KPI για τον υπολογισμό του κλίματος-δυναμικού των συστημάτων παθητικής ψύξης
Όπως αναφέρουν αρκετές διεθνείς ερευνητικές δημοσιεύσεις, τα τελευταία χρόνια, τόσο στις αναδυόμενες όσο και στις βιομηχανικές χώρες, η κατανάλωση ενέργειας για ψύξη και αερισμό χώρου αυξάνεται γρήγορα.
Ωστόσο, ακόμη και αν η μέση απόδοση των εγκατεστημένων κλιματιστικών μονάδων αυξάνεται, αυτή η τάση εξακολουθεί να παραμένει και αφορά διάφορες αιτίες, όπως ο διαχωρισμός μεταξύ των επιλογών σχεδιασμού κτιρίου και των κλιματικών συνθηκών. Η αύξηση του βιοτικού επιπέδου και των προσδοκιών άνεσης, η άνοδος των εσωτερικών κερδών θερμότητας και η επίδραση της τοπικής και της παγκόσμιας υπερθέρμανσης είναι όλοι παράγοντες που συμβάλλουν. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, η διάδοση παθητικών και υβριδικών λύσεων για ψύξη χώρου αντιπροσωπεύει μια έγκυρη εναλλακτική λύση για τη μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στο δομημένο περιβάλλον.
Ωστόσο, διαφορετικά από τις λύσεις παθητικής θέρμανσης, τα φυσικά συστήματα ψύξης δεν αναφέρονται σε μία κύρια πηγή ενέργειας, αλλά αντιμετωπίζουν ένα μεγάλο σύνολο πιθανών βιοκλιματικών λύσεων. Επιπλέον, οι τεχνικές απαγωγής των φυσικών κερδών θερμότητας, που βασίζονται στη χρήση θερμικών καταβόθρων (νερό, αέρας, έδαφος και νυχτερινός ουρανός), είναι πολύ συγκεκριμένες για το χώρο. Για το λόγο αυτό, μια σειρά μελετών είναι υπό ανάπτυξη στο Politecnico di Torino, Τμήμα Αρχιτεκτονικής και Σχεδιασμού για τον καθορισμό εργαλείων και άτλαντα εφαρμογής συστημάτων παθητικής ψύξης σε διαφορετικές γεωκλιματικές τοποθεσίες.
Σε μια πρόσφατη σειρά εργασιών, ο Δρ. Giacomo Chiesa, επίκουρος καθηγητής Αρχιτεκτονικής Τεχνολογίας στο Politecnico di Torino, ανέπτυξε μια σειρά δεικτών για να καθορίσει τη δυνατότητα εφαρμογής πολλών λύσεων παθητικής ψύξης κάτω από διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Προς το παρόν, εξετάστηκαν ο ελεγχόμενος φυσικός αερισμός (άνετος και νυχτερινός αερισμός), η άμεση ψύξη με εξάτμιση και οι εναλλάκτες θερμότητας καρδιάς-αέρα, ενώ άλλες εργασίες του συγγραφέα διερευνούν την επίδραση του κλίματος στην καλοκαιρινή και χειμερινή απόδοση άλλων παθητικών συστημάτων (π. ηλιακοί χώροι).
Αρχικά, ένα κτίριο μετρήθηκε χρησιμοποιώντας αναγνωρισμένους δείκτες που σχετίζονται με το κλίμα της ζήτησης θέρμανσης και ψύξης – Ημέρες βαθμού θέρμανσης (HDD) και ημέρες ή ώρες βαθμού ψύξης (CDD ή CDH). Λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορετικές θερμοκρασίες βάσης, ορίστηκε μια «εικονική υπολειμματική» προσέγγιση ζήτησης κλιματικής ψύξης/θέρμανσης και συγκρίθηκε περαιτέρω με τις ενεργειακές καταναλώσεις χρησιμοποιώντας ενεργειακά δυναμικές προσομοιώσεις σε κτίρια δείγματος. Αυτοί οι «υπολειπόμενοι» δείκτες βασίζονται στις επιδράσεις που έχουν διαφορετικά συστήματα παθητικού αερισμού στον εξωτερικό αέρα, αντιμετωπίζοντάς τον πριν από την εισαγωγή του κτιρίου.
Ανάπτυξη Εναλλακτών Θερμότητας Γης-Αέρας
Για παράδειγμα, σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία που παρουσιάστηκε στο CISBAT 2017, το κλίμα-δυναμικό των εναλλακτών θερμότητας γης-αέρα (EAHX) συζητήθηκε με την εισαγωγή ενός εργαλείου για την εκτίμηση των δυνατοτήτων μιας τέτοιας τεχνολογίας από τα πρώτα στάδια κατασκευής-σχεδιασμού. Το EAHX μπορεί να προεπεξεργάζεται τον αέρα τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι αυξάνοντας ή μειώνοντας τη θερμοκρασία της επεξεργασμένης ροής αέρα χάρη στη θερμοκρασία του εδάφους (αισθητή ανταλλαγή). Η επεξεργασμένη θερμοκρασία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των υπολειπόμενων HDD και CDH και για τη σύγκριση τους με τις αρχικές σε διαφορετικές τοποθεσίες σύμφωνα με τις τοπικές τυπικές μετεωρολογικές συνθήκες.
Η θερμοκρασία ροής αέρα που έχει υποστεί επεξεργασία με EAHX είναι συνάρτηση του αέρα εισόδου του περιβάλλοντος (τυπικές καιρικές ωριαίες συνθήκες), της θερμοκρασίας του εδάφους σε ένα δεδομένο βάθος την ίδια ώρα (υπολογισμένη σύμφωνα με την εξίσωση Hadvig), η οποία επηρεάζεται από τη σύνθεση του εδάφους και ετήσιες καιρικές συνθήκες και η αποτελεσματικότητα του συστήματος EAHX, η οποία είναι μια παράμετρος που ορίζεται εδώ στα μέσα αποτελέσματα μιας μακροπρόθεσμης παρακολούθησης που διεξήχθη κατά τη διάρκεια προηγούμενης έρευνας (βλ. εργασίες για Κτίριο και Περιβάλλον; Ενεργειακή διαδικασία ).
Χάρη σε αυτήν την προσέγγιση, η πιθανή δυνατότητα εφαρμογής του EAHX μπορεί να υπολογιστεί για φάσεις πρώιμης σχεδίασης που αλλάζουν το βάθος του συστήματος. Μια ενημερωμένη έκδοση αυτού του εργαλείου βρίσκεται υπό ανάπτυξη, συμπεριλαμβανομένης επίσης της δυνατότητας αλλαγής ορισμένων γεωμετρικών χαρακτηριστικών του συστήματος και ανάλυσης της δυνατότητας εφαρμογής και των δυνατοτήτων του σε ένα μεγαλύτερο σύνολο τοποθεσιών.
Άλλες κλιματικές μελέτες που αναλύουν τη δυνατότητα του ελεγχόμενου φυσικού αερισμού ως θερμικού συγχρονισμού δημοσιεύθηκαν σε πρόσφατες εργασίες στο "Energy and Buildings » και στο «the International Journal of Ventilation », ενώ η επίδραση του PDEC αναλύθηκε σε εργασίες που δημοσιεύτηκαν στο «the International Journal of Ventilation ”, ένα κεφάλαιο βιβλίου Springer, και για το συνέδριο SEB-16 (“Energy Procedia ”). Επιπλέον, μια σύγκριση μεταξύ αυτών των σειρών γεωκλιματικών δεικτών παρουσιάστηκε στο συνέδριο URBAN-CEQ στη Γένοβα (Σεπτέμβριος 2017).
Περαιτέρω έρευνες βρίσκονται υπό ανάπτυξη/ανασκόπηση προκειμένου να συμπεριληφθούν πρόσθετες τεχνολογίες και διαφορετικές πηγές δεδομένων για το κλίμα, αναλύοντας επίσης τις κλιματικές αλλαγές και τις επιπτώσεις των αστικών θερμικών νησίδων. Η υιοθέτηση διαφορετικής βάσης δεδομένων για το κλίμα αποδείχθηκε στην πραγματικότητα ότι επηρεάζει λογικά τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων στο πλαίσιο του κτιρίου (δείτε μια εργασία που παρουσιάστηκε στο IBPC 2015).
Αυτό το άρθρο είναι μια συλλογή εργασιών του Δρ. Chiesa και άλλων. Η πρόσφατη μελέτη, Climate-potential of the earth-a-air εναλλάκτες θερμότητας δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Energy Procedia.
