Ενεργειακή και περιβαλλοντική αποτύπωση κτιρίων του τριτογενούς τομέα στην Ελλάδα & μελέτη της ενεργειακής τους αναβάθμισης σε συνδυασμό με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής
Loading...
Date
2024-12-16
Authors
Δρούτσα, Καλλιόπη
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα κτίρια διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο για ένα βιώσιμο μέλλον, διότι ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η λειτουργία τους συμβάλλουν σημαντικά στο περιβάλλον, την κοινωνία και την οικονομία. Στην Ευρώπη το κτιριακό απόθεμα αντιπροσωπεύει 25 δισεκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα, εκ των οποίων το 25% είναι κτίρια του τριτογενούς τομέα. Τα κτίρια αυτά είναι αρκετά παλιά (το 40% έχουν χτιστεί πριν από το 1960), απαιτούν πολλούς φυσικούς πόρους (50% των συνολικών φυσικών πόρων, 45% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας και 16% της συνολικής κατανάλωσης νερού) και παράγουν αέρια του θερμοκηπίου και απόβλητα (30% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και 40% της παραγωγής αποβλήτων). Επιπλέον, τα κτίρια αυτά δεν προσφέρουν την άνεση και την ποιότητα ζωής που αναμένουν οι χρήστες τους [Trachte S., et al., 2014].
Η ενεργειακή αποδοτικότητα των κτιρίων είναι κρίσιμη και διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη μακροπρόθεσμη στρατηγική για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου για την Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ), καθώς και για την επίτευξη άλλων στόχων της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας, όπως η μηδενική ρύπανση ή η αποδοτικότητα των πόρων. Έτσι, οι αποφάσεις που λαμβάνονται για τον σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία των κτιρίων έχουν ευρείες περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις. Η επένδυση σε ενεργειακά αποδοτικά κτίρια και η υιοθέτηση «πράσινων» πρακτικών στον κατασκευαστικό κλάδο μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και στη δημιουργία ενός πιο βιώσιμου ενεργειακού μέλλοντος.
Στην Ελλάδα, και σε μεγάλο βαθμό στην Ευρώπη, δεν υπάρχουν επικαιροποιημένα αναλυτικά δεδομένα για τις καταναλώσεις των κτιρίων του τριτογενούς τομέα, ούτε αντίστοιχα δεδομένα για την αποτελεσματικότητα των διαφόρων επεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας.
Ο πρώτος στόχος της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσει αφενός τα χαρακτηριστικών των Ελληνικών κτιρίων του τριτογενούς τομέα (κέλυφος και Η/Μ συστήματα) και αφετέρου την ενεργειακή τους απόδοση. Τα δεδομένα προέρχονται από δυο διαφορετικές προσεγγίσεις. Η πρώτη και ευρύτερα χρησιμοποιούμενη πηγή δεδομένων είναι τα Πιστοποιητικά Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΠΕΑ), τα οποία συγκεντρώνονται στην επίσημη βάση των πιστοποιητικών της πλατφόρμας buildingcert και περιλαμβάνουν δεδομένα για την ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, την ενεργειακή του κατάταξη, τις πηγές ενέργειας και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Η δεύτερη και πιο σπάνια χρησιμοποιούμενη πηγή δεδομένων είναι τα αρχεία ενεργειακών επιθεωρήσεων που υποβάλλονται στην πλατφόρμα buildingcert για την έκδοση πιστοποιητικών ενεργειακής απόδοσης και τα οποία είναι πιο δύσκολα προσβάσιμα σε σχέση με τα αρχεία των ΠΕΑ. Τα αρχεία ενεργειακών επιθεωρήσεων περιλαμβάνουν αναλυτικά, πρωτογενή δεδομένα για τα κτίρια, αλλά δεν περιλαμβάνουν αποτελέσματα ενεργειακών υπολογισμών.
Μέχρι τον Δεκέμβριο του 2019 είχαν εκδοθεί περίπου 1820000 ενεργειακά πιστοποιητικά από τα οποία μόνο 42200 αφορούν ολόκληρα κτίρια του τριτογενούς τομέα. Μετά τον ποιοτικό έλεγχο των δεδομένων, προκειμένου να αυξηθεί η εμπιστοσύνη στα δεδομένα και να διασφαλιστεί η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων, τα ΠΕΑ είναι 28792 και αποτελούν τη Βάση ΠΕΑ (2019). Αντίστοιχα, μέχρι και τον Δεκέμβριο του 2016, τα διαθέσιμα ενεργειακών επιθεωρήσεων κτιρίων για ολόκληρα κτίρια τριτογενούς τομέα ήταν περίπου 24000, ενώ μετά τον ποιοτικό έλεγχο παρέμειναν 2445, τα οποία αποτελούν τη Βάση ΕΕ(2016).
