Energi og miljø Kvernhuset ungdomsskole i Fredrikstad

Transkript

1 Energi og miljø Kvernhuset ungdomsskole i Fredrikstad 1

2 Nøkkelinformasjon Kvernhuset ungdomsskole er planlagt for elever. Den skal etter planen tas i bruk høsten Skolens bruttoareal er m 2. Idrettshallens bruttoareal er m 2. En stor del av arealet forventes å få brukstid utover ordinær skoletid. Skolen inngår i kommunens program for Lokal Agenda 21. FoU-prosjekt Det er knyttet et forsknings- og utviklingsprosjekt til planleggingen av Kvernhuset ungdomsskole. FoUprosjektet er delvis finansiert av programmet ØkoBygg. Målet er at flere fagmiljøer skal få bygge opp kompetanse på ressurs- og miljøvennlige skoleanlegg, og at temaet settes på dagsordenen for den oppvoksende slekt. I FoU-prosjektet fokuseres det på funksjonalitet med tanke på pedagogisk virksomhet og på tiltak for å gjøre skoleanlegget miljøvennlig, med et sunt inneklima og lav energibruk. nord Lys Store vinduer mot nord og overlyskupler gir høyt dagslysnivå i hjemmebasene. Luft sør Årstidstilpasset ventilasjonsanlegg der naturlige oppdriftskrefter utnyttes i kombinasjon med hjelpevifter. Kulverter bidrar til temperering av ventilasjonsluft. Strategier for energi- og ressurssparing Dagslys utnyttes for å redusere forbruk av elektrisk energi til kunstlys. Dagslys-sensorer skal styre bruk av kunstlys. Noen rom utstyres med sonedelt styring av kunstlys. Naturlige drivkrefter som oppdrift og vind, utnyttes for å redusere forbruk av elektrisk energi til ventilasjonsvifter. Luftmengder kontrolleres ved hjelp av følere for temperaturnivå, relativ fuktighet og CO 2 -nivå. Lavemitterende materialer bidrar til energi-effektivitet. Bergvarme utnyttes ved hjelp av varmepumpe til romoppvarming, forvarming av ventilasjonsluft og varmtvann. Både gråvann og svartvann blir renset på stedet. Arealeffektivitet og bygningsfleksibilitet er faktorer som bidrar til lavt ressursforbruk til bygging og drift. Trevirke og stein fra tomta brukes som bygningsmaterialer. 2

3 \6.ë&^W &^W \6.ë&^W ^A^Hÿ &^W &^W Nøkkelinformasjon forts. Adresse til skolen: Kvernhusveien, Fredrikstad Kontaktpersoner Fredrikstad kommune: Prosjektleder Terje Heen Adresse: Plan- og miljøseksjonen, Postboks 1405, 1602 Fredrikstad Tel: Fax: E-post: tehe@fredrikstad.kommune.no Arkitekter: PIR II Arkitektkontor as og Duncan Lewis et Associés Kontaktpersoner: Mette Melandsø og Ogmund Sørli Adresse: PIR II 13 B, 7010 Trondheim Tel: Fax: E-post: mette.melandsoe@pir2.no; ogmund.soerli@pir2.no Konsulenter VVS: Dagfinn H. Jørgensen AS Adresse: Torgeir Vraas plass 6, 3044 Drammen Tel: Fax: dagfinn.joergensen@dhjoergensen.no Avløpshåndtering: NAVA (Naturbasert Avløpsteknologi as). Kontaktperson: Nils Erik Pedersen. Adresse: Saghellinga A, 1432 Ås Tel: Fax: E-post: nava@nava.nlh.no 6 Plan 1 1: Håndverk, 2: Personal, 3: Administrasjon, 4: Hovedinngang, 5: Skolekjøkken, 6: Musikk, 7: Kantine, 8: Skolekjøkken, 9: Vestibyle, 10: Allmenning, 11: Tekniske rom Plan 2 1: Forming, 2: Kjemi, 3: Baseareal, 4: Bibliotek, 5: Personal, 6: Biologi Planter: Fjeld Consulting AS. Kontaktperson: Tove Fjeld Adresse: Nordbyveien 38, 1406 Ski Tel: Fax: E-post: fjeld-t@online.no Forsker-team fra SINTEF og NTNU: Kontaktperson: Karin Buvik, Adresse: SINTEF avd. Arkitektur og byggteknikk Trondheim Tel: Fax: E-post: Karin.J.Buvik@civil.sintef.no Tegning fra fellesarealet i avdeling GRØNN Snitt gjennom baseareal/allmenning Snitt gjennom vestibylen, sett mot vest 3

4 Mål og tiltak Bygningsmessige miljøtiltak Tiltak som planlegges gjennomført er markert med X Rom-oppvarming og kjøling Lufttetting, ekstra tiltak... Ekstra isolasjon... Lavenergi-vinduer... X Super-lavenergi-vinduer... X Design for passiv bruk av solenergi... Passiv kjøling... X Avanserte kontrollsystemer. SD anlegg... X Ventilasjon Utnyttelse av naturlige drivkrefter etasje Årstidstilpasning... X Varmegjenvinning fra avtrekksluft... fra mekanisk anlegg i 1. etg. Behovsstyrte luftmengder... X Forvarming av ventilasjonsluft... X Lavemitterende bygningsmaterialer... X Målet med FoU-prosjektet er at flere fagmiljøer skal få bygge opp kompetanse på ressurs- og miljøvennlige skoleanlegg, og at temaet settes på dagsordenen for den oppvoksende slekt. Delmål for FoU-prosjektet 1. I henhold til vurderingsmetoden Økoprofil eller tilsvarende skal skolebygningen oppnå høyeste kvalitetsklasse for hvert av de tre hovedområdene: Ytre miljø, Ressurser og Inneklima. 2. I forhold til standardløsninger skal skolebygningen være arealeffektiv og tilpasningsdyktig mht. ulike arbeidsformer. Bygningen skal ha lav energibruk til romoppvarming og lavt elektrisitetsforbruk til kunstlys og ventilasjon. Nye fornybare energikilder skal tas i bruk. 3. Skoleanlegget skal tas i bruk som læremiddel til støtte for miljø- og naturfagundervisningen. Belysning Høy utnyttelse av dagslys... X Dagslyssystemer... demo Transparent isolasjon... X Energieffektivt kunstlys... inne Automatisk kontroll med bruk av kunstlys... X Manuell overstyring av automatisk kontroll... X Solavskjerming, fast... nisjer, planter Solavskjerming, bevegelig (utvendig)... X Nye fornybare energikilder Bergvarme (varmepumpe)... X Soloppvarming av varmtvann... Vann Vannsparende toaletter... demo Temperaturregulering av varmtvann... elkabler Rør-i-rør... X Rengjøringsvennlige løsninger Rent bygg prosedyre... X Veggmonterte toaletter... X Inntrukne sokler... lite belistning Lav hyllefaktor... X Lav loddenhetsfaktor... X Resirkulering og avfallshåndtering Gjenbruk av bygningskomponenter... Gjenbruk av materialer (tegl,stein,treverk)... X Avfallssortering inne, fire fraksjoner... X Avfallssortering ute, miljøstasjon... X 4

5 Energianalyse Hensikten med en energianalyse er å få oversikt over årlig energibruk til drift av bygget, fordelt på ulike energibærere og ulike formål. Resultatene gir en indikasjon på hvor energieffektivt bygget er i forhold til andre sammenlignbare skolebygg i Norge. Energiberegninger Energibehovet er simulert ved hjelp av dataprogrammet Energi i Bygninger, Versjon 3.0, ProgramByggerne ANS, Programmet er basert på en dynamisk beregningsmodell som tar hensyn til byggets termiske treghet (varmekapasitet) og varmetilskuddenes samtidighet. Det er også tatt hensyn til styringssystemer for lys, oppvarming og ventilasjon. Det totale energibehovet er sammensatt av energibehov til oppvarming, kjøling, ventilasjon, lys og utstyr. Det er tatt hensyn til systemenes virkningsgrad og ulike energibærere. Det er benyttet klimadata for nærmeste meteorologiske stasjon, som er Halden. I beregningene inngår klimadata som middeltemperaturer, solinnstråling, luftfuktighet og vindhastighet. Resultater fra energianalyse Det er gjort beregninger med simuleringsprogrammet Energi i bygninger. Resultatene er sammenlignet med Enøk-normtall og erfaringstall fra NVE for tilsvarende bygg. Resultatene viser bl.a. et brutto (kjøpt) energibehov på 120 kwh/m 2 oppvarmet gulvareal, hvorav 100 kwh/m 2 er elektrisitet og det resterende olje. Dette ligger godt under erfaringstall for tilsvarende bygg som har et brutto energibehov på 200 kwh/m 2 /år. ENØK-normtall (fra NVE/ ENSI) for energieffektive nye skoler i samme klimasone, ligger på 116 kwh/m 2 /år. temperatur, C kwh/m2 oppvarmet areal 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5, før Etter 1987 Figuren viser spesifikk energibruk for skolebygg etter byggeår. Kilde: NVE s bygningsnettverk, årsrapport jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des Temperatur C Strålingsflux W/m² Figuren viser månedsmiddeltemperatur og solinnstråling (midlere for hele døgnet) på horisontal flate for et normalår i Halden (NS 3031). Referanse Andresen, I og Dokka, T.H. (juni 2001) Energianalyse av Kvernhuset ungdomsskole, SINTEF rapport strålingsflux, W/m²K 5

6 Dagslys Dagslys har stor betydning for helse, trivsel, konsentrasjonsevne og visuelt inntrykk av rom. I dagslysdominerte rom med lysstyringsanlegg kan man også oppnå betydelig energisparing. Analyse av dagslysforhold Dagslyssimuleringer er utført ved hjelp av dataprogrammet Leso-Dial. I rapporten fra arbeidet vektlegges betydningen av dagslys i skolebygg. Rapporten inneholder kravspesifikasjoner til dagslysutnyttelse i Kvernhuset ungdomsskole og forslag til løsninger som forbedrer dagslysnivå og dagslysfordeling i hjemmebaser og spesialrom, kontorer og lærernes arbeidsplasser. Under utarbeidelse av alternative løsninger er det tatt utgangspunkt i tegninger fra konkuranseprosjektet. Dagslys-faktorer i et 10 m dypt rom med et sørvent vindu i veggen mellom basearealer og birom, plassert over birommet. Utskrift fra programmet LesoDial. Utredningen viser at det enkleste og mest effektive alternativet for hjemmebasene er overlyskupler i bakre del av arealet. I administrasjon og personalavdeling er det anbefalt å utforme veggen med store vertikale smyg på begge sider av vinduene og å bruke glassvegger mot en godt belyst allmenning. Rapporten inkluderer til en viss grad økonomiske aspekter knyttet til utvidet bruk av dagslys i hjemmebasene. Referanse Matusiak, B. (april 2001) Dagslys i Kvernhuset ungdomsskole, SINTEF rapport. nord sør Lys Store vinduer mot nord og overlyskupler gir høyt dagslysnivå i hjemmebasene. Dagslys-faktorer i et 10 m dypt rom med et sørvent vindu i veggen mellom basearealer og birom, plassert over birommet. I tillegg er to kvadratiske overlyskupler plassert i bakre del av basearealene. 6

7 Ventilasjon Mål: Innemiljøet i skolen skal være tilfredstillende og gi en god basis for læring. Luftbehandlingsanlegget og varmeanlegget skal sikre tilfredstillende inneklima og gi best mulig energiutnyttelse. De tekniske anleggene i bygningen skal kunne nyttes i undervisningen. Det er prosjektert et årstidstilpasset, ventilasjonsanlegg basert på kulvertløsning. Plan 1 har mekanisk ventilasjon. I Plan 2 utnyttes naturlige oppdriftskrefter. Noen kravspesifikasjoner til ventilasjon Luftmengder Dimensjonerende luftmengder: 7 l/s p + 0,7 l/s m 2. I enkelte rom med prosessventilasjon (kjøkken og verksteder) vil luftmengden kunne øke langt over denne verdien. Krav til temperatur og fuktighet settes overordnet krav til luftmengder. Dette medfører at luftmengden aksepteres redusert om vinteren. Inneluftkvalitet Ved å prioritere en konstant romtemperatur rundt C og en relativ fuktighet mellom 30 og 55 % foran krav til maks. konsentrasjon av CO 2 på ppm, vil CO 2 nivået i perioder om vinteren overstige denne grenseverdien. CO 2 nivået aksepteres over ppm i opptil 25 % av brukstiden. CO 2 nivået skal være mindre enn ppm i pustesonen i 90 % av brukstiden. Kondensasjon skal ikke forekomme på flater i rommene. Snitt gjennom hjemmebase, plan 2 Tilluft ledes fra kulvert via sjakt til distribusjonskammer over birommene. Tilluften er noen grader kjøligere enn romluften og vil derfor synke ned. Avtrekksluften evakueres via takoppbygg for overlyskuplene. Plan 0 Mellomplan 7

8 Miljøvurderinger Det er gjennomført en forenklet miljøvurdering av skolebygget under prosjektering. Vurderingen er basert på Økoprofil, den eneste norske metoden vi har for miljøvurderinger av bygg. Metoden er beregnet for miljøklassifisering av eksisterende bygninger, og det er gjort noen justeringer av metoden for å tilpasse den til et skolebygg under prosjektering. Miljøvurderingen viser at prosjektet Kvernhuset ungdomsskole stort sett tar meget godt hånd om alle miljøforhold. Utfordringen nå blir å gjennomføre byggeprosjektet slik at alle kravene som er stilt i prosjekteringsgrunnlaget, blir oppfylt. 3,0 2,0 1,0 0,0 Ytre miljø Ressurser Inneklima Resultater av Økoprofil-vurderingen Stolpediagrammet viser resultatene av Økoprofilvurderingen. Prosjektet blir klassifisert i beste kategori, mindre miljøbelastning, for alle hovedområdene. Man kan gå nærmere inn på de enkelte parametrene ved å se på rosediagrammene. Sjekkliste Metoden Økoprofil fungerer bra som en sjekkliste for hvilke forhold man bør ta hensyn til for å oppnå en lavest mulig miljøbelastning. Kommentarer til bruk av metoden Økoprofil Ved Økoprofil-vurderingen av Kvernhuset skole er det tatt utgangspunkt i Økoprofil for næringsbygg. Klassifisering og vekting I Økoprofil klassifiseres et bygningsanlegg ut fra tre hovedområder: Ytre miljø, Ressurser og Inneklima. Hovedområdene er delt opp i under-områder som igjen består av mange parametere. Alle parametrene vurderes i tre klasser, der klasse 1 betegnes mindre miljøbelastning, klasse 2 betegnes middels miljøbelastning og klasse 3 betegnes større miljøbelastning. For hver parameter som vurderes får man således tildelt 1, 2 eller 3 poeng etter hvorledes den valgte løsningen samsvarer med de ulike klassene. Vektene er i stor grad satt på grunnlag av skjønn. Generelt sett er vektingsproblematikken et av de mest omdiskuterte og kontroversielle områdene ved miljøvurderinger. Vurderingen av Kvernhuset ungdomsskole har gitt en viss indikasjon på skoleanleggets potensielle miljøbelastning i et livsløpsperspektiv, og har samtidig satt fokus på behov for utvikling av bedre metoder for å gjøre forenklede miljøvurderinger i prosjekteringen. Den eksisterende metoden er unødvendig detaljert på noen områder, og den har for liten vekt på andre områder. Ukonvensjonelle løsninger som naturlig/hybrid ventilasjon lar seg vanskelig vurdere ved bruk av metoden. Samvirke mellom ulike systemer oppfanges kun i liten grad; til dette kreves et mer dynamisk simuleringsverktøy. 8

9 Miljøvurderinger forts. Økoprofil-rose for hovedområdet Ressurser Gjenbruk Drift Bygging Bygningsegenskaper Land Beregnet energibruk Vannforbruk 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Fleksibilitet Oppvarming Drift Ventilasjon Kjøling Belysning Utendørs energibruk Rosen for hovedområdet Ressurser viser at gjenbruk, bygging, utendørs energibruk og vannforbruk får score over 1,5. For gjenbruk skyldes det at store deler av råbygget og innerveggene ikke er egnet for ombruk eller material-/energigjenvinning. Det er riktignok mulig å male opp betongmassene for å få grusmasse til bruk i veifyllinger, etc., og på denne måten få skilt ut jernet, men dette regnes ikke som tilstrekkelig for å oppnå god score i Økoprofil. For bygging skyldes avvik fra beste score at man har middels andel gjenbrukte materialer (klasse 2) og at man har miljødeklarerte og ikke miljømerkede materialer (klasse 2). Når det gjelder utendørs energibruk, så får prosjektet ikke beste score fordi man ikke har lavenergibelysning. Årsaken til at vannforbruk får score opp mot 2,0 er at det er antatt at det kun er i avdeling Blå man har vannbesparende utstyr, slik at bygget total sett plasseres i klasse 2 for denne parameteren. Referanse Andresen, I. (februar 2001) Miljøvurdering av Kvernhuset ungdomsskole, SINTEF rapport. Miljømerking av materialer og komponenter I motsetning til et miljømerke, sier en miljødeklarasjon ikke noe om hvor miljømessig godt eller dårlig et produkt er, men den gir viktige miljødata for produktet. Det kan bemerkes at det pr. dags dato er umulig å bruke bare miljømerkede materialer fordi det kun er et fåtall materialer som har denne sertifiseringen. Tverrgående fakt. Økoprofil-rose for hovedområdet Ytre miljø Transport Utearealer Mekanisk klima Utslipp til luft 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Avfallshåndtering Termisk klima 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Aktinisk klima Utslipp til grunn Utslipp til vann Rosen for hovedområdet Ytre miljø viser at det kun er for utslipp til luft at man har et lite avvik fra beste scor. Dette skyldes at det valgte kjølemediet R134a i varmepumpa, plasseres i klasse 2. Økoprofil-rose for hovedområdet Inneklima Atmosfærisk klima Akustisk klima Rosen for hovedområdet Inneklima, viser at det kun er atmosfærisk klima som får score over 1. Dette skyldes at himling og golv har overflater som plasseres i klasse 2. 9

10 Skoleanlegget som læremiddel Målet er å synliggjøre tiltak som bidrar til mer bærekraftig bygging, slik at tiltakene får en demonstrasjons- og opplæringseffekt. Tre nivåer Med tanke på synliggjøring, eller med tanke på skoleanlegget som læremiddel, er det definert tre nivåer: 1 Eksponering av miljøtiltak i skoleanlegget 2 Bygningsintegrerte demonstrasjonstiltak 3 Forskningsstasjoner og kunstnerisk utsmykking Første nivå er å synliggjøre de løsningene som er valgt for hele bygningskomplekset. Inne: Sprengstein og trevirke fra tomta brukes til konstruksjoner og kledninger Vinduer inn til tekniske rom Vindfangstunnel i glass gjennom inntakstårn for ventilasjonsluft Vinduer i konstruksjoner for å vise oppbyggingen Registreringer fra SD-anlegget (Sentral Driftskontroll) Ute: Målestasjoner for vannkvalitet i renseanlegget Takvann føres til bekken i rør, via pumpe Elever planter trær som stimulerer fuglelivet Nyttevekster i skolehage på bakkeplan og tak Skjerming av naturområder med stier og beplantning Gangbro av lerk eller malmfuru Trevirke fra tomta til konstruksjoner, skulpturer og benker Sprengstein fra tomta brukes til røyser og veifyllinger Kunstnerisk utsmykning: Steiner fra hele Norge er innfelt i gulvet. Steinene er geografisk ordnet. Avløpsvann Slamavskiller Pumpekum Sikkerhetsoverløp Andre nivå handler om tiltak som vi gjerne vil demonstrere, men som er for kostbare eller på annen måte lite egnet til å bli valgt som løsning for hele bygningskomplekset. Elevenes hjemmebaser deles i tre avdelinger som skal ha demonstrasjonstiltak på hvert sitt spesielle område: Avdeling GUL fokuserer på solenergi. Aktiv og passiv bruk av solenergi. Solfangere og solceller. Avdeling GRØNN fokuserer på vekst og gjenbruk av materialer. Planter innendørs og utendørs. Kretsløp. Avdeling BLÅ fokuserer på vann. Samle vann. Rense vann. Bruk av gråvann. Kretsløp. Tredje nivå er utplassering av «forskningsstasjoner» i fellesarealene. Skoleanlegget er ment å øke bevisstheten om økologi, og elementene jord, ild, vann og luft er planlagt å få en dominerende rolle i forbindelse med kunstnerisk utsmykning. Overbygg med spredesystem Biofilter Biofilterhus Fosforfilter Nivåkum Nivåslange For å rense avløpsvannet fra Kvernhuset ungdomskole er det valgt et NAVA Bed renseanlegg. I anlegget benyttes naturens egne prinsipper. Organisk stoff i avløpsvannet brytes ned av mikroorganismer i et biofilter og fosforet bindes til spesielle Leca kuler i fosforfilteret. Når kulene er mettet med fosfor byttes de ut med nye. De brukte kulene, som inneholder mye kalk i tillegg til fosforet de har suget til seg, brukes som jordforbedringsmiddel. På denne måten bringes fosforet til det naturlige kretsløpet. 10

11 Solceller på avdeling GUL Elektrisiteten som produseres i solcelle-panelene kan sendes til: - batteri - el-nettet - utstyr, f.eks. lys eller vifte På grunn av høye trær er det best å plassere solceller på det sør-vestlige hjørnet. Modulene plasseres på øverste del av to glassfelt. Solhøyder kl. 12:00 for breddegrad 59 Vurdering av skyggeforhold er gjort ved hjelp av et solkart for breddegrad 60 N. Et gitt punkt på solcelle-panelet er merket av på kartet. Det viser hvilke timer i løpet av året punktet får skygge fra gitte bygninger og trær /- 23,5 Sommersolverv: 54,5 Høst- / vårjevndøgn: 31,0 Vintersolverv: 7,5 GUL BLÅ 14 Sørvendt fasade på avdeling GUL Referanse Lien, A. G. (januar 2001) Demonstrasjonsanlegg med solceller på Kvernhuset ungdomsskole, SINTEF rapport. 11

12 Planløsning av hjemmebaser Rominndeling og møblering kan være med å tilrettelegge for ulike pedagogiske metoder og arbeidsformer. Målet med utformingen av hjemmebasene har vært å skape en fleksibel plan som kan tilpasses ulike bruksmåter. Skolen skal ha mulighet til å prøve ut ulike pedagogiske modeller. Hjemmebasene består av tre langsgående soner; klasseareal, ryggrad og allmenning. Det er mulig å sette opp tette (lyd)vegger i hovedakser og ellers der rommet har kontakt med til- og fra-luft. Dette betyr at et avdelt rom må grense til ryggraden for å få til-luft, og samtidig ha tilgang til evakueringsluke for fraluft i taket. Større rom kan deles i soner med lettvegger, reoler, skjermer, plantekasser, akvarium og trær. En slik løsning gjør det mulig å foreta en del endringer uten store bygningsmessige konsekvenser. Elever og lærere kan selv delta i planlegging og bygging av de fysiske avgrensningene av sine hjemmearealer. Storklasserom. 2 Moduler. 2 x 25 elever Klasseareal Ryggrad Allmenning Klassearealet er i utgangspunktet ett sammenhengende areal som kan rominndeles på mange ulike måter: - Tradisjonelle klassrom, 1 modul - Storklasserom, 2 moduler - Storklasserom, 3 moduler - Landskap med auditorium - Elev-kontorer med auditorium - Kombinasjon av 2 moduler + 1 modul + 3 moduler Landskap og auditorium. 3 Moduler. 3 x 30 elever og 3 x 24 elever Elev-kontorer og auditorium. 3 Moduler. 6 x 30 elever Alle rom med faste installasjoner er samlet i en ryggrad, som også tjener som skille mellom klasseareal og allmenning. Allmenningen inneholder i tillegg til garderobeskap, en sone langs ytterveggen med stålbenker, vaskekummer, akvarium, plantekasser etc. Allmenningen kan fungere som et røffere supplement til klassearealet. Referanse PIR II Arkitektkontor (september 2001) Planløsning av hjemmebaser. Utredning om rominndeling og møblering. 12

13 Referanse: Informasjonsark utarbeidet i 2001 av Karin Buvik, SINTEF 13