ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΣΧΟΛΙΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΜΕ ΕΜΦΑΣΗ ΣΤΗ Γ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ

Transcript

1 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΣΧΟΛΙΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΜΕ ΕΜΦΑΣΗ ΣΤΗ Γ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ Π. Κωσταρέλα 1, Α. Δημούδη 1,2 1 Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο (Ε.Α.Π.), Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Πόλεων και Κτιρίων, Πάτρα, polemia@b-online.gr 2 Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Ξάνθη, adimoudi@ath.forthnet.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αυτή, παρουσιάζονται οι κύριες παράμετροι και προδιαγραφές για το σωστό ενεργειακό σχεδιασμό των σχολικών κτιρίων. Θα γίνει επίσης παρουσίαση και σχολιασμός των αποτελεσμάτων ενεργειακών καταγραφών σε σχολικά κτίρια της Γ κλιματικής ζώνης και ειδικότερα σε σχολεία του νομού Γρεβενών. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην Ελλάδα σήμερα σύμφωνα με στοιχεία του Υπουργείου Παιδείας [1] υπάρχουν αίθουσες διδασκαλίας ενώ ο μαθητικός πληθυσμός ανέρχεται σε μαθητές. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του Υπουργείου παρατηρείται μια μικρή μείωση του μαθητικού πληθυσμού και μια αύξηση των αιθουσών διδασκαλίας, συγκριτικά με το , όπου ο μαθητικός πληθυσμός ανερχόταν σε μαθητές και οι αίθουσες που υπήρχαν ήταν Η μέση ετήσια μείωση των μαθητών στο Γυμνάσιο για την περίοδο είναι 2,1% ενώ για το λύκειο για την αντίστοιχη περίοδο, είναι σχεδόν 0,5%. Αντίστοιχα στατιστικά δείχνουν επίσης μια μείωση του μαθητικού πληθυσμού των δημοτικών (από που ήταν το 1990/91 σε το 2001/02) [2]. Το σύνολο των δημοτικών σχολείων σήμερα ανέρχεται σε και τα νηπιαγωγεία σε [3]. Τα περισσότερα σχολεία λειτουργούν σε πρωινή βάρδια, στις μεγάλες όμως πόλεις, τα κτίρια δεν επαρκούν, με αποτέλεσμα να λειτουργούν σε δύο βάρδιες πρωί απόγευμα. Η ανεπάρκεια είναι ιδιαίτερα έντονη στα μεγάλα αστικά κέντρα, αποτέλεσμα της «μετανάστευσης» των μαθητών μαζί με την μετανάστευση του ενεργού πληθυσμού.[4] Το πρόβλημα όμως της σχολικής στέγης, δεν εντοπίζεται μόνο στην έλλειψη αιθουσών αλλά και στην ποιότητα των διδακτηρίων, που σχετίζεται με την παλαιότητα των κατασκευών και το ιδιοκτησιακό καθεστώς. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλη τη χώρα, το 1995 που συντάχθηκε μια τεχνική μελέτη για την αποκατάσταση σχολικών κτιρίων από το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και αποτελεί τη μοναδική απογραφή, περίπου αίθουσες βρίσκονταν σε ενοικιαζόμενους χώρους, που τις περισσότερες φορές ήταν ακατάλληλοι για την εκπαιδευτική διαδικασία. [4]. όμως από το πρόβλημα της παλαιότητας των σχολικών κτιρίων, υπάρχει και η κακή ποιότητα κατασκευής των νέων, τόσο όσον αφορά τις κακοτεχνίες της κατασκευής, όσο και το θερμικό περιβάλλον που διαμορφώνεται. Το τελευταίο σε συνδυασμό και με την έλλειψη προγραμματισμού και με τον μικρό προϋπολογισμό που διατίθεται για την συντήρηση και λειτουργία των σχολείων, οδηγεί σε εκπαιδευτικούς χώρους με μειωμένη θερμική, οπτική και ακουστική άνεση. Πολύ συχνά επίσης, επιβαρύνεται το θερμικό ή και το ψυκτικό φορτίο του κτιρίου, με συνέπεια να αυξάνεται η κατανάλωση ενέργειας για τη θέρμανση ή να δημιουργούνται συνθήκες μειωμένης θερμικής άνεσης. Λάθος προσανατολισμός των αιθουσών διδασκαλίας, μεγάλα εξωτερικά ανοίγματα, απουσία ηλιοπροστασίας, είναι μερικοί από τους παράγοντες του σχεδιασμού που συντελούν κατά περίπτωση στην αύξηση των θερμικών απωλειών και στην υπερθέρμανση στις μεταβατικές περιόδους (άνοιξη-φθινόπωρο) λειτουργίας του σχολείου.

2 Τα συσσωρευμένα προβλήματα, σε συνδυασμό με την απουσία έρευνας για την εξακρίβωση των συνθηκών θερμικής άνεσης και κατανάλωσης ενέργειας στα σχολικά κτίρια, οδηγούν στην υποβάθμιση του κτισμένου περιβάλλοντος και της ποιότητας του εκπαιδευτικού χώρου. Ο ελλιπής ενεργειακός σχεδιασμός των σχολικών κτιρίων οδηγεί σε υψηλές καταναλώσεις ενέργειας καθώς επίσης και σε έλλειψη συνθηκών θερμικής άνεσης στο εσωτερικό των χώρων τους. Οι αυξημένες καταναλώσεις συνεπάγονται σημαντικές επιβαρύνσεις του κρατικού προϋπολογισμού, περιβαλλοντικές επιπτώσεις, ενώ η έλλειψη συνθηκών άνεσης μειώνει την ικανότητα μάθησης των μαθητών. Μια σημαντική παράμετρος για τη λήψη μέτρων για την ενεργειακή αναβάθμιση των σχολικών κτιρίων είναι η γνώση στοιχείων της πραγματικής ενεργειακής κατανάλωσης τους. Τα δεδομένα των πραγματικών καταναλώσεων είναι επίσης πολύτιμα για τη λήψη αποφάσεων για την ενεργειακή βαθμονόμηση των κτιρίων σύμφωνα με την Κοινοτική Οδηγία για την Ενεργειακή απόδοση των κτιρίων. 2. ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΣΧΟΛΙΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ 2.1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ-ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ Οι κύριες στρατηγικές για το σχεδιασμό σχολικών κτιρίων,όσον αφορά τη θερμική άνεση και τη θερμομόνωση τους συνοψίζονται στον ακόλουθο πίνακα : Πίνακας 1: Στρατηγικές Σχεδιασμού σε μια αίθουσα διδασκαλίας Στρατηγικές σχεδιασμού Αίθουσα Διδασκαλίας Θερμοκρασία σχεδιασμού 20 ο C (ΦΕΚ 362/4.7/79) Θερμοκρασιακές απαιτήσεις Προσανατολισμός Ομαδοποίηση χώρων Βέλτιστος : Νότιος Ενδείκνυται: Νοτιοδυτικός και Νοτιοανατολικός καθώς και Ανατολικός -Δυτικός Θερμική μάζα Θερμομόνωση Μόνωση οροφής Νυκτερινός αερισμός Μέση ή μεγάλη θερμική μάζα γιατί περιορίζεται η περίοδος θέρμανσης πράγμα που αντισταθμίζει την αύξηση σε κατανάλωση για θέρμανση. Επίσης μειώνεται κίνδυνος υπερθέρμανσης.[6] Εξωτερική για λόγους προστασίας του κελύφους και καλύτερη θερμική άνεση Εξωτερική Απαιτείται για μείωση του ψυκτικού φορτίου 2.2 ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ Ο γενικός στόχος σχεδιασμού του φυσικού φωτισμού είναι ίδιος με αυτόν του τεχνητού: να παρέχεται ικανοποιητική ποσότητα φωτισμού, να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος θάμβωσης και να αποφεύγεται η δημιουργία έντονων αντιθέσεων στη λαμπρότητα των αντικειμένων. Οι προδιαγραφές [7] για το φυσικό φωτισμό των αιθουσών διδασκαλίας συνοψίζονται :

3 Πίνακας 2 : Προδιαγραφές φυσικού φωτισμού για αίθουσες διδασκαλίας Αποδεκτό επίπεδο φωτισμού Lux Ελάχιστη φωτιστική επιφάνεια 20% επιφάνειας δαπέδου Φωτισμός αιθουσών Να γίνεται από αριστερά Μέγιστη απόσταση θρανίων από 7.0 μέτρα φωτιστική πλευρά Μήκος αίθουσας < 9.0 μέτρα Τοποθέτηση παραθύρων Ψηλά Διαμπερής φωτισμός και κυρίως ανοίγματα σε παρακείμενους τοίχους για αποφυγή θαμπώματος Ηλιοπροστασία Κινητή Χρώμα επιφανειών Ανοικτό για μέγιστη ανακλαστικότητα Η διαδικασία λήψης αποφάσεων για το σωστό σχεδιασμό του φυσικού φωτός, πρέπει να ακολουθεί μια πορεία για να αποφευχθούν προβλήματα από την εφαρμογή των αρχιτεκτονικών λύσεων και συνοψίζεται : Πίνακας 3: Κατευθυντήριες οδηγίες για το σχεδιασμό του φυσικού φωτισμού Διαδικασία Σχεδιασμού Κατευθυντήριες Οδηγίες Σωστή χωροθέτηση κτιρίου Νότιος προσανατολισμός Οργάνωση εσωτερικού χώρου Ιεράρχηση χώρων ανάλογα με την απαίτηση φωτισμού Διαστασιολόγηση ανοιγμάτων Το άνοιγμα αποτελεί πηγή θερμότητας και στοιχείο θερμικών απωλειών. Προσφέρει ηλιακό κέρδος και προβλήματα θάμβωσης και υπερθέρμανσης Σχεδιασμός ηλιοπροστασίας Κινητή ηλιοπροστασία, γιατί βελτιώνει την ποιότητα και τη διανομή του φυσικού φωτός, ενώ παράλληλα διευκολύνει θέα και δεν εμποδίζει το φυσικό φωτισμό Έλεγχος απόδοσης σχεδιασμού Συμβολή στην εξοικονόμηση ενέργειας Σύμφωνα με έρευνα, που έγινε στην Καλιφόρνια, για την εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας για το φωτισμό των σχολείων, στο πλαίσιο δημιουργίας σχολείων υψηλής απόδοσης (High Performance Schools), παρατίθεται ο πίνακας για την ποιότητα του φωτισμού σε διάφορους χώρους του σχολείου. [8] Πίνακας 4: Ποιότητα φωτισμού σε διάφορους χώρους του σχολείου Αίθουσα Αίθουσα Πολλαπλών Διάδρομοι Διδασκαλίας Υπολογιστών Χρήσεων Έλεγχος της άμεσης και ανακλόμενης θάμβωσης (αντηλιά) Φως στους τοίχους καικαι την οροφή Σχήματα φωτισμού και Ομοιομορφία σκιασμού

4 Πίνακας 4 (συνέχεια): Ποιότητα φωτισμού σε διάφορους χώρους του σχολείου Φυσικός φωτισμός Διαβάθμιση και Θερμοκρασία χρωμάτων Αυτοματισμοί φωτιστικών- Προσαρμοστικότητα Πολύ σημαντική Σημαντική Μερικώς Σημαντική 2.3 ΦΥΣΙΚΟΣ ΑΕΡΙΣΜΟΣ Ο αερισμός σε ένα σχολικό κτίριο είναι απαραίτητος,τόσο για λόγους υγιεινής όσο και για τη δημιουργία συνθηκών θερμικής άνεσης στην σχολική αίθουσα. Οι προδιαγραφές για το φυσικό αερισμό των αιθουσών διδασκαλίας συνοψίζονται [7] : Πίνακας 5: Προδιαγραφές φυσικού αερισμού σε μια αίθουσα διδασκαλίας Προδιαγραφές Αίθουσα διδασκαλίας Εναλλαγές αέρα 5 εναλλαγές/ώρα Πυκνότητα κατοίκησης 1,7 μ 2 /μαθητή & 4μ 3 /μαθητή Κίνηση αέρα Διαμπερής μεταξύ δύο ίσων ανοιγμάτων τοποθετημένα αντιδιαμετρικά και σε διαφορετική στάθμη Πρόσπτωση ανέμου Υπό γωνία 45 ο στο κτίριο Εμβαδόν ανοιγμάτων 5% του καθαρού εμβαδού του χώρου Ύψος ανοιγμάτων Ανώτατο σημείο > 1,75 μ. από το δάπεδο Ποιότητα ανοιγμάτων Ελάχιστος μόνιμος αερισμός Σχεδιασμός ανοιγμάτων Ικανοποιητική ποσότητα αέρα Χρήστες Ενεργειακή συμπεριφορά 3. ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΝΟΜΟ ΓΡΕΒΕΝΩΝ Η συλλογή στοιχείων για την πραγματική κατανάλωση ενέργειας στα σχολικά κτίρια του νομού Γρεβενών, ήταν πραγματικά μια δύσκολη διαδικασία, αφενός γιατί τα χρήματα που δαπανούνται για θέρμανση των σχολείων, βρίσκονται στη δικαιοδοσία των σχολικών επιτροπών, που αλλάζουν κάθε χρόνο, χωρίς να κρατούνται κάποια αρχεία και αφετέρου η πληρωμή των λογαριασμών του ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται ανταποδοτικά από τους δήμους. Τα στοιχεία που συλλέχθηκαν, αναφέρονται στην πραγματική κατανάλωση ενέργειας ενδεικτικών σχολικών μονάδων και αφορούν την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh, καθώς και τα χρήματα που δαπανήθηκαν για την ηλεκτρική ενέργεια και την αγορά πετρελαίου για θέρμανση, το Οι παρακάτω εικόνες παρουσιάζουν την ειδική κατανάλωση των σχολικών μονάδων σε KWh/m 2

5 ,37 134,92 124,55 142,62 128,42 124, ,66 95,88 95,86 KWh/m Σειρά1 150,4 134,9 124,6 112,7 142,6 128,4 95,88 124,5 95,86 Σχολικές Μονάδες Εικόνα 1: Κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση (Diesel) σε δείγμα των 9 σχολικών μονάδων (Οι στήλες 1,5 και 8 αναφέρονται σε σχολικά κτίρια χωρίς θερμομόνωση) KWh/m ,6 19,26 18,21 14,33 11, Σειρά1 11,6 19,26 18,21 14,33 11,74 10,73 Σχολικές Μονάδες 10,73 Εικόνα 2: Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας σε δείγμα 6 σχολικών μονάδων Η εικόνα 3 παρουσιάζει το συσχετισμό της κατανάλωσης ενέργειας για θέρμανση (Diesel) και της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για το δείγμα των 6 σχολικών μονάδων, όπου φαίνεται το ποσοστό που αντιστοιχεί στην κάθε κατανάλωση, εκφρασμένο επί της % στη συνολική κατανάλωση ενέργειας.

6 % Κατανάλωση Ενέργειας Σχολικές Μονάδες Εικόνα 3: Κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση (Diesel) και ηλεκτρικής, εκφρασμένα σε % στο δείγμα των 6 σχολικών μονάδων. 3.1 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΟΙ ΡΥΠΟΙ ΣΤΑ ΣΧΟΛΙΚΑ ΚΤΙΡΙΑ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΓΡΕΒΕΝΩΝ Τα κύρια συμπεράσματα που προκύπτουν από τις ενεργειακές καταγραφές των σχολικών κτιρίων είναι : Η κατανάλωση για θέρμανση αγγίζει τις 150 KWh/m 2 και είναι μεγαλύτερη,από τα αποτελέσματα που έδωσε μελέτη του Κ.Α.Π.Ε. το 1995 ( KWh/m 2 ), για την κατανάλωση ενέργειας στα σχολικά κτίρια στην κλιματική ζώνη Γ, όπου ανήκουν και τα συγκεκριμένα σχολεία. Αυτό εξηγείται τόσο από τις χαμηλότερες θερμοκρασίες που επικρατούν στην περιοχή του νομού Γρεβενών σε σχέση με τις μέσες τιμές που ισχύουν στην ζώνη Γ, όσο και από την ενεργειακή συμπεριφορά των χρηστών. Η κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση είναι μεγαλύτερη σε σχολεία όπου δεν υπάρχει θερμομόνωση Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι μικρότερη από 20KWh/m 2 και αυτό γιατί τα σχολεία της περιοχής, καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια μόνο για τον τεχνητό φωτισμό και τη λειτουργία του εξοπλισμού, κυρίως στα Γυμνάσια Λύκεια. Βέβαια, η κατανάλωση ενέργειας, επιπλέον των χρηματικών δαπανών, συνεπάγεται και μόλυνση του περιβάλλοντος, από την εκπομπή ρύπων. Για την εκτίμηση της πραγματικής περιβαλλοντικής επιβάρυνσης γίνεται αναφορά στις ποσότητες εκπομπής ρύπων από τις αντίστοιχες καταναλώσεις καυσίμου Diesel θέρμανσης και ηλεκτρικής ενέργειας. Η συνολική κατανάλωση Diesel, για όλες τις σχολικές μονάδες του νομού Γρεβενών, εκτιμήθηκε με βάση το μέσο εμβαδόν των σχολικών κτιρίων και τη μέση συνολική κατανάλωση σε ενέργεια, βασιζόμενοι στο δείγμα των 9 σχολικών μονάδων, ανέρχεται σε ,275 KWh δηλαδή ,06 Kg Diesel. Μετατροπή της ποσότητας καύσιμου Diesel θέρμανσης σε ρύπους [9]δίνει:

7 Πίνακας 6: Εκτίμηση αερίων εκπομπών λόγω θέρμανσης σχολικών μονάδων στο Ν. Γρεβενών CO ,00 gr SO ,75 gr CO ,56gr NO X ,22 gr HC ,59 gr Σωματίδια ,71 gr ΣΥΝΟΛΟ : ,00 gr Η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, των σχολικών μονάδων όλου του νομού, εκτιμήθηκε ότι ανέρχεται σε ,05 KWh. Μετατροπή της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας σε ρύπους των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής δίνει: Πίνακας 7: Εκτίμηση αερίων εκπομπών λόγω κατανάλωσης ηλεκτρισμού στις σχολικές μονάδες στο Ν. Γρεβενών CO ,50 gr SO ,78 gr CO ,09 gr NO X ,26 gr HC ,81 gr Σωματίδια ,84 gr ΣΥΝΟΛΟ : ,30 gr Οι τιμές αυτές είναι ενδεικτικές για τα πολλαπλά προβλήματα που δημιουργούνται από την κατανάλωση ενέργειας. Για το λόγο αυτό, επιβάλλεται η δημιουργία ενεργειακά σχεδιασμένων σχολείων που θα οδηγήσει σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας αλλά και σε βελτίωση του περιβάλλοντος. Έχοντας υπόψη ότι το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας αφορά τον τεχνητό φωτισμό, θα μπορούσε να αναφερθούν κάποια μέτρα για την εξοικονόμηση της ηλεκτρικής ενέργειας, πέρα από την ενεργειακή συμπεριφορά των χρηστών (σβήσιμο λαμπτήρων με το πέρας των μαθημάτων) και την αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ιστοσελίδα 2. Ιστοσελίδα 3. Ιστοσελίδα 4. ΚΑΠΕ, «Οδηγίες για Θερμική-Οπτική άνεση και εξοικονόμηση ενέργειας σε Δημόσια Σχολεία», Ευρωπαϊκή Επιτροπή (DG XVII), Περιοδικό «Αρχιτεκτονικά Θέματα» Τεύχος 13/1979 σελ , Αξαρλή Κ., «Ο ενεργειακός σχεδιασμός του κελύφους και η αξιοποίηση του απευθείας κέρδους στα σχολικά κτίρια-καθοριστικές παράμετροι σχεδιασμού για τον Ελληνικό χώρο», Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ., Ο.Σ.Κ., «Κτιριολογικά προγράμματα γενικής εκπαίδευσης», Τμήμα έρευνας, Αθήνα, Ιστοσελίδα 9. Μπασάκης Σ., «Διαχρονική εξέλιξη της Ενεργειακής κατανάλωσης στη Θεσ/νίκη και περιβαλλοντική αξιολόγηση της υπάρχουσας και σχεδιαζόμενης χρήσης του φυσικού αερίου», Διπλωματική εργασία,μεταπτυχιακό, Πάτρα, Ε.Α.Π., 2004.