Σάββατο 6 Οκτωβρίου 2012 MEC EXPO CENTER E.I.Π.Α.Κ ALL RIGHTS RESERVED

Βιοκλιματικές δράσεις σε σχολικά κτίρια Δρ. Νίκη Γαϊτάνη

2 Βιοκλιματικός σχεδιασμός Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική αφορά στο σχεδιασμό κτιρίων και χώρων (εσωτερικών & εξωτερικών) με βάση το τοπικό κλίμα, με στόχο την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης, αξιοποιώντας τις ήπιες μορφές ενέργειας, συνεισφέροντας στην εξοικονόμηση καθώς και στην εναρμόνιση του δομημένου χώρου με το φυσικό περιβάλλον

3 Ανασκόπηση βιοκλιματικής προσέγγισης 1930: προσανατολισμό σχολικών κτιρίων 1960-1970: προσανατολισμός, φωτισμός, αερισμός αιθουσών 1982: καταγραφεί οδηγιών για τον κτηριολογικό σχεδιασμό των σχολικών κτιρίων (προσανατολισμός, φωτισμός, αερισμός αιθουσών, σκίαση ανοιγμάτων ανάλογα με τον προσανατολισμό, χρήση υψηλών, χαμηλών φυτών για προστασία από άνεμο & ήλιο) 1994: ερευνητικές δράσεις επιστημονικής κοινότητας 2004: βιοκλιματικά σχολεία Πηγή: http://www.luzinterruptus.com/?p=1357 Πηγή: Βιβλίο Βιοκλιματικές εφαρμογές & καινοτόμες δράσεις για την προστασία του περιβάλλοντος, Εκδόσεις Στααμούλης, Π.Παταργιάς, Β. Μπενετάτου

4 Σχολικό περιβάλλον Μικροκλίμα Ενεργειακή αποδοτικότητα Ποιότητα εσωτερικού περιβάλλοντος Θερμική άνεση

5 Ενεργειακή απόδοση σχολείου Ποιότητα εσωτερικού περιβάλλοντος Ενεργειακή ταξινόμηση κτιρίων [Ευρωπαϊκή Οδηγία 2001/91/ΕΚ] σύμφωνα με: Μια θεωρητική διαδικασία (Asset rating) Την πραγματική τους ενεργειακή κατανάλωση (Operational rating) Στις ενεργειακές απαιτήσεις πρέπει να συνεκτιμώνται οι γενικές απαιτήσεις εσωτερικών κλιματικών συνθηκών (Becker et al. 2007) Τα σχολεία χαρακτηρίζονται από υψηλή πυκνότητα ατόμων ανά μονάδα επιφάνειας, περίπου 4 φορές μεγαλύτερη από ότι στα κτίρια γραφείων (USEPA 1995) Αυξημένη συγκέντρωση του CO2 μειώνει την απόδοση των μαθητών & την ικανότητα εκμάθησης (Mendell & Heath 2005)

6 Στατιστική ανάλυση Καταναλισκόμενη ενέργεια για θέρμανση (Πετρέλαιο, L) 2001-2004 Καταναλισκόμενη ενέργεια για ηλεκτρισμό (ΔΕΗ, kwh) 2001-2004 Έτος κατασκευής του Σχολικού κτιρίου Εμβαδόν του κτιρίου & της θερμαινόμενης επιφάνειας Αριθμός μαθητών & καθηγητών Ωράριο λειτουργίας Σχολείου & συστήματος θέρμανσης Χαρακτηριστικά λειτουργίας του λέβητα 20-70% του κάθε νομού 48 Νομοί Συλλογή δεδομένων από ειδικά διαμορφωμένα ερωτηματολόγια ενεργειακής απόδοσης: 1190 σχολικά κτίρια 33% συνολικού πληθυσμού Ύπαρξη μόνωσης στο κτίριο & στο σύστημα θέρμανσης Συνολική εγκατεστημένη ισχύς

7 Κατανομή των σχολείων στις κλιματικές ζώνες Για την ενιαία ενεργειακή ταξινόμηση των κτιρίων λήφθηκαν υπ όψιν οι κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής στην οποία βρίσκεται το κτίριο ώστε κτίρια τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές να έχουν συγκρίσιμες ενεργειακές κατατάξεις

8 Ηλικία σχολικών μονάδων 15000 σχολικές μονάδες Το 55% των σχολικών μονάδων στην ελληνική επικράτεια έχει ηλικία μεγαλύτερη των 27 χρόνων, ενώ το 45% έχει κατασκευασθεί μετά το 1985 με ενισχυμένο αντισεισμικό κανονισμό

9 Ενεργειακοί πόροι 98% Πετρέλαιο 1.2% Φυσικό αέριο 0.6% Λιγνίτη 0.2% Ξύλο

10 Ετήσια θερμική & ηλεκτρική ενέργεια Θηκογράμματα καταναλώσεων για ηλεκτρισμό (σε kwh) για 3σχολικά έτη Θηκογράμματα καταναλώσεων για θέρμανση χώρου (σε L) για 3 σχολικά έτη

11 Ενεργειακές κατηγορίες Πρότυπη μεθοδολογία ενεργειακής ταξινόμησης σχολικών κτιρίων Τεχνικές ενεργειακής αξιολόγησης

12 Συγκριτική αξιολόγηση Α ΚΛΑΣΗ Q 25 =17kWh/m 2 Q 50 =23kWh/m 2 B ΚΛΑΣΗ Q 25 =37kWh/m 2 Q 50 =42kWh/m 2 Γ ΚΛΑΣΗ Q 25 =57kWh/m 2 Q 50 =62 kwh/m Δ ΚΛΑΣΗ Q 25 =81kWh/m 2 Q 50 =87 kwh/m Ε ΚΛΑΣΗ Q 25 =114kWh/m 2 Q 50 =123 kwh/m 2

13 Φορτία θέρμανσης αντιπροσωπευτικών κτιρίων TRNSYS 15.1

14 Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης με επεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας Επεμβάσεις Για υφιστάμενα κτίρια Κριτήρια παλαιότητας Τρόπου δόμησης αναφορικά με τις τυπολογίες Αντικατάσταση υαλοπινάκων με διπλούς υαλοπίνακες χαμηλής εκπεμψιμότητας Εξωτερικό περιβάλλον Κέλυφος Εσωτερικό κτιρίου Συστήματα Ελέγχου Προσθήκη μονώσεων Σφράγισμα των αρμών των κουφωμάτων Ανάκτηση θερμότητας για την προθέρμανση του νερού τροφοδοσίας του λέβητα

15 Αξιολόγηση επεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας σχολικών κτιρίων αναφοράς Ανάκτηση θερμότητας 15% Διπλοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπεμψιμότητας 19% Ελεγχόμενος αερισμός 23% Εξωτερική θερμομόνωση 32% Αεροστεγάνωση των αρμών/αντικατάσταση με αεροστεγανά κουφώματα & πλαίσια 44%

16 Ποιότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος σε σχολεία Υψηλή πυκνότητα ατόμων/επιφάνεια Αυξημένες συγκεντρώσεις ρύπων Μειωμένη συγκέντρωση των μαθητών Μικρότερη ικανότητα εκμάθησης Οι μαθητές συνιστούν μια ευάλωτη ομάδα που χρήζει ιδιαίτερης προσοχής καθώς χαρακτηρίζονται από: Μεγαλύτερη αναπνευστική συχνότητα σε σύγκριση με τους ενήλικες Μικρότερο σωματικό βάρος Υψηλότερα επίπεδα φυσικής δραστηριότητας Ο ανθρώπινος πνεύμονας συνεχίζει να αναπτύσσεται μέχρι την εφηβεία Η ποιότητα του αέρα στους χώρους των αιθουσών είναι καθοριστικός παράγοντας στην απόδοση της εκπαιδευτικής διαδικασίας

17 Διερεύνηση εσωτερικού περιβάλλοντος 83 σχολικών αιθουσών Η συγκέντρωση CO δεν ξεπερνάει σε καμία περίπτωση τα θεσμοθετημένα επίπεδα Στο 61% των αιθουσών η (CO 2 ) υπερβαίνει το πρακτικά ανεκτό όριο των 600 ppm Σε 77/ 83 αίθουσες διαπιστώθηκε υπέρβαση στα κατώτατα όρια των TVOC s (>0.05ppm) Ανεπαρκής αερισμός των αιθουσών υψηλή συγκέντρωση ρύπων

18 Πιλοτική εφαρμογή ελεγχόμενου αερισμού 16 ο Γυμνάσιο & Λύκειο Αθηνών [CO2] ppm 2500 2000 1500 1000 500 0 Χρονική μεταβολή συγκέντρωσης CO2 Τάξη Γ1-16ο Λύκειο Αθηνών 17/02/06 02/03/06 14/03/06 31/03/06 05/04/06 Mέτρηση Αισθητήρας ανοικτός

19 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου Ιταλία Ελλάδα Ισπανία Κύπρος Εξοικονόμηση ενέργειας στα δημόσια σχολικά κτίρια στην Μεσόγειο καλύπτοντας 4 διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές και 3 τυπικές κλιματικές συνθήκες σε αστικές, παράκτιες και ορεινές θέσεις High energy efficient schools in the Mediterranean Το πρόγραμμα TEENERY SCHOOLS εντάσσεται στο Επιχειρησιακό πρόγραμμα Βιώσιμη ανάπτυξη και ανταγωνιστικότητα και συγχρηματοδοτείται από το Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης της Ευρωπαϊκής Ένωσης

