Παρουσίαση/Προβολή

Περιεχόμενο μαθήματος

Το μάθημα εστιάζει στη μεθοδολογία αξιολόγησης περιβαλλοντικού σχεδιασμού μέσω μετρήσιμων κριτηρίων, περιβαλλοντικών παραμέτρων, επιτόπιων μετρήσεων και προσομοίωσης. Εισάγονται μέθοδοι, εργαλεία και τεχνικές για την παρακολούθηση και καταγραφή των κλιματικών συνθηκών, ανοικτών χώρων  και του εσωκλίματος των κτιρίων, τη δημιουργία και τη βαθμονόμηση μοντέλων προσομοίωσης κτιρίων και υπαίθριων χώρων, την προσομοίωση υφιστάμενων συνθηκών και προτάσεων σχεδιασμού για την αξιολόγηση του μικροκλίματος, των συνθηκών άνεσης, την περιβαλλοντική συμπεριφορά κτιρίων και την ενεργειακή τους απόδοση. Ο κύριος στόχος του μαθήματος είναι η ανάλυση και η τεκμηρίωση ζητημάτων βιωσιμότητας στο δομημένο περιβάλλον όπως η επίδραση του μικροκλίματος σε υπαίθριους χώρους και κτίρια, η βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, οι συνθήκες άνεσης σε αστικές περιοχές και οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε υπάρχοντα και μελλοντικά κτίρια και υπαίθριους χώρους. Το μάθημα προσφέρει μια ευρεία κατανόηση της μεθοδολογίας παρακολούθησης (μέτρησης, καταγραφής) και προσομοίωσης περιβαλλοντικών παραμέτρων και των σχετικών πρακτικών που εφαρμόζονται σε κτίρια και ανοιχτούς χώρους, και παρέχει τα απαραίτητα εργαλεία για την τεκμηρίωση της αξιολόγησης προτάσεων σχεδιασμού.

Οι μέθοδοι και τα εργαλεία επιτόπιων μετρήσεων και ψηφιακής προσομοίωσης προσεγγίζονται ως διαδικασία αξιολόγησης υφιστάμενων και μελλοντικών συνθηκών σε δομημένα περιβάλλοντα και κατασκευές, με βάση αντικειμενικά κριτήρια και μετρήσιμους δείκτες, που σχετίζονται με την αειφορία, συμπεριλαμβανομένων περιβαλλοντικών και ανθρωπογενών παραμέτρων. Οι διαδικασίες μετρήσεων, μοντελοποίησης, προσομοίωσης και ερμηνείας αποτελεσμάτων παρουσιάζονται μέσω μιας ποικιλίας εργαλείων ως διαφορετικές επιλογές για αναλυτική αξιολόγηση. Ειδικότερα, η μέθοδος προσομοίωσης αντιμετωπίζεται ως μέσο εντοπισμού των αποτελεσμάτων του σχεδιασμού σε μελλοντικά ή προτεινόμενα σενάρια και ανατροφοδότησης για τη βελτιστοποίηση των σχεδιαστικών επιλογών και την υποστήριξη της λήψης αποφάσεων.

Παρουσιάζονται βασικές έννοιες και παράμετροι της μεθοδολογίας παρακολούθησης και προσομοίωσης μαζί με διάφορα εναλλακτικά και συμπληρωματικά εργαλεία και εφαρμογές για πρακτική αξιολόγηση, όπως εργαλεία ανάλυσης κλίματος, υπολογισμού ηλιακής γεωμετρίας, μοντέλα θερμικής άνεσης, μοντέλα προσομοίωσης θερμικής και ενεργειακής απόδοσης κτιρίων, εργαλεία ανάλυσης φυσικού φωτισμού, μοντέλα ανάλυσης ροής αέρα και πεδίου ανέμου, εργαλεία προσομοίωσης μικροκλίματος κ.τ.λ.. Επιπλέον πραγματοποιούνται σύντομες ασκήσεις εξοικείωσης με βασικά υπολογιστικά και αναλυτικά εργαλεία και μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση με μια άσκηση αξιολόγησης μελέτης περίπτωσης κτιρίου (π.χ. αξιολόγηση της περιβαλλοντικής απόδοσης, ανάλυση φυσικού φωτισμού, ενεργειακών απαιτήσεων και εκπομπών άνθρακα, χρήση υλικών κ.α.) ή υπαίθριου χώρου (π.χ. διαμόρφωση μικροκλίματος, αξιολόγηση των συνθηκών άνεσης κ.α.).

Το μάθημα συνδυάζει διαλέξεις που ακολουθούνται από παρουσίαση εργαλείων με εκπόνηση σύντομων ασκήσεων από τους φοιτητές με υπολογιστικά εργαλεία και τεχνικές, ανασκόπηση βιβλιογραφίας και μελέτη περίπτωσης αξιολόγησης περιβαλλοντικού σχεδιασμού (επιλογή κριτηρίων, εργαλείων και μεθόδων και παρουσίαση των αποτελεσμάτων αξιολόγησης).   

Εργασία και Ασκησεις

Η εργασία αφορά στην αξιολόγηση της περιβαλλοντικής και ενεργειακής συμπεριφοράς ενός κτιρίου και τη διερεύνηση πιθανών επεμβάσεων βελτίωσης μέσα από την αξιοποίηση εργαλείων υπολογισμών ή και προσομοίωσης.   

Για τους σκοπούς της εργασίας να αναζητήσετε μια ολοκληρωμένη μελέτη σχεδιασμού ενός κτιρίου και του περιβάλλοντα χώρου του και να αξιολογήσετε την αποτελεσματικότητα του σχεδιασμού ως προς την απόκρισή του στο κλίμα του τόπου, την ενεργειακή του συμπεριφορά ή/και τη διαμόρφωση του μικροκλίματος. Για την τεκμηρίωση της αξιολόγησης να θέσετε καθορισμένα ποσοτικά κριτήρια και να χρησιμοποιήσετε εργαλεία υπολογισμών και προσομοίωσης. Να αξιοποιήσετε τα αποτελέσματα των υπολογισμών για την διατύπωση ενδεικτικών προτάσεων βελτίωσης και να επαναλάβετε τους υπολογισμούς για να ελέγξετε και να τεκμηριώσετε την πιθανή βελτίωση. Οι προτάσεις βελτίωσης θα αφορούν συγκεκριμένες και μετρήσιμες παραμέτρους του σχεδιασμού εκφρασμένες ποσοτικά (πχ προσανατολισμός ανοιγμάτων, διαστάσεις ανοιγμάτων, ιδιότητες υλικών, ποσότητα φυτεύσεων κτλ.) ώστε να ελεγχθούν μέσω βασικών μεθόδων αξιολόγησης.   

Για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων, να διαμορφώσετε έναν συνοπτικό πίνακα με τα αποτελέσματα των υπολογισμών και το ποσοστό βελτίωσης επιλεγμένων παραμέτρων / κριτηρίων και να καταγράψετε συνοπτικά τα συμπεράσματά σας.  

Θα εκπονηθούν ενδιάμεσες ασκήσεις με στόχο την εξοικείωση με ορισμένες από τις μεθόδους που μπορούν να αξιοποιηθούν για την αξιολόγηση του υπό μελέτη κτιρίου με βάση χαρακτηριστικά κριτήρια αειφορικού σχεδιασμού και χρήση εργαλείων υπολογισμών και προσομοίωσης.

1. Αναζήτηση αρχείου κλιματικών δεδομένων, ηλιακών διαγραμμάτων και διαγραμμάτων ανέμου. Συσχετισμός του προσανατολισμού του υπό μελέτη κτιρίου, στο τοπογραφικό σχέδιο, με α. ηλιακό διάγραμμα και β. ρόδακα ανέμου.
2. Έλεγχος ηλιασμού και σκίασης του περιβάλλοντα χώρου με ένδειξη/υπολογισμό του μήκους σκιάς εμποδίων στο τοπογραφικό σχέδιο σε χαρακτηριστικές ημέρες. Έλεγχος ηλιασμού και σκίασης ανοιγμάτων με υπολογισμό μάσκας σκιασμού. Διατύπωση πρότασης βελτίωσης συστημάτων ηλιοπροστασίας και νέος υπολογισμός μάσκας σκιασμού.
3. Προσομοίωση μικροκλίματος υπαίθριου χώρου. Υπολογισμός μέγιστης θερμοκρασίας περιβάλλοντος τυπικής θερινής ημέρας κα μέγιστης τιμής δείκτη θερμικής άνεσης (ημερήσιος υπολογισμός). Διατύπωση πρότασης βελτίωσης σκίασης, υλικών ή και φυτεύσεων και νέα προσομοίωση πρότασης για τον υπολογισμό πιθανής βελτίωσης.
4. Προσομοίωση ενεργειακής συμπεριφοράς κτιρίου. Υπολογισμός απαιτήσεων ενέργειας για θέρμανση και ψύξη (ετήσιος υπολογισμός). Διατύπωση πρότασης / προτάσεων βελτίωσης και νέα προσομοίωση πρότασης / προτάσεων για τον υπολογισμό της πιθανής βελτίωσης.
5. Προσομοίωση φυσικού φωτισμού. Έλεγχος επάρκειας και ομοιομορφίας φυσικού φωτισμού. Προσομοίωση παράγοντα φυσικού φωτισμού (για δυσμενείς συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού) ή/και υπολογισμός αυτονομίας φωτισμού (ώρες ετησίως). Διατύπωση πρότασης βελτίωσης και νέα προσομοίωση πρότασης για τον υπολογισμό πιθανής βελτίωσης.

Βιβλιογραφία

• Dekay, Mark & Z Brown, G., Susanne Bennett (ed), (2014). Sun, Wind & Light: architectural design strategies, Wiley,3rd edition
• Erell, E., D. Pearlmutter, and T. Williamson (2011). Urban Microclimate – Designing the Spaces between Buildings. Earthscan. ISBN 978-1-84407-467-9
• Robinson, D. (2011). Computer Modelling for Sustainable Urban Design. Physical Principles, Methods and Applications. Earthscan. ISBN 9781844076796
• Baker, Ν. and K. Steemers (2002). Daylight design of buildings. James and James
• Littlefair, P.J. (2011) Site Layout Planning for Daylight and Sunlight. A Guide to Good Practice. BRE Press University
• Boardman, B. (2012). Achieving Zero Delivering Future-friendly Buildings. Oxford
• Mauree, D., Naboni, S. Coccolo, A.T.D. Perera, V.M. Nik, J. L. Scartezzini (2019). A review of assessment methods for the urban environment and its energy sustainability to guarantee climate adaptation of future cities. Renewable and Sustainable Energy Reviews 112 (2019) 733–746. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.06.005 
• Evola, G., V. Costanzo, C. Magrì, G. Margani, L. Marletta, E. Naboni (2020). A novel comprehensive workflow for modelling outdoor thermal comfort and energy demand in urban canyons: Results and critical issues. Energy and Buildings 216, 1 June 2020, 109946. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109946.
• Antoniou, N., H. Montazeri, M. Neophytou, B. Blocken (2019). CFD simulation of urban microclimate: Validation using high-resolution field measurements. Science of the Total Environment 695 (2019) 133743. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133743
• Blocken, B. (2015). Computational Fluid Dynamics for urban physics: Importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. Building and Environment 91 (2015) 219-245. http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2015.02.015
• Shinzato, P., H. Simon, D. H. Silva Duarte, M. Bruse (2019). Calibration process and parametrization of tropical plants using ENVI-met V4 – Sao Paulo case study, Architectural Science Review. https://doi.org/10.1080/00038628.2018.1563522
• Tsoka, S., K. Tsikaloudaki, T. Theodosiou. (2019). Coupling a Building Energy Simulation Tool with a Microclimate Model to Assess the Impact of cool Pavements on the Building’s Energy Performance. Application in a Dense Residential Area. Sustainability, 11(9), 2519. https://doi.org/10.3390/su11092519
• Baeza, J. L., Sievert, J. L., Landwehr, A., Luft, J., Preuner, P., Bruns-Berentelg, J., Noyman, A., & Noennig, J. R. (2021). CityScope Platform for Real-Time Analysis and Decision-Support in Urban Design Competitions. International Journal of E-Planning Research (IJEPR), 10(4), 121-137. http://doi.org/10.4018/IJEPR.20211001.oa8
• Fröhlich, D., Matzarakis, A, 2018: Spatial Estimation of Thermal Indices in Urban Areas—Basics of the SkyHelios Model. Atmosphere 2018, 9, 209, 1-14. https://doi.org/10.3390/atmos9060209
• Matzarakis, A., 2012: Linking urban micro scale models - The models RayMan and SkyHelios. Proceedings of the 8th International Conference on Urban Climates and the 10th Symposium of the Urban Environment, No. 136, 1-4.

