Μελέτη ενεργειακών υλικών και ήπιων μεθόδων δροσισμού κτιρίων για την αντιμετώπιση του φαινομένου των αστικών θερμικών νησίδων και την εξοικονόμηση ενέργειας

Abstract

Due to the lack of research on the field of the UHI effect in minor Greek cities, this thesis presents and analyzes the results of studying the UHI phenomenon in two small cities of the Greek province, Agrinio and Ioannina.Our aim was to study the existence of the UHI phenomenon as well as to determine its intensity and its type. In order to achieve that, a network of thermal sensors and meteorological stations was set on the two cities and temperature data were collected in order to define their thermal profile. The results point severe presence of the phenomenon especially during the nocturnal hours while the intensity of the phenomenon reaches up to 3.8 οC during August in Agrinio while in Ioannina at the same period the phenomenon is softer (1.5 οC).To mitigate the problem, save energy and improve the thermal capacity of the urban buildings in cities where the UHI occurs, the use of hydrophilic materials as a layer sheathing the roof was developed, in order to control the thermal flow from the roof by evaporative cooling. Furthermore, secondary energy benefits from a possible photovoltaics roof installation were investigated. Our research included the developing of an experimental set-up of a wind tunnel where sample materials were tested, by simulating the weather conditions of the city during the summer months, exactly the period of the high UHI intensity, as well as the installation of photovoltaics on a terrace of the university. The results indicate that evaporative cooling might be a very promising method in the field of the UHI phenomenon confrontation while the installation of photovoltaics can contribute in power saving for cooling during the summer months, in addition to electricity production.

Στα πλαίσια της έλλειψης της μελέτης του φαινομένου της ΑΘΝ σε περιφερειακές Ελληνικές πόλεις, η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει και αναλύει τα αποτελέσματα της μελέτης του φαινομένου της ΑΘΝ σε δύο μικρές πόλεις της περιφέρειας, το Αγρίνιο και τα Ιωάννινα. Στόχος της εργασίας είναι να μελετήσει την ύπαρξη της ΑΘΝ, καθώς και να προσδιορίσει την ένταση και τη μορφή της. Για το σκοπό αυτό ένα δίκτυο αισθητήρων θερμοκρασίας σε συνδυασμό με μετεωρολογικούς σταθμούς αναπτύχθηκε στις δύο πόλεις και θερμοκρασιακά δεδομένα συλλέχθηκαν για το σχηματισμό του θερμικού τους προφίλ. Τα αποτελέσματα δείχνουν έντονη παρουσία του φαινομένου κυρίως κατά τις βραδινές ώρες και ένταση θερμικής νησίδας που φτάνει και τη μέση τιμή των 3.8 οC το μήνα Αύγουστο στο Αγρίνιο ενώ στα Ιωάννινα για την ίδια περίοδο το φαινόμενο έχει πιο ήπια μορφή (1.5 οC). Για την αντιμετώπιση του φαινομένου, την εξοικονόμηση ενέργειας καθώς και τη βελτίωση της θερμικής άνεσης των κτιρίων πόλεων που αντιμετωπίζουν πρόβλημα με την ΑΘΝ, μελετήθηκε η περίπτωση χρήσης υδρόφιλων ενεργειακών υλικών ως επικάλυψη οροφών, για μείωση της ροής θερμότητας από την οροφή με εξατμιστικό δροσισμό καθώς και τα δευτερεύοντα ενεργειακά κέρδη από μια πιθανή εγκατάσταση φωτοβολταϊκών οροφής. Η μελέτη περιλάμβανε την ανάπτυξη πειραματικής διάταξης αεροσήραγγας για τη δοκιμή των υλικών, με προσομοίωση των καιρικών συνθηκών της πόλης κατά του καλοκαιρινούς μήνες, όπου και το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας είναι πολύ έντονο, καθώς και ανάπτυξη φωτοβολταϊκών σε ταράτσα πανεπιστημιακού κτιρίου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο εξατμιστικός δροσισμός μπορεί να αποτελέσει μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο για την αντιμετώπιση της ΑΘΝ, ενώ η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών μπορεί να συνεισφέρει επίσης στην εξοικονόμηση ενέργειας για δροσισμό τους καλοκαιρινούς μήνες, επιπλέον της παραγωγής ενέργειας.