Ερευνητικό κέντρο μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας. Εφαρμογή ολιστικού σχεδιασμού

Στη βόρεια ακτή του ποταμού Roaring Fork στο Κολοράντο των ΗΠΑ, το νεόδημητο Κέντρο Καινοτομίας του Ινστιτούτου Έρευνας Βραχωδών Ορέων (RΜΙ) αιχμαλωτίζει τον επισκέπτη με το συνδυασμό του άπλετου φυσικού φωτισμού, της απέραντης θέας και μίας παλέτας υλικών αποτελούμενης από πέτρα, ξύλο και ψευδάργυρο που αντανακλούν την υφή του τοπίου, στο οποίο εντάσσεται αρμονικά. Σχεδιασμένο για χρήση εκατό ετών, το ενεργειακά πιστοποιημένο κτίριο (LEED-Platinum), χαρακτηρίζεται από μηδενική καθαρή κατανάλωση ενέργειας ικανοποιώντας παράλληλα τις απαιτήσεις αειφορίας και αναβάθμισης της ποιότητας του αέρα του εσωτερικού περιβάλλοντος. Ο σχεδιασμός του κτιρίου, συνολικής επιφάνειας 1.450 m², πραγματοποιήθηκε υιοθετώντας τη λογική της βιωσιμότητας, προσφέροντας χώρους συνεργασίας και συγκέντρωσης, με στόχο τη διαρκή εξέλιξη της έρευνας και της καινοτομίας.
Εφαρμόζοντας το μοντέλο του ολιστικού σχεδιασμού, το Κέντρο Καινοτομίας του Ινστιτούτου Έρευνας Βραχωδών Ορέων, κατασκευάστηκε ως ένα "ζωντανό πείραμα", όπου ο σκοπός της δημιουργίας, η μέθοδος σχεδιασμού και κατασκευής και η λειτουργία του σε πραγματικό χρόνο θα αποτελέσουν πρότυπο οδηγό για τις μελλοντικές κατασκευές παρόμοιας κλίμακας. Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός περιλαμβάνει έντονα μέτρα παθητικής σχεδίασης, τα οποία επιτρέπουν τη μειωμένη ανάγκη μηχανικής θέρμανσης και την ολοκληρωτική εξάλειψη μηχανικής ψύξης επιτυγχάνοντας την εξοικονόμηση ενέργειας κατά 74% σε σύγκριση με ένα μέσο κτίριο γραφείων σε παρόμοιο κλίμα. Έτσι, το Κέντρο Καινοτομίας αναμένεται να αποτελεί το πιο αποδοτικό ενεργειακά κτίριο στην ψυχρότερη κλιματική ζώνη της Βόρειας Αμερικής.

Αρχιτεκτονικός σχεδιασμός
Στην προσπάθειά τους να δημιουργήσουν ένα κτίριο που να εντάσσεται αρμονικά στο τοπίο και να αναμειγνύεται με το φυσικό περιβάλλον, οι αρχιτέκτονες χρησιμοποίησαν στις εξωτερικές επιφάνειες του κτιρίου μία παλέτα ανθεκτικών υλικών της περιοχής. Λαξευμένοι τοίχοι από ερυθρό και κιτρινωπό ψαμμίτη του Κολοράντο ορθώνονται από τη γη, επενδύσεις από ψευδάργυρο και μεταλλικά πετάσματα αντανακλούν τις χιονισμένες βουνοπλαγιές, ενώ νότες από ξύλο κέδρου συμβάλλουν στη συνέχιση του ύφους των Βραχωδών Ορέων. Ο ανεπεξέργαστος κέδρος, ξύλο με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση χωρίς να απαιτεί καμία επεξεργασία, εμφανίζει μία ασημένια οξείδωση με την πάροδο του χρόνου. Η επιλογή των υλικών συμφωνεί με το τοπικό οικοσύστημα και παράλληλα μειώνει τον αντίκτυπο από εκπομπές άνθρακα, καθώς και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Η κύρια είσοδος του κτιρίου από βορρά εισάγει στο μεγάλο, διπλού ύψους αίθριο το οποίο συνδέει, διαμέσου του κτιρίου, τους υπαίθριους χώρους των δύο κύριων όψεων και διαχωρίζει την ήσυχη πλευρά από τους χώρους δημόσιας συγκέντρωσης εγγύτερα στο κέντρο της πόλης Βasalt.
Εμφανείς δοκοί επικολλητής ξυλείας επί στιβαρών ξύλινων υποστυλωμάτων δημιουργούν έναν ορατό ρυθμό στο χώρο, ενώ ο δεύτερος όροφος στηρίζεται σε πετάσματα αντικολλητής ξυλείας (CLT), τα οποία αυξάνουν το ύψος ορόφου κατά 36 cm, εγκιβωτίζουν το μηχανολογικό εξοπλισμό και συγχρόνως επιτρέπουν την είσοδο περισσότερου φυσικού φωτισμού. Τα πετάσματα αντικολλητής ξυλείας κατασκευάστηκαν κατά κύριο λόγο από ξυλεία επεξεργασμένη με εντομοκτόνο δράση και συνδυάστηκαν με ξύλινα πετάσματα τοίχου τύπου slat στην οροφή του ισογείου, προσφέροντας μεγαλύτερη ηχομόνωση.
Το κέλυφος του κτιρίου, αποτελούμενο από δομικά μονωμένα πετάσματα πάχους 30,5 cm και μεγάλες γυάλινες επιφάνειες, συνθέτει μια ενεργειακά αποδοτική εγκατάσταση με άφθονο φυσικό φωτισμό. Αυτοματοποιημένα εξωτερικά σκίαστρα ελέγχουν την αντανάκλαση και την απορρόφηση θερμότητας σχηματίζοντας μία "ζωντανή" πρόσοψη καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας.

Ενεργειακός σχεδιασμός
Το κτίριο του Κέντρου Καινοτομίας, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις του Ινστιτούτου RMI επιχειρεί να εξασφαλίσει την αποτελεσματική χρήση και αποκατάσταση των πόρων ως ένα από τα πλέον βιώσιμα και ενεργειακώς αποδοτικά κτίρια. Σχεδιάστηκε ώστε να πληροί τα κριτήρια του Ινστιτούτου για μέγιστη κατανάλωση ενέργειας 60 kWh/m2, με ευρέως γνωστά υλικά που διατίθενται στην αγορά χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η ενσωμάτωση των συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η τελική του κατανάλωση αγγίζει τις 54.3 kWh/m2.
Ένα ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα ισχύος 83 kW στην οροφή παράγει περισσότερη ενέργεια (117.000 kWh ετησίως) από ότι το κτίριο σχεδιάστηκε να χρησιμοποιεί (77.000 kWh ετησίως), συνεισφέροντας στην επίτευξη μηδενικής καθαρής κατανάλωσης ενέργειας και καλύπτοντας επιπλέον τις ανάγκες έξι ηλεκτρικών οχημάτων. Η κλίση της οροφής διασφαλίζει την ιδανική παραγωγή ενέργειας από το φωτοβολταϊκό σύστημα και δημιουργεί στο εσωτερικό έναν όγκο κατάλληλο για τη διαμόρφωση γραφείων ανοικτής διάταξης, τηρώντας το όριο ύψους των κτιρίων της περιοχής. Ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας εξασφαλίζει, κατά τις ώρες αιχμής, την παροχή της απαιτούμενης ενέργειας με ταυτόχρονο περιορισμό των απαιτήσεων κατανάλωσης σε επίπεδα κάτω των 50 kW, τιμή που αντιστοιχεί σε επίπεδα κατηγορίας μικρών εμπορικών κτιρίων.
Επιπλέον, το κτίριο αναμένεται να χρησιμοποιεί μικρότερη ποσότητα νερού από αυτήν που αντιστοιχεί στη μέση στάθμη βροχόπτωσης της περιοχής. Διαθέτοντας ξεχωριστές γραμμές υδραυλικών εγκαταστάσεων, σχεδιάστηκε ώστε να είναι ένα από τα πρώτα εμπορικά κτίρια του Κολοράντο που θα χρησιμοποιεί τα όμβρια ύδατα μόλις οριστικοποιηθούν οι απαιτήσεις στον Κανονισμό της πολιτείας.
Το εξαιρετικά μονωμένο κέλυφος του κτιρίου συνίσταται από τοίχους διαρθρωτικά μονωμένων πετασμάτων με RSI = 8,06 Km2/W και οροφή με RSI = 10,80 Km2/W και λειτουργεί ως ένας ζεστός μανδύας που προφυλάσσει το κτίριο από τις χαμηλές θερμοκρασίες. Η βόρεια πλευρά του Κέντρου Καινοτομίας παρουσιάζεται περισσότερο συμπαγής, ενώ στο νότο τα υψηλής απόδοσης τετραπλά παράθυρα συγκεντρώνουν την ηλιακή θερμότητα και συγχρόνως επιτρέπουν την είσοδο άφθονου φυσικού φωτισμού και προσφέρουν απεριόριστη θέα. Οι τοίχοι της όψεως και τα δάπεδα εμφανούς σκυροδέματος κατά μήκος των υαλοπινάκων συγκεντρώνουν παθητικά την ηλιακή θερμότητα, τοποθετώντας τους χώρους εργασίας μακριά από τις πιο κρύες, κατά τους ψυχρότερους μήνες, γυάλινες επιφάνειες. Κατά τους θερμότερους μήνες, οι ανεμιστήρες οροφής δημιουργούν ροή του αέρα και τα ανοιγόμενα παράθυρα επιτρέπουν τον εξαερισμό των χώρων, ενώ το σύστημα αυτοματοποιημένων εξωτερικών σκιάστρων επιτυγχάνει την αντανάκλαση του φωτός και τη μείωση της απορρόφησης θερμότητας.
Στα περισσότερα κτίρια η ρύθμιση του αέρα πραγματοποιείται στο σύνολο του όγκου αέρα έως και σε ύψος 1,2 m πάνω από τα κεφάλια των ανθρώπων. Ωστόσο, στο Κέντρο Καινοτομίας επιδιώκεται ο επαναπροσδιορισμός της εμπειρίας θερμικής άνεσης, που απολαμβάνει κανείς εντός του κτιρίου μέσω της θέρμανσης ή ψύξης των ίδιων των ανθρώπων και όχι του χώρου. Αυτό επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας τους παράγοντες επιρροής της θερμικής άνεσης, όπως τη θερμοκρασία του αέρα, την ταχύτητα του ανέμου, την υγρασία, το βαθμό ένδυσης, το επίπεδο δραστηριότητας και τη θερμοκρασία των γύρω επιφανειών. Ελέγχοντας κατάλληλα τους ως άνω παράγοντες επιτυγχάνεται η επιδιωκόμενη θερμική άνεση και μάλιστα για διευρυμένη διακύμανση της θερμοκρασίας αέρα (από τους συνηθισμένους 21-24°C στους 18-28°C). Ως επακόλουθο, η χρήση ενέργειας μειώνεται στο μισό, εξαλείφεται η ανάγκη χρήσης κεντρικού συστήματος κλιματισμού ενώ συγχρόνως ελαχιστοποιείται και η ανάγκη θέρμανσης, που κατά τις πιο κρύες ημέρες μόνο επιτυγχάνεται μέσω ενός μικρού συστήματος κατανομής θερμότητας.
Η μέθοδος του συνολικού σχεδιασμού του έργου, αρχιτεκτονική, στατική, μηχανολογική, ακουστική μελέτη καθώς και μελέτη βιωσιμότητας, φωτισμού και περιβάλλοντος χώρου, που εφαρμόστηκε στο Κέντρο Καινοτομίας του Ινστιτούτου RMI, εξασφάλισε τη δημιουργία του πλέον ενεργειακά αποδοτικού κτιρίου με μηδενική καθαρή κατανάλωση ενέργειας. Με αυτό το κτίριο - πρότυπο αποδεικνύεται πως ο κατάλληλος συνδυασμός σχεδιασμού και διαθέσιμων τεχνολογιών μπορεί να εξασφαλίσει τη δημιουργία ενός εξαιρετικά φιλικού προς το περιβάλλον οικοδομήματος, που είναι σε θέση να παράγει περισσότερη ενέργεια από εκείνη που καταναλώνει σε ετήσια βάση αποτελώντας έτσι οδηγό εφαρμογής για τα μελλοντικά κτίρια.