Αερισμός κτιρίων και ατμοσφαιρική ρύπανση: επιπτώσεις στην υγεία, την άνεση και την ενέργεια

Περίληψη

Καθώς οι άνθρωποι βρίσκονται κατά την πλειοψηφία του χρόνου τους σε εσωτερικούς χώρους, η ποιότητα του εσωτερικού αέρα (ΠΕΑ) επηρεάζει σημαντικά την υγεία τους. Παράλληλα, ο εξαερισμός-αερισμός των κτιρίων καταναλώνει σημαντικές ποσότητες ενέργειας, συντελώντας αρνητικά στην κλιματική αλλαγή. Ωστόσο, οι σχέσεις μεταξύ του αερισμού του κτιρίου, της ΠΕΑ και των σχετικών επιδράσεων της στην υγεία, και των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων είναι δυσδιάκριτες, με αποτέλεσμα η λειτουργία και ο σχεδιασμός του αερισμού των κτιρίων να μην γίνονται με βέλτιστο τρόπο. Στην αρχική φάση της διατριβής, διεξήχθη ενδελεχής αξιολόγηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για τη δημιουργία μιας ευρωπαϊκής και παγκόσμιας βάσης δεδομένων. Τα δεδομένα κατηγοριοποιήθηκαν ανάλογα με το επίπεδο αστικοποίησης και την εγγύτητα στο κυκλοφοριακό δίκτυο, αναγνωρίζοντας την άνιση κατανομή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στους αστικούς ιστούς. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι ανάλογες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για τα τυπ ...

Όλα τα τεκμήρια στο ΕΑΔΔ προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα.

Καθώς οι άνθρωποι βρίσκονται κατά την πλειοψηφία του χρόνου τους σε εσωτερικούς χώρους, η ποιότητα του εσωτερικού αέρα (ΠΕΑ) επηρεάζει σημαντικά την υγεία τους. Παράλληλα, ο εξαερισμός-αερισμός των κτιρίων καταναλώνει σημαντικές ποσότητες ενέργειας, συντελώντας αρνητικά στην κλιματική αλλαγή. Ωστόσο, οι σχέσεις μεταξύ του αερισμού του κτιρίου, της ΠΕΑ και των σχετικών επιδράσεων της στην υγεία, και των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων είναι δυσδιάκριτες, με αποτέλεσμα η λειτουργία και ο σχεδιασμός του αερισμού των κτιρίων να μην γίνονται με βέλτιστο τρόπο. Στην αρχική φάση της διατριβής, διεξήχθη ενδελεχής αξιολόγηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για τη δημιουργία μιας ευρωπαϊκής και παγκόσμιας βάσης δεδομένων. Τα δεδομένα κατηγοριοποιήθηκαν ανάλογα με το επίπεδο αστικοποίησης και την εγγύτητα στο κυκλοφοριακό δίκτυο, αναγνωρίζοντας την άνιση κατανομή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στους αστικούς ιστούς. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι ανάλογες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για τα τυπικά μετεωρολογικά έτη για τη δημιουργία ετήσιων προφίλ τυπικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης τα οποία χρησιμοποιήθηκαν μετέπειτα στις προσομοιώσεις για την ΠΕΑ. Στη δεύτερη φάση, η έρευνα επικεντρώθηκε στη βελτιστοποίηση του φιλτραρίσματος του εξωτερικού αέρα στα συστήματα εξαερισμού. Δεδομένου ότι τα φίλτρα προκαλούν σημαντικές απώλειες πίεσης σε αυτά τα συστήματα, διερευνήθηκε κατά πόσον η βελτιωμένη κατανόηση της ρύπανσης του εξωτερικού αέρα θα μπορούσε να επιτρέψει μια πιο ενεργειακά αποδοτική λειτουργία του ανεμιστήρα, με τα αποτελέσματα να δείχνουν ότι η παράκαμψη του φίλτρου εξωτερικού αέρα κατά τη διάρκεια περιόδων με χαμηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης θα μπορούσε να εξοικονομήσει ενέργεια από 4% έως 14% για τη λειτουργία του ανεμιστήρα χωρίς να υποβαθμιστεί η ΠΕΑ. Στην τρίτη φάση, η διατριβή ανέπτυξε μια νέα μεθοδολογία που επιτρέπει την αξιολόγηση των συστημάτων και στρατηγικών αερισμού με βάση την ενεργειακή τους απόδοση και τις επιπτώσεις στην υγεία των ενοίκων των κτιρίων λόγω της έκθεσης στην ατμοσφαιρική ρύπανση, χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία των προσαρμοσμένων λόγω αναπηρίας ετών ζωής - DALY (Disability-Adjusted Life Years). Αυτή η νέα μέθοδος λαμβάνει υπόψη την ατμοσφαιρική ρύπανση πιο ολοκληρωμένα και επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση των σχέσεων μεταξύ ενεργειακών αναγκών, ΠΕΑ και υγείας, ανοίγοντας το δρόμο για έναν πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό συστημάτων εξαερισμού και στρατηγικών αερισμού. Στην τέταρτη φάση, η παρούσα διατριβή διερεύνησε τις δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας που μπορεί να επιτύχει ο φυσικός αερισμός (ΦΑ) στα κτίρια, συνδυάζοντας τα λεπτομερή δεδομένα ατμοσφαιρικής ρύπανσης με ενεργειακές προσομοιώσεις κτιρίων. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι ο ΦΑ μπορεί να μειώσει τις ανάγκες ψύξης στην Ευρώπη κατά 17-100% χωρίς να αυξήσει τη διείσδυση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ωστόσο, ο περιορισμός της χρήσης ΦΑ μόνο όταν τα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης ήταν χαμηλά περιόρισε αυτή την εξοικονόμηση ενέργειας κατά μέσο όρο κατά 24%, με τη μείωση αυτή να διαφέρει σημαντικά μέχρι και εντός των ιδίων πόλεων. Τέλος, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν δύο πειραματικές μελέτες. Η πρώτη μελέτη εφάρμοσε ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου ΦΑ σε ένα διαμέρισμα στην Ελβετία με σκοπό να ερευνήσει την αποτελεσματικότητά του στην αντιμετώπιση της υπερθέρμανσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια σχετικά μικρή μείωση των ωρών υπερθέρμανσης του υπό εξέταση διαμερίσματος. Η δεύτερη μελέτη εξέτασε την αποτελεσματικότητα του ελεγχόμενου από τον χρήστη ΦΑ στην παροχή αποδεκτής ΠΕΑ με χαμηλό ενεργειακό κόστος σε ένα περιβάλλον με υψηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής σκόνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο καλά σχεδιασμένος και λειτουργικός ΦΑ επιτυγχάνει υψηλή ποιότητα εσωτερικού περιβάλλοντος χωρίς υπερβολική χρήση ενέργειας. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αποκάλυψαν ότι είναι δυνατή η εξοικονόμηση ενέργειας στα συστήματα εξαερισμού-αερισμού, με παράλληλη βελτίωση της ποιότητας του εσωτερικού περιβάλλοντος όταν η ατμοσφαιρική ρύπανση λαμβάνεται υπόψη στις φάσεις σχεδιασμού και λειτουργίας του κτιρίου. Οι σχεδιαστές και οι διαχειριστές κτιρίων μπορούν να ακολουθήσουν τις υποδείξεις αυτής της διατριβής για να σχεδιάσουν και να λειτουργήσουν τα κτίρια πιο αποδοτικά. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής μπορούν να επωφεληθούν από τα αποτελέσματα για να βελτιώσουν τους κτιριακούς κανονισμούς και τις πολιτικές, συμβάλλοντας σε υγιέστερα και πιο βιώσιμα κτίρια.
περισσότερα

Περίληψη σε άλλη γλώσσα

As humans spend most of their time indoors, indoor air quality (IAQ) significantly impacts their health. In parallel, building ventilation consumes significant energy, contributing to climate change. However, the relationships between the building ventilation, IAQ and its related health effects, and the energy demand are unclear, making the operation and design of ventilation non-optimal. In the initial phase, a thorough assessment of outdoor air pollution was conducted to create a European and global database for air quality simulations. Data were categorized according to urbanization level and proximity to traffic, recognizing the uneven distribution of urban air pollution. Subsequently, methods analogous to those used for typical meteorological years were employed to generate yearly typical air pollution profiles. In the second phase, the research centered on optimizing outdoor air filtration in ventilation systems. Given that filters induce substantial pressure drops in these syste ...
περισσότερα

Περίληψη σε άλλη γλώσσα

Étant donné que les êtres humains passent la majeure partie de leur vie à l'intérieur, la qualité de l'air intérieur (QAI) a un impact considérable sur leur santé. Parallèlement, la ventilation des bâtiments consomme beaucoup d'énergie, contribuant ainsi au changement climatique. Cependant, les relations entre la ventilation des bâtiments, la QAI et ses effets sur la santé, et la demande d'énergie ne sont pas claires, rendant les systèmes de ventilation non-optimales. Dans la phase initiale, une évaluation approfondie de la pollution de l'air extérieur a été réalisée afin de créer une base de données à l'échelle européenne et mondiale pour les simulations de la qualité de l'air. Les données ont été classées en fonction du niveau d'urbanisation et de la proximité du trafic, compte tenu de la répartition inégale de la pollution atmosphérique urbaine. Par la suite, des méthodes analogues à celles utilisées pour les années météorologiques typiques ont été employées pour générer des profils ...
περισσότερα

Όλα τα τεκμήρια στο ΕΑΔΔ προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα.

DOI
10.12681/eadd/56665
Διεύθυνση Handle
http://hdl.handle.net/10442/hedi/56665
ND
56665
Εναλλακτικός τίτλος
Building ventilation and outdoor air pollution: implications for health, comfort and energy
null: Ventilation des bâtiments et pollution de l'air ambiant: implications pour la santé, le confort et l'énergie
Συγγραφέας
Μπελιάς, Ευάγγελος (Πατρώνυμο: Κωνσταντίνος)
Ημερομηνία
2023
Ίδρυμα
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Εξεταστική επιτροπή
Alahi Alexandre Massoud
Licina Dusan
Walker Iain
Schlueter Arno
Roulet Claude-Alain
Επιστημονικό πεδίο
Επιστήμες Μηχανικού και ΤεχνολογίαΕπιστήμη Πολιτικού Μηχανικού ➨ Κατασκευή και Οικοδομική τεχνολογία
Επιστήμες Μηχανικού και ΤεχνολογίαΕπιστήμη Πολιτικού Μηχανικού ➨ Πολιτική μηχανική
Επιστήμες Μηχανικού και ΤεχνολογίαΠεριβαλλοντική Μηχανική ➨ Πράσινη και Αειφόρα επιστήμη και Τεχνολογία
Επιστήμες Μηχανικού και ΤεχνολογίαΠεριβαλλοντική Μηχανική ➨ Ανανεώσιμη ενέργεια, Αειφορία και Περιβάλλον
Λέξεις-κλειδιά
Αστική ατμοσφαιρική ρύπανση; Φιλτράρισμα εξωτερικού αέρα; Προσαρμοσμένα λόγω αναπηρίας έτη ζωής; Ενεργειακές ανάγκες; Ψύξη μέσω αερισμου; Ατμοσφαιρική σκόνη
Χώρα
Ελβετία
Γλώσσα
Αγγλικά
Άλλα στοιχεία
εικ., πιν., χαρτ., σχημ., γραφ.
Στατιστικά χρήσης
ΠΡΟΒΟΛΕΣ
Αφορά στις μοναδικές επισκέψεις της διδακτορικής διατριβής για την χρονική περίοδο 07/2018 - 07/2023.
Πηγή: Google Analytics.
ΞΕΦΥΛΛΙΣΜΑΤΑ
Αφορά στο άνοιγμα του online αναγνώστη για την χρονική περίοδο 07/2018 - 07/2023.
Πηγή: Google Analytics.
ΜΕΤΑΦΟΡΤΩΣΕΙΣ
Αφορά στο σύνολο των μεταφορτώσων του αρχείου της διδακτορικής διατριβής.
Πηγή: Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών.
ΧΡΗΣΤΕΣ
Αφορά στους συνδεδεμένους στο σύστημα χρήστες οι οποίοι έχουν αλληλεπιδράσει με τη διδακτορική διατριβή. Ως επί το πλείστον, αφορά τις μεταφορτώσεις.
Πηγή: Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών.