ZEMedS Zero Energy Mediterranean Schools Μεσογειακά Σχολεία Μηδενικής Ενεργειακής Κατανάλωσης Βενέτας Νίκος MSc Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Χαρακτηριστικά σχολικών κτιρίων του Δήμου Περιστερίου Μελέτες Περιπτώσεων σε Σχολεία με Μεσογειακό κλίμα
Γιατί ZEMedS?
Παγκόσμια ζήτηση ενέργειας κατά περιοχή, 2000-2030 Πηγή: Frost & Sullivan
Τα κτίρια :
Πτώση της αγοράς νέων κτιρίων - Μείωση νέων κατασκευών - Στροφή στα υπάρχοντα κτίρια
στροφή στην Ενεργειακή Αναβάθμιση
Ευρωπαϊκά πρότυπα & οδηγίες
Στην Ελλάδα, η μεταφορά της Ευρωπαϊκής Οδηγίας 2009/28 / ΕΚ τέθηκε σε ισχύ τον Ιούνιο του 2010 από την εθνική νομοθεσία Ν.3851 / 2010 για τις ΑΠΕ (ΦΕΚ 85 / Α / 4.6.2010) Όλα τα δημόσια κτίρια από το 2015 και όλα τα νέα κτίρια από το 2020 θα πρέπει να καλύπτουν την πρωτογενή κατανάλωση ενέργειας από ΑΠΕ, συμπαραγωγή θερμότητας/ηλεκτρισμού, τηλεθέρμανση και χρήση ενεργειακά αποδοτικών αντλιών θερμότητας Μέχρι το 2050 ο στόχος είναι να μειωθεί η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας κατά 50% σε σύγκριση με τα επίπεδα του 2008
Η τελευταία ελληνική ενεργειακή ρύθμιση που ενσωματώνει την τελευταία αναθεώρηση της οδηγίας EPBD του 2010/31 έγινε τον Φεβρουάριο του 2013 Ο νόμος αυτός περιγράφει μια προσέγγιση περισσότερο διοίκησης και ελέγχου και απλώς περιλαμβάνει τον nzeb χρονικό περιορισμό του 2020 Μέχρι στιγμής δεν υπάρχει καμία εθνική νομοθεσία που ενσωματώνει την ΟΕΑ - Energy Efficiency Directive 2012/27 όσον αφορά τα ποσοστά ενεργειακής αναβάθμισης των δημόσιων κτιρίων
Εφαρμογή ZEMedS στις Μεσογειακές χώρες? Κάποια κτίρια παρακολουθούνται μέσω προτάσεων τοπικών έργων με συγχρηματοδότηση Μέχρι σήμερα δεν καταγράφεται εφαρμογή Ισπανικό Εθνικό Πλαίσιο Γαλλικό Εθνικό Πλαίσιο Περιφερειακό Πλαίσιο Καταλονίας Η εφαρμογή βρίσκεται ακόμη κάτω από διαπραγματεύσεις Ιταλικό Εθνικό Πλαίσιο Η εφαρμογή βρίσκεται ακόμη κάτω από διαπραγματεύσεις Ευρωπαϊκό Νομικό Πλαίσιο Μέχρι σήμερα δεν καταγράφεται εφαρμογή. Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των νέων κτιρίων έως το 2015, με περισσότερη έμφαση στην ενίσχυση των κανονισμών των κτιρίων (ή και στο επίπεδο του πιστοποιητικού ενεργειακής απόδοσης) Ελληνικό Εθνικό Πλαίσιο
Ενεργειακές απαιτήσεις ελληνικών σχολείων
Σύμφωνα με τα επίσημα στοιχεία από το Κέντρο Εκπαιδευτικής Έρευνας ο συνολικός αριθμός των Ελληνικών σχολικών κτιρίων είναι 15.446 & φιλοξενεί τις δραστηριότητες των διαφορετικών εκπαιδευτικών βαθμίδων: Παιδικούς σταθμούς (38%) Δημοτικά σχολεία (37%) Γυμνάσια (13% ) Λύκεια (12%)
Η συνολική έκταση που καταλαμβάνεται από τα Ελληνικά σχολικά κτίρια είναι 10.772.913 m2 (34% των οποίων ανήκει στις τάξεις) Ο συνολικός αριθμός των μαθητών που είναι εγγεγραμμένοι είναι 1.357.480. Περίπου το 41% του συνολικού αριθμού των σχολικών κτιρίων είναι ηλικίας άνω των 40 ετών 58,6% των δημοτικών σχολείων έχουν κατασκευαστεί πριν από το 1975 Κατά συνέπεια, αυτά τα κτίρια δεν είναι θερμομονωμένα δεδομένου ότι ο κανονισμός θερμομόνωσης εισήχθη το 1979
Η συνολική κατανάλωση ενέργειας των σχολικών κτιρίων εκτιμάται περίπου στις 270.000 MWh Η μέση κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας με βάση τους λογαριασμούς εκτιμάται σε 16kWh/m²/Υ Η μέση κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση χώρων με πετρέλαιο σε 68 kwh/m²/υ
