Σχολείο μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας στη Νέα Υόρκη

Το Kathleen Grimm School στο Sandy Ground της Νέας Υόρκης αναγνωρίζεται ως το πρώτο δημόσιο σχολείο μηδενικής ενέργειας, παράγοντας ισότιμη ποσότητα ενέργειας με αυτήν που καταναλώνει σε ετήσια βάση. Πρόκειται για ένα διώροφο σχολείο, πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης, 444 θέσεων και 6.000 m² περίπου το οποίο χωροθετήθηκε σε μία έκταση δεκατεσσάρων στρεμμάτων στο Staten Island της Νέας Υόρκης.
Η χρήση δομικών στοιχείων υψηλών ενεργειακών προδιαγραφών, η τοποθέτηση Η/Μ εγκαταστάσεων υψηλής ενεργειακής απόδοσης και η αξιοποίηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και η γεωθερμική, αποτέλεσαν τις βασικές συνιστώσες κατά την ανάπτυξη του κτιρίου. Είναι αξιοσημείωτο ότι 1.600 φωτοβολταϊκά πετάσματα τοποθετήθηκαν στην οροφή και στη νότια πρόσοψη του κτιρίου. Αυτά σε συνδυασμό με
επιπλέον 400 πετάσματα, που είναι τοποθετημένα στο χώρο στάθμευσης εντός του οικοπέδου, παράγουν 662 MWh ηλεκτρική ενέργεια ετησίως.

Αρχιτεκτονικός σχεδιασμός και χρήση υλικών υψηλών ενεργειακών προδιαγραφών
Η χωροθέτηση του κτιρίου στο κέντρο του οικοπέδου μορφής "Γ" και η αρχιτεκτονική διαμόρφωση τόσο του εξωτερικού περιβλήματος, όσο και των εσωτερικών χώρων συνέβαλαν στη βέλτιστη εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, του φυσικού αερισμού και του φυσικού φωτισμού με σκοπό τη μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων του κτιρίου και την απόδοση ευχάριστης ατμόσφαιρας στο εσωτερικό του. Η κάτοψη είναι ορθογωνική, με τις μεγαλύτερες πλευρές να "βλέπουν" προς ανατολή και δύση, όπου έχουν τοποθετηθεί τα γραφεία διοίκησης, οι τουαλέτες και οι λοιποί κοινόχρηστοι χώροι, ενώ στη βόρεια και νότια πλευρά βρίσκονται οι αίθουσες διδασκαλίας. Κυρίαρχη θέση στο σχεδιασμό κατέχει ο ενιαίος διάδρομος, ο οποίος διατρέχει το εσωτερικό του κτιρίου και δημιουργεί δύο όγκους, έναν εξωτερικό περιμετρικό και έναν εσωτερικό, διαφορετικής λειτουργίας και ενεργειακής κατανάλωσης. Στον εσωτερικό όγκο είναι αναπτυγμένοι οι χώροι κοινής δραστηριότητας (γυμναστήριο, κεφετέρια) και ένας εσωτερικός αύλειος χώρος. Οι διάδρομοι του ισογείου και του ορόφου επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω οριζόντιων ανοιγμάτων, ενώ η σύνδεσή τους με τους φεγγίτες που είναι προσαρμοσμένοι σε καίριες θέσεις στην οροφή, τους επιτρέπει να λειτουργούν ως φωταγωγοί, παρέχοντας επαρκή φυσικό φωτισμό, έως και 90% στις αίθουσες διδασκαλίας της νότιας πλευράς και έως 50% στους κεντρικούς χώρους. Η αξιοποίηση του ηλιακού φωτός επιτυγχάνεται και με την ορθή διάταξη των ανοιγμάτων σε συνδυασμό με τη χρήση των κατάλληλων υλικών. Ιδιαίτερα στους χώρους με νότιο προσανατολισμό εγκαταστάθηκε μία σειρά από φεγγίτες, επιστρωμένους με αεροπήκτωμα, το οποίο εκτός από τις θερμομονωτικές του ιδιότητες, βοηθάει στη διάχυση του φωτός και στην αποφυγή της αντηλιάς εντός των αιθουσών, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη σκίασης. Παράλληλα, σε χαμηλότερο ύψος εγκαταστάθηκαν ενεργειακά κουφώματα πλήρους ορατότητας. Τέλος, η επίστρωση ανοικτού χρώματος κεραμικών πλακιδίων και πλακιδίων βινυλίου στις τοιχοποιίες και στα δάπεδα αντίστοιχα και η τοποθέτηση αναρτημένης οροφής λευκού χρώματος συνέβαλαν στην ανάκλαση του φωτός στο εσωτερικό και στη μέγιστη εκμετάλλευση του φυσικού φωτισμού.
Μία άλλη σημαντική παράμετρος στην εξοικονόμηση ενέργειας, την οποία οι αρχιτέκτονες συμπεριέλαβαν στο σχεδιασμό, ήταν η δημιουργία ενός θερμομονωτικού μανδύα, που αποτελείται από κουφώματα τριπλού υαλοπίνακα και επενδυμένες τοιχοποιίες και δάπεδα υψηλής θερμικής αντίστασης. Στη θερμομονωτική επάρκεια του κτιρίου συνετέλεσε η τοποθέτηση ενιαίων πετασμάτων προκατασκευασμένου σκυροδέματος, ύψος 9 m
για την επένδυση των προσόψεων με ανατολικό, δυτικό και βόρειο προσανατολισμό. Αυτά τα πετάσματα στερεώθηκαν στο σύμμεικτο σκελετό του κτιρίου σε δύο μόνο σημεία, άνω και κάτω, συνιστώντας ένα συνεχές εξωτερικό περίβλημα, ενώ ταυτόχρονα η αποφυγή πολλών αγκυρώσεων για την τοποθέτηση αυτών περιορίζει τη δημιουργία θερμικών γεφυρών και τη διείσδυση υγρασίας στο εσωτερικό. Αντίστοιχα, για την πλαγιοκάλυψη της νότιας πλευράς χρησιμοποιήθηκαν θερμοηχομονωτικά πετάσματα και εξωτερικά στην πρόσοψη αναρτήθηκαν μεταλλικά πλαίσια σε κλίση 70° για την εγκατάσταση των φωτο-
βολταϊκών πετασμάτων. Σε ορισμένες θέσεις του δώματος, κυρίως στη βόρεια πλευρά κάτω
από το μεταλλικό πλαίσιο, έχει πραγματοποιηθεί φύτευση, η οποία λειτουργεί θερμομονωτικά στο υποκείμενο κέλυφος.

Παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές
Το αρχιτεκτονικό γραφείο (SOM) συνεργάστηκε με το Centre for Architecture Science and Ecology (CASE) με σκοπό τη βέλτιστη διάταξη των φωτοβολταϊκών πετασμάτων, ώστε να εκμεταλλεύονται στο μέγιστο βαθμό την ηλιακή ενέργεια, χωρίς να σκιάζονται μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα ήταν η τοποθέτηση πετασμάτων, διαφορετικών μεγεθών σε διαφορετικές γωνίες κλίσης επάνω σε μεταλλικό σκελετό, ο οποίος αγκυρώθηκε στο δώμα του κτιρίου και λειτουργεί, πλέον και ως σκίαστρο στον αύλειο χώρο της βόρειας πλευράς. Στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές συμμετέχει και τα σύστημα γεωθερμίας με κατακόρυφους γεωεναλλάκτες, οι οποίοι τοποθετήθηκαν υπογείως στη θέση, στην οποία βρίσκεται το αθλητικό γήπεδο. Το σύστημα γεωθερμίας συνιστάται από 81 πηγάδια, τα οποία εκμεταλλεύονται τις θερμές μάζες του εδάφους ή των υπογείων υδάτων και συνδέονται με τις αντλίες θερμότητας για την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου σε θέρμανση και ψύξη. Οι ανάγκες σε ζεστό νερό χρήσης καλύπτονται από τους ηλιακούς συλλέκτες που είναι εγκατεστημένοι στην οροφή.

Εγκατάσταση ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού
Η διαφορετική χρήση κάθε χώρου στο εσωτερικό του κτιρίου απαιτούσε τη διαμόρφωση του δικτύου διανομής θερμικού / ψυκτικού φορτίου και νωπού αέρα σε επί μέρους κλάδους για τη ρύθμιση της τροφοδοσίας ανάλογα με τις ενεργειακές απαιτήσεις κάθε χώρου. Κεντρικά είναι εγκατεστημένη μονάδα εξαερισμού με σύστημα ανάκτησης θερμότητας υψηλής απόδοσης και διατάξεις αυτοματισμών ελέγχου για τη διανομή νωπού αέρα, ρυθμιζόμενης θερμοκρασίας και έντασης σε κάθε χώρο ξεχωριστά.
Για τον έλεγχο των ενεργειακών απαιτήσεων και καταναλώσεων ανά χώρο, η αρχιτεκτονική ομάδα πρότεινε την εγκατάσταση ενός προγραμματιστικού συστήματος για την καταγραφή και επεξεργασία όλων των δεδομένων, με σκοπό τον έλεγχο των πραγματικών ενεργειακών
επιδόσεων της συνολικής λειτουργίας του Kathleen Grimm School σε σχέση με τις τιμές σχεδιασμού, σύμφωνα με τις οποίες επιτυγχάνεται μείωση των ενεργειακών αναγκών κατά 50%.