ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΤΙΡΙΟΥ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ

Abstract

Η εργασία αυτή επικεντρώνεται στην ενεργειακή προσομοίωση ενός κτιρίου πολλαπλών χρήσεων με τη χρήση του προγράμματος Open Studio, με στόχο τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης ενός κτιρίου και της αναβάθμισή του σε υψηλότερη ενεργειακή κλάση. Στην εισαγωγή της εργασίας αναλύεται η σημασία της ενεργειακής απόδοσης στις σύγχρονες κατασκευές και ο ρόλος της στην προστασία του περιβάλλοντος και στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στην ενεργειακή κλάση, η οποία αποτελεί δείκτη της ενεργειακής απόδοσης ενός κτιρίου όπως καθορίζεται από το θεσμικό πλαίσιο και τα πρότυπα της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Η εργασία έχει ως βασικό στόχο την παρουσίαση και την ανάλυση των αποτελεσμάτων της ενεργειακής προσομοίωσης ενός κτιρίου πολλαπλών χρήσεων, ενώ παράλληλα προτείνει τρόπους ενεργειακής αναβάθμισής του. Η ανάπτυξη της εργασίας γίνεται σε τρία κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται αναφορά στους βασικούς τομείς της ενεργειακής μελέτης, με έμφαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στα ορυκτά καύσιμα. Ειδικότερα, παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τύποι των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως είναι η ηλιακή, η αιολική, η γεωθερμική ενέργεια και αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε πηγής. Επίσης, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας συγκρίνονται με τα ορυκτά καύσιμα τα οποία αν και εξακολουθούν να αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας συνδέονται με τις αυξημένες εκπομπές ρύπων και την κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, το πρώτο κεφάλαιο εξετάζει την αναγκαιότητα της μετάβασης στις παραδοσιακές πηγές ενέργειας προς τις ανανεώσιμες πηγές με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας και τη μείωση της ενεργειακής εξάρτησης. Το δεύτερο κεφάλαιο περιγράφει αναλυτικά δύο βασικά εργαλεία τα οποία χρησιμοποιούνται για την ενεργειακή προσομοίωση κτιρίων. Το Open Studio και το Energy Plus. To Open Studio είναι ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα το οποίο λειτουργεί συνεργατικά με το Energy Plus και επιτρέπει στους χρήστες να δημιουργούν και να τροποποιούν ενεργειακά μοντέλα κτιρίων με ευκολότερο τρόπο. Τα δύο συγκεκριμένα εργαλεία ενεργειακής προσομοίωσης χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστημονική κοινότητα για την ακριβή προσομοίωση της ενεργειακής απόδοσης ενός κτιρίου. Επιπλέον, στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι λειτουργίες των προγραμμάτων όπως είναι η προσομοίωση θερμικών φορτίων, η μελέτη της επίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας και των εξωτερικών περιβαλλοντικών συνθηκών, αλλά και η δυνατότητα μοντελοποίησης διαφορετικών συστημάτων θέρμανσης ψύξης και αερισμού. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται το κτίριο πολλαπλών χρήσεων το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως παράδειγμα για την ενεργειακή προσομοίωση. Το κτίριο περιλαμβάνει χώρους με διαφορετικές χρήσεις όπως γραφεία και καταστήματα λιανικής πώλησης, κάτι που αυξάνει την πολυπλοκότητα της ενεργειακής iii μελέτης λόγω των διαφορετικών απαιτήσεων σε θέρμανση, ψύξη και αερισμό. Με τη βοήθεια του προγράμματος Open Studio πραγματοποιήθηκε μια λεπτομερής προσομοίωση των ενεργειακών αναγκών του κτιρίου λαμβάνοντας υπόψη διάφορες παραμέτρους, όπως τα υλικά κατασκευής, τα συστήματα κλιματισμού και οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Tα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν τις ενεργειακές καταναλώσεις κάθε χώρου για όλη τη διάρκεια του έτους. Tέλος, προτείνονται συγκεκριμένα μέτρα ενεργειακής αναβάθμισης, όπως είναι η αντικατάσταση των παλαιών συστημάτων ψύξης και θέρμανσης με πιο αποδοτικά, η τοποθέτηση θερμομονωτικών υλικού, η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η βελτίωση του φυσικού αερισμού. Συμπερασματικά, η ενεργειακή προσομοίωση με τη χρήση του προγράμματος Open Studio αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Tα αποτελέσματα της προσομοίωσης βοηθούν στον εντοπισμό ενεργειακών απωλειών και επιτρέπουν τη λήψη στοχευμένων μέτρων για την αναβάθμιση των κτιρίων σε υψηλότερες ενεργειακές κλάσεις. Η μελέτη δείχνει ότι οι προτεινόμενες βελτιώσεις, όπως η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εφαρμογή σύγχρονων συστημάτων θέρμανσης και ψύξης, μπορούν να μειώσουν σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας του κτιρίου και το αποτύπωμα άνθρακα. Επιπλέον, αναδεικνύεται η σημασία της ενεργειακής αναβάθμισης για την επίτευξη των στόχων αειφορίας και για την προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξης. Τέλος, η εργασία αποδεικνύει ότι η χρήση τεχνολογιών προσομοίωσης μπορεί να ενισχύσει τον σχεδιασμό ενεργειακά αποδοτικών κτιρίων, συμβάλλοντας στη μείωση του λειτουργικού κόστους και στη βελτίωση της άνεσης των χρηστών. ABSTRACT The present study focuses on the energy simulation of a multipurpose building using the Open Studio software, aiming to improve the building's energy efficiency and upgrade it to a higher energy class. The introduction analyzes the importance of energy efficiency in modern constructions and its role in environmental protection and the reduction of carbon dioxide emissions. Additionally, it references the energy class, which serves as an indicator of a building's energy efficiency, as defined by the regulatory framework and standards of the European Union. The primary objective of this study is to present and analyze the results of the building's energy simulation, while also proposing methods for its energy upgrade. The study is divided into three chapters. The first chapter discusses the key areas of energy study, with an emphasis on renewable energy sources and fossil fuels. Specifically, it presents several types of renewable energy sources such as solar, wind and geothermal energy, analyzing the advantages and disadvantages of each source. Moreover, renewable energy sources are compared to fossil fuels, which although still are a significant energy source, are linked to increased pollutant emissions and climate change. Additionally, the first chapter examines the necessity of transitioning from traditional energy sources to renewable ones to improve energy efficiency and reduce energy dependence. The second chapter provides a detailed description of the tool that was used for energy simulation. Specifically, Open Studio is an open-source software that works in collaboration with Energy Plus, allowing users to create and modify building energy models more easily. These two energy simulation tools are widely used in the scientific community for the accurate simulation of the building’s energy performance. Furthermore, the second chapter outlines the functions of the software, such as thermal load simulation, the study of solar radiation effects and external environmental conditions, as well as the capability to model various heating, cooling, and ventilation systems. The third chapter describes the multipurpose building used as an example for energy simulation. The building includes spaces with different uses, such as offices and retail shops, increasing the complexity of the energy study due to the varying heating, cooling, and ventilation requirements. With the help of Open Studio, a detailed simulation of the building’s energy needs was conducted, considering various parameters such as construction materials, HVAC systems and environmental conditions. The results of the simulation show the energy consumption of each space for the entire year. Finally, specific energy upgrade measures are proposed, including the replacement of old cooling and heating systems with more efficient ones, the installation of insulating materials, the use of renewable energy sources and the enhancement of natural ventilation. In conclusion, energy simulation using v Open Studio is a valuable tool for studying the energy performance of buildings. The simulation results help identify energy losses and enable the implementation of targeted measures to upgrade buildings to higher energy classes. This study shows that the proposed improvements, such as the use of renewable energy sources and the application of modern heating and cooling systems, can significantly reduce the building's energy consumption and carbon footprint. Furthermore, it highlights the importance of energy upgrades in achieving sustainability goals and promoting sustainable development. Finally, this study demonstrates that the use of simulation technologies can enhance the design of energy efficient buildings, contributing to lower operational costs and improved user comfort.