Κλιματική θωράκιση των κτιρίων έναντι της υπερβολικής θερμότητας

Διάφορες προσεγγίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία των κτιρίων από τις υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες. Οι επιλογές αυτές αφορούν τον σχεδιασμό των κτιρίων (συμπεριλαμβανομένης της χρήσης τεχνολογιών ΤΠ για τη βελτιστοποίηση της θερμικής άνεσης) και τα κελύφη των κτιρίων (στέγη, οροφές, εξωτερικοί τοίχοι, πόρτες, παράθυρα —συμπεριλαμβανομένων των γυαλιών ηλιακού ελέγχου που μειώνουν την ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται στην κατοικία— και τα θεμέλια).

Οι λύσεις σχεδιασμού κτιρίων περιλαμβάνουν παραδοσιακά χαρακτηριστικά που απαντώνται συνήθως σε περιοχές με θερμά κλίματα, όπως:

• Λόγος όψης κτιρίου: Ο λόγος μεταξύ εσωτερικού χώρου και εξωτερικής επιφάνειας του κτιρίου, ο οποίος βελτιστοποιεί την εσωτερική διασπορά θερμότητας ελαχιστοποιώντας παράλληλα την απορρόφηση ηλιακής θερμότητας.
• Αρχιτεκτονικά στοιχεία: Χαρακτηριστικά όπως τέντες, προεξοχές, σκιές παραθύρων, στοές, λευκοί ή ανοιχτόχρωμοι εξωτερικοί τοίχοι και στέγες για να αντανακλούν τη θερμότητα.
• Ηλιακός προσανατολισμός: Τοποθέτηση του κτιρίου ώστε να ελαχιστοποιείται η καθημερινή έκθεση στο άμεσο ηλιακό φως.

Οι λύσεις υψηλής τεχνολογίας μπορούν επίσης να διαδραματίσουν πολύ σημαντικό ρόλο. Αυτά περιλαμβάνουν αισθητήρες που παρακολουθούν τις θερμικές συνθήκες, επιτρέποντας ακριβείς ρυθμίσεις του κλιματισμού και του εξαερισμού, καθώς και τον προσανατολισμό σε πραγματικό χρόνο των πάνελ σκίασης με βάση τις συνθήκες μόνωσης. Οι αισθητήρες και οι ψηφιακές συσκευές θερμικής ρύθμισης μπορούν να ενσωματωθούν σε μέτρα διαχείρισης από την πλευρά της ζήτησης, συμβάλλοντας στη μείωση των επιπτώσεων της ζήτησης ψύξης στα φορτία αιχμής κατά τη διάρκεια περιόδων καταπόνησης του ηλεκτρικού συστήματος (βλ. επίσης την επιλογή προσαρμογής στις αλλαγές της ατομικής συμπεριφοράς στον τομέα της ενέργειας ). Ένα διάσημο παράδειγμα κτιρίου στο οποίο έχει εφαρμοστεί ένα πλήρες πακέτο λύσεων αιχμής είναι το κτίριο γραφείων The Edge στο Άμστερνταμ, που ολοκληρώθηκε το 2014. Το περίβλημά του περιλαμβάνει δυναμικά παράθυρα, αυτόματες αποχρώσεις και εξαερισμό μετατόπισης. Με 28.000 αισθητήρες που παρακολουθούν την κίνηση, τα επίπεδα φωτισμού, την υγρασία και τη θερμοκρασία, το κτίριο μπορεί να προσαρμοστεί άμεσα στις ενεργειακές ανάγκες, όπως η αυτόματη απενεργοποίηση της θέρμανσης, του κλιματισμού και του φωτισμού σε αχρησιμοποίητους χώρους. Επιπλέον, οι εργαζόμενοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια εφαρμογή για να προσαρμόσουν τα επίπεδα θερμοκρασίας και φωτισμού στον χώρο εργασίας τους. Επιπλέον, η ψύξη και η θέρμανση βελτιστοποιούνται με τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ του κτιρίου και ενός υδροφόρου ορίζοντα κάτω από αυτό.

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του κελύφους του κτιρίου είναι ζωτικής σημασίας για την ικανότητά του να ελέγχει τις εσωτερικές θερμοκρασίες. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στο περίβλημα και η μάζα τους διαδραματίζουν βασικό ρόλο στο πόσο γρήγορα αντισταθμίζονται οι διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών χώρων. Για παράδειγμα, τα παραδοσιακά κτίρια με χοντρούς τοίχους στη Μεσόγειο απαιτούν πολύ λιγότερο κλιματισμό από τις σύγχρονες κατασκευές. Εναλλακτικά, η χρήση υλικών με υψηλή θερμική αντίσταση μπορεί να συμβάλει στην ελαχιστοποίηση της θερμότητας που εισέρχεται στο κτίριο. Αυτή η επιλογή είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα για τη μετασκευή υφιστάμενων κτιρίων με μονωτικά στρώματα που αντισταθμίζουν τις κακές θερμικές ιδιότητες των αρχικών δομικών υλικών.

Επίσης, η χρήση μηχανικού ή φυσικού αερισμού ή η αποθήκευση ψύχους σε υλικά με υψηλή θερμική μάζα, όπως πλακάκια ή πέτρες, μειώνει την ανάγκη κλιματισμού. Η κρύα αποθήκευση μπορεί να συνδυαστεί με μια αντλία θερμότητας (πιθανώς βασισμένη σε ένα γεωθερμικό σύστημα, που εκμεταλλεύεται τη διαφορά μεταξύ των υπόγειων και επιφανειακών θερμοκρασιών) για να αυξήσει την ευελιξία στην ανάπτυξη του κρύου αέρα. Η ρύθμιση της εσωτερικής υγρασίας μπορεί να έχει ισχυρό αντίκτυπο στις αντιληπτές θερμοκρασίες και τελικά στη θερμική άνεση των ενοίκων ενός κτιρίου.

Οι στέγες είναι επίσης σημαντικές επιφάνειες ανταλλαγής θερμότητας και ο σχεδιασμός τους (π.χ. λευκές στέγες, πράσινες στέγες) μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των ενεργειακών αναγκών ενός κτιρίου. Για παράδειγμα, η παρουσία δέντρων αυξάνει τη ροή του αέρα, μειώνει τις επιπτώσεις της ηλιακής ακτινοβολίας και βοηθά επίσης στην εξουδετέρωση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας. Κατά την εφαρμογή μέτρων για την αντιμετώπιση της υπερβολικής θερμότητας, είναι πράγματι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη ο αντίκτυπος των οικοδομικών υλικών και των μορφών δόμησης στο μικροκλίμα των αστικών περιοχών. Η έρευνα για τον μετριασμό της αστικής θερμότητας προωθεί τη χρήση ανακλαστικών επιφανειών για την αντιμετώπιση των αρνητικών επιπτώσεων της ακραίας θερμότητας. Η επιφανειακή ανάκλαση αποτελεί βασική παράμετρο για την κατανόηση, τη μοντελοποίηση και την τροποποίηση του αστικού επιφανειακού ενεργειακού ισοζυγίου, για την ψύξη των πόλεων και τη βελτίωση της εξωτερικής θερμικής άνεσης (Fox et al., 2018). Οι λύσεις για τη μείωση του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας, ενώ βελτιώνουν τις εσωτερικές συνθήκες μέσω του κελύφους του κτιρίου, μπορούν να προσεγγιστούν με δύο τρόπους: αύξηση της ηλιακής αντανάκλασης και ενίσχυση της εξάτμισης και της διαπνοής. Η ηλιακή ανάκλαση (albedo) των εξωτερικών χώρων των κτιρίων και της αστικής επίστρωσης μπορεί να συμβάλει στην άμβλυνση του φαινομένου της θερμικής νησίδας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση επιστρώσεων ψυχρού χρώματος και ανακλαστικών επιστρώσεων, όπως αντανακλαστικά υλικά. Επιπλέον, η αύξηση της εξάτμισης και της διαπνοής μπορεί να διευκολυνθεί από πράσινες επιφάνειες και δέντρα, όπως κατακόρυφες πράσινες εκτάσεις, πράσινες προσόψεις και πράσινες στέγες.

Πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τη χρήση πράσινων υποδομών για τη βελτίωση της βιωσιμότητας των πόλεων στο πλαίσιο της κλιματικής αλλαγής διατίθενται στην επιλογή προσαρμογής Climate-ADAPT για πράσινες και γαλάζιες αστικές υποδομές.

Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στα ιστορικά κτίρια, καθώς πολλά από τα μέτρα που περιγράφονται ενδέχεται να μην εφαρμόζονται λόγω των υφιστάμενων νόμων και κανονισμών που αποσκοπούν στη διατήρηση των αρχικών υλικών και των τεχνικών κατασκευής που χρησιμοποιούνται. Πρέπει να προσδιοριστούν, να σχεδιαστούν και να υλοποιηθούν διάφορες ειδικές παρεμβάσεις, λαμβάνοντας προσεκτικά υπόψη τα χαρακτηριστικά των ιστορικών κτιρίων και την πολιτιστική τους σημασία. Συνιστάται ιδιαίτερα η διαβούλευση με εμπειρογνώμονες στον τομέα της ιστορικής συντήρησης και της μηχανικής κτιρίων για την ανάπτυξη ενός προσαρμοσμένου σχεδίου ψύξης για συγκεκριμένα κτίρια. Ωστόσο, είναι ήδη διαθέσιμες λύσεις ενίσχυσης της ανθεκτικότητας στην κλιματική αλλαγή που διατηρούν την ιστορική σημασία των κτιρίων, διατηρώντας παράλληλα την αρχιτεκτονική και πολιτιστική τους αξία. Ορισμένα παραδείγματα παρέχονται από το έργο RIBuild.

Η οδηγία για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων (ΟΕΑΚ) επιτρέπει στα κράτη μέλη να προσαρμόζουν τις ελάχιστες απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης τόσο για τα οικιστικά κτίρια (άρθρο 5 παράγραφος 2) όσο και για τα μη οικιστικά κτίρια (άρθρο 9 παράγραφος 6α).

Τα χαρακτηριστικά ενός κτιρίου, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο αποτρέπει την υπερβολική θέρμανση εσωτερικών χώρων, αποτελούν συνήθως ιδιωτικό συμβατικό θέμα μεταξύ του κατασκευαστή και των αγοραστών του κτιρίου. Η συμμετοχή των ενδιαφερόμενων μερών μπορεί να είναι σημαντική στην περίπτωση μεγάλων δημόσιων κτιρίων, σε περίπτωση που το κόστος του προτεινόμενου σχεδιασμού είναι σημαντικά υψηλότερο από το κόστος ενός τυποποιημένου κτιρίου και αυτό μπορεί να προκαλέσει ανησυχίες σχετικά με τον αντίκτυπο στους δημόσιους προϋπολογισμούς και/ή σχετικά με την ικανότητα του προτείνοντος να βρει επαρκή χρηματοδότηση για το έργο. Μεταξύ των επιλογών που αναφέρθηκαν, η δημιουργία χώρων πρασίνου γύρω από τα κτίρια για σκίαση υπόκειται στην τυπική διαδικασία αδειοδότησης. Απαιτεί επίσης διαβούλευση με τις τοπικές κοινότητες για να εκτιμηθεί η προτίμησή τους για αυτή τη λύση έναντι των εναλλακτικών χρήσεων του χώρου. Η συμμετοχή οργανισμών και αρχών πολιτιστικής κληρονομιάς είναι απαραίτητη για την ανακαίνιση ιστορικών κτιρίων, ιδίως όταν πρέπει να ακολουθηθούν ειδικές διαδικασίες αδειοδότησης.

Τα κύρια εμπόδια για τον σχεδιασμό κτιρίων ανθεκτικών στην κλιματική αλλαγή είναι οικονομικά και πολιτιστικά. Ορισμένες από τις προτεινόμενες επιλογές (υλικό υψηλότερης ποιότητας για κελύφη κτιρίων, πράσινες στέγες, αυτοματοποιημένη σκίαση παραθύρων) είναι πιο δαπανηρές και πιο δύσκολο να εφαρμοστούν και να διατηρηθούν από τις συνήθεις οικοδομικές πρακτικές. Πολιτιστικά, οι αρχιτέκτονες μπορεί να αντιληφθούν τη δημιουργικότητά τους μειωμένη από την πολυπλοκότητα ορισμένων από αυτές τις λύσεις. Ο σχεδιασμός ενός κτιρίου με απόλυτη ελευθερία επιλογής ως προς τα σχήματα και τα υλικά, ενώ βασίζεται στον κλιματισμό για τη φροντίδα της εσωτερικής θερμικής άνεσης είναι μια δελεαστική προοπτική που μειώνει τις τεχνικές προκλήσεις, το κόστος κατασκευής και αυξάνει το αισθητικό εύρος για επιλογές σχεδιασμού. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για μεγάλες κτιριακές μονάδες, όπως ουρανοξύστες, εμπορικά κέντρα, πανεπιστημιουπόλεις κ.λπ. Η σημασία αυτού του εμποδίου είναι πιθανό να μειωθεί τα επόμενα χρόνια, καθώς οι λύσεις θωράκισης έναντι της κλιματικής αλλαγής φθάνουν σε τεχνολογική ωριμότητα και η τεχνολογική καινοτομία θα μειώσει το κόστος τους. Ωστόσο, δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι η ευελιξία στον σχεδιασμό κτιρίων που προσφέρεται επί του παρόντος από τον κλιματισμό θα εξισωθεί ποτέ με αυτές τις λύσεις.

Από την άλλη πλευρά, ιδίως για μικρότερες μονάδες, όπως μονοκατοικίες ή γειτονιές κατοικιών μικρού και μεσαίου μεγέθους, η θωράκιση έναντι της κλιματικής αλλαγής μπορεί να αποδειχθεί μια πολύ ενθαρρυντική πρόκληση σχεδιασμού. Υπάρχουν ορισμένες πρωτοβουλίες στην ΕΕ για την εφαρμογή πράσινων λύσεων για οικιστικά κτίρια και πολεοδομικό σχεδιασμό, συμπεριλαμβανομένου του οικολογικού προσανατολισμού των αστικών τοπίων, εκστρατειών ευαισθητοποίησης και οικονομικών κινήτρων. Μεταξύ άλλων, παραδείγματα οικονομικών κινήτρων υπάρχουν στο Ρότερνταμ (επιδότηση για την προσαρμογή στην κλιματική αλλαγή), στο Αμβούργο (στρατηγική για την πράσινη στέγη του Αμβούργου, ) και στην Ιταλία (πράσινη πριμοδότηση).  

Επιπλέον, η ενίσχυση της ανθεκτικότητας στην κλιματική αλλαγή στα υφιστάμενα κτίρια, ιδίως στα κτίρια πολιτιστικής κληρονομιάς, θέτει συγκεκριμένες προκλήσεις, λόγω των κανονισμών και των παραδειγμάτων διατήρησης. Η πρόκληση είναι να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ της προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή και της διασφάλισης της αυθεντικότητας και της ακεραιότητας αυτών των ιστορικών χώρων.

Το κόστος ποικίλλει ανάλογα με τη λύση που εφαρμόζεται και την τοποθεσία όπου υλοποιούνται λόγω της διαφορετικής ωριμότητας του κλάδου και των τοπικών χαρακτηριστικών των κτιρίων. Σύμφωνα με την περιπτωσιολογική μελέτη της στρατηγικής για τις πράσινες στέγες του Αμβούργου, οι πράσινες στέγες αποτελούν επένδυση με σαφείς μελλοντικές αποδόσεις. Το κόστος για τις περισσότερες εκτεταμένες πράσινες στέγες κυμαίνεται από 40-45 € /m2, ενώ οι εντατικές πράσινες στέγες μπορεί να κοστίζουν περίπου 58 € /m2.

Οι λευκές στέγες είναι σημαντικά λιγότερο δαπανηρές. Οι τιμές μόνωσης τοίχων και στεγών ποικίλλουν ευρέως σύμφωνα με το μονωτικό υλικό, αλλά κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 40 ευρώ και 100 ευρώ ανά τετραγωνικό μέτρο. Οι τιμές των ηλιακών υαλοπινάκων ελέγχου είναι συγκρίσιμες ή οριακά υψηλότερες από τα συνήθη μονωτικά γυαλιά που είναι συνήθως εγκατεστημένα στα παράθυρα των ευρωπαϊκών κατοικιών. Η συσκευασία ενός πλήρους μενού υπερσύγχρονων λύσεων θωράκισης έναντι του κλίματος σε ένα κτίριο μπορεί να είναι δαπανηρή και είναι ευκολότερο να το κάνετε από το μηδέν σχεδιάζοντας ένα νέο κτίριο για τον σκοπό αυτό. Για τα εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτικά και θερμικά άνετα 39,673 m ² χώρων γραφείων (συν 11,558 m ² κλειστού χώρου στάθμευσης) του κτιρίου The Edge απαιτήθηκε επένδυση ύψους 74 εκατ. EUR (συνολικό κόστος κτιρίου).

Το κόστος αυτό πρέπει να σταθμιστεί έναντι των ευεργετικών επιπτώσεων στους προϋπολογισμούς των νοικοκυριών, των επιχειρήσεων και των δημόσιων διοικήσεων όσον αφορά την εξοικονόμηση ενέργειας, η οποία για λύσεις αιχμής μπορεί να είναι πολύ σημαντική και ακόμη και να οδηγήσει σε σχεδόν μηδενική καθαρή χρήση ενέργειας. Η αύξηση των χώρων πρασίνου σε αστικό πλαίσιο επιφέρει επίσης ορισμένα παράλληλα οφέλη όσον αφορά τη βελτίωση της υγείας, την αστική βιοποικιλότητα, τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις και τις αισθητικές βελτιώσεις.

Σε κανονιστικό επίπεδο, οι τεχνικές λύσεις που προαναφέρθηκαν μπορούν να ενσωματωθούν στους οικοδομικούς κώδικες. Όταν αυτό δεν έχει ήδη επιβληθεί, συνιστάται μια ρυθμιστική κίνηση προς αυτή την κατεύθυνση για τις χώρες της ΕΕ με θερμό κλίμα.

Η αναθεωρημένη οδηγία για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων (ΕΕ/2024/1275) ενισχύει τις απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης για τα νέα κτίρια. Απαιτεί όλα τα νέα οικιστικά και μη οικιστικά κτίρια να είναι κτίρια μηδενικών εκπομπών από την 1η Ιανουαρίου 2028 για κτίρια που ανήκουν σε δημόσιους φορείς και από την 1η Ιανουαρίου 2030 για όλα τα άλλα νέα κτίρια, με δυνατότητα ειδικών εξαιρέσεων. Σύμφωνα με την αναθεωρημένη οδηγία, ένα κτίριο μηδενικών εκπομπών δεν έχει επιτόπιες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από ορυκτά καύσιμα και έχει πολύ υψηλή ενεργειακή απόδοση .  Αν και δεν στοχεύουν άμεσα στην προσαρμογή σε υψηλές θερμοκρασίες, οι απαιτήσεις αυτές θα απαιτήσουν ευρεία εφαρμογή των μέτρων που περιγράφονται εδώ.

Ο χρόνος υλοποίησης ποικίλλει ανάλογα με το είδος της παρέμβασης, κυμαινόμενος από λίγες ώρες για την εγκατάσταση κουρτινών και αποχρώσεων έως αρκετούς μήνες ή ακόμη και χρόνια για τον σχεδιασμό και την κατασκευή ενός κλιματικά ανθεκτικού κτιρίου από το μηδέν.

Η διάρκεια ζωής ποικίλλει ανάλογα με το είδος της παρέμβασης, κυμαινόμενη από λίγα χρόνια έως την εναπομένουσα διάρκεια ζωής του κτιρίου.