20 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου Στόχοι έργου TEENERGY SCHOOLS Στο πλαίσιο της ερευνητικής δραστηριότητας του έργου καθορίστηκαν κριτήρια & στρατηγικές βιοκλιματικού σχεδιασμού των εκπαιδευτικών κτιρίων - Τεχνικές ενεργειακής εξοικονόμησης - Ενσωμάτωση ΑΠΕ - Εφαρμογή βιοκλιματικών υλικών - Βελτίωση συστημάτων θέρμανσης - Στρατηγικές παθητικής ψύξης

21 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου 1. Έλλειψη πιλοτικών μελετών εξοικονόμησης ενέργειας για τις κλιματικές συνθήκες της Μεσογείου 2. Χαμηλή ενεργειακή απόδοση των σχολικών κτιριακών εγκαταστάσεων Ενεργειακή αξιολόγηση Συγκριτική ανάλυση/προτυποποίηση Επιμορφωτικά σεμινάρια/διεθνή συνέδρια Σχέδιο δράσης

22 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου Πιλοτικά σχολεία (12) Κατά τη διάρκεια του έργου, οι ερευνητές από τις συμμετέχουσες χώρες επεξεργάστηκαν τεχνικές λύσεις για 12 πιλοτικά κτίρια με εφαρμογές βιοκλιματικού σχεδιασμού: παθητικός δροσισμός, φυσικός αερισμός, παρεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας στο κέλυφος του κτιρίου, βελτίωση θερμομόνωσης κ.α.

23 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου http://teenergy.commpla.com/content/teenergy-schools-action-plan

30 Σχολεία υψηλής ενεργειακής απόδοσης στην περιοχή της Μεσογείου Με βάση την πληρέστερη καταγραφή και την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών στοιχείων του κτιριακού αποθέματος έγινε εφικτή η δημιουργία οδηγού συγκριτικής αξιολόγησης Επιπρόσθετα, τέθηκαν οι βάσεις για ένα πλάνο εργασίας και μια κοινή στρατηγική στην κατεύθυνση της βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης των σχολικών κτιρίων στην περιοχή της Μεσογείου

31 Βιοκλιματικές δράσεις 1 Αξιοποίηση του προσανατολισμού του κτιρίου 2 Ηλιοπροστασία των ανοιγμάτων & σκιασμός 3 Συστήματα και τεχνικές φυσικού ή/και υβριδικού αερισμού και δροσισμού 4 Βέλτιστη αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού 5 Εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων 6 Αντικατάσταση κουφωμάτων και υαλοπινάκων με πιστοποποιημένα, υψηλής ενεργειακής απόδοσης 7 Φυτεύσεις δωμάτων 8 Προσάρτηση ειδικού ηλιακού χώρου (θερμοκήπιο) στην Ν ΝΔ όψη του κτιρίου 9 Εγκαταστάσεις αβαθούς γεωθερμίας 10 Εγκαταστάσεις καύσης βιομάζας 11 Μονάδες θερμικών ηλιακών συστημάτων 12 Προσθήκη θερμομόνωσης 13 Χρήση ειδικών επιχρισμάτων-ψυχρών υλικών 14 Παρεμβάσεις στον περιβάλλοντα χώρο

32 Συμπεράσματα Για να επιτευχθεί μείωση της κατανάλωσης ενέργειας τη χειμερινή περίοδο απαιτείται ο περιορισμός των θερμικών απωλειών του κτιρίου και η μεγιστοποίηση των ηλιακών κερδών Τη 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 Ο προσανατολισμός, ο αερισμός, η μόνωση, ο ηλιασμός και η σκίαση πρέπει να εισάγονται όσον το δυνατόν νωρίτερα στη διαδικασία του σχεδιασμού

33 Συμπεράσματα Οι εξωτερικές κλιματολογικές συνθήκες δημιουργούν πολλαπλές δυνατότητες στον σχεδιαστή για την επίτευξη βέλτιστης ενεργειακής απόδοσης και τη βιωσιμότητα της τελικής κατασκευής Τα σχολικά κτίρια αποτελούν τη μεγαλύτερη ομοειδή ομάδα κτιριακών συγκροτημάτων με δυνατότητα γενικευμένης εφαρμογής ενεργειακών & καινοτόμων δράσεων Ολιστική θεώρηση του σχολικού κτιριακού αποθέματος με ευρύτερο σχεδιασμό σε επίπεδο χώρας Οι επιμέρους στόχοι θα πρέπει να εξειδικευτούν για το σύνολο των σχολείων ενός δήμου ή κοινότητας ή ευρύτερης γεωγραφικής περιφέρειας

Σας ευχαριστώ! ngaitani@phys.uoa.gr

SPONSORS: WITH THE SUPPORT: MEDIA PARTNERS: