(151) Ενεργειακά αποδοτικά πλωτά υποθαλάσσια κτίρια σε θερμά & ψυχρά κλίματα

Φοιτητής : Δουμακής Παναγιώτης
Επιβλέποντες : Robert Fröhler- Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik TUM, Dr. Gunter Pültz- Müller- BBM 
Πανεπιστήμιο:Technical University of Munich                                                                                                                                                       
Τομέας : Τομέας βιοκλιματικού σχεδιασμού
Μεταπτυχιακό πρόγραμμα Clima Design M.Sc.
Παρουσίαση κ παράδοση : Ιούλιος 2010

Περίληψη

Δημογραφικοί, οικονομικοί και πολιτικοί λόγοι αναγκάζουν  σήμερα ολοένα και περισσότερους ανθρώπους να επιλέξουν  κάποια από τις  μεγαλουπόλεις ως τόπο κατοικίας. Οι λεγόμενες και Megacities ενδέχεται να συγκεντρώσουν περισσότερο από το 70% του παγκόσμιου πληθυσμού σε περιοχές το 70% των οποίων είναι παραθαλάσσιες. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων πόλεων είναι η Νέα Υόρκη, Το Ρίο ντε Τζανέιρο, η Κωνσταντινούπολη, το Τόκιο ή η Σαγκάη. Επιπλέον η άνοδος των θαλάσσιων υδάτων κατά 19- 58 εκ., σύμφωνα με το IPCC [1] σενάριο εξαιτίας της παγκόσμιας υπερθέρμανσης του πλανήτη, θα μπορούσε να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα  στην οικονομική ανάπτυξη των πόλεων αυτών. Το πιο σοβαρό και επίκαιρο πρόβλημα, ωστόσο, θα μπορούσε να θεωρηθεί η έλλειψη ζωτικού χώρου, κυρίως στα κέντρα των πόλεων αυτών, αναγκαίου για την χωροθέτηση νέων χρήσεων σε ένα ολοένα και μεταβαλλόμενο αστικό περιβάλλον.

Όλα τα ανωτέρω δημιουργούν σήμερα τις προϋποθέσεις εκείνες που είναι απαραίτητες για την εμφάνιση φιλόδοξων σχεδίων με σκοπό την επέκταση του αστικού ιστού μέσα από ευέλικτες στρατηγικές αναφορικά με το υγρό στοιχείο, θαλάσσιο και μη. Οι δυνατότητες του σημερινού μηχανικού είναι πολλές και ποικίλες, όπως η δημιουργία νέων νησιών στην αραβική χερσόνησο ή η κατασκευή πλωτών κατασκευών στην Ολλανδία. Τον νέο αυτόν  χώρο -τόπο καλείται να διαχειρισθεί η σύγχρονη αρχιτεκτονική (πολεοδομικά και κατασκευαστικά).

Δεν είναι μόνο η γοητεία του νερού, ως φυσικού περιβάλλοντος,, αλλά και η δυνατότητα που προσφέρει αυτό στην αναδιαμόρφωση των αστικών σχηματισμών και λειτουργιών, που το κάνει τόσο ελκυστικό. Καθ΄αυτόν τον τρόπο οι νέες πλωτές γειτονιές μπορούν εντάσσονται με ευελιξία στις εκάστοτε απαιτήσεις μιας πολεοδομικής ενότητας. Αυτό είναι εξάλλου και το πιο ενδιαφέρον και επαναστατικό σημείο στις πλωτές κατασκευές- η μεταβλητότητα και η κίνηση, σε αντίθεση με την ακινησία των επίγειων κατασκευών.

Παρόλα αυτά, όμως, μέχρι σήμερα σε παρόμοια projects απουσιάζει κάθε αναφορά στην ενεργειακή απόδοση ή, ακόμη περισσότερο, μια πιο ολιστική αντιμετώπιση των εγχειρημάτων αυτών .Δυστυχώς εκλείπει η διάθεση του ανθρώπου να προσεγγίσει το υγρό στοιχείο για να εκμεταλλευτεί στη συνέχεια τις ανανώσιμες πηγές ενέργειας που θα πρικύψουν. Σε αυτό το σημείο αξίζει να τονιστούν και οι διαφορετικές φυσικές ιδιότητες που προσφέρει τον νερό σε σχέση με τον αέρα. Είναι, ομολογουμένως, αναγκαία μια νέα αντιμετώπιση του τρόπου κατασκευής των μελλοντικών πλωτών κτιρίων, αλλά  εξίσου συναρπαστική. Συνοπτικά οι   ιδιότητες αυτές αναφέρονται στη  μεγαλύτερη θερμοχωρητική ικανότητα του νερού, όπως επίσης και η διαφορά φάσης της θερμοκρασίας του σε σχέση με τον αέρα στις διαφορετικές εποχές του χρόνου. Σημαντική είναι επίσης η διαφορά θερμοκρασίας των επιφανειακών υδάτων σε σχέση με βαθιά θαλάσσια στρώματα ή ρεύματα στα 200-5000μ (διαφορά της τάξης των 20°C). Είναι ίσως ήδη γνωστά μερικά από τα πιλοτικά- ερευνητικά προγράμματα, που έχουν ως στόχο την αξιοποίηση της έως τώρα ανεκμετάλλευτης ενέργειας της θάλασσας, όπως π.χ. η παραγωγή ηλεκτρισμού ή ψύξης κτιριακών μονάδων. Συνοψίζοντας, το υγρό στοιχείο, που καταλαμβάνει το 75% της επιφάνειας της γης, μπορεί να αποτελέσει ένα μέσο για την υλοποίηση παραθαλάσσιων κατασκευών που θα είναι ενεργειακά αυτάρκεις και φιλικές στο περιβάλλον.

Ο κύριος στόχος της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι να δώσει απαντήσεις σε μια σειρά από ερωτήματα όπως:

- Σε ποιες τοποθεσίες και ποιες λειτουργίες/ χρήσεις ενδείκνυται οι πλωτές- υποθαλάσσιες κατασκευές (πλεονεκτήματα- μειονεκτήματα)
- Με ποιους τρόπους μπορούν να αξιοποιηθούν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ποιο είναι το ενεργειακό αποτύπωμα του κτιρίου σε σχέση με την εκάστοτε χρήση και τοποθεσία;
- Πως μπορεί να κατασκευαστεί ένα πλωτό κτίριο και ποια είναι τα προβλήματα που μπορεί να προκύψουν (υλικά, κατασκευαστική μέθοδος, πλευστότητα)
- Πόσο κοστίζουν οι επενδύσεις στις ενεργειακές τεχνολογίες και πόσα είναι τα πάγια έξοδα λειτουργίας του κτιρίου ανά τοποθεσία

Για την μελέτη όλων των παραπάνω ερωτημάτων επιλέχθηκε ένα ανάλογο πλωτό κτίριο. Πρόκειται για μια μελέτη των αρχιτεκτόνων Μάξιμου Χρυσομαλίδη και Νικόλαου Καριντζαΐδη προορισμένη αρχικά για τα νερά του Βοσπόρου στα πλαίσια του προγράμματος'' Κωνσταντινούπολη- Πολιτιστική Πρωτεύουσα της Ευρώπης 2010''. Για τις ανάγκες της διπλωματικής εργασίας το πλωτό- υποθαλάσσιο κτίριο ή αλλιώς ΛΙΜΑΝΙ, επιλέχθηκε να δοκιμαστεί αρχικά σε ένα ψυχρό κλίμα και δευτερευόντως σε ένα θερμό. Οι περιπτώσεις των πόλεων της Κοπεγχάγης- Δανία και Μασκάτ- Ομάν κρίνονται επιτυχημένες όχι μόνο γα τα αντιδιαμετρικά κλιματικά δεδομένα που προσφέρουν για μια τέτοια μελέτη, αλλά επίσης για την ενδιαφέρουσα τοπογραφία τους και την διαφορετική αρχιτεκτονική τους. Το κτίριο έπρεπε αρχικά όχι μόνο να ενταχθεί στην υπάρχουσα αστική κατάσταση, αλλά μέσα από τη μορφή και λειτουργία του να αναδείξει ένα νέο δρόμο, τόσο σε πολεοδομικό (Φωτ. 8) όσο και κατασκευαστικό- ενεργειακό επίπεδο.

8. Το κτίριο και η ένταξη του στον υπάρχον πολεοδομικό ιστό/ Μασκάτ/ Ομάν

Το κτίριο αυτό λοιπόν (Φωτ. 1,2,3), είναι μια πλωτή κατασκευή, με το 80% του όγκου του να είναι βυθισμένο στο νερό και οι χρήσεις του αναπτύσσονται σε δύο επίπεδα. Στο επίπεδο 0 (επίπεδο προβλήτας) το κτίριο είναι ένας ελεύθερος υπαίθριος χώρος και λειτουργεί ως προβλήτα για μικρά σκάφη. Στην αρχή της προβλήτας βρίσκεται η είσοδος προς το κυρίως κτίριο, το υποθαλάσσιο. Στα -5μ. υπό τη στάθμη του νερού αναπτύσσονται γραμμικά οι χρήσεις του κτιρίου 1) υποδοχή, 2) εκθεσιακός χώρος, 3) εστιατόριο. Η δεύτερη έξοδος της διαδρομής αυτής επιτυγχάνεται μέσω του εστιατορίου, το οποίο αναπτύσσεται και στα δύο επίπεδα και καταλαμβάνει και ένα μέρος της προβλήτας.

1. Εξώφυλλο της διπλωματικής εργασίας

 2. Τρισδιάστατη απεικόνιση του πλωτού Κτιρίου

3. Τρισδιάστατη απεικόνιση του πλωτού Κτιρίου/ εσωτερικό

4. Τρισδιάστατες απεικονίσεις του πλωτού Κτιρίου

5. Κλιματικά δεδομένα Μασκάτ/ Ομάν

Το ΛΙΜΑΝΙ είναι ουσιαστικά μια μεταλλική κατασκευή  με διπλά τοιχώματα - δεξαμενές(Φωτ.6) τα οποία πληρώνονται με νερό για λόγους ευστάθειας, ασφάλειας αλλά δίνουν και τη δυνατότητα κίνησης του κτιρίου καθ' ύψος (χρήσιμο στην Κοπεγχάγη λόγω της άμπωτης). Σε κάθε μία από τις δύο τοποθεσίες διερευνήθηκε και υπολογίστηκε η εξοικονόμηση ενέργειας με τη χρήση θερμομόνωσης (σε τοιχώματα και ανοίγματα), συστημάτων ηλιοπροστασίας, επανάκτησης θερμότητας, χρήση αντλιών θερμότητας νερού/ νερού  κ.α. Για το λόγο αυτό συντάχθηκε σε κάθε τοποθεσία και ένα διαφορετικό μοντέλο λειτουργίας του κτιρίου (Clima Concept- Φωτ. 7) λαμβάνοντας υπόψη του τα διαφορετικά κλιματικά δεδομένα και τις διαθέσιμες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Συνολικά μελετήθηκαν τρία διαφορετικά σενάρια χρήσεων (1 εκθεσιακός/ πολυχρηστικός χώρος, 2 χώρος γραφείων, 3 ξενοδοχείο) οι οποίες έδωσαν και διαφορετικά αποτελέσματα ενεργειακής απόδοσης και λειτουργίας.  Η διαστασιολόγηση των εγκαταστάσεων αερισμού, φωτοβολταϊκών μονάδων, ανεμογεννητριών κτλ.  έγινε με στατικούς υπολογισμούς και με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη απόδοση με το μικρότερο κόστος. Για παράδειγμα στο Μασκάτ επιλέχθηκε η ψύξη του κτιρίου να καλύπτεται από την άντληση ψυχρού θαλασσινού νερού από τα 200μ. βάθος (Φωτ.9, 10) ή στην περίπτωση της Κοπεγχάγης χρησιμοποιείται το νερό για υποστήριξη της θέρμανσης όπως επίσης αξιοποιήθηκαν και οι άνεμοι που πνέουν στην περιοχή (ανεμογεννήτριες). Η εξομοίωση έδειξε εν τέλει, ότι η ενεργειακή αυτάρκεια είναι εφικτή παρ' όλες τις απαιτητικές προδιαγραφές που διέπουν τέτοιες χρήσεις και με κόστος επένδυσης το οποίο είναι δυνατό να αποσβεσθεί εντός των πρώτων χρόνων λειτουργίας του κτιρίου. Σημαντική θεωρείται η δημιουργία ενός τοπικού δικτύου διαχείρισης ενέργειας, έτσι ώστε μια εγκατάσταση, π.χ. η ψύξη με θαλασσινό νερό, να εξυπηρετεί και γειτονικά κτίρια (τηλεψύξη), μειώνοντας  το αρχικό κόστος επένδυσης αλλά και δημιουργώντας παράλληλα μια σχέση αμοιβαίας συνεργασίας σε θέματα ενέργειας. 

   
6. Σχηματική τομή κατά πλάτος
    

7. Διάγραμμα λειτουργίας του κτιρίου κατά τους θερινούς μήνες/ Ψύξη

9. Κάλυψη των ενεργειακών αναγκών από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

 10. Διάγραμμα απαιτούμενης ενέργειας για την άντληση θαλασσινού νερού (για την ψύξη του κτιρίου) σε σχέση με το βάθος άντλησης

Παραπομπές.
                                         
[1]Intergovernmental Panel on Climate Change, chapter 5, FAQ 5. 1- Fiq. 1 http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data_figures_and_tables_IPCC_AR4_wg1_figures.htm,

Διπλωματικές & Ερευνητικές Εργασίες - Το greekarchitects.gr, προτείνει μια  θεματική ενότητα, στην οποία παρουσιάζονται πτυχιακές ή ερευνητικές εργασίες φοιτητών από σχολές πολυτεχνείων της Ελλάδας και του εξωτερικού. Οι ενδιαφερόμενοι /νες μπορούν να μας στείλουν την διπλωματική τους εργασία.