Βάση δεδομένων 10 σχολικών κτιρίων στον Δήμο Περιστερίου
Σχολεία Περιστερίου 10 σχολεία για αναβάθμιση 2 σχολεία για μελέτη περίπτωσης
10 σχολεία 1 Δημοτικό Νηπιαγωγείο 39 ο Νηπιαγωγείο - 40 ο Δημοτικό 4 Δημοτικά 10 ο Δημοτικό - 16 ο Δημοτικό - 27 ο Δημοτικό 32 ο Δημοτικό 3 Γυμνάσια 6 ο Γυμνάσιο - 8 ο Γυμνάσιο - 9 ο Γυμνάσιο 2 Λύκεια 1ο Λύκειο - 2 ο Λύκειο
o Target ogroup 39Identity ο Νηπιαγωγείο
o 40 ο Δημοτικό
o 10 ο Δημοτικό
o 6 ο Γυμνάσιο
o 2 ο Λύκειο
Βασικά χαρακτηριστικά σχολείων: Δημόσια Ημερήσια λειτουργία Σε αστικές περιοχές Κατασκευή 80 s Χαμηλά ενεργειακά πρότυπα Συντήρηση υποδομών από τον Δήμο Περιστερίου
08-21 pm extended school activities 10% 30% 60%
10% Gymnasium 90% Multi Use Room Μικρό κυλικείο σε κάθε σχολείο Δεν υπάρχει εστίαση ή παρόμοια υπηρεσία
Laboratories Secondary & High Schools 60% 40% No Laboratories (Primary) 1215 m2 Total surface
* Ο μέσος όρος ηλικίας των ελληνικών σχολείων είναι 36.5 χρόνια
Καταγραφή : Λειτουργικά χαρακτηριστικά (εμβαδόν, όγκος, ημέρες θέρμανσης/ψύξης) Χρήση (αριθμός μαθητών, ημερήσιο πρόγραμμα, ώρες χρήσης, χώροι εγκαταστάσεων) Σκελετός (οροφή, τοίχοι, παράθυρα, μονώσεις) Συστήματα (θέρμανση, ψύξη, φωτισμός, εξαερισμός, ζεστό νερό, ΑΠΕ) Άνεση εσωτερικού περιβάλλοντος Ενεργειακό ισοζύγιο
Ενεργειακοί κανονισμοί χαμηλού επιπέδου Τοίχοι χωρίς μόνωση Αρχική μόνωση οροφής (EPS 100mm) Κουφώματα αλουμινίου χωρίς θερμική μόνωση, συνήθως με μονά τζάμια
Χαρακτηριστικά συστημάτων σκίασης 2ο Λύκειο 1 ο Λύκειο Εσωτερικές κουρτίνες Εξωτερικοί στεγασμένοι διάδρομοι 9 ο Γυμνάσιο
Φωτισμός T8 φθορίου Τοπικός χειρισμός Προβλήματα θάμβωσης Ηλεκτρομαγνητικοί εκκινητές
Θέρμανση Κεντρική χωρίς τοπικό έλεγχο - Χωρίς τοπικούς θερμοστάτες Καυστήρας πετρελαίου Σύστημα διανομής χωρίς μόνωση Μονάδες καλοριφέρ
Occupancy Number of Pupils 240 08:00 a.m. 14:00p.m. classes,4:00 16:00 p.m. extended school activities Typical Schedule Hours of occupation (typical week) 42 Weeks with Heating ON (excluding holidays) Envelope 22 weeks based on theestimated 6-month heating period of Athens Envelope thermal upgrade in none Affecting Affecting (if other or combination) Walls insulation none insulation details To be recorded wall area Roof insulation original insulation details EPS approx. 100mm Ground floor insulation none insulation details Windows original Size [m2] To be recorded Window to Wall Ratio - Main orientation To all directions Upgrade in never Frame Alu without thermal break Frame Uf (W/m2K) 7 Glazing single Ug (W/m2K) 5.7 Solar shading - type Solar shading - effectiveness Internal curtains To be replaced
Energy Balance Year or period of calculation FUEL OIL o 40 ο Δημοτικό Fuel oil - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Fuel oil - surface yearly consumption [kwh/m2*y] NATURAL GAS Natural gas - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Only for school building:4000 (average bill based)*11,92kwh/lt = 47680 kwh/y 47680/900 = 52.9 kwh/m²*y Natural gas - surface yearly consumption [kwh/m2*y] ELECTRICITY Electricity - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Electricity - surface yearly consumption [kwh/m2*y] TOTAL Total consumption [kwh/y] 19000 kwh/y 19000/2548=7.45 kwh/m2*y 47680 kwh/y*1.10 = 52448 kwh/y fuel primary energy Electricity consumption must be estimated Total Consumption [kwh/m2*y] (52.9*1.10 = 58.19)+ (6.24*2.9 =18)= 76.19 kwh/m²*y primary energy
Energy Balance Year or period of calculation FUEL OIL o 9 ο Γυμνάσιο Fuel oil - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Fuel oil - surface yearly consumption [kwh/m2*y] 0 NATURAL GAS Natural gas - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Natural gas - surface yearly consumption [kwh/m2*y] ELECTRICITY Electricity - total yearly consumption (bill) [kwh/y] Electricity - surface yearly consumption [kwh/m2*y] TOTAL 710 m³ (average bill based)*13.83 kwh/lt = 9820 kwh/y 0 9820/1930= 5 kwh/m²*y 41000 kwh/y 41000/5000= 8.2[kWh/m2*y] Total consumption [kwh/y] (9820 *1.05 = 10311 ) kwh/y fuel primary energy+(41000 *2.90 = 118900)kwh/y electricity primary energy =129211 kwh/y primary energy Total Consumption [kwh/m2*y] (5*1.05= 5,25)+ (8.2*2.9=23.8)= 29 kwh/m²*y primary energy
Επιφάνεια Θέρμανσης Επιφάνεια Ψύξης
Κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση με βάση τους λογαριασμούς
Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας με βάση τους λογαριασμούς
Συνολική κατανάλωση ενέργειας με βάση τους λογαριασμούς
Μπορούν να γίνουν πολλά για την κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση Δεν υπάρχουν πολλά περιθώρια βελτίωσης στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας
Case Studies
Μελέτες περιπτώσεων SCOOL GROUP SALAMANQU E 1965 1901m 2 120kWh/m 2 y FRANCE ANTONIO SALVETTI 1965 & 1975 2300m 2 130kWh/m 2 y ITALY DON MILANI 1984 1265m 2 121kWh/m 2 y ITALY SANTA MARIA D AVIA 1979 3500m 2 67kWh/m 2 y SPAIN ESCOLA MIGEUEL HERNANDEZ 1980 1319m 2 116kWh/m 2 y SPAIN SCHOOL GROUP LANGEVIN WALLON 1900 3445m 2 147kWh/m 2 y FRANCE 13 th & 13 th PERISTERI 1977 & 2000 2005m 2 37kWh/m 2 y GREECE 25 th PERISTERI 1982 1030m 2 45kWh/m 2 y GREECE ITC BENICASA 1975-77 5555m 2 191kWh/m 2 y ITALY ITC EINSTEIN 1866 3869m 2 193kWh/m 2 y ITALY
Προσέγγιση - Στόχοι ZEMedS Πρωτογενής Ενέργεια από συμβατικές πηγές που καλύπτεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας 0 kwh/m².έτος (ετήσιο ισοζύγιο) Τελική ενεργειακή κατανάλωση (όλες οι χρήσεις πλην ζεστού νερού και μαγειρέματος) C FE 25 kwh/m².έτος Θερμικές συνθήκες 40 ώρες πάνω από 28ºC ετησίως Διασφάλιση ποιότητας εσωτερικών συνθηκών CO 2 1000 ppm
Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης Παρεμβάσεις Εξωτερικό περιβάλλον Κέλυφος Εσωτερικό κτιρίου Συστήματα Ελέγχου ΑΠΕ
Προσομοιώσεις DesignBuilder v.4 & EnergyPlus Μεθοδολογία σχεδιασμού: Βαθιά ανακαίνιση σε διαφορετικά στάδια σύμφωνα με τις προδιαγραφές του ZEMedS Θερμοκρασία αναφοράς Temp θέρμανση :20ºC Θερμοκαρσία αναφοράς Temp ψύξη :26ºC Λήφθηκαν υπόψη οι θερμογέφυρες στα υφιστάμενα κτίρια Διείσδυση αέρα 30 m 3 /h m 2 στα 50 Pa όταν προσομοιώνεται το υφιστάμενο κτίριο και 6 m 3 /h m 2 στα 50 Pa όταν προσομοιώνεται το τελικό κτίριο Φυσικός αερισμός για τα ανοιχτά παράθυρα (5 ACH)
25o Δημοτικό Σχολείο 220 Δημόσιο 1982 1030 m 2 Υψηλή πυκνότητα 1 Κτίριο
U παραθύρων και εξωτερικές πόρτες / Uστέγης / Uτοίχου Μεταβλητή A Αντικατάσταση υφισταμένων μονών τζαμιών με χαμηλού-e διπλά τζάμια, 16mm(κενό) και σκελετός αλουμινίου (με θερμική μόνωση). Ug=1.6 Uf= 2.2 3cm πλακίδια οροφής με επένδυση ψυχρού υλικού και προσαρμογή 7.5cm EPS Εξωτερική μόνωση τοίχου 6cm EPS & σοβά με ψυχρή επένδυση Μεταβλητή B Χαμηλού-e διπλά τζάμια, 16mm(αργού) και σκελετός αλουμινίου (με θερμική μόνωση). Ug=1.3 Uf= 2.2 3cm πλακίδια οροφής με επένδυση ψυχρού υλικού και προσαρμογή 10.5cm EPS Εξωτερική μόνωση τοίχου 10cm EPS & σοβά με ψυχρή επένδυση Μεταβλητή C Χαμηλού-e διπλά τζάμια, 16mm(αργού) και σκελετός αλουμινίου (με θερμική μόνωση). Ug=1.3 Uf= 2.2 3cm πλακίδια οροφής με επένδυση ψυχρού υλικού και προσαρμογή 14m EPS Εξωτερική μόνωση τοίχου 12cm EPS & σοβά με ψυχρή επένδυση
Variant A & natural ventilation & heating system & lighting : 24 kwh/m² in final energy VARIANT A Lighting; 4 Cooling; 1 Ventilation; 0 Heating; 19 Variant A & MV without heat recovery & heating system & lighting : 33 kwh/m² in final energy Variant A & MV with heat recovery & heating system & lighting : 19 kwh/m² in final energy Lighting; 4 Lighting; 4 Ventilation; 0 Heating; 29 Cooling; 0 Heating; 15 Ventilation; 0 Cooling; 0
VARIANT B Variant B & natural ventilation & heating system & lighting : 22 kwh/m² in final energy Lighting; 4 Cooling; 1 Ventilation; 0 Heating; 17 Variant B & MV without heat recovery &heating system & lighting : 31 kwh/m² in final energy Variant B & MV with heat recovery & heating system & lighting : 17 kwh/m² in final energy Lighting; 4 Lighting; 4 Ventilation; 0 Heating; 27 Cooling; 0 Heating; 13 Ventilation; 0 Cooling; 0
Variant C & natural ventilation & heating system & lighting : 21 kwh/m² in final energy VARIANT C Lighting; 4 Ventilation; 0 Cooling; 1 Heating; 16 Variant C & MV without heat recovery & heating system & lighting : 29 kwh/m² in final energy Variant C & MV with heat recovery & heating system & lighting : 15,8 kwh/m² in final energy Lighting; 4 Ventilation; 0 Lighting; 4 Cooling; 0 Heating; 25 Heating; 12 Ventilation; 0 Cooling; 0
Σχολείο IT BENICASA 580 Δήμοσιο Λύκειο Ανκόνα, Ιταλία 1975-1977 Αστική περιοχή Θερμαινόμενη επιφάνεια 4942 m 2
Var A (fenestration & solar protection) & mechanical vent with heat recovery : 45 kwh/m² in final energy Var A (fenestration & solar protection & ext. walls) & mechanical vent with heat recovery : 32 kwh/m² in final energy Lighting; 18 Heating; 12 Heating; 26 Lighting; 18 Cooling; 0 Ventilation; 2 Cooling; 0 Ventilation; 2 Var A (fenestration & solar protection & ext. walls) & mechanical vent with heat recovery & lighting & PV : 25 kwh/m² in final energy Lighting; 10 Heating; 13 Ventilation; 2 Cooling; 0
