Εναλλακτική θέρμανση

Ένα ερώτημα που τίθεται συχνά, είναι κατά πόσο ένα βιοκλιματικό κτίριο μπορεί (και σε ποιο ποσοστό) να καλύψει τις ανάγκες των χρηστών του σε θέρμανση από μόνο του, δηλαδή χωρίς την ανάγκη εγκατάστασης ενός ενεργοβόρου, αλλά και ρυπογόνου συστήματος κεντρικής θέρμανσης.

Η απάντηση στο εάν μπορεί, είναι απλή. Ναι! Φυσικά μπορεί, εάν σχεδιαστεί και προσανατολιστεί σωστά και κατασκευαστεί σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής και της οικολογικής δόμησης.

Η απάντηση στο “σε ποιο ποσοστό είναι αυτοδύναμο”, είναι όμως αρκετά σύνθετη. Χρειαζόμαστε την ύπαρξη ενός ειδικού λογισμικού (software) ή έστω την εμπειρία ενός ειδικευμένου και πεπειραμένου μηχανικού βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής.

Η προσωπική μου εμπειρία μετά από 23 χρόνια εμπειρίας και δεκάδες οικολογικά κτήρια στην Ελλάδα και στο εξωτερικό, μου δείχνει, όμως ότι το ποσοστό αυτό δεν μπορεί να ξεπεράσει το 80% περίπου, σε σχέση με ένα συμβατικό σπίτι. Ποσοστό έτσι κι αλλιώς εκπληκτικό και τεράστιο, που θα μπορούσε να μεγαλώσει κι άλλο, εάν “γεμίζαμε” (πράγμα απαράδεκτο), τα κτήρια με γυάλινες προσόψεις (φυσικά στα νότια, γιατί π.χ. στην Αθήνα υπάρχουν γυάλινα κτήρια στραμμένα στη Δύση) ή εάν εφαρμόζαμε αρχιτεκτονικές μη συμβατές με το χαρακτήρα και τη φυσιογνωμία του ελληνικού τοπίου.

Ωραία λοιπόν! Φτιάξαμε ένα βιοκλιματικό κτήριο, με 70% ή και 80% αυτοδυναμία σε θέρμανση. Το υπόλοιπο 20% με 30% από που θα το πάρει;

Θα αφήσουμε μήπως τους κατοίκους του να ξεπαγιάσουν μερικές έστω μέρες του να ξεπαγιάσουν μερικές έστω μέρες του χειμώνα, έχοντας την αυτοϊκανοποίηση ότι συμβάλλουμε, γενικά, στην εξοικονόμηση ενέργειας, για την εθνική μας οικονομία;

Όχι βέβαια!

Και τότε;

Θα εφαρμόσουμε μια από τις παρακάτω συμπληρωματικές στρατηγικές ως μια εναλλακτική θέρμανση:

α) Θα δημιουργήσουμε μέσα στο κτήριο μας ελεγχόμενες κλιματικές ζώνες, με διαφορετικές εσωτερικές θερμοκρασίες.

β) Θα καταφύγουμε στην κατασκευή βιοδυναμικών τζακιών και σομπών και

γ) Θα εγκαταστήσουμε μια γεωθερμική αντλία θερμότητας.

ΒΙΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΤΖΑΚΙΑ ΚΑΙ ΣΟΜΠΕΣ

Το ξύλο ήταν ένα από τα πρώτα υλικά που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος, στη διάρκεια της ιστορίας του, για τη θέρμανση. Αρχικά η εστία της φωτιάς βρισκόταν στο κέντρο της κατοικίας και ο καπνός έφευγε μέσα από ένα άνοιγμα της σκεπής. Αργότερα, όταν κατά το μεσαίων άρχισαν να κατασκευάζονται πολυώροφοι πύργοι, αυτή η λύση δεν μπορούσε πια να εφαρμοστεί και η εστία μεταφέρθηκε στον εξωτερικό τοίχο, αποκτώντας στο πάνω μέρος την ένα μεταλλικό ή δομικό σκέπαστρο, οδηγώντας τον καπνό προς τα έξω μέσω ενός πλάγιου ανοίγματος του τοίχου που αργότερα εξελίχτηκε σε καμινάδα. Έτσι φτάσαμε σ’ αυτό που σήμερα ονομάζουμε παραδοσιακό τζάκι, που ώρες ολόκληρες μπορεί να μας κρατά υπνωτισμένους με το τρελό λίκνισμα της φωτιάς και το μαγικό θόρυβο των ξύλων που καίγονται.