Η αναλυτική χαρτογράφηση των χαρακτηριστικών των κτιρίων προκύπτει από την ανάλυση των δεδομένων της Βάσης ΕΕ(2016). Αρχικά γίνεται η ταξινόμηση των κτιρίων σε μια τυπολογία με βασικά κριτήρια την αποκλειστική χρήση, την ηλικία (περίοδος κατασκευής) και την τοποθεσία (κλιματική ζώνη) του κτιρίου. H Ελληνική τυπολογία κτιρίων τριτογενούς τομέα περιλαμβάνει συνολικά 372 τύπους, όμως καθώς τα διαθέσιμα κτίρια δεν καλύπτουν όλους τους δυνατούς συνδυασμούς της τυπολογίας, τα κτίρια της βάσης κατανέμονται σε 239 τύπους. Για κάθε έναν από αυτούς τους τύπους κτιρίων, καθορίζονται τα τυπικά χαρακτηριστικά του κελύφους και των Η/Μ συστημάτων που χαρακτηρίζουν την υφιστάμενη κατάσταση. Από την ανάλυση των δεδομένων προκύπτει ότι τα κτίρια έχουν μεγάλες θερμικές απώλειες, που επηρεάζουν την αρνητικά της θερμική τους απόδοση. Επίσης περίπου το ένα τρίτο των κτιρίων δεν έχουν εγκατεστημένο βασικό σύστημα θέρμανσης ή/ και ψύξης, ενώ οι αποδόσεις των εγκατεστημένων συστημάτων είναι χαμηλότερες από τις συνιστώμενες τιμές. Αυτά σε συνδυασμό με τα χαμηλά ποσοστά κτιρίων με ηλιακούς συλλέκτες και τα σχεδόν μηδενικά ποσοστά κτιρίων με φωτοβολταϊκά, επιβεβαιώνουν την ύπαρξη μεγάλου δυναμικού εξοικονόμησης ενέργειας.
Η ενεργειακή συμπεριφορά των κτιρίων αρχικά προκύπτει από την ανάλυση των δεδομένων της Βάσης ΠΕΑ(2019). Η κατανομή των κτιρίων στους τύπους της Ελληνικής τυπολογίας δεν είναι δυνατή, καθώς στα ενεργειακά πιστοποιητικά του 2019 δεν είναι διαθέσιμη η πληροφορία της χρονικής περιόδου κατασκευής του κτιρίου. Από την ανάλυση των δεδομένων προκύπτει ότι η βασική πηγή ενέργειας για τα κτίρια του τριτογενούς τομέα είναι η ηλεκτρική ενέργεια, ενώ το πετρέλαιο καταλαμβάνει τη δεύτερη θέση. Η μέση κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας για τα κτίρια του τριτογενούς τομέα είναι 494.0 kWh/m2, περίπου 20 % υψηλότερη από την αντίστοιχη των κτιρίων του οικιακού τομέα., όπως και οι μέσες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα είναι 158.1 kgCO2/m2, υψηλότερες κατά 50 % σε σχέση με τις εκπομπές του οικιακού τομέα. Παρόλα αυτά, η ενεργειακή απόδοση των κτιρίων του τριτογενούς τομέα είναι καλύτερη από αυτή των κατοικιών, καθώς το ένα τρίτο των κτιρίων κατατάσσονται στην ενεργειακή κλάση –Δ, ενώ το 50 % των οποίων κατατάσσονται στην τελευταία ενεργειακή κατηγορία –Η.
Σε μια προσπάθεια να διερευνηθεί η ενεργειακή συμπεριφορά ανά τύπο της Ελληνικής τυπολογίας, τα αρχεία της Βάσης ΕΕ(2016) χρησιμοποιούνται με τον υπολογιστικό πυρήνα του επίσημου εθνικού λογισμικού ΤΕΕ-Κ.Εν.Α.Κ., ώστε να γίνουν εκ νέου οι υπολογισμοί της ενεργειακής συμπεριφοράς των κτιρίων και να προσδιοριστούν οι δείκτες επίδοσης ανά τυπολογία κτιρίου. Από τη σύγκριση της πρωτογενούς ενέργειας από τα δεδομένα των δυο διαφορετικών προσεγγίσεων, αφού πρώτα τα ΠΕΑ περιορίζονται σε αυτά που εκδόθηκαν έως το τέλος του 2016 (Βάση ΠΕΑ (2016)), προκύπτει ότι οι δείκτες επίδοσης της πρωτογενούς ενέργειας δεν εμφανίζουν στατιστικά σημαντικές διαφοροποιήσεις για την πλειονότητα των χρήσεων κτιρίων.
