Κατοικία μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας στη Βραζιλία

Χωροθετημένη στην κορυφή μιας κοιλάδας στο χωριό Catucaba, 150 km βορειοανατολικά του Σάο Πάολο, σε μια έκταση επιφάνειας 30.000 m2, η κατοικία αναπτύσσει μια ισχυρή σχέση με το τοπίο και τα ιδιαίτερα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά της περιοχής, γεγονός που επιτρέπει την αυτονομία του κτιρίου κατά την παραγωγή ενέργειας. Το υψόμετρο της περιοχής (1.500 m) επηρεάζει το κλίμα, το οποίο χαρακτηρίζεται από ξηρούς χειμώνες και ήπια καλοκαίρια.
Κυρίαρχος στόχος κατά την αρχιτεκτονική μελέτη της κατοικίας ήταν η αποδοτική ενεργειακή κατανάλωση του κτιρίου, σε συνδυασμό με τη εξασφάλιση συνθηκών άνεσης στους χρήστες μέσω της άμεσης σχέσης με το περιβάλλον. Λόγω της απομονωμένης τοποθεσίας στην οποία βρίσκεται, η κατοικία δεν είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο ηλεκτρισμού, συνεπώς είναι ενεργειακά αυτόνομη μέσω των συστημάτων παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας που διαθέτει.
Η κατοικία αναπτύσσεται σε ένα επίπεδο και διαμορφώνεται σε μια επιμήκη ορθογωνική κάτοψη, μέσα στην οποία διακρίνονται 3 υπνοδωμάτια και ένας ενιαίος χώρος που συνδυάζει το καθιστικό με την κουζίνα. Το κτίριο στηρίζεται σε υποστυλώματα και είναι υπερυψωμένο, με τρόπο που να εντάσσεται ομαλά στην κλίση του εδάφους, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει τη δημιουργία υπόσκαφου χώρου κάτω από το καθιστικό για την εγκατάσταση των συστημάτων ανανεώσιμης ενέργειας.
Σε αντίθεση με το συνήθη τρόπο κατασκευής κτιρίων στην Βραζιλία από οπτοπλίνθους, για την κατοικία επιλέχθηκαν ελαφρά υλικά, ώστε να απλοποιηθεί η διαδικασία της κατασκευής και να μειωθούν τα φορτία των δομικών στοιχείων. Κατασκευάστηκε από προκατασκευασμένα ξύλινα στοιχεία με μόνωση ινών πολυαιθυλενίου, πιστοποιημένα σύμφωνα με το πρότυπο αειφορικής δασικής διαχείρισης. Τα εσωτερικά δάπεδα έχουν επένδυση από αργιλικά τούβλα, κατασκευασμένα από το χώμα της περιοχής, ενώ οι υπαίθριοι χώροι διαμορφώνονται με πιστοποιημένη ξυλεία. Ξύλινα κουφώματα με διπλούς υαλοπίνακες εξασφαλίζουν την άνεση των χρηστών, τη θέα και το φυσικό αερισμό, ενώ η ο οροφή διαμορφώνεται ως μια ξύλινη πλατφόρμα, ενσωματώνοντας ομαλά τον κτιριακό όγκο στο πλούσιο φυσικό του περιβάλλον.
Η κατοικία Catuçaba έλαβε την υψηλότερη δυνατή διάκριση (Platinum) από το Green Building Council της Βραζιλίας, γεγονός που το καθιστά το πρώτο κτίριο στη Βραζιλία με τόσο υψηλή πιστοποίηση, αποδεικνύοντας στην πράξη ότι είναι εφικτός ο συνδυασμός σύγχρονου αρχιτεκτονικού σχεδιασμού και ανανεώσιμων ενεργειακών συστημάτων σε κατασκευές που χαρακτηρίζονται από υψηλή αισθητική και αποδοτική ενεργειακή συμπεριφορά.
Παθητικός ενεργειακός σχεδιασμός
Κατά το σχεδιασμό της κατοικίας, οι μελετητές ενσωμάτωσαν παθητικά συστήματα που συντελούν στην ενεργειακή αυτονομία του κτιρίου και στην άνεση των χρηστών.
Προσανατολισμός κτιρίου
Με γνώμονα την αξιοποίηση των ωφέλιμων ηλιακών φορτίων κατά τη χειμερινή περίοδο και την αποφυγή της ανεπιθύμητης υπερθέρμανσης κατά τη θερινή περίοδο, ο χώρος διημέρευσης και τα υπνοδωμάτια χωροθετήθηκαν προς το βορρά (ευνοϊκός προσανατολισμός στο νότιο ημισφαίριο) με μια απόκλιση κατά 25°. Μια σειρά προσομοιώσεων κατά τη μελέτη απέδειξε ότι αυτής της τάξης η απόκλιση επηρεάζει σε ποσοστό μικρότερο από 10% τις ενεργειακές απαιτήσεις σε θέρμανση και κρίθηκε απαραίτητη για την ομαλότερη ένταξη του κτιρίου παράλληλα με τις ισοϋψείς του οικοπέδου και την πληρέστερη εκμετάλλευση της θέας.
Θερμική μάζα
Σε περιοχές, στις οποίες παρατηρούνται μεγάλες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις μέσα στην ημέρα, η ενισχυμένη θερμική μάζα του κτιρίου συμβάλλει στη διατήρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας σε σταθερό επίπεδο. Στην κατοικία Catucaba, καθώς οι τοίχοι και η οροφή είναι κατασκευασμένοι από ελαφριά υλικά, το δομικό στοιχείο με τη μεγάλη θερμική μάζα είναι το δάπεδο, το οποίο κατασκευάστηκε από πλάκα σκυροδέματος 4,5 cm με επίστρωση από πλίνθους συμπιεσμένου χώματος, πάχους 5 cm.
Διαμόρφωση κουφωμάτων
Κατά την αρχική μελέτη του κτιρίου είχαν προβλεφθεί εκτεταμένες γυάλινες επιφάνειες τόσο στο καθιστικό, όσο και στο διάδρομο (νότιος προσανατολισμός). Καθώς η πανοραμική θέα προς το νότο είναι περιορισμένη και η ενεργειακή προσομοίωση έδειξε αυξημένες ανάγκες σε ενέργεια για τη θέρμανση του χώρου λόγω του γυάλινου κελύφους, η επιφάνεια των γυάλινων επιφανειών περιορίστηκε κατά 10%. Τα πλαίσια των κουφωμάτων κατασκευάστηκαν από ξύλο και επιλέχθηκαν διπλοί υαλοπίνακες, γεγονός που αποτελεί εξαίρεση για τη Βραζιλία, όπου ο μονός υαλοπίνακας αποτελεί την συμβατική κατασκευή.
Σχεδιασμός προβόλου
Ο πρόβολος της οροφής προς το βορρά φτάνει στα 2,15 m, επιτρέποντας τον έλεγχο της θάμβωσης και των ηλιακών κερδών κατά τη θερινή περίοδο. Το μέγεθος του προβόλου μελετήθηκε με κριτήριο την πλήρη σκίαση της βορινής όψης κατά το καλοκαίρι, επιτρέποντας παράλληλα την έμμεση ακτινοβολία, η οποία εξασφαλίζει το φυσικό φωτισμό των εσωτερικών χώρων και διασφαλίζει την οπτική άνεση των χρηστών. Κατά τη χειμερινή περίοδο τα κουφώματα των υπνοδωματίων σκιάζονται τις πρωινές ώρες, ενώ μετά το μεσημέρι η ηλιακή ακτινοβολία εισχωρεί στο εσωτερικό, θερμαίνοντας τους χώρους.
Ο έλεγχος της ηλιακής ακτινοβολίας γίνεται συμπληρωματικά και από σκίαστρα από κορμούς ευκάλυπτου. Καθώς τα σκίαστρα εμποδίζουν την επαφή με τον περιβάλλοντα χώρο, χρησιμοποιούνται κυρίως για λόγους ιδιωτικότητας ή επικουρικά του προβόλου για τον έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τις πολύ ζεστές ημέρες.
Φυσικός αερισμός
Με τον κατάλληλο συνδυασμό επαρκούς ελέγχου της ηλιακής ακτινοβολίας, αυξημένης θερμικής μάζας και φυσικού αερισμού είναι εφικτό να επιτευχθεί ο φυσικός δροσισμός του κτιρίου, εκμηδενίζοντας τις ενεργειακές ανάγκες για αερισμό και κλιματισμό. Ειδικά σε κτίρια με μικρό βάθος ο διαμπερής αερισμός αποτελεί την πιο κατάλληλη λύση. Μικρά ανοίγματα, ψηλά στις όψεις και στους εσωτερικού τοίχους, δημιουργούν ευχάριστες συνθήκες εσωτερικού αέρα και αποφεύγονται τα έντονα ρεύματα αέρα στους κατοικήσιμους χώρους. Επιπλέον, ανοιγόμενα συρόμενα ανοίγματα σε όλους τους χώρους βοηθούν στην εκτόνωση της υψηλής εσωτερικής θερμοκρασίας κατά τις πολύ ζεστές ημέρες. Στα υπνοδωμάτια οι ανοιγόμενες επιφάνειες καταλαμβάνουν έκταση ίση με το 19% του εμβαδού των δωματίων, ενώ στο καθιστικό το 35% της επιφάνειας.
Ενεργειακά συστήματα
Η ενεργειακή αυτονομία της κατοικίας επιτυγχάνεται μέσω ενός συνδυασμού ενεργειακών συστημάτων. Το γεγονός ότι οι ενεργειακές ανάγκες και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν ταυτίζονται μέσα στη διάρκεια της ημέρας, ούτε με την εναλλαγή των εποχών, κρίθηκε απαραίτητη η εγκατάσταση περισσότερων του ενός συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ώστε να ικανοποιούνται οι ενεργειακές απαιτήσεις με την ελάχιστη δυνατή αποθήκευση ενέργειας.
Φωτοβολταϊκά στοιχεία στην οροφή και μια ανεμογεννήτρια δίπλα στην κατοικία παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται σε σύστημα μπαταριών, εγκατεστημένο στον υπόσκαφο βοηθητικό χώρο κάτω από το καθιστικό. Η παραγωγή ζεστού νερού χρήσης γίνεται μέσω ηλιακών πετασμάτων στην οροφή και αποθηκεύεται σε δοχείο αποθήκευσης στον υπόσκαφο χώρο. Για την κάλυψη επιπλέον αναγκών σε ζεστό νερό υπάρχει εγκατεστημένος θερμοσίφωνας αερίου. Η θέρμανση των χώρων γίνεται με θερμάστρες ξύλου.