Τοπική κλιματική μεταβολή και ενεργειακή κατανάλωση - Μια πολύ ισχυρή εξάρτηση

Η αύξηση της θερμοκρασίας των πόλεων που οφείλεται στην τοπική αλλά και την γενικη κλιματική μεταβολή, είναι ένα εξαιρετικά τεκμηριωμένο γεγονός. Περισσότερες από 400 πόλεις σε όλο τον κόσμο παρουσιάζουν σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας τους κυρίως στις πυκνοκατοικημενες ζώνες τους όπου υπάρχει έλλειψη πράσινου και μεγάλη παραγωγή ανθρωπογενούς θερμότητας. Η θερμοκρασιακή αύξηση μπορεί να υπερβεί και τους 8-10 βαθμούς στο μέγιστο, σε σχέση με την περιαστική θερμοκρασία γύρω από τις πόλεις. Οφείλεται στο θερμικό και ενεργειακό πλεόνασμα των πόλεων που προκαλείται από την υπερβολική αποθήκευση της ηλιακής ακτινοβολίας από τις αστικές δομές, την έλλειψη πράσινου, την έλλειψη κατάλληλης κυκλοφορίας του αέρα στις πόλεις, αλλά και την υπέρμετρη παραγωγή ανθρωπογενούς θερμότητας από την βιομηχανία, τις μεταφορές και τα κτίρια.

Οι υψηλές αστικές θερμοκρασίες αυξάνουν την ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων κατά την θερινή περίοδο, και συντελούν στην ιδιαίτερα σημαντική αύξηση του φορτίου αιχμής ηλεκτρικής ενέργειας, στην υποβάθμιση των επίπεδων της θερμικής άνεσης στις πόλεις, ενώ παράλληλα συντελούν στην αύξηση της συγκέντρωσης επικίνδυνων ρυπαντών όπως το όζον, ενώ επιβαρύνουν σημαντικά την υγεία του ευπαθούς πληθυσμού και αυξάνουν το ποσοστό των θανάτων που σχετίζονται με θερμικές αιτίες. Παράλληλα, συντελουν στην μείωση των ενεργειακών αναγκών για την θέρμανση των κτιρίων. Είναι χαρακτηριστικό ότι λόγω της υπερθέρμανσης του κέντρου της Αθήνας, το κλιματιστικό φορτίο μιας τυπικής κατοικίας στο κέντρο της πόλης είναι περίπου διπλάσιο από το αντίστοιχο φορτίο της ιδίας κατοικίας στην βόρεια περιαστική περιοχή της πόλης. Παράλληλα, το ηλεκτρικό φορτίο αιχμής για κλιματισμό είναι σχεδόν τριπλάσιο από αυτό στις περιαστικές περιοχές, ενώ η ελάχιστη απόδοση των κλιματιστικών συσκευών μειώνεται τουλάχιστον κατά 25 %.

Ιδιαίτερα σημαντικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί ώστε να διαπιστωθεί η επίδραση της τοπικής κλιματικής μεταβολής στην ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων αλλά και στην αύξηση του ηλεκτρικού φορτίου αιχμής. Πρόσφατες αναλύσεις της μεταβολής της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων κατά την περίοδο 1970 -2010, έδειξαν ότι λόγω της τοπικής αλλά και την γενικής κλιματικής μεταβολής, το κλιματιστικό φορτίο των κτιρίων έχει αυξηθεί σε πολύ πιο σημαντικό βαθμό από ότι η σχετική μείωση των αναγκών για θέρμανση. Όπως προκύπτει, κατά μέση τιμή οι ενεργειακες ανάγκες των κτιρίων για κλιματισμό έχουν αυξηθεί κατά την συγκεκριμένη περίοδο κατά 23 %, ενώ οι αντίστοιχες ανάγκες για θέρμανση έχουν μειωθεί κατά μόνο 11 %.  Παράλληλα, υπολογίστηκε ότι η αστική υπερθέρμανση που οφείλεται σε τοπικά φαινόμενα, αυξάνει κατά μέση τιμή την ενεργειακή κατανάλωση για κλιματισμό κατά περίπου 13 %.

Αξιοποιώντας όλα τα παγκόσμια δεδομένα, έχει αποδειχτεί ότι η μέση ενεργειακή ποινή που η γενικη και η τοπική κλιματική μεταβολή επιβάλλει στα κτίρια, είναι της τάξης των 0.74 kWh/m2, ανά τετραγωνικό μέτρο της πόλης και ανά βαθμό αύξησης της θερμοκρασίας, μέγεθος που αντιστοιχεί σε μια μέση ενεργειακή επιβάρυνση ανά άτομο περί τις 237 kWh. Ταυτόχρονα, έχει υπολογιστεί ότι η αύξηση της ηλεκτρικής κατανάλωσης ανά βαθμό αύξησης της θερμοκρασίας κυμαίνεται αναμεσά στο 0,5 % έως 8.5 % Είναι προφανές ότι τα μεγέθη αυτά είναι εξαιρετικά σημαντικά και επιβαρύνουν σε μεγάλο βαθμό το ενεργειακό ισοζύγιο της κάθε αστικής οικογένειας.

Ταυτόχρονα με την εκτίμηση της ενεργειακής επιβάρυνσης, σύγχρονες μελέτες έχουν υπολογίσει την σχετική αύξηση του ηλεκτρικού φορτίου αιχμής που προκαλείται από την τοπική και γενικη κλιματική μεταβολή. Υπολογίζεται λοιπόν, ότι για κάθε βαθμό αύξησης της αστικής θερμοκρασίας, η σχετική αύξηση του ηλεκτρικού φορτίου αιχμής κυμαίνεται από 0,45 % έως 4.6 %. Κατά μέση τιμή, η σχετική αυτή αύξηση αντιστοιχεί σε περίπου 21 W προσθετής ηλεκτρικής ισχύος ανά βαθμό αύξησης της θερμοκρασίας και άτομο.

Κατά τα τελευταία δεκαπέντε περίπου χρονιά, σημαντική έρευνα έχει αναπτυχθεί με στόχο την δημιουργία τεχνολογιών ανάσχεσης της τοπικής μεταβολής. Η ερευνά εστιάζεται κυρίως στην ανάπτυξη και χρήση ανακλαστικών υλικών για τα κτίρια και το αστικό περιβάλλον, την ανάπτυξη και τοποθέτηση προσθετού πράσινου, την αποδοτική χρήση του νερού και των συστημάτων εξατμίστηκης ψύξης αλλά και την χρήση συστημάτων απόρριψης της πλεονάζουσας αστικής θερμότητας σε ατμοσφαιρικές καταβόθρες χαμηλής θερμοκρασίας όπως το έδαφος. Περισσότερες από 200 εφαρμογές συστημάτων ανάσχεσης σε αστικά έργα μεγάλης κλίμακας έχουν σχεδιαστεί και εφαρμοστεί με σχετική επιτυχία σε όλο τον κόσμο . Οι σχετικές μετρήσεις έχουν δείξει ότι είναι δυνατόν να μειωθεί η μέγιστη θερμοκρασία του αστικού περιβάλλοντος έως και κατά τα 2.5 C. Σύγχρονες ερευνητικές προσπάθειες στοχεύουν κύρια στην ανάπτυξη νέων υλικών και συστημάτων που θα μπορέσουν να προκαλέσουν μια μείωση της μέγιστης θερμοκρασίας έως και κατά 4 C.

Η χρήση των συγκεκριμένων τεχνολογιών ανάσχεσης εκτός από την σημαντική μείωση της αστικής θερμοκρασίας συντελεί στην δραστική μείωση της ηλεκτρικής κατανάλωσης για κλιματισμό καθώς και του σχετικού  ηλεκτρικού φορτίου αιχμής. Σχετικές θεωρητικές αλλά και πειραματικές μετρήσεις σε αρκετές πόλεις όπου έχουν εφαρμοστεί μεγάλης έκτασης προγράμματα θερμικής ανάσχεσης, έχουν αποδείξει ότι είναι δυνατή η μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης για κλιματισμό έως και κατά 40 %. Στο επισυναπτόμενο σχήμα δίνεται η γεωγραφική κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου κλιματισμού μιας τυπικής κατοικίας στο Σύδνεϋ Αυστραλίας πριν την εφαρμογή του οποίου συστήματος θερμικής ανάσχεσης, καθώς και η αντίστοιχη κατανομή κατόπιν της εφαρμογής τεχνολογιών ανάσχεσης.

Όπως διαπιστώνεται, λόγω της έντονης υπερθέρμανσης των βορειοδυτικών συνοικιών της πόλης, όπου η θερμοκρασία το καλοκαίρι μπορεί να είναι έως και κατά 10 C υψηλότερη από τα ανατολικά προάστια, η ενεργειακή κατανάλωση για κλιματισμό είναι περίπου διπλάσια από ότι στα ανατολικά προάστια που βρίσκονται δίπλα στην ακτή. Η εφαρμογή συγχρόνων συστημάτων ανάσχεσης στην πόλη μπορεί να μειώσει δραματικά το ηλεκτρικό φορτίο αιχμής και να ανακουφίσει κλιματικά και οικονομικά τον ευπαθή και χαμηλού εισοδήματος πληθυσμό που κατοικεί στο Δυτικό τμήμα της πόλης. Παράλληλα, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι συντελεί στην μείωση της θνησιμότητας από θερμικά αίτια έως και κατά 40 %, ενώ προφανώς βελτιώνονται τα επίπεδα της θερμικής άνεσης στην πόλη

Σχήμα 1. Γεωγραφική Κατανομή του κλιματιστικού φορτίου μιας τυπικής κατοικίας στο Σύδνεϋ, Αυστραλίας. Το άνω αριστερά σχήμα αναφέρεται στο κλιματιστικό φορτίο χωρίς εφαρμογή συστημάτων ανάσχεσης. Τα ποσοστά αναφέρονται στην εξοικονομούμενη ενέργεια.

- Μ. Σανταμουρης, The Anita Lawrence Chair of High Performance Architecture. School Built Environment. University New South Wales. Sydney. Australia

(το άρθρο περιλαμβάνεται στον τόμο GREEK ENERGY 2018 που εκδίδει για 7η χρονιά το επιτελείο του energypress)