Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων

Συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα δύο κόσμων

Για τον εξαερισμό και το δροσισμό ενός επαγγελματικού χώρου με υψηλά εσωτερικά θερμικά κέρδη και αντίστοιχα υψηλές απαιτήσεις θερμικής άνεσης (γραφεία, σχολεία, νοσοκομεία) η χρήση συμβατικών μηχανικών συστημάτων θεωρείται συνήθως μονόδρομος. Προσφέρουν πλήρη έλεγχο από το σύστημα ελέγχου και σταθερά επίπεδα θερμοκρασίας και υγρασίας ανεξάρτητα από τις εξωτερικές συνθήκες. Είναι όμως εξαιρετικά ενεργοβόρα, προκαλούν συχνά δυσφορία στους ενοίκους και η λειτουργία τους συνδέεται άμεσα με το σύνδρομο του άρρωστου κτιρίου.

Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσονται από μεγάλες εταιρείες νέα συστήματα που βασίζονται στη συνεργασία μεταξύ μηχανικών συστημάτων και παθητικών πρακτικών (συνύπαρξη μιας κεντρικής κλιματιστικής μονάδας με φυσικό εξαερισμό από ανοιγόμενα παράθυρα ή περσίδες) τα οποία με τη σωστή μελέτη προσφέρουν σημαντική μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας -έως και 40%, περιορισμό των λειτουργικών εξόδων, μείωση των εκπομπών CO2 και βελτίωση της θερμικής άνεσης των χρηστών χωρίς να καταργούν τα πλεονεκτήματα των συμβατικών συστημάτων. Αναφέρονται ως μικτά συστήματα κλιματισμού και χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

  1. Εναλλαγή συστημάτων λόγω αλλαγής λειτουργίας

Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - 1) Εναλλαγή συστημάτων λόγω αλλαγής λειτουργίας - change-over design

Εναλλαγή συστημάτων λόγω αλλαγής λειτουργίας – change-over design

Σε αυτή την περίπτωση ένα κτίριο σχεδιάζεται ως μηχανικά κλιματιζόμενο με πρόβλεψη για τη μετατροπή του σε παθητικά κλιματιζόμενο ή το αντίστροφο. Η «διπλή» αυτή μελέτη έχει νόημα όταν ένας χώρος προβλέπεται να έχει συχνές μεταβολές στη χρήση του ανά περιόδους αλλά δεν είναι καθόλου συνηθισμένη ως πρακτική.

  1. Χωρισμός σε ζώνες

Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - 2) Χωρισμός σε ζώνες - zoned system

Χωρισμός σε ζώνες – zoned system

Για διαφορετικές λειτουργικές ζώνες του κτιρίου σχεδιάζονται συστήματα μηχανικού κλιματισμού με κλειστά παράθυρα ή φυσικού εξαερισμού και δροσισμού από παράθυρα ή περσίδες. Σε ένα κτίριο γραφείων, για παράδειγμα, προβλέπεται φυσικός εξαερισμός από τα παράθυρα που ελέγχουν οι χρήστες σε όλους τους χώρους εκτός από τις αίθουσες συσκέψεων όπου εγκαθίσταται σύστημα αεραγωγών.

  1. Ταυτόχρονη λειτουργία

Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - ταυτόχρονη λειτουργία - concurrent mixed mode operation

Ταυτόχρονη λειτουργία – concurrent mixed mode operation

Για κάθε ζώνη σχεδιάζεται η συμπληρωματική λειτουργία των δύο συστημάτων που εναλλάσσονται σε διαφορετικές ώρες της ημέρες ή περιόδους του έτους. Η επιλογή μεταξύ παθητικού και μηχανικού συστήματος γίνεται αυτόματα από τον κεντρικό μηχανισμό ελέγχου ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία, την παρουσία ανθρώπων στο χώρο ή το άνοιγμα παραθύρων από τους χρήστες. Μια άλλη εκδοχή βασίζεται στην ταυτόχρονη λειτουργία και των δύο. Το σύστημα HVAC συμπληρώνει όταν χρειάζεται τον παθητικό εξαερισμό και δροσισμό και οι χρήστες ανοίγουν ή κλείνουν τα παράθυρα ελεύθερα ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες. Εάν ο αισθητήρας δείξει ότι ένα παράθυρο είναι ανοιχτό, το τμήμα του συστήματος κλιματισμού VAV σε εκείνο το σημείο ρυθμίζεται στη χαμηλότερη δυνατή βαθμίδα.

Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - Διάταξη τυπικού εμπορικού συστήματος κλιματισμού / εξαερισμού μικτού τύπου

Διάταξη τυπικού εμπορικού συστήματος κλιματισμού / εξαερισμού μικτού τύπου (μηχανικό σύστημα και φυσικός εξαερισμός)

Στα συμβατικά συστήματα HVAC η κακή, ενεργοβόρος διαμόρφωση του κελύφους (γυάλινες όψεις, έλλειψη θερμομόνωσης, έλλειψη σχεδιασμού με βάση το το κλίμα και τον προσανατολισμό, καθόλου ή λανθασμένη σκίαση) «αντιμετωπίζεται» από υπερδιαστασιολογημένες μονάδες κλιματισμού που καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας για θέρμανση και ψύξη και ανεβάζουν υπερβολικά το λειτουργικό κόστος. Ο σχεδιασμός τους προϋποθέτει «σφραγισμένες» προσόψεις με κλειστά παράθυρα και εξολοκλήρου μηχανικά μέσα εξαερισμού, θέρμανσης και ψύξης.

Για την επιτυχημένη λειτουργία του μικτού συστήματος, αντίθετα, είναι απαραίτητη η άρτια αρχιτεκτονική μελέτη του κελύφους του κτιρίου (μέγεθος και θέση παραθύρων, ύπαρξη περσίδων εξαερισμού στα σωστά σημεία, σωστή αναλογία ανοιγμάτων και τοιχοποιίας για κάθε προσανατολισμό, θερμομόνωση, θερμοδιακοπή στα κουφώματα) ώστε ο παθητικός δροσισμός να επαρκεί ποσοτικά και ποιοτικά. Είναι σημαντικός συνεπώς ο ρόλος του αρχιτέκτονα και οι μελέτες του κελύφους και του συστήματος ψύξης / θέρμανσης πρέπει να γίνονται σε στενή συνεργασία μηχανολόγου και αρχιτέκτονα.

Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - Φυσικός αερισμός με άνωση

Φυσικός αερισμός με άνωση

Η μελέτη φυσικού εξαερισμού, σημαντικό κομμάτι λειτουργίας του μικτού συστήματος, είναι αναπόσπαστο τμήμα της συνολικής αρχιτεκτονικής μελέτης: Ο αέρας στο εσωτερικό του χώρου κινείται ανάμεσα στα αντικριστά παράθυρα χρησιμοποιώντας την ώθηση του ανέμου. Εναλλακτικά κινείται μεταξύ διαφόρων μορφών εξωτερικών ανοιγμάτων όπως παράθυρα, περσίδες εξαερισμού, καμινάδες και ανοίγματα οροφής από χαμηλά προς τα ψηλά λόγω της άνωσης από την άνοδο της θερμοκρασίας του από τα εσωτερικά θερμικά φορτία. Μια άλλη μέθοδος ενίσχυσης του φυσικού εξαερισμού είναι τα εσωτερικά αίθρια μέσω των οποίων απομακρύνεται -επίσης λόγω άνωσης- στα ψηλότερα σημεία ο αέρας που έχει εισέλθει από τα παράθυρα και παρασέρνοντας σημαντικά ποσά θερμότητας έξω από το κτίριο.

Η εφαρμογή ενός μικτού συστήματος ενδείκνυται σε μικρού και μεσαίου μεγέθους επαγγελματικά κτίρια σε εύκρατα κλίματα χωρίς ακραίες καιρικές συνθήκες. Πιο αναλυτικά, κάποια χαρακτηριστικά κτιρίων γραφείων με μικτό σύστημα αναφέρονται παρακάτω:

  • Το βάθος κάθε σημείου της κάτοψης σε σχέση με την περίμετρο δε θα πρέπει να ξεπερνά τα 15 μέτρα ώστε να υπάρχει επίδραση από το φυσικό εξαερισμό και δροσισμό.
  • Η ύπαρξη θερμικής μάζας (εξωτερικοί μονωμένοι στην εξωτερική πλευρά ή εσωτερικοί συμπαγείς τοίχοι από σκυρόδεμα ή τοιχοποιία) βοηθά στη μείωση των διακυμάνσεων της εσωτερικής θερμοκρασίας -άρα και των θερμικών φορτίων- κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς ένα ποσοστό θερμότητας τις μεσημεριανές ώρες απορροφάται από το κέλυφος και αποδίδεται αργότερα, τις απογευματινές ώρες.
  • Τα παράθυρα είναι ανοιγόμενα από τους χρήστες και διαθέτουν ταυτόχρονα κεντρικό σύστημα αυτόματου ελέγχου ανοίγματος / κλεισίματος.
  • Η θέση των παραθύρων και φεγγιτών στην κάτοψη καλό θα ήταν να επιτρέπει, αν αυτό είναι δυνατό από τη διαμόρφωση του οικοπέδου, διαμπερή κυκλοφορία του αέρα. Η βέλτιστη τοποθέτηση είναι διαγωνίως απέναντι ώστε ο αέρας να διασχίζει μεγάλο μέρος του χώρου.
  • Το σύστημα ελέγχου του κτιρίου (BMS) είναι ένας συνδυασμός αυτόματων και χειροκίνητων λειτουργιών. Στο σχεδιασμό του προβλέπονται και εφαρμόζονται σενάρια λειτουργίας και συμπεριφοράς αλλά ταυτόχρονα μεταφέρονται στο σύστημα μέσω αισθητήρων οι πραγματικές λειτουργίες και συμπεριφορές των χρηστών.
  • Οι άνθρωποι που δουλεύουν μέσα σε έναν τέτοιο χώρο έχουν μερικό έλεγχο του συστήματος, όπως το άνοιγμα των παραθύρων και η ρύθμιση του θερμοστάτη στο χώρο τους.
  • Ο ρυθμός εναλλαγής αέρα, τέλος, θα είναι υψηλότερος σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα.
Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων - Μονάδα fan coil στην οποία εισέρχεται φυσικός αέρας

Μονάδα fan coil στην οποία εισέρχεται φυσικός αέρας

Τα πλεονεκτήματα του μικτού (φυσικού και μηχανικού) συστήματος κλιματισμού αναφέρθηκαν παραπάνω, ως συνδυασμός των θετικών στοιχείων και των δύο. Αξίζει επιπλέον να σημειωθεί ότι όταν ο χρήστης ενός κτιρίου γραφείου έχει πρόσβαση στον εξωτερικό αέρα είναι, σύμφωνα με έρευνες, πολύ περισσότερο ικανοποιημένος και παραγωγικός και μπορεί να ανεχθεί μεγαλύτερες διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Η απόδοση στο χρήστη σημαντικού ελέγχου στο περιβάλλον του (άνοιγμα παραθύρων, ρύθμιση θερμοστάτη) είναι άλλος ένας ψυχολογικός παράγοντας που ενισχύει την ικανοποίηση και το αίσθημα άνεσης. Στο μικτό σύστημα περιορίζεται τέλος η πιθανότητα εμφάνισης του συνδρόμου του άρρωστου κτιρίου από την κακή λειτουργία και συντήρηση του συστήματος των αεραγωγών που επιφέρει συμπτώματα ζαλάδας και κούρασης, υπνηλία και μείωση παραγωγικότητας.

Το σύστημα αυτό πάντως δεν είναι πανάκεια ούτε μπορεί να λειτουργήσει σωστά σε κάθε περίπτωση. Ειδικά στην περίπτωση ταυτόχρονης λειτουργίας εάν δε γίνει σωστή μελέτη τότε το κλιματιστικό και ο φυσικός εξαερισμός λειτουργούν εις βάρος το ένα του άλλου οδηγώντας σε τεράστια σπατάλη ενέργειας. Επιπλέον δεν υπάρχει ακόμα εκτεταμένη εμπειρία εφαρμογής, έρευνα και εργαλεία μελέτης σε σχέση με τα συμβατικά. Οι μηχανισμοί ελέγχου που απαιτούνται για τη λειτουργία ενός μικτού συστήματος είναι πολύπλοκοι και δαπανηροί και η μελέτη και εγκατάστασή τους απαιτεί εξειδίκευση. Σε πολλές περιπτώσεις τέλος το άνοιγμα των παραθύρων και η επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον δεν είναι επιθυμητά λόγω μόλυνσης, θορύβων ή μεγάλης ταχύτητας του αέρα. Πρόκειται πάντως για ένα καινοτόμο σύστημα που τα τελευταία χρόνια κερδίζει έδαφος σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες.

Πηγές

Brager, Gail S., Eric Ring, and Kevin Powell. “Mixed-mode ventilation: Hvac meets Mother Nature.” Engineered Systems, 2000.

De Saulles, Tom. An illustrated guide to building services. Comfort Systems 27/99. CIBSE, 1999.  

LBNL. “Double-skin façades and natural ventilation.” http://gaia.lbl.gov/hpbf/techno_c3.htm.

Mixed Mode Ventilation | Passivent Commercial.” http://www.passivent.com/mixed_mode_mitsubishi.html.


Το άρθρο δημοσιεύθηκε με τον τίτλο «Συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα δύο κόσμων: Μικτό σύστημα μηχανικού και φυσικού κλιματισμού σε κτίρια γραφείων» στο Περιοδικό Ψυκτικός, Νοέμβριος / Δεκέμβριος 2009

Γεωργία Γεωργάλα

Αρχιτέκτονας ΕΜΠ με εξειδίκευση στο Βιοκλιματικό Σχεδιασμό (Μ.Sc. παν. Cardiff), Ενεργειακός Επιθεωρητής Κτηρίων. Μελέτη, αδειοδότηση και επίβλεψη κατασκευής κατοικιών, γραφείων, καταστημάτων και κτηρίων ειδικών χρήσεων με βιοκλιματικά κριτήρια.

Μπορεί επίσης να σας αρέσει...

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *