Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να αναδείξει της νέες τεχνολογίες που ενσωματώνονται στα κτίρια. Πρόκειται για τεχνολογίες φιλικές προς το περιβάλλον, αφού ελαχιστοποιούν τους ρύπους του κτιρίου, εξοικονομούν ενέργεια και στηρίζονται κυρίως σε ανανεώσιμους πόρους για την παραγωγή της. Η χρήση του κτιρίου και ο εντοπισμός των αναγκών του επιδέχεται προσανατολισμένες λύσεις. Έτσι, σε κατοικίες, γραφεία, αποθήκες, εμπορικά, βιομηχανικά και ειδικά κτίρια, μπορούν να ενσωματωθούν νέες τεχνολογίες, αυξάνοντας το ενεργειακό τους αποτύπωμα. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται σε ενσωμάτωση, φιλικών προς το περιβάλλον, τεχνολογιών, ειδικά για υφιστάμενα κτίρια. Μέσω της ριζικής και λειτουργικής ανακαίνισης και αποκατάστασης αυτών, τα αποτελέσματα τείνουν προς την επίτευξη ενός κτιρίου χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης και ελάχιστων ρύπων. Οι τεχνολογίες αυτές διαχωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Αρχικά, οι βασικές τεχνικές/τεχνολογίες που απαιτούνται σε κάθε είδος κτιρίου, προκειμένου να παρέχει στον χρήστη οπτική και θερμική άνεση και να επιτύχει τους περιβαλλοντικούς και ενεργειακούς στόχους. Πρόκειται για τεχνολογίες που έχουν ήδη εφαρμοστεί ή θα έπρεπε να εφαρμοστούν ευρέως. Έπειτα, είναι οι ειδικές τεχνικές/τεχνολογίες, που προχωρούν τις βασικές ένα βήμα παρακάτω, και που αναφέρονται σε τεχνικές που συνεχώς εξελίσσονται. Η ενσωμάτωσή τους στα υπό ανακαίνιση κτίρια αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον, εξυπηρετώντας εκτός από τους περιβαλλοντικούς στόχους και μια αξιόλογη αισθητική. Την τελευταία κατηγορία αποτελούν οι καινοτόμες τεχνολογίες, όπου κυρίως βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο, ή παρουσιάζουν ελάχιστες εφαρμογές. Επιστήμονες όλων των ειδικοτήτων, εργάζονται προς επίλυση των παραγόντων, που αποτελούν τροχοπέδη, για την ευρεία παραγωγή και εφαρμογή τους. Σωστή ενημέρωση των χρηστών κάθε κτιρίου, ορθολογική χρήση των υπαρχόντων τεχνολογιών, πιθανά κρατικά κίνητρα και παροχή σωστών τεχνικά μελετών και εφαρμογών είναι θέματα που απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή. Ο κτιριακός τομέας, από ενεργειακής πλευράς, είναι ένας εκ των τριών κύριων υπαιτίων για την κλιματική αλλαγή, το φαινόμενο του θερμοκηπίου και άλλα παγκόσμια περιβαλλοντικά προβλήματα. Τα ενεργειακά αποθέματα που προέρχονται από μη- ανανεώσιμους πόρους τείνουν προς εξάντληση. Νέες τεχνολογίες έρχονται για να καλύψουν απαραίτητες παγκόσμιες ανάγκες. Η ενημέρωση είναι ένα καλό ξεκίνημα. / The aim of this thesis is to highlight the new technologies incorporated in buildings. These technologies are environmentally friendly, since minimize pollutants building and energy saving are mainly based on renewable resources for energy production. The optimal use of the building and the identification of it, contribute to the needs, open-oriented solutions. Thus, in homes, offices, warehouses, commercial, industrial and special buildings can incorporate new technologies, increasing their energy footprint. This thesis refers to integration of environmentally friendly technologies, especially for existing buildings. Through a radical and functional renovation and restoration of those, the results tend towards a building with low energy consumption and of minimum emissions. These technologies are divided into three categories. Initially, the basic techniques / technologies required in each type of building, in order to provide the user visual and thermal comfort and achieve environmental and energy goals. These are technologies that have been or should be implemented widely. Then, there are the specific techniques / technologies that move the key a step below and are referred to techniques constantly evolved. Their integration in buildings under renovation is of special interest, apart from raising environmental objectives and a remarkable aesthetics. The last category comprises innovative technologies, which are mainly found in the research stage, or having few applications. Scientists of all disciplines are working to resolve the factors which hold for the large-scale production and implementation. Properly informed users for buildings rational use of existing technologies, potential government incentives and suitable technical studies and applications, are issues that require special attention. The buildings sector is, from the energy point of view, one of the three main culprits of climate change, global warming and other global environmental problems. Energy supplies from non-renewable resources tend to exhaustion. New technologies are coming to meet essential world needs. The awareness is a good start.

Στη διπλωματική αυτή εργασία εξετάζονται οι τρέχουσες τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας σε κτιριακές εγκαταστάσεις, το τρέχον νομικό πλαίσιο και γίνεται μια μελέτη εξοικονόμησης ενέργειας κατοικίας. / --

Στην παρούσα µεταπτυχιακή διπλωµατική εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασµός, η ανάπτυξη, η εγκατάσταση και λειτουργία ενός ολοκληρωµένου συστήματος παρακολούθησης και διαχείρισης έξυπνων κτιρίων με χρήση ετε- ρογενών ασυρµάτων δικτύων αισθητήρων. Οι συγκεκριµένες συσκευές µπο- ρούν να λειτουργήσουν είτε ως απλοί αισθητήρες είτε ως ελεγκτές συσκευών, με χρήση ασύρµατης επικοινωνίας και state-of-the-art τεχνολογιών του Δια- δικτύου των Συσκευών που διευκολύνουν την αλληλεπίδραση με αυτές αλλά και την εννοποίησή τους με διαδυκτιακές εφαρμογές. Στα πλαίσια της συ- γκεκριµένης διπλωµατικής, εστιάζουµε αρχικά στην υλοποίηση του πρωτο- κόλλου CoAP που προσφέρη τις δυνατότητες ελένχου και αίσθησης μέσω της ασύρµατη επικοινωνία των συσκευών με ένα δομημένο και κοινά κατανοητό τρόπο. Προτείνουµε επίσης, µια ένα συγκεκριµένου συστήµατος το οποίο προ- σφέρει κεντρικά τις υπηρησίες των ασύρματων αισθητήρων για την διευκό- ληνση της αναζήτησης συσκευών και χαρακτηριστικών όπως και την δυνα- τότητα κεντρικής διαχείρισης των συσκευών. Το συγκεκριµένο σύστηµα εί- ναι ανεξάρτητο από τις συσκευές που χρησιµοποιούνται (platform & hardware independent) καθώς οι λειτουργίες και τα δεδοµένα παρέχονται µε δοµηµένο τρόπο με την χρήση RESTful Web Services. Για την µελέτη της συµπεριφο- ράς του συστήµατος αναπτύχθηκαν ολοκληρωµένες εφαρµογές οι οποίες απο- δικνύουν την ευκολία χρήσης των δεδομένων που προέρχονται από τις συ- σκευές και αλληλεπίδρασης με αυτές. Κάθε µία από αυτές υλοποιήθηκε με χρήση διαφορετικών τεχνολογιών όπως HTML5, Android, Microsoft Windows 8 και On{x}, αλλά και διαφορετικές συσκευές αισθητήρων και συγκεκριµένα iSense, Arduino, TelosB και XBee. / Within the scope of this MSc dissertation, we present the design and implementation of pervasive applications on top of heterogeneous wireless sensor network environment. The wireless communication between heterogeneous devices is an inherently difficult research problem due to fundamental differences in system architecture, properties and capabilities of the these devices. Initially, our research focused on the identification of the problems related to the intercommunication among the devices of a heterogeneous wireless sensor network. As a solution, we propose a new abstract system that provides the key qualities needed for a successful pervasive system; expandability, scalability and performance. The new architecture achieves interoperability among the devices by introducing abstraction in the communication protocols (MAC, Transport and Application Layers). In order to demonstrate the applicability of our system we include various representative use case scenarios, that illustrate the usage of our infrastructure. Each scenario focuses on different properties of the system and uses a combination of devices such as iSense, Arduino, SunSPOT, TelosB and XBee.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα δύο υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο ενός συγκροτήματος πέντε βιομηχανικών κτηρίων συνδεδεμένων στο εθνικό δίκτυο. / Aim of this project is to examine the possibility of two hybrid energy systems to cover the electric load of a a block of five industrial buildings which are grid connected

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η υλοποίηση υπολογιστικού προγράμματος για την αντικεραυνική προστασία σε κατασκευές. Επίσης μέσω αυτής της εργασίας γίνεται αναφορά στο Ελληνικό Πρότυπο του Ελληνικού Οργανισμού Τυποποίησης (ΕΛΟΤ) 1197 και στο Διεθνές Πρότυπο IEC 62305-2. Το πρόγραμμά μας βασίζεται στα δυο αυτά πρότυπα και μελετά κυρίως την χρησιμότητα ή μη του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ). Παρακάτω παρατίθενται τα περιεχόμενα του κάθε κεφαλαίου της εν λόγω εργασίας. Στο 1ο κεφαλαίο γίνεται μια αναφορά στα χαρακτηριστικά και στο φυσικό φαινόμενο του κεραυνού και στις ζημιές που προκαλούνται από τους κεραυνούς καθώς και στη σημασία που έχει το αλεξικέραυνο. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην δομή και τις προδιαγραφές του αλεξικέραυνου σύμφωνα με το Ελληνικό Πρότυπο του ΕΛΟΤ 1197. Επίσης αναφέρεται η επιλογή της στάθμης προστασίας, ανάλογα με την τιμή της αποτελεσματικότητας που έχουμε υπολογίσει. Επιπροσθέτως γίνεται μια λεπτομερέστερη επεξήγηση της διαδικασίας επιλογής του (ΣΑΠ) μέσω του διαγράμματος ροής. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην αποτελεσματικότητα του αλεξικέραυνου από μαθηματική πλευρά σύμφωνα με το Διεθνές Πρότυπο IEC 62305-2. Επίσης εξετάζει το θέμα προστασίας με χρήση πιθανοτήτων και κατηγοριοποιεί τους κινδύνους με ποικίλα κριτήρια. Επιπροσθέτως δίνεται ένα ενδεικτικό διάγραμμα ροής για τον υπολογισμό κινδύνου. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο υπολογιστικό πρόγραμμα που χρησιμοποιήσαμε για την υλοποίηση της εργασίας. Επίσης αναφέρονται λίγα λόγια για την Java και το πακέτο Swing. Στο 5ο κεφάλαιο περιγράφεται το πρόγραμμα που προέκυψε στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας. Ο υπολογισμός των παραμέτρων για μεγάλες κατασκευές είναι μια επίπονη διαδικασία. Έτσι στα πλαίσια της εργασίας αυτής αναπτύχθηκε ένα υπολογιστικό πρόγραμμα για τον υπολογισμό του κινδύνου από κεραυνικά πλήγματα σε κατασκευές. Εξάλλου αυτό ήταν και το πιο δημιουργικό κομμάτι της, η εφαρμογή της θεωρίας. Αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας του, και η χρησιμότητά του σε έναν μελετητή ΣΑΠ. Στο 6ο κεφάλαιο δίνονται παραδείγματα και εφαρμογές τόσο για το Ελληνικό Πρότυπο του Ελληνικού Οργανισμού Τυποποίησης (ΕΛΟΤ) 1197 όσο και για το Διεθνές Πρότυπο IEC 62305-2. Στο 7ο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα από την εργασία αυτή και η πιθανή μελλοντική χρήση του υπολογιστικού προγράμματος που δημιουργήθηκε. Τέλος αναφέρονται πιθανές βελτιώσεις που μπορούν να γίνουν σε αυτό. / Purpose of this diploma thesis is the implementation of computer program regarding the lighting protection at the area of constructions. In addition through this study reference is made to Greek Model of Hellenic Organization of Standardization 1197 and scheme of International Model IEC 62305-2. The program is based on two models each of which makes reference to the utility or not of the Lighting Protection System (LPS). Below we state the contents of each chapter of the relative work. At the first chapter makes reference at the characteristics to the physical phenomenon of lighting. As well as an analysis is done of the term ¨thunder¨, which is integral connected to the phenomenon of lighting and to the several kinds of discharges. Finally a reference is made at the damages caused by lightings and to the necessity which disposes the lighting rod. At the second chapter reference is made to the structure of unit of lighting rod according to Greek Model of Hellenic Organization of Standardization 1197. The level of protection is mentioned proportionally to the unit of resulting estimated. A further explanation of the course selection of Lighting Protection System (LPS) through flowchart. At the third chapter reference is made to the effectiveness of lighting rod in connection to mathematic view according to Model of International IEC 62305-2. The theme of protection by using possibilities categorize the risks in various criterions. For explanation purposes a diagram of flowchart is given for risk to be estimated. At the fourth chapter reference is made to the computational program used to fulfil the study. A light mention is made to the Java language and Swing package. At the fifth chapter we shall describe the program produced keeping the frames of this diplomatic essay. The estimation of parameters of big structures is a hard to be done job. Therefore a program regarding the risks caused by lightings has been defiled. Many insist that this part of job is the most creative transforming theory to action. We are going to analyze the way of function and particularities even its use to the researcher of Lighting Protection System (LPS). At the sixth chapter examples and applications are given for the Greek Model of Hellenic Organization of Standardization 1197 as well as the International Model IEC 62305-2. At the seventh chapter we reference the conclusions of this thesis and we propose future uses of the computational program that we implemented. Finally we reference possible improvements that we can make to this.

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση των κύριων τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας που βρίσκουν εφαρμογή στο κτιριακό κέλυφος και τα ενεργειακά συστήματα τόσο των δημόσιων χώρων, όσο και των χώρων παραγωγής, η παράθεση του τρέχοντος σχετικού νομοθετικού πλαισίου, η μελέτη της ενεργειακής συμπεριφοράς κάποιου υφιστάμενου κτιρίου και η αναβάθμιση αυτής με την εφαρμογή κατάλληλων τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας. / The main purpose of this diploma is to analyse the energy saving measures in public buildings and industries.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν βιβλιογραφικά οι ενεργειακές και αισθητικές παράμετροι που συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας στον κτιριακό τομέα. Παράλληλα έγινε πειραματική μελέτη μιας καινοτόμου προτεινόμενης διάταξης με φακούς Fresnel για τον έλεγχο του φωτισμού και της θερμοκρασίας των εσωτερικών χώρων των κτιρίων, καθώς και τριών πειραματικών διατάξεων θερμικών ηλιακών συλλεκτών με σκοπό την εκτίμηση της απόδοσης των συλλεκτών με πολύχρωμη απορροφητική επιφάνεια σε σχέση με αυτή των μαύρων συλλέκτων και σε σχέση με το πλεονέκτημα της αισθητικής ενσωμάτωσής τους στα κτίρια. / The abstract is not available.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το θέμα της αποτίμησης της σεισμικής συμπεριφοράς κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος με Pilotis, σχεδιασμένων με βάση τους παλαιούς κανονισμούς (Αντισεισμικό Κανονισμό του 1959 και Κανονισμό Οπλισμένου Σκυροδέματος του 1954). Για το σκοπό αυτό διερευνάται η συμπεριφορά σε σεισμικά φορτία δυο πενταώροφων κτιρίων σχεδιασμένων με βάση τους κανονισμούς αυτούς. Η διερεύνηση αυτή γίνεται με χρήση μη γραμμικών μεθόδων ανάλυσης. Αρχικά εφαρμόζονται στατικές αναλύσεις πλευρικής οριακής ώθησης και προσδιορίζονται οι βλάβες των κατασκευών στα διάφορα στάδια φόρτισής τους (διάφορα στάδια επιτελεστικότητας). Για τον υπολογισμό της ικανότητας παραμόρφωσης των δομικών μελών οπλισμένου σκυροδέματος υιοθετούνται τα προσομοιώματα που προτείνονται από τον Ελληνικό Κανονισμό Επεμβάσεων. Τα αποτελέσματα των στατικών ανελαστικών αναλύσεων είναι αρκετά αντιπροσωπευτικά ωστόσο όμως δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να αντικαταστήσουν τα αποτελέσματα μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων. Για το σκοπό αυτό επιλέχτηκαν κατάλληλα επιταχυνσιογραφήματα, φυσικές καταγραφές των ισχυρότερων Ελληνικών σεισμών καθώς και ημιτεχνητά επιταχυνσιογραφήματα συμβατά με το φάσμα σχεδιασμού του σύγχρονου Αντισεισμικού Κανονισμού, και πραγματοποιήθηκαν μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για κάθε κτίριο. Η προσομοίωση των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος για τις μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις ήταν τέτοια ώστε να λαμβάνεται υπόψη η απομείωση της δυσκαμψίας με την ανακύκλιση, ωστόσο στη φάση αυτή αγνοήθηκε η απομείωση της αντοχής. Τόσο από τις στατικές ανελαστικές αναλύσεις όσο και από τα αποτελέσματα των μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων προκύπτει ότι τα κτίρια αυτά είναι ιδιαιτέρως ευάλωτα σε σεισμικά φορτία αφού παρουσιάζουν σημαντικές καμπτικές και διατμητικές βλάβες στα υποστυλώματα του ισογείου, οι οποίες σε πολλές περιπτώσεις δηλώνουν αυξημένη πιθανότητα αστοχίας. Στον ισόγειο όροφο συγκεντρώνεται όλη σχεδόν η ανελαστική μετακίνηση του κτιρίου. Ακολούθως περιγράφονται πιθανές στρατηγικές επέμβασης στο φέροντα οργανισμό του κτιρίου που θα βελτίωναν σημαντικά τη συμπεριφορά του σε σεισμικά φορτία, και γίνεται προσπάθεια εφαρμογής των μεθόδων αυτών σε ένα από τα κτίρια. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα, η συμπεριφορά ενός τέτοιου κτιρίου μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με σχετικά εύκολο και απλό τρόπο. / -

- / -

Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. / In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU’s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pV’s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV’s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings.