Remodelação de escolas secundárias e de um ginásio público para energia zero

As duas escolas secundárias em Enkplatz (8.800m²) e o ginásio precisavam de ser renovados. Foi planeado aumentar as ambições para a renovação e planear o ginásio como um "Ginásio de energia quase nula" ou mesmo como um edifício de energia positiva utilizando energia solar, tornando-o um verdadeiro edifício-farol para o bairro. O ginásio foi deliberadamente aproveitado como uma oportunidade para alargar o âmbito e o alcance do projecto a mais grupos-alvo no bairro (alunos, professores, pais e vizinhos). Será criada uma central de monitorização e gestão de energia baseada nas TIC para controlar o fluxo de energia solar térmica para a rede secundária de aquecimento urbano.

1) Reconstrução em vez de remodelação
A reconstrução do ginásio em vez de uma remodelação economicamente inviável ofereceu a possibilidade de satisfazer também as necessidades espaciais das duas escolas secundárias. A construção de uma extensão do edifício existente possibilitou melhorias:
▪ Reintegração das 4 salas de aula actualmente localizadas num edifício temporário no local da escola
15 salas de aula adicionais, 4 salas de lazer, 3 salas técnicas e salas auxiliares
Construção de 4 ginásios standard divisíveis para as duas escolas e para uso externo

2) O conceito energético: Ginásio de energia zero
O objectivo do projecto era reduzir as necessidades energéticas da secção de desporto para o nível de "edifícios de energia zero". O objectivo não era fazer funcionar a secção desportiva de forma independente, mas encontrar um equilíbrio entre a estrutura do edifício e as fontes de energia renováveis, de modo a obter, pelo menos, um balanço energético nulo para o sector desportivo ao longo do ano.

Para a substituição do ginásio, a direcção do projecto encomendou um estudo de projecto que incluía um conceito de aquecimento, ar condicionado, arejamento e instalações sanitárias (DE: "HKLS-Konzept"), que prevê o fornecimento de calor ao edifício principalmente através de bombas de calor que utilizam o calor ambiente e instalações térmicas solares. As necessidades de electricidade do edifício deveriam ser satisfeitas principalmente através de um sistema fotovoltaico, de modo a que se pudesse atingir um balanço energético zero para o novo edifício como objectivo de