Ενεργειακή Αναβάθμιση Υφιστάμενου Κτιρίου Κορίνα Καζαντζή Αρχιτέκτων Μηχανικός Ε.Μ.Π. Msc. in Architettura Bioecologica e Tecnologie sostemibili per l ambiente, La Sapienza, Roma, Italia ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρουσίαση για το συνέδριο «Αρχιτεκτονική, Ενέργεια & Περιβάλλον στα κτίρια και τις πόλεις», η θεματική ενότητα όπου αναφέρεται η συγκεκριμένη εργασία είναι η «Ενεργειακή αναβάθμιση υφιστάμενων κτιρίων». Πρόκειται για μια εργασία που πραγματοποιήθηκε το 2009 στα πλαίσια μεταπτυχιακού προγράμματος στη Ρώμη της Ιταλίας, στο τμήμα ITACA (IndustrialDesign Tecnologie dell Architettura e Cultura dell Ambiente) της αρχιτεκτονικής σχολής Ludovico Quaroni του πανεπιστημίου La Sapienza και σε συνεργασία με την τοπική αρχή του αντίστοιχου δημοτικού διαμερίσματος όπου ανήκει ο χώρος της μελέτης. Το θέμα της εργασίας έχει δύο σκέλη και είναι, «Αστικός σχεδιασμός για την αναβάθμιση του ιστορικού πάρκου Castro Laurenziano με βιοκλιματικές λύσεις» και «Αποκατάσταση για επανάχρηση του υπάρχοντος κτιρίου Casale Giolitti με βιοκλιματικές λύσεις». Το πάρκο είναι αρχαιολογικός χώρος έκτασης 24.000 τ.μ. και βρίσκεται στα ανατολικά της πόλης της Ρώμης. Τα ευρήματα του είναι σημαντικά καθώς αποκαλύφθηκε ένα ολοκληρωμένο δίκτυο από κατακόμβες στο υπέδαφός του. Το ζητούμενο είναι να μετατραπεί σε έναν επισκέψιμο αρχαιολογικό χώρο και συγχρόνως να αποτελέσει πάρκο αναψυχής. Το κτίριο έχει 250 τ.μ. και βρίσκεται εντός του αρχαιολογικού πάρκου. Πρόκειται για κτίριο ιστορικής σημασίας με αρχιτεκτονική αξία για την περιοχή καθώς αποτελεί μία από τις πρώτες αγροικίες εκείνης της περιόδου. Το ζητούμενο για το κτίριο είναι η αποκατάσταση του και η προσαρμογή των νέων χρήσεων σ αυτό. Οι νέες χρήσεις αφορούν τη μετατροπή του σε κτίριο μουσειακού χαρακτήρα, που οι χώροι του να προσφέρουν εκπαιδευτικό έργο σε παιδιά προσχολικής ηλικίας, με μαθήματα προσομοίωσης σχετικά με τα ευρήματα του περιβάλλοντα αρχαιολογικού χώρου. Τα παραπάνω ζητήματα που δεν είναι αλληλένδετα μεταξύ τους καλούνται να λυθούν με γνώμονα τις αρχές της βιοκλιματικής κατά τις ανάγκες του περιβάλλοντα χώρου, του τοπικού μικροκλίματος, μεταξύ της γειτονιάς και του υπερ-τοπικού χαρακτήρα ενός αρχαιολογικού πάρκου. Λύσεις που να μπορούν να προσφέρουν στους χρήστες ευχάριστες συνθήκες κατά την παραμονή τους στο χώρο και στο κτίριο.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο παρόν θέμα έπρεπε να αντιμετωπιστούν αρκετά σημαντικά ζητήματα, που πέραν των σύγχρονων εφαρμογών, έχουν να κάνουν πρώτιστος με προβλήματα αρχιτεκτονικής έκφρασης σε ένα περιβάλλον νεκρό που το ζητούμενο του είναι να αποκτήσει ξανά τη ζωή που του αξίζει, σε ένα περιβάλλον ιστορικής και πολιτιστικής κληρονομιάς που απαιτεί συγχρόνως και τον ανάλογο σεβασμό πριν από κάθε επέμβαση σε αυτόν. Οι νέες λειτουργίες και κατ επέκταση οι νέες ανάγκες που προκύπτουν σε συνεργασία με τις βιοκλιματικές επεμβάσεις σε ένα περιβάλλον υπάρχον που καλούμαστε συγχρόνως να το σεβαστούμε λόγω της ιστορικότητας του, είναι τα δύσκολα ζητήματα που καλείτε να απαντήσει η βιοκλιματική αρχιτεκτονική. Επιλύοντας πρώτα το χώρο του αρχαιολογικού πάρκου με βασικές αρχές βιοκλιματικού σχεδιασμού, μετατράπηκε σε έναν υπαίθριο βιοκλιματικά βιώσιμο χώρο, με τρόπο που να προσφέρει θετικά αποτελέσματα και προς τα γειτονικά κτίρια, αλλά κυρίως στο κτίριο που βρίσκετε μέσα σ αυτό, ακολούθησε η επίλυση του ίδιου του υφιστάμενου κτιρίου. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω έπρεπε να κινηθούμε μεταξύ επεμβάσεων που να μην προσβάλλουν αισθητικά και τεχνικά ζητήματα του κτιρίου ενώ παράλληλα έπρεπε να αντιμετωπιστεί και η διατήρηση όσο ήταν δυνατόν του μεγαλύτερου μέρους του κτιρίου, κυρίως όμως του κελύφους. Η κατεύθυνση στράφηκε σε εφαρμογές όσο το δυνατόν ανώδυνες που βασίστηκαν κυρίως στα παθητικά συστήματα της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής και σε φυσικούς τρόπους εκμεταλλευόμενοι παράλληλα και τον πλέον διαμορφωμένο περιβάλλοντα χώρο του πάρκου. Η συνολική επεξεργασία του θέματος ήταν σύνθετη, το κάθε ζήτημα δεν μπορεί να λυθεί ως μεμονωμένο πρόβλημα και βοήθησε πολύ η αμφίδρομη σχέση μεταξύ του πάρκου και του κτιρίου, αφού η τοποθέτηση του κτιρίου μέσα σ αυτό και η ανάλογη επεξεργασία του πάρκου έδωσαν τα μέγιστα καλύτερα βιοκλιματικά αποτελέσματα. 2. ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Πριν τον οποιαδήποτε σχεδιασμό προηγήθηκε η ενεργειακή μελέτη των χαρακτηριστικών της περιοχής και με βοήθεια λειτουργικών προγραμμάτων έτσι ώστε να προβούμε σε χρήσιμα συμπεράσματα. Αρχικά με το Envi-met System πραγματοποιήθηκε ο υπολογισμός της θερμικής απόδοσης του περιβάλλοντα χώρου. Συγκεκριμένα εξετάστηκαν αναλυτικά τα ποσοστά, υγρασίας, χτισμένου και μη περιβάλλοντος, σκληρών ή μαλακών επιφανειών στο έδαφος, καθώς και οι κατευθύνσεις και η δύναμη των ανέμων κατά τις ψυχρές και στις θερμές περιόδους. Τα αποτελέσματα ήταν πολύ χρήσιμα και κατευθυντήρια για την επιλογή των επεμβάσεων αρχιτεκτονικών και βιοκλιματικών, που χρειαζόταν πραγματικά το πάρκο για τη μετατροπή του σε βιώσιμο και παραγωγικό συνάμα. Λαμβάνοντας υπόψη τα κλιματικά δεδομένα της περιοχής του πάρκου, ακολούθησε η ανάλυση του κτιρίου από κτιριακής άποψης αρχικά για τη συνολική αποκατάσταση του, κι εν συνεχεία ακολούθησε η ενεργειακή ανάλυση του με τη βοήθεια του προγράμματος EcoTect, τα συμπεράσματα του οποίου ήταν χρήσιμα για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά του κτιρίου καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου και σε διαφορετικές ώρες της ημέρας. Τέλος, συνδυάζοντας όλα τα παραπάνω, υπολογισμούς, μετρήσεις, περιβάλλον χώρος, υπάρχον κτίριο, τεχνικές επεμβάσεις αποκατάστασης, βιοκλιματικές λύσεις, σημαντικότητα χώρου και κτιρίου καθώς και την αισθητική, προβήκαμε στις όσο το δυνατόν πιο ήπιες αλλά αποτελεσματικές λύσεις σε σχέση με τις ανάγκες και τα δεδομένα. Στόχος λοιπόν της μελέτης, ήταν να εστιάσει στον συνδυασμό των αρχιτεκτονικών λύσεων, που θα δώσουν πνοή στο κτίριο, με τρόπο που να ικανοποιούνται οι ανάγκες της βιοκλιματικής.
3. ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ - Το υφιστάμενο κτίριο έχει μορφή γραμμική και κατά τον άξονά του είναι τοποθετημένο νοτιοανατολικά, στραμμένο κατά 36,5 από νότο προς δύση. - Το κτίριο έχει σχήμα στενό και επίμηκες και κατά τους δύο ορόφους. Το ισόγειο είναι στο επίπεδο του εδάφους. Η κάλυψη της οροφής αποτελείτε από δύο στέγες και δύο δώματα. - Η επιφάνεια του κτιρίου είναι περίπου 221 τ.μ. και 1995 κ.μ. - Οι εσωτερικοί τοίχοι και τα χωρίσματα προστέθηκαν κατά τη δεκαετία του 60 για τις ανάγκες της τότε χρήσης του κτιρίου ως αναψυκτήριο. - Τα κουφώματα στα παράθυρα του ισογείου και η πόρτα φαίνεται να είναι πολύ παλαιότερα. - Δεν υπάρχουν αξιόπιστα στοιχεία σχετικά με το κτίριο, αλλά μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα ότι στα τέλη του 21ου αι. επεκτάθηκε με την προσθήκη της νοτιοδυτικής πτέρυγας. 4. ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΟ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟ ΚΤΙΡΙΟ Με βάση όλα τα παραπάνω και με επιπλέον δεδομένο ότι πρόκειται για ένα κτίριο δημόσιας χρήσης με λειτουργία όχι καθημερινή και όχι καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας, ακολούθησαν οι παρακάτω ενέργειες. 4.1 Επεμβάσεις στο υφιστάμενο κτίριο (Σχήμα 1) - Διατήρηση της υπάρχουσας τοιχοποιίας και του κελύφους. Εκκένωση του εσωτερικού και τοποθέτηση ανεξάρτητης μεταλλικής κατασκευής που να οδηγεί στην υπάρχουσα στέγαση με σκοπό τη στήριξη του νέου πατώματος ορόφου, των στεγών αλλά και των νέων δωμάτων. - Τοποθέτηση δύο πράσινων στεγών με τη μετατροπή των υπαρχόντων δωμάτων σε φυτεμένα. - Αντικατάσταση όλων των παλιών κουφωμάτων. - Επέκταση του κτιρίου με τις ακόλουθες προσθήκες, δύο μεταλλικές κατασκευές με επιφάνειες από γυαλί που να κλείνουν το υφιστάμενο μπαλκόνι και να δημιουργούν τέσσερα θερμοκήπια (δύο στο ισόγειο και δύο στον όροφο) και μία μεταλλική κατασκευή για να αποτελέσει το νέο κλιμακοστάσιο του κτιρίου. Σχήμα 1. Επεμβάσεις στο υφιστάμενο κτίριο.
4.2 Βιοκλιματικές λύσεις Κατανομή λειτουργιών: - Ο όγκος της νέας κατασκευής με τη λειτουργία του νέου κλιμακοστασίου προστατεύει το κτίριο από τους ανέμους κατά τους χειμερινούς μήνες, γι αυτό το λόγο και τοποθετήθηκε στην βόρεια και βόρειο-δυτική όψη του. (Σχήμα 2) Είναι επενδυμένος με σταθερές πέτρινες περσίδες, ενώ η γωνία της κλίσης τους είναι τέτοια που να επιτρέπει την είσοδο στο φυσικό φως. - Στη νοτιοανατολική πλευρά τοποθετήθηκαν οι καθημερινές λειτουργίες, χώροι ελεύθερης διδασκαλίας, αίθουσες διδασκαλίας και τα γραφεία στον πρώτο όροφο, ενώ στην δυτικήβορειοδυτική πλευρά οι βοηθητικοί χώροι, χώροι κίνησης και αποθήκες. (Σχήμα 3) Σχήμα 2. Επέκταση του κτιρίου και προσθήκη νέων όγκων. Σχήμα 3. Κατανομή νέων λειτουργιών. Συστήματα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας: (Σχήμα 4) - ο τοίχος Trombe και τα θερμοκήπια: ο τείχος Trombe και οι ηλιακοί χώροι εντάσσονται στη Νοτιοανατολική πλευρά με προσανατολισμό στις 35 από το νότο εξισώνοντας έτσι κατά το δυνατόν τις θερμικές απώλειες στους εσωτερικούς χώρους κατά τους χειμερινούς μήνες. - Φυλλοβόλα δέντρα τοποθετούνται μπροστά και κατά μήκος της νότιας όψης έτσι ώστε να επιτρέπουν το φως του ήλιου να διεισδύει κατά τη διάρκεια του χειμώνα, ενώ δημιουργούν ένα φυσικό εμπόδιο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. - Προσθήκη εξωτερικής θερμομόνωσης στον υπάρχοντα βορειοδυτικό τοίχο για τη μείωση των θερμικών απωλειών και ανακατασκευή των επίπεδων οροφών για τη μετατροπή τους σε φυτεμένα δώματα. - Τοποθέτηση ηλιακών συλλεκτών (φωτοβολταϊκά), ενσωματωμένα στη νέα στέγη, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι τελικές επεμβάσεις στο κτίριο επιτρέπουν τη βέλτιστη εκμετάλλευση των ηλιακών κερδών κατά τη χειμερινή περίοδο παράλληλα με την ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών.
Συστήματα αερισμού και δροσισμού: (Σχήμα 5) - Κατάλληλη τοποθέτηση υψηλού πρασίνου στα νότια και νότιο-δυτικά για τη διέλευση και την ψύξη του καλοκαιρινού ανέμου, πριν την είσοδο του στο κτίριο. Ο δροσισμός των εσωτερικών χώρων γίνετε φυσικά, συλλέγοντας την καλοκαιρινή αύρα από τη Νοτιοδυτική όψη μέσω των ανοιγμάτων που βρίσκονται στο διπλό ύψος του τοίχου. - Ο δροσερός αέρας διαπερνά κατά μήκος όλο το κτίριο διαμέσων των εσωτερικών ανοιγμάτων διώχνοντας έτσι το ζεστό αέρα από τα ειδικά ανοίγματα στην οροφή του κεντρικού όγκου ή μέσο των ανοιγμάτων της βόρειο-ανατολικής όψης του κλιμακοστασίου. - Χρήση ανεμιστήρων οροφής επικουρικά για επιπλέον δροσισμό. - Η δενδροφύτευση ενός αειθαλούς στον εσωτερικό χώρο διπλού ύψους στη νότιο-δυτική πλευρά του κτιρίου προσφέρει επιπλέον θερμική άνεση στον ίδιο το χώρο κατά τους θερινούς μήνες. Οι εφαρμογή φυσικού αερισμού με διαμπερές ζώνες σε συνδυασμό με τον κατάλληλο σκιασμό, επιτρέπουν τον φυσικό δροσισμό του κτιρίου και κατά συνέπεια την επίτευξη θερμικής άνεσης το καλοκαίρι. Σχήμα 4. Συστήματα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας. Σχήμα 5. Συστήματα αερισμού και δροσισμού.
5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα κύρια συμπεράσματα που προκύπτουν είναι ότι, σε περιοχές μεσογειακού κλίματος, αν καταφέρουμε και εκμεταλλευτούμε τις φυσικές πηγές θερμότητας, φωτισμού, αλλά και αερισμού δροσισμού, με ήπιες επεμβάσεις, καθοδηγούμενοι από τις βασικές στρατηγικές του βιοκλιματικού σχεδιασμού, σε συνδυασμό με τα νέα τεχνολογικά μέσα και υλικά, που όμως να μην αυξάνουν κατά πολύ το κόστος και ούτε να επηρεάζουν δυσμενώς την αρχιτεκτονική εμφάνιση και λειτουργία ενός υφιστάμενου κτιρίου, μπορεί να επιτευχθεί πολύ σημαντική βελτίωση στη συμπεριφορά του κτιρίου, με σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Tucci, F., (i) (2006). Involucro ben temperato Efficienza energetica ed ecologica in architettura attraverso la pelle degli edifice. Firenze: Alinea Editrice s.r.l. Tucci, F., (iii) (2008). Tecnologia e Natura Gli insegnamenti del mondo naturale per il progetto dell architettura bioclimatica. Firenze: Alinea Editrice s.r.l. D Olimpio, D., (i) (2008). La progettazione del microclima urbano. Roma: Edizioni Kappa. Minke, G., (i) (2009). Φύτευση στεγών Σχεδιασμός, οδηγίες εφαρμογής, πρακτικές επισημάνσεις (μετάφραση Ανέλιξη Α.Π.Θ.). Ξάνθη: Παρατηρητής της Θράκης Α.Ε.