Βελτιστοποίηση του σχεδιασμού σταθερών περσίδων με στόχο την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης και την δημιουργία συνθηκών οπτικής και θερμικής άνεσης στα κτίρια γραφείων

Abstract

Scope of the phD thesis is the investigation of the lighting conditions and the energy consumption demand for heating and cooling in typical office buildings with shading devises integrated on their facades. The thesis aims to contribute to the optimization of the design of solar control devises for the Greek climate conditions and the developing of know how of the design of dynamic buildings shells. The criteria of optimization are the achievement of thermal comfort inside the building while maintaining daylight levels acceptable, without increase of energy consumption for heating and cooling. The thesis consists of 6 chapters. More specific the thesis includes in the first chapter general statistics about energy consumption in buildings and more specific in offices, where the cooling demand is high. The second and third chapter content is about solar control and especially shading devices with external blinds. For the better understanding of the principals and natural procedures of the function of external blinds the theoretical basis is presented through the work of various researchers. Chapter four presents the experiment that took place during the preparation of the thesis and regards real time measurement in test cells especially made for studying energy and optical behavior of office spaces with shading devices of window blinds on their façade. Further in the thesis chapter five and six present the parametric study and the results of it, regarding energy and optical behavior of a typical office space with the means of simulation tools and building simulation. For the purpose of the study a validation of the proper use of the program was conducted by using the data of the test cell experiment and next a parametric analysis was formed and executed with the goal of the conjunction of energy and optical behavior in spaces with window blinds on their facades. The results of the parametric analaysis where separately evaluated for the various blind types studied and the outcomes of the parametric analysis where used for the formation of rules of thumps in the form of charts that show primary energy consumption and daylight factor for the cases studied. Further and as a completion of the thesis a mathematic algorithm was given associating daylight factor with blind angle

Αντικείμενο του διδακτορικού είναι η διερεύνηση των συνθηκών φωτισμού και της απαίτησης κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση και ψύξη σε τυπικά κτίρια γραφείων με συστήματα σκίασης ενσωματωμένα σε όψεις τους. Στόχος είναι η βελτιστοποίηση της λειτουργίας των ηλιοπροστατευτικών διατάξεων για τις ελληνικές κλιματικές συνθήκες και η δημιουργία τεχνογνωσίας όσον αφορά στο σχεδιασμό δυναμικών κελυφών κτιρίων. Ως κριτήριο βελτιστοποίησης λαμβάνεται η επίτευξη θερμικής άνεσης στο εσωτερικό του κτιρίου με την παράλληλη διατήρηση της έντασης του φυσικού φωτισμού σε ικανοποιητικά επίπεδα, και χωρίς αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση και ψύξη στη χειμερινή και θερινή περίοδο αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, στην εργασία δίνονται αρχικά, γενικά στατιστικά στοιχεία για την κατανάλωση ενέργειας στα κτίρια και ειδικά σε κτίρια γραφείων, όπου καταδεικνύονται οι αυξημένες απαιτήσεις ψύξης των χώρων αυτών, στη συνέχεια δίνεται βιβλιογραφική έρευνα γύρω από το θέμα της ηλιοπροστασίας και ειδικότερα την ηλιοπροστασία με περσίδες, μέσω της οποίας συνδέθηκε το αντικείμενο και ο σκοπός της διατριβής με το στόχο μείωσης της καταναλισκόμενης ενέργειας για ψύξη στους χώρους γραφείων. Επίσης δίνονται η ειδικότερη βιβλιογραφία που αφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο της λειτουργίας διατάξεων με περσίδες καθώς και στο έργο διάφορων ερευνητών πάνω στο αντικείμενο, για την κατανόηση των αρχών και των φυσικών διαδικασιών που περιγράφουν τη λειτουργία περσίδων. Με βάση το θεωρητικό υπόβαθρο πραγματοποιήθηκε και δίνεται στην εργασία πειραματική έρευνα, η οποία πραγματοποιήθηκε σε πραγματικό κτίριο, ελεγχόμενο και ειδικά σχεδιασμένο για τους σκοπούς του διδακτορικού, με στόχο να προσδιοριστούν η ενεργειακή και οπτική συμπεριφορά τριών διαφορετικών συστημάτων ηλιοπροστασίας με περσίδες. Στη συνέχεια ως κύριος επιστημονικός όγκος της διδακτορικής διατριβής δίνονται τα αποτελέσματα προσομοιώσεων της ενεργειακής και οπτικής συμπεριφοράς τυπικού χώρου γραφείου με ειδικά λογισμικά. Για τις προσομοιώσεις αυτές αρχικά έγινε έλεγχος της αξιοπιστίας χρήσης του προγράμματος που χρησιμοποιήθηκε με τη βοήθεια των πειραματικών μετρήσεων και στη συνέχεια παραμετρική ανάλυση με στόχο τη σύζευξη της ενεργειακής και οπτικής συμπεριφοράς των χώρων που ηλιοπροστατεύονται με περσίδες. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας αξιολογήθηκαν ξεχωριστά για κάθε τύπο περσίδας ενώ τα αποτελέσματα της παραμετρικής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία γενικών κανόνων (rules of thump) σε μορφή διαγραμμάτων συσχέτισης της ενεργειακής κατανάλωσης και του παράγοντα φυσικού φωτός. Η διατριβή ολοκληρώνεται στην ενότητα αυτή με τη δημιουργία αλγόριθμου που συσχετίζει τον παράγοντα φυσικού φωτός με την κλίση περσίδων.