Η θαλπωρή που δημιουργεί ένα τέτοιο τζάκι είναι κάτι το σχετικό διότι το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας χάνεται με τα καυσαέρια μέσα από την καμινάδα και μόνο ένα μικρό μέρος της ενέργειας των ξύλων, γύρω στο 10%,  θερμαίνει το γύρω χώρο με άμεση ακτινοβολία της φλόγας. Ακόμα, για να μην καπνίζει το τζάκι, η καμινάδα, αν είναι καλά φτιαγμένη – δημιουργεί τέτοια έλξη ώστε να δημιουργούνται ισχυρά ρεύματα κρύου αέρα από τα παράθυρα προς την εστία, με επακόλουθο να δημιουργείται στις πλάτες μας ένα αίσθημα κρύου.

Οι βασικές βελτιώσεις που αναπτύχθηκαν στα τζάκια και στις σόμπες μπορούν να συνοψιστούν στις εξής:

1. Κατάλληλη γεωμετρία και υλικά του εστιακού χώρου για αύξηση της ακτινοβολούμενης θερμότητας προς το δωμάτιο.
2. Στένεμα και τοποθέτηση καπνοφράχτη (damper), στη βάση της καπνοδόχου για ρύθμιση της έλξης και της καύσης.
3. Διαμόρφωση αγωγού καθοδικής έλξης καυσαερίων για ανάκτηση θερμότητας.
4. Παροχή αέρα καύσης από το εξωτερικό περιβάλλον της κατοικίας, για μείωση των ρευμάτων αέρος από τα παράθυρα προς την εστία.
5. Παραγωγή θερμού αέρα δια κυκλοφορίας αέρα εσωτερικού ή εξωτερικού χώρου μέσω ενός εναλλάκτου θερμότητας στην περιφέρεια του θαλάμου καύσης.
6. Τοποθέτηση θυρίδων στο πρόσθιο μέρος του θαλάμου καύσης, για αύξηση της θερμοκρασίας καύσης και αργότερα τοποθέτηση Μίκα ή πυρίμαχου γυαλιού για παρακολούθηση της φλόγας.
7. Προθέρμανση του αέρα καύσης μέσω ειδικής καπνοδόχου “ισορροπημένης έλξης”.
8. Χρησιμοποίηση “καταλυτικού καυστήρα” (κυψελοειδές κεραμικό φίλτρο με επικάλυψε καταλύτου από ευγενή μέταλλα) για την μετάκαυση των καυσαερίων.

Ισχύς και απόδοση ισχύος

Συχνά διαβάζουμε στα διαφημιστικά έντυπα συσκευών θέρμανσης πως ο τάδε καυστήρας ή σόμπα έχει απόδοση τόσες χιλιάδες θερμίδες (Kcal). Αυτό όμως που δηλώνουν δεν είναι ούτε απόδοση ούτε ισχύς: είναι ενέργεια. Αν πάλι εννοούσαν τόσες χιλιοθερμίδες ανά ώρα (Kcal/h), τότε επρόκειτο περί ισχύος, συνήθως χρήσιμης ισχύος.

Για να διευκρινίσουμε λοιπόν τις παραπάνω έννοιες ας σταθούμε λίγο στους παρακάτω ορισμούς σχετικά με τις συσκευές θέρμανσης:

ñ Προσφερόμενη (πρωτογενής) ισχύς, είναι η ποσότητα ενέργειας (υπό μορφή π.χ. ξύλου) με την οποία τροφοδοτείται μια συσκευή θέρμανσης, ανά μονάδα χρόνου.

ñ Χρήσιμη ισχύς, είναι η ποσότητα χρήσιμης θερμότητας που παράγεται από μια συσκευή θέρμανσης, ανά μονάδα χρόνου και αποδίδεται σ’ ένα συγκεκριμένο χώρο. Η προσφερόμενη ή χρήσιμη ισχύς μετριέται σε χιλιοθερμίδες ανά ώρα (Kcal/h) ή κιλοβατώρες ανά ώρα (kwh/h) ή πιο απλά κιλοβάτ (KW).  (KW = 860 Kcal/h).

ñ Απόδοση (ή βαθμός απόδοσης), είναι ο βαθμός ικανότητας που έχει μια συσκευή θέρμανσης για τη μετατροπή μιας ποσότητας καυσίμου σε χρήσιμη θερμήτητα για ένα συγκεκριμένο χώρο. Η απόδοση ορίζεται ως ο λόγος χρήσιμης ισχύος προς προσφερόμενη ισχύ και μετριέται σε “τοις εκατό % ή με δεκαδικό συντελεστή μικρότερο της μονάδας (όπου 1 = 100%,  0,9 = 90% κ.λ.π.)

Σύμφωνα με τον Robert Chareye, αρχιτέκτονα και συγγραφέα του βιβλίου “La maison autonome”, οι αποδόσεις των διάφορων τύπων τζακιών είναι οι ακόλουθες:

Για κάθε συσκευή θέρμανσης ο βαθμός απόδοσης είναι πρακτικά σταθερός, ενώ η χρήσιμη ισχύς μεταβάλλεται ανάλογα με την ποσότητα καυσίμου (π.χ. ξύλου) και αέρα που την τροφοδοτούμε.

Ο προσδιορισμός της χρήσιμης ισχύος και επομένως του βαθμού απόδοσης στην περίπτωση των συσκευών θέρμανσης με ξύλο, είναι ιδιαίτερα πολύπλοκος (λόγω των μη σταθερών συνθηκών καύσης) και απαιτεί σειρά εργαστηριακών μετρήσεων. Μπορεί να γίνει έμμεσα μετρώντας τις θερμικές απώλειες των καυσαερίων και των άκαυστων στερεών υπολοίπων ή άμεσα μετρώντας την αποδιδόμενη θερμότητα μέσω ενός θερμιδομετρικού χώρου. Η άμεση μέθοδος είναι ακριβέστερη διότι δεν προϋποθέτει σταθερές συνθήκες καύσης όπως η έμμεση. Αντισυμβατικά, επιλέξτε βιοδυναμικά τζάκια!

Φυσικά το μεγάλο πρόβλημα στα τζάκια είναι ότι αν καθίσει κανένας κοντά τους ζεσταίνει τη μπροστινή πλευρά του σώματός του, ενώ παράλληλα κρυώνει η πλάτη του! Αυτό συμβαίνει επειδή, σύμφωνα με την αρχή απόδοσης της θερμότητας, από τη θερμότερη εστία του τζακιού υπάρχει μια ροή θερμότητας προς το εμπρόσθιο μέρος του σώματός μας (36,6 ° C) ενώ από το θερμότερο, με τη σειρά του το οπίσθιο μέρος του σώματός μας προς τον περιβάλλοντα χώρο (π.χ. 15° – 20° C). Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, καλό είναι να προβλεφτούν θυρίδες στο τζάκι στην άνω στάθμη του δωματίου, απ’ όπου να εξέρχεται ζεστός αέρας (όχι φυσικά από τη φούσκα του τζακιού!).

Τέλος ένα πολύ σημαντικό πρόβλημα είναι και τα κορδόνια αμιάντου, που δυστυχώς χρησιμοποιούν κάποιοι κατασκευαστές.

Τα τζάκια και οι σόμπες υψηλής απόδοσης φέρουν στον περίγυρο των θυρίδων του θαλάμου καύσης στεγανωτικά κορδόνια, που συχνά είναι από αμίαντο.

Όπως είναι γνωστό, ο αμίαντος είναι καρκινογόνος ουσία και η χρήση του έχει απαγορευθεί ή περιοριστεί σε πολλές χώρες όπου συνιστάται η χρήση αβλαβών εναλλακτικών υλικών. Στην περίπτωση των στεγανωτικών κορδονιών εναλλακτική λύση αποτελούν τα κορδόνια κεραμικών ινών (μέχρι 1.000° C), πετροβάμβακα (μέχρι 700° C) και ειδικού υαλοβάμβακα (μέχρι 450° C).

Αν κάποιος έχει ήδη εγκαταστήσει μια θερμάστρα που περιλαμβάνει κορδόνια αμιάντου και θελήσει να τα αντικαταστήσει π.χ. με κάποιο από τα προαναφερθέντα υλικά, συνιστάται να λάβει, ιδιαίτερα μέτρα προστασίας, ώστε να μην εισπνεύσει ίνες, που μπορούν εύκολα να διασκορπιστούν ατον αέρα με σχίσιμο του κορδονιού αμιάντου.

Το προκατασκευασμένο τζάκι

Τα προκατασκευασμένα τζάκια, χρησιμοποιούν το σύστημα κυκλοφορίας του θερμού αέρα, με το οποίο θερμαίνονται όλοι οι χώροι της κατοικίας, είτε με αεραγωγούς είτε από ειδικές θυρίδες στον κορμό της καμινάδας. Η χρήση βεντιλατέρ διοχετεύει γρήγορα και αποτελεσματικά την ροή του θερμού αέρα.

Από τα σημαντικότερα σημεία του προκατασκευασμένου τζακιού είναι η εστία. Η εστία μπορεί να είναι ανοικτή ή κλειστή ανάλογα με τις προτιμήσεις του χρήστη. Η ανοικτή εστία δίνει την αίσθηση του τυπικού παραδοσιακού τζακιού και την καλύτερη απόλαυση της φωτιάς, ενώ η κλειστή δίνει την ψευδαίσθηση της σόμπας, ανάλογα βέβαια με το ύφος του σχεδιασμού της. Και στις δύο όμως περιπτώσεις κατασκευάζονται από το ίδιο υλικό, συνήθως από χυτοσίδηρο κοινώς μαντέμι, υλικό κατάλληλο για άριστη θερμαντική απόδοση και υλικό με τον καλύτερο συντελεστή αγωγιμότητας. Ένας συνδυασμός από μαντέμι και ατσάλι δίνει επίσης πολύ καλά θερμαντικά αποτελέσματα. Στις ανοικτές εστίες, δηλαδή σε αυτές χωρίς πόρτα, το ποσοστό απόδοσης κυμαίνεται στο 25% – 30%. Στις κλειστές εστίες, προσθήκη πόρτας ανεβάζει το ποσοστό απόδοσης στο 65% – 80%.

Στις κλειστές εστίες χρησιμοποιείται πυράντοχο γυαλί που αντέχει στις υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες αναπτύσσονται στο εσωτερικό της. Σε όλα σχεδόν τα μοντέλα, το γυαλί στην πόρτα της κλειστής εστίας αντέχει σε θερμοκρασία που ξεπερνά τους 800° C.

Οι υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο εσωτερικό της εστίας έχουν σαν αποτέλεσμα την πλήρη ανάφλεξη των καυσαερίων, χωρίς αυτά να αποβάλλονται άκαυτα σαν καπνός. Έτσι λοιπόν το τζάκι δεν καπνίζει και επιπλέον η εστία προσφέρει σε όλη την έκτασή της, τη μαγεία της ζωντανής φλόγας και την ελκυστική θέα της χρυσίζουσας πλάκας.

Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ

Μια εναλλακτική πρόταση για τη θέρμανση αλλά και την ψύξη των κατοικιών η οποία εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια σε χώρες του δυτικού κόσμου όπως στις ΗΠΑ, τη Γαλλία, τη Φιλανδία κ.α. είναι η χρήση γεωθερμικών αντλιών θερμότητα (ΓΑΘ). Τα συστήματα αυτά εκμεταλλεύονται τη σταθερή θερμοκρασία της γης για να αντλήσουν ενέργεια από αυτή και να θερμάνουν ή για να αποβάλλουν θερμότητα σε αυτή και ψύξουν το κτήριο.

Τα συστήματα ΓΑΘ αποτελούνται από τρία τμήματα. Το πρώτο μέρος δεν είναι τίποτε άλλο από ένα δίκτυο σωληνώσεων μέσα στο οποίο υπάρχει νερό και ονομάζεται γεωθερμικός εναλλάκτης κλειστού κυκλώματος. Οι σωλήνες αυτοί απλώνονται σε χαντάκια όπου υπάρχει διαθέσιμη ελεύθερη έκταση οικοπέδου ή σε πολλαπλές κάθετες γεωτρήσεις όπου υπάρχει περιορισμένη ή βραχώδης έκταση. Αντί για το δίκτυο σωληνώσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν τυχόν υπόγεια ύδατα, μια μικρή λίμνη ή ακόμα και η θάλασσα. Στην περίπτωση αυτή, ο γεωθερμικός εναλλάκτης ονομάζεται ανοικτού κυκλώματος. Το δεύτερο τμήμα είναι η ίδια η αντλία θερμότητας. Εκεί φτάνει το νερό από το δίκτυο του γεωθερμικού εναλλάκτη – σε σταθερή θερμοκρασία – και χρησιμοποιείται είτε για να αυξήσει τη θερμοκρασία του κτηρίου είτε για να τη μειώσει. Στην ουσία πρόκειται για μια λειτουργία παρόμοια με αυτή των κοινών κλιματιστικών, με τη διαφορά ότι ενώ τα κλιματιστικά χρησιμοποιούν τη θερμοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος εξαερώνοντας ή υγροποιώντας το πτητικό αέριο που περιέχουν, η γεωθερμική αντλία χρησιμοποιεί τη θερμοκρασία του νερού. Το τρίτο μέρος του συστήματος είναι ένα ακόμα δίκτυο σωληνώσεων που “τρέχει” μέσα στο δίκτυο στο οποίο αποδίδει ή από το οποίο παραλαμβάνει θερμότητα. Το δίκτυο αυτό μπορεί να είναι είτε ενδοδαπέδιο, είτε επιτοίχιο, είτε ένα δίκτυο με fan coils (θερμαντικά σώματα με ενσωματωμένο ανεμιστήρα).

Ας δώσουμε κι ένα παράδειγμα, χαρακτηριστικό του κόστους ενός τέτοιου συστήματος.

Σε συγκρότημα δύο εφαπτόμενων μεζονετών, μονωμένων σύμφωνα με τον ελληνικό κανονισμό θερμομόνωσης, συνολικής έκτασης 400 τ.μ. σε περιοχή της Αττικής, υπολογίστηκε ότι η μέγιστη αναγκαία ισχύς θέρμανσης είναι 22 kW, ενώ ψύξης 24 kW, η δε ετησίως απαιτούμενη ενέργεια θέρμανσης είναι 44.000 kWh  και ψύξης 25.000 kWh. Το κόστος ενός συμβατικού συστήματος θέρμανσης – ψύξης (καλοριφέρ και κλιματιστικά) ανέρχεται σε 16.060 ευρώ ενώ το κόστος ενός συστήματος με γεωθερμική αντλία θερμότητας, με οριζόντιο γεωθερμικό εναλλάκτη κλειστού κυκλώματος και ενδοδαπέδια θέρμανση ανήλθε σε 23.344 ευρώ. Το κόστος λειτουργίας του συμβατικού συστήματος με τιμή πετρελαίου 0,33 ευρώ/λίτρο και σύμφωνα με τα σημερινά τιμολόγια της ΔΕΗ θα ανερχόταν σε 3.236 ευρώ το χρόνο, ενώ με τη γεωθερμική αντλία θερμότητας το λειτουργικό κόστος είναι 1.424 ευρώ. Έτσι, η επιπλέον οικονομική επιβάρυνση της επένδυσης αποσβένεται σε οκτώ έτη.

Κείμενο του Κ. Σ. Τσίπηρα