Integrated and smart design for buildings and communities

Abstract

Η ιδέα της μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης βρίσκεται στο επίκεντρο των στόχων για εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στο δομημένο περιβάλλον. Η διεύρυνση εφαρμογής της ιδέας πέρα από την κλίμακα του κτηρίου δύναται να ξεπεράσει τους περιορισμούς που έχουν μεμονωμένα κτήρια στην επίτευξη μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης και σχετίζονται με τη χρήση, το μέγεθος, τη διαθεσιμότητα επιτόπιας ανανεώσιμης ενέργειας και το κόστος.Ο σχεδιασμός κτηρίων υπόκειται μια μεταβολή αντίληψης με την εμφάνιση της έννοιας του Ολοκληρωμένου Σχεδιασμού. Ο Ολοκληρωμένος Σχεδιασμός προϋποθέτει τη συμμετοχή πολλών και ποικίλων ειδικοτήτων από την αρχή του έργου και επίσης ακολουθεί πορεία ανατροφοδότησης ανάμεσα στα στάδια εξέλιξής του. Για το σχεδιασμό και τη λειτουργία κτηρίων και κοινοτήτων μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, η μέτρηση και επαλήθευση της ενεργειακής τους συμπεριφοράς αναγνωρίζεται ως κρίσιμη διαδικασία. Ως αποτέλεσμα, πληθώρα δεδομένων γίνονται διαθέσιμα μέσω μετρητών και αισθητήρων που διαμορφώνουν ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο γνώσης. Ο συνδυασμός της γνώσης που προσφέρουν τα δεδομένα με τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης, οδηγεί στη δημιουργία του έξυπνου δομημένου περιβάλλοντος.Στην τρέχουσα βιβλιογραφία, οι κοινότητες μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης προσεγγίζονται κυρίως θεωρητικά και απουσιάζει η εμπειρία εφαρμοσμένων περιπτώσεων. Η παρούσα εργασία συμβάλλει παρουσιάζοντας την ολοκληρωμένη προσέγγιση που έχει εφαρμοστεί σε τέσσερις πιλοτικές γειτονιές μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, καθώς και τα διδάγματα της εφαρμογής. Η εμπειρία που αποκτήθηκε από την ολοκληρωμένη προσέγγιση στο σχεδιασμό, κατασκευή και μέτρηση των πιλοτικών γειτονιών ανέδειξε δύο κύρια ζητήματα: 1) Εξωτερικά εμπόδια που προκύπτουν από τον αστικό σχεδιασμό και τη νομοθεσία και 2) τις προκλήσεις διαχείρισης και ενσωμάτωσης των προσδοκιών και των απαιτήσεων των μελών της ομάδας.Για να ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια διασφαλίζοντας παράλληλα τα οφέλη της προσέγγισης, η διαχείριση τέτοιων έργων πρέπει να επικεντρωθεί εξαρχής στην καθιέρωση μιας δομής διαχείρισης έργου που θα διασφαλίζει το συντονισμό και την ενσωμάτωση όλων των ενδιαφερόμενων μελών. Η χρήση ενός τυποποιημένου πρωτοκόλλου συνεργασίας που υιοθετείται από το προκαταρκτικό στάδιο σχεδιασμού, μπορεί να διευκολύνει μελλοντικά έργα. Επιπλέον, χρειάζεται η επικαιροποίηση της νομοθεσίας και των κανονισμών προς τη διευκόλυνση της υλοποίησης έργων που αφορούν κοινότητες μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης.Προς το παρόν, είναι περιορισμένη η εφαρμογή ενδελεχών διαδικασιών μέτρησης και επαλήθευσης κατά το σχεδιασμό, την παράδοση και τη λειτουργία κατοικιών και κοινοτήτων μηδενικής ενέργειας. Εστιάζοντας στο πλαίσιο μέτρησης και επαλήθευσης που έχει σχεδιαστεί και εφαρμοστεί στις τέσσερις πιλοτικές γειτονιές, έχει ενσωματώσει οδηγίες από τα υπάρχοντα πρωτόκολλα, συνδέεται με τις φάσεις ανάπτυξης του έργου και συμπληρώνεται με τα διδάγματα που αντλήθηκαν μέσω της εφαρμογής. Το τελικό πλαίσιο καταδεικνύει ότι η μέτρηση και επαλήθευση δεν συνδέονται αυστηρά με τη φάση λειτουργίας του έργου αλλά αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της διαχείρισης και ανάπτυξης του έργου, συνοδευόμενο από έλεγχο ποιότητας σε κάθε βήμα. Το προτεινόμενο πλαίσιο μπορεί να είναι χρήσιμο για τους Υπεύθυνους Διαχείρισης έργων για την ενσωμάτωση των διαδικασιών μέτρησης και επαλήθευσης στη διαχείριση του έργου καθώς και την εναρμόνιση των διαδικασιών με τα στάδια ανάπτυξης του έργου σε μια ολοκληρωμένη διαδικασία σχεδιασμού και εκτέλεσης έργου.Τα δεδομένα μετρηθείσας ενεργειακής απόδοσης που έχουν ληφθεί από το πρώτο έτος μέτρησης και επαλήθευσης μιας πιλοτικής γειτονιάς μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης δείχνουν ότι οι έχουν επιτευχθεί οι στόχοι για παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας τουλάχιστον 50 kWh/m2/έτος σε επίπεδο γειτονιάς και μέγιστο 20 kWh/m2/έτος καθαρής ρυθμιζόμενης κατανάλωσης ενέργειας σε επίπεδο κτηρίου. Αυτά τα αποτελέσματα έχουν προκύψει μέσω μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης για το σχεδιασμό, την κατασκευή και την παρακολούθηση της γειτονιάς, με κόστος επένδυσης 24% χαμηλότερο από το κόστος επένδυσης για ένα μεμονωμένο κτίριο μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης παρόμοιας απόδοσης. Ωστόσο, έχει εντοπιστεί και μια μη αμελητέα απόκλιση απόδοσης που προκαλείται από τους κατοίκους. Εξετάζοντας τη συνολική κατανάλωση και την παραγωγή των φωτοβολταϊκών της πιλοτικής γειτονιάς, τους πρώτους πέντε μήνες παρακολούθησης έχει επιτευχθεί θετική ισορροπία. Συνολικά, η γειτονιά έχει επιτύχει ένα θετικό ενεργειακό ισοζύγιο σε ετήσια βάση για τις ρυθμιζόμενες ενεργειακές της ανάγκες. Οι τεχνολογίες παραγωγής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι απαραίτητες για τις κοινότητες μηδενικής ενέργειας, αλλά συχνά η παραγωγή δεν συμβαδίζει με τη ζήτηση. Η πρόβλεψη επιτρέπει το σχεδιασμό και την εφαρμογή προγραμμάτων διαχείρισης ανάλογα με την αναμενόμενη παραγωγή, βοηθώντας έτσι στην αποτελεσματικότερη και έξυπνη λειτουργία. Η ανάπτυξη τεχνητών νευρωνικών δικτύων έχει αποδειχθεί αποτελεσματική για την πρόβλεψη της παραγωγής 24 ώρες μπροστά.Κοινό σημείο αναφοράς για όλα τα θέματα είναι ο ρόλος των χρηστών. Οι χρήστες χρειάζεται να συμμετέχουν ως ενδιαφερόμενα μέρη σε μια ολοκληρωμένη διαδικασία σχεδιασμού και παράδοσης έργου. Η κατανόηση των αναγκών, των προσδοκιών και της συμπεριφοράς τους είναι ουσιαστικής σημασίας για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό, αξιολόγηση και διαχείριση μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης και έξυπνων κτηρίων ή κοινοτήτων.