Ενσωμάτωση Βιοκλιματικών Τεχνικών και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στα Σχολικά Κτήρια σε Συνδυασμό με Περιβαλλοντική Εκπαίδευση Κατερίνα Χατζηβασιλειάδη Αρχιτέκτων Μηχανικός ΑΠΘ 1. Εισαγωγή Η προστασία του περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας, η βιώσιμη ανάπτυξη για καλύτερη ποιότητα ζωής και για τις επόμενες γενιές είναι σήμερα μερικά από τα κρίσιμα θέματα που προσπαθεί να αντιμετωπίσει η παγκόσμια κοινωνία. Ο περιορισμός των εκπομπών CO 2 στην κατασκευή και λειτουργία των κτηρίων είναι επιτακτική καθώς τα κτήρια συμμετέχουν στην κατανάλωση ενέργειας στην ΕΕ κατά 42% και στις εκπομπές CO 2 κατά 45%. Έτσι, τα κτήρια θα πρέπει να μελετώνται και να κατασκευάζονται ώστε να παράγουν την ενέργεια που θα καταναλώνουν χωρίς επιπτώσεις στο περιβάλλον, ενώ για τα επόμενα χρόνια δρομολογούνται κτήρια με μηδενικές εκπομπές CO 2, χάρις στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) και τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης. Τόσο η καθαρή ενέργεια όσο και το νερό είναι τα απαραίτητα αγαθά που χρειάζονται οι σύγχρονες κοινωνίες για να εξασφαλίσουν υψηλή ποιότητα ζωής σε αρμονία με το φυσικό περιβάλλον. Ειδικότερα, για τον περιορισμό της ενεργειακής κατανάλωσης στα κτήρια αλλά και για την παραγωγή ενέργειας, χρειάζονται τα εξής: Βιοκλιματικός Σχεδιασμός και χρήση βέλτιστων δομικών στοιχείων, Εφαρμογή αποδοτικών ενεργειακών τεχνολογιών και ορθολογική χρήση ενέργειας, Ενσωμάτωση προηγμένων τεχνολογιών ΑΠΕ Βασική απαίτηση στο σχεδιασμό των κτηρίων είναι η εξασφάλιση θερμικής άνεσης όλο το χρόνο με κατανάλωση της λιγότερης δυνατής συμβατικής ενέργειας. Η Βιοκλιματική αντίληψη οδηγεί σε μια αρχιτεκτονική μελέτη που μεριμνά για την προσαρμογή των κτηρίων στο φυσικό περιβάλλον, την αξιοποίηση των φυσικών πηγών ενέργειας, την εξοικονόμηση των συμβατικών μορφών ενέργειας, την εξασφάλιση άριστων συνθηκών διαβίωσης, ποιότητα εσωτερικού αέρα και τη δημιουργία ευνοϊκού μικροκλίματος. Η ενσωμάτωση στο κτήριο προηγμένων τεχνολογιών ΑΠΕ, κυρίως ηλιακής ενέργειας, καθιστά το κτήριο παραγωγό ενέργειας, όπως θερμότητας ή ψύξης και ηλεκτρικής ενέργειας, με στόχο την πλήρη κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του. 2. Σχολικά κτήρια Η σχεδίαση των μελλοντικών σχολικών κτηρίων πρέπει να έχει στόχο τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα τόσο στην κατασκευή όσο και στην καθημερινή τους λειτουργία, ώστε στην πράξη να αποτελεί εκπαιδευτικό αντικείμενο των μαθητών. Ο στόχος Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 1
είναι το κτήριο να εξασφαλίζει τις ενεργειακές του ανάγκες από τις ΑΠΕ και κατά το δυνατό τις ανάγκες σε νερό στη διάρκεια του χρόνου για τη λειτουργία του, ώστε οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα να είναι μηδενικές. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίδεται στα νηπιαγωγεία, όπου τα νήπια παίρνουν τα πρώτα μηνύματα για το περιβάλλον που θα διαμορφώσουν τη συμπεριφορά τους για όλη τους τη ζωή. Η σχεδίαση των σχολείων περιλαμβάνει υλικά και τεχνολογίες φιλικές στο περιβάλλον ώστε να ανταποκρίνονται στις λειτουργικές τους ανάγκες, αλλά παράλληλα τα ίδια τα σχολεία να προσφέρουν το περιβάλλον και τα αντικείμενα για περιβαλλοντική εκπαίδευση και εξοικείωση των μαθητών με τις τεχνολογίες των ΑΠΕ σε μια πορεία για βιώσιμη ανάπτυξη. Τόσο το κτήριο με τη σχεδίαση και λειτουργία του όσο και ο περιβάλλων χώρος με την ένταξη ορισμένων δραστηριοτήτων παρέχουν ερεθίσματα και θέματα για καθημερινή εκπαίδευση για το περιβάλλον και την ενεργειακή συμπεριφορά των παιδιών για ένα καλύτερο αύριο. 3. Ενσωμάτωση νέων τεχνολογιών Προηγμένες τεχνολογίες και τεχνικές, όπως τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήματα και οι ανεμογεννήτριες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, οι ηλιακοί συλλέκτες για θερμό νερό χρήσης, οι αντλίες θερμότητας με αβαθή γεωθερμία για θέρμανση/ψύξη, αερισμός μέσω ανάκτησης θερμότητας και η συλλογή και χρήση ομβρίων υδάτων προσφέρονται για εφαρμογή στα κτήρια, προβάλλοντας την περιβαλλοντική τους διάσταση. Ειδικότερα, όταν εφαρμόζονται στα σχολικά κτήρια, έχουν και εκπαιδευτικό χαρακτήρα. Η ενσωμάτωση ηλιακών θερμικών και φωτοβολταϊκών στο κέλυφος των κτηρίων (BIPV, Building Integrated Photovoltaic) παρέχουν την απαραίτητη ενέργεια για το κτήριο όλο το χρόνο, όπως θερμό νερό χρήσεως ή και θερμότητα για θέρμανση χώρων και ηλεκτρική ενέργεια. Τα Φ/Β συστήματα μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην επίτευξη του στόχου για σχεδίαση πραγματικά αειφόρων κτηρίων. Η ηλεκτρική ενέργεια φαίνεται να είναι η πλέον πολύτιμη ενέργεια που χρειάζονται μελλοντικά τα αειφόρα κτήρια. Επομένως, η ενσωμάτωση των Φ/Β συστημάτων στα σχολικά κτήρια είναι μια επένδυση στραμμένη προς το μέλλον. Οι Φ/Β τεχνολογίες προσφέρουν αρκετές δυνατότητες στους Αρχιτέκτονες να σχεδιάσουν την ενσωμάτωση των Φ/Β πλαισίων στο κέλυφος των κτηρίων σαν δομικά στοιχεία, ικανοποιώντας μακρόπνοους στόχους για αειφόρα κτίρια. Προηγμένες τεχνολογίες θέρμανσης/ψύξης χώρων στα κτήρια αρχίζουν να εφαρμόζονται ολοένα και περισσότερο στην Ευρώπη. Η εκμετάλλευση της αβαθούς γεωθερμίας με χρήση αντλιών θερμότητας υψηλής απόδοσης ολοένα και επεκτείνεται, ενώ στη νέα Οδηγία για τις ΑΠΕ αναφέρεται ότι η ενέργεια που παράγεται από αντλίες θερμότητας θεωρείται ανανεώσιμη. Το σύστημα αερισμού με ανάκτηση θερμότητας για εξοικονόμηση ενέργειας περιλαμβάνει υπεδάφιους σωλήνες καθώς και εναλλάκτη θερμότητας. Με τη συλλογή και χρήση των ομβρίων υδάτων μπορεί να καλυφθούν οι ανάγκες άρδευσης, καθώς και οι ανάγκες σε νερό καθαριότητας. Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 2
Με τους τρόπους αυτούς, η σχεδίαση ξεφεύγει από το σήμερα και στοχεύει στο μέλλον με περιβαλλοντικές ευαισθησίες και κοινωνικές συμπεριφορές, παρέχοντας στους μαθητές ερεθίσματα για την πληροφόρηση και εξοικείωση με θέματα που θα αποτελούν τρόπο ζωής στα επόμενα χρόνια. Τα παιδιά, βιώνοντας τους σχολικούς χώρους που πληρούν κριτήρια βιοκλιματικού σχεδιασμού και ζώντας μέσα στις συνθήκες που δημιουργούν οι ΑΠΕ ευαισθητοποιούνται στην ιδέα της βιώσιμης ανάπτυξης. Συγχρόνως, ο εξοπλισμός και το εκπαιδευτικό πρόγραμμα του σχολείου, καθώς και διαδικασίες όπως εξοικονόμηση ενέργειας, αξιοποίηση ΑΠΕ και ανακύκλωση αποτελούν επιπλέον εκπαιδευτικά εργαλεία προς αυτή την κατεύθυνση. Ως μεγαλύτερο όμως όφελος από την περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση των παιδιών θεωρείται η μετάδοση των τεχνολογιών ΑΠΕ και άλλων περιβαλλοντικών τεχνικών και της προσφοράς τους. 4. Νηπιαγωγείο στο Πανόραμα Θεσσαλονίκης Μια πρόταση εφαρμογής σύμφωνα με τα παραπάνω πραγματοποιήθηκε σε ένα Νηπιαγωγείο στο Πανόραμα Θεσσαλονίκης (το θέμα αποτέλεσε αντικείμενο Διπλωματικής εργασίας). Σχήμα 1 - Μακέτα του Νηπιαγωγείου Το κτήριο και ο περιβάλλων χώρος ενσωματώνουν βιοκλιματικές τεχνικές και τεχνολογίες για την ενεργειακή αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και η αιολική. Παράλληλα, η ιδέα αυτή αποτελεί αντικείμενο εκπαίδευσης και εξοικείωσης των νηπίων με τις νέες τεχνολογίες, με μηνύματα για την προστασία του περιβάλλοντος, την εξοικονόμηση ενέργειας και νερού που συμβάλλουν στη βιώσιμη ανάπτυξη (Σχ. 1). Το νηπιαγωγείο προσαρμόζεται στην κλίμακα των νηπίων και αποτελείται από πέντε ξεχωριστούς όγκους διατεταγμένους περιμετρικά ενός αιθρίου, δημιουργώντας φυγές προς Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 3
τα έξω. Το κτήριο είναι ισόγειο και αξιοποιεί τη φυσική κλίση του εδάφους με την κλιμάκωση των στεγών προς τα βορειοανατολικά. Η παθητική σχεδίαση εξασφαλίζει τις συνθήκες θερμικής άνεσης και περιλαμβάνει νότιο προσανατολισμό με τις κύριες χρήσεις και τα μεγάλα ανοίγματα στη νότια πλευρά μεγιστοποιώντας έτσι τα ηλιακά κέρδη, ηλιοπροστασία με οριζόντια σταθερά σκίαστρα στα νότια ανοίγματα, κατακόρυφα κινητά στα δυτικά και φυλλοβόλα δέντρα (Σχ. 2). Επιτυγχάνεται διαμπερής φυσικός αερισμός και δροσισμός με παράθυρα σε διαφορετικά ύψη. Οι θερμικές απώλειες περιορίζονται με χρήση δομικών στοιχείων με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαπερατότητας, κατάλληλη θερμομόνωση και διπλούς υαλοπίνακες, καθώς και με τεχνικές όπως τοποθέτηση διπλών εξωτερικών θυρών στο Βορρά. Σχήμα 2 - Κάτοψη Νηπιαγωγείου Το κτήριο και οι εγκαταστάσεις σχεδιάζονται, ώστε οι εκπομπές CO 2 να περιορίζονται μέχρι μηδενισμού κατά τη λειτουργία του νηπιαγωγείου και να μειώνονται οι λειτουργικές Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 4
δαπάνες. Έτσι, στην οροφή του κτηρίου ενσωματώνονται ηλιακά συστήματα για θέρμανση νερού χρήσεως και φωτοβολταϊκά πλαίσια στην οροφή του αιθρίου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, μια μικρή ανεμογεννήτρια τοποθετείται βορειοανατολικά, στο ψηλότερο σημείο του οικοπέδου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα νερά της βροχής συλλέγονται από τις στέγες και τις αυλές του κτηρίου και αποθηκεύονται για να χρησιμοποιηθούν στους χώρους υγιεινής το χειμώνα και στις αρδεύσεις του περιβάλλοντος χώρου το καλοκαίρι. Χρησιμοποιείται τεχνολογία αβαθούς γεωθερμίας και αντλίες θερμότητας για θέρμανση και ψύξη με ενδοδαπέδια και ενδοτοίχια εγκατάσταση. Για τον αερισμό της αίθουσας πολλαπλών χρήσεων εγκαθίσταται σύστημα αερισμού με ανάκτηση θερμότητας και χρήση αβαθούς γεωθερμίας (Σχ. 3). Σχήμα 3 - Θέση ΑΠΕ και αποδοτικών ενεργειακών τεχνολογιών στο κτήριο και στον υπαίθριο χώρο Ο περιβάλλων χώρος διαμορφώνεται ώστε να προσφέρει στα νήπια τα ερεθίσματα για την εξοικείωση με θέματα που θα αποτελούν τρόπο ζωής στα επόμενα χρόνια. Περιλαμβάνει καλλιέργειες φυτών, χώρους για μικρά ζώα, καθώς και απλές μικρές ηλιακές διατάξεις ΑΠΕ για εκπαίδευση. Το κτήριο και ο περιβάλλων χώρος λειτουργούν σαν εκπαιδευτικό εργαλείο για τα νήπια, καλλιεργώντας το όραμα της βιώσιμης ανάπτυξης ιδιαίτερα με την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τα νήπια εξοικειώνονται με τις νέες τεχνολογίες τόσο στην παραγωγή όσο και στην κατανάλωση, κάνοντας ορθολογική χρήση της παρεχόμενης ενέργειας. Με τον τρόπο αυτό, οι δαπάνες λειτουργίας διατηρούνται χαμηλές και σταθερές, χωρίς να επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις των τιμών του πετρελαίου. Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 5
Τέλος, το μεγάλο όφελος είναι ότι η εκπαίδευση και η εξοικείωση των νηπίων σήμερα στις ΑΠΕ και το περιβάλλον θα διαμορφώσει τη γενιά του αύριο για ένα καλύτερο μέλλον. Ενέργεια: σημερινή εικόνα Σχεδιασμός Προοπτικές, ΤΕΕ, 8-10/03/2010: Αθήνα 6