περιβάλλοντος και γενικά των εξωτερικών συνθηκών, αλλά και να δικτυώνονται μεταξύ τους. Μια σειρά τεχνολογιών για τη δημιουργία τέτοιων συστημάτων παρουσιάζονται συνοπτικά. Βασικά στοιχεία στην ανάπτυξη των συστημάτων ελέγχου αποτελούν οι αισθητήρες. Είναι τα στοιχεία εκείνα που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση με το εξωτερικό περιβάλλον, αυτά που καθορίζουν την αρχή λειτουργίας ενός συστήματος ελέγχου. Τα είδη των αισθητήρων αναπτύσσονται στη συνέχεια της εργασίας, παρατηρώντας ότι ποικίλλουν ανάλογα με τη λειτουργία τους και τη συγκεκριμένη χρήση τους. Εξίσου βασικό κομμάτι αποτελούν οι μικροεπεξεργαστές. Στην πραγματικότητα, αυτοί περιλαμβάνουν τόσο το κομμάτι της πιο εύκολης εκτέλεσης των ενεργειών ελέγχου ενός συστήματος ελέγχου αλλά και το κομμάτι της δικτύωσης των διαφορετικών συστημάτων ελέγχου ενός κτιρίου. Γι΄ αυτό το λόγο, παρουσιάζεται η λειτουργία και η δομή τους, καθώς και οι μικροελεγκτές, κατηγορία μικροεπεξεργαστών με ειδική εφαρμογή στα συστήματα ελέγχου. Τέλος, παρουσιάζεται η πειραματική διάταξή μας, ένα σύστημα ελέγχου παραθύρων (με εφαρμογή και σε άλλες λειτουργίες ωστόσο) που βάσει αισθητήρων και του μικροελεγκτή Arduino ελέγχει τη θερμοκρασία και ανάλογα ανοίγει ή κλείνει τα παράθυρα. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να εξοικονομεί ενέργεια για τη θέρμανση του σπιτιού, ή να χρησιμοποιηθεί και σε άλλες εφαρμογές (κλιματισμός κτλ).

In the present paper we study the problem of conservation of energy. This problem is one of the most important factors of the whole energy problem, because both ecological management and more efficient energy consumption refer to it, establishing as a priority for us.

In the first place, I present the facet of the energy problem. The increased consumption of energy, especially in buildings and particularly in Greece (due to specific characteristics of its buildings and their construction) increases the demand for several methods of energy conservation. These methods could be easily sorted to two categories: the permanent and constructive methods, who concern the main body of the building (for example insulation, replacement of heating) and the control systems for all the energy functions. Also, we can see there are two types of permanent methods: those who fix a present building, and the construction of new buildings with better ecological behaviour, such as the construction of “green” buildings, which are buildings friendly to the environment.

The most basic part according to energy conservation is the automation of all the functions of a building, which leads us to the construction of the “smart” house. This involves the development of specific control systems, who can automatically set their functions according to the environmental conditions, and also communicating between them using a sort of network. I present several technologies of creating such control systems.

A basic part of development of control systems are sensors. Sensors are those elements who allow the communication of systems with the environment and set their function. In this paper, I present all the types of sensors, mentioning that they diversify due to their function and specific use.

A great part of control systems are microprocessors. Actually, microprocessors offer an easier way of performing the activities of a control system and the bonnection between the different systems. I present their function and their configuration, presenting microcontrollers too, as they are used very often in control systems in buildings and I use one in the experiment of this paper.

The last part of this paper presents my experiment. It is a system that controls opening and closing windows (and can be used in several other operations too). Using sensors and the microcontroller Arduino, it controls temperature and opens or closes the window. In this way, we can conserve energy for heating, or using this systems in other operation (air-conditiong etc).