Τέλος, τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με την πραγματική ενεργειακή χρήση των κτιρίων στη Βάση ΕΕ(2016), αναλύονται, αξιολογούνται και συγκρίνονται με τις αντίστοιχες υπολογισμένες τιμές, σε μια πρώτη προσπάθεια να καλυφθεί το χάσμα μεταξύ υπολογισμένης και πραγματικής ενεργειακής χρήσης και να δημιουργηθούν εμπειρικοί διορθωτικοί συντελεστές ανά χρήση κτιρίου, πηγή ενέργειας και τελική χρήση ενέργειας. Είναι γεγονός ότι πρόκειται για ένα πολύ μικρό δείγμα δεδομένων, αλλά ακόμη και έτσι τα αποτελέσματα της ανάλυσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια πρώτη εικόνα της ενεργειακής συμπεριφοράς των κτιρίων του τριτογενούς τομέα. Συνολικά, τα αποτελέσματα για όλα τα κτίρια, υποδεικνύουν ένα φαινόμενο πρόδρασης (prebound effect) δηλαδή χαμηλότερη πραγματική χρήση ενέργειας από την υπολογιζόμενη τόσο για την τελική όσο και για την πρωτογενή ενέργεια), το οποίο μπορεί να αποδοθεί στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας που διαφέρουν από τις υποτιθέμενες τιμές που χρησιμοποιήθηκαν στους υπολογισμούς (π.χ. λιγότερες ώρες λειτουργίας).
Ο δεύτερος στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής μέχρι το μέχρι το τέλος του αιώνα στην αναμενόμενη ενεργειακή απόδοση των κτιρίων τόσο στην υφιστάμενη κατάσταση, όσο και μετά από σενάρια αναβάθμισης. Το πρώτο βήμα είναι η παραγωγή μελλοντικών μετεωρολογικών δεδομένων, με τη χρήση του περιοχικού κλιματικού μοντέλου - RCA4, για δύο σενάρια κλιματικών αντιπροσωπευτικών μονοπατιών συγκέντρωσης (ένα μέσο σενάριο - RCP4.5 και το δυσμενέστερο σενάριο -RCP8.5) και για δύο περιόδους στο κοντινό (2050) και στο μακρινό (2090) μέλλον. Τα μελλοντικά μετεωρολογικά δεδομένα (θερμοκρασία εξωτερικού αέρα, ειδική υγρασία και ολική ηλιακή ακτινοβολία στο οριζόντιο επίπεδο) παράγονται για εξήντα δύο ελληνικές πόλεις που είναι διασκορπισμένες σε όλη τη χώρα. Για τους υπολογισμούς χρησιμοποιούνται πάλι τα αρχεία της Βάσης ΕΕ(2016) με τον υπολογιστικό πυρήνα του επίσημου εθνικού λογισμικού ΤΕΕ-Κ.Εν.Α.Κ. και με επικαιροποιημένους συντελεστές μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας και εκπομπών CO2 για την ηλεκτρική ενέργεια, οι οποίοι έχουν υπολογιστεί στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας. Σύμφωνα με τις προβλέψεις του μοντέλου, η ετήσια θερμοκρασία και η ειδική υγρασία αναμένεται να αυξηθούν, ενώ αντίθετα, η μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία δεν θα επηρεαστεί σημαντικά και με βάση αυτά η ετήσια απαίτηση για θέρμανση των κτιρίων αναμένεται να μειωθεί, ενώ αντίθετα η απαίτηση για ψύξη να αυξηθεί.
Το τελευταίο βήμα είναι η μελέτη σεναρίων αναβάθμισης των κτιρίων, μεμονωμένων και συνδυασμών, που περιλαμβάνουν επεμβάσεις στο κέλυφος, στα ηλεκτρομηχανολογικά συστήματα, εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών για ΖΝΧ και φωτοβολταϊκών, ώστε να αξιολογηθεί η προκύπτουσα εξοικονόμηση ενέργειας στο κοντινό και μακρινό μέλλον (χρησιμοποιώντας τους επικαιροποιημένους συντελεστές μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας και εκπομπών CO2 για την ηλεκτρική ενέργεια). Από τις επεμβάσεις στο κέλυφος η εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας μπορεί να φτάσει μέχρι 60%, ενώ η μείωση των εκπομπών CO2 μέχρι 90%. Τα ποσοστά μείωσης για τις επεμβάσεις στα Η/Μ συστήματα είναι πολύ μεγαλύτερες και φτάνουν το 98 % και 100 % αντίστοιχα, μηδενίζοντας σχεδόν την πρωτογενή ενέργεια και τις εκπομπές CO2.
Description
Keywords
Κτίρια τριτογενούς τομέα, Ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίου, Χαρακτηριστικά κελύφους κτιρίου, Χαρακτηριστικά Η/Μ συστημάτων κτιρίου, Πραγματική κατανάλωση ενέργειας κτιρίου, Κλιματική αλλαγή