Εργαλεία υπολογισμών

• https://meteonorm.com/
• https://www.envi-met.com/
• https://designbuilder.co.uk/
• https://www.edsl.net/ambiens-2d/
• https://www.iesve.com/
• https://www.autodesk.com/products/revit/
• https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent
• https://leeduser.buildinggreen.com/browse
• https://energy-design-tools.sbse.org/
• https://www.sbse.org/resources
• http://andrewmarsh.com/
• https://www.sunearthtools.com/
• https://www.urbanclimate.net/rayman/
• https://www.urbanclimate.net/skyhelios/
• https://comfort.cbe.berkeley.edu/
• http://www.utci.org/index.php
• https://energyplus.net/
• https://www.openfoam.com/
• https://www.radiance-online.org//
• https://www.dialux.com/en-GB/
• https://openstudio.net/
• https://www.grasshopper3d.com/
• https://www.ladybug.tools/
• https://www.ladybug.tools/honeybee.html
• https://www.ladybug.tools/butterfly.html

Διαθέσιμα συγγράμματα στον Εύδοξο

• ECOΔΟΜΕΙΝ, Συγγραφείς: SUE ROAF, MANUEL FUENTES, STEPHANIE THOMAS, Έκδοση: 2η/2017, ISBN: 9786185049577, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68370267

• Διαχείριση Φυσικών Πόρων και Βιώσιμη Ανάπτυξη, Συγγραφείς: Πολύζος Σεραφείμ, Έκδοση: 1η/2022, ISBN: 9789604187409, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 102073459

• Τεχνικές Προσομοίωσης, Συγγραφείς: Ρουμελιώτης Μάνος- Σουραβλάς Σταύρος, Έκδοση: 2η/2015, ISBN: 9789604184804, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 41958885

• Ενέργεια, Περιβάλλον και Αειφόρος Ανάπτυξη, Συγγραφείς: Πολυζάκης Απόστολος, Έκδοση: 1η/2020, ISBN: 9786188359062, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 94645312

• Περιβαλλοντικός σχεδιασμός - Κτίρια μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας, Συγγραφείς: Κοσμόπουλος Πάνος, Περιβολάρης Άγγελος, Έκδοση: 1η έκδ./2017, ISBN: 9789601223186, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68372850

• Περιβαλλοντικός σχεδιασμός- Συνθήκες άνεσης και μικροκλίμα σε υπαίθριους αστικούς χώρους, Συγγραφείς: Κοσμόπουλος Πάνος, Μιχαλοπούλου Κωνσταντίνα, Έκδοση: 1η έκδ./2017, ISBN: 9789601223292, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68372883