Var C (fenestration & solar protection) & mechanical vent with heat recovery : 44 kwh/m² in final energy Var C (fenestration & solar protection & ext. walls) & mechanical vent with heat recovery : 27 kwh/m² in final energy Lighting; 18 Heating; 7 Heating; 24 Lighting; 18 Ventilation; 2 Cooling; 0 Ventilation; 2 Cooling; 0 Var C (fenestration & solar protection & ext. walls) & mechanical vent with heat recovery & lighting & PV : 20 kwh/m² in final energy Lighting; 10 Heating; 8 Cooling; 0 Ventilation; 2
Περίοδος αποπληρωμής - απόσβεση Expected savings in gas Expected savings in electricity Overall cost of gas /year Overall cost of electricity /year Investment in Overall maintenance cost /year Cost of replacement in Items to be replaced Payback (years) variant A (fenestration &solar protection) & MVHR variant B (fenestration &solar protection) & MVHR variant C (fenestration &solar protection) & MVHR variant A (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR variant B (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR variant C (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR variant A (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR & lighting dimm & FV variant B (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR & lighting dimm & FV variant C (fenestration & solar protection & ext. wall) & MVHR & lighting dimm & FV 80% 0% 10367 26990 746962-14 81% 0% 9849 26990 756071 1604 0-14 81% 0% 9849 26990 902227-16 91% 0% 4665 26990 1360445-19 93% 0% 3629 26990 1400862 2172 0-20 94% 0% 3110 26990 1582558-21 89% 69% 5702 8367 1508470 92% 69% 4147 8367 1548887 93% 69% 3629 8367 1730583 3192 97025 lighting T5 tubes (15-20 years lifetime) lighting T5 tubes (15-20 years lifetime) lighting T5 tubes (15-20 years lifetime) 19 20 21 Ανάλογα με τα σενάρια ανακαίνισης η περίοδος απόσβεσης μπορεί να διαρκέσει από 14 μέχρι 21 χρόνια
Παρατηρήσεις Ένα τυπικό σχολείο στη Μεσόγειο, το οποίο έχει κατασκευαστεί την περίοδο 60-80 καταναλώνει κατά μέσο όρο 110 kwh/m 2 /y (τελική ενέργεια), εμφανίζει θέματα θερμικής δυσφορίας, θάμβωσης και ανεπαρκή αερισμού Μετά την εφαρμογή των δράσεων εξοικονόμησης ενέργειας το υπόλοιπο μπορεί να καλυφθεί από ΑΠΕ Με τα προτεινόμενα μέτρα, οι σχολικές αίθουσες δεν υπερβαίνουν το όριο 40h Υπάρχει έλλειμμα δεδομένων σχετικά με το κόστος συντήρησης του υφιστάμενου σχολείου Η περίοδος απόσβεσης κυμάνθηκε 14-21 χρόνια
Παρατηρήσεις Για να επιτευχθεί μείωση της κατανάλωσης ενέργειας τη χειμερινή περίοδο απαιτείται ο περιορισμός των θερμικών απωλειών του κτιρίου και η μεγιστοποίηση των ηλιακών κερδών Την θερινή περίοδο ενδείκνυται ο φυσικός δροσισμός του κτιρίου, με την ελαχιστοποίηση των θερμικών κερδών και την αποφόρτιση του μέσω του αερισμού Το λειτουργικό κόστος των ενεργοβόρων συστημάτων όπως φωτισμού, θέρμανσης και κλιματισμού εξαρτάται άμεσα από τις αρχικές συνθετικές επιλογές
Παρατηρήσεις Ο προσανατολισμός, ο αερισμός, η μόνωση, ο ηλιασμός και η σκίαση πρέπει να εισάγονται όσον το δυνατόν νωρίτερα στη διαδικασία του σχεδιασμού Τα σχολικά κτίρια αποτελούν τη μεγαλύτερη ομοειδή ομάδα κτιριακών συγκροτημάτων με δυνατότητα γενικευμένης εφαρμογής ενεργειακών & καινοτόμων δράσεων
Σας ευχαριστώ Βενέτας Νίκος MSc Ηλεκτρολόγος Ηλεκτρονικός Μηχανικός ΤΤ Δ/ντης Χρηματοδοτούμενων Προγραμμάτων Δήμος Περιστερίου nvenetas@yahoo.gr / dxp@peristeri.gr 210-5701564 Municipality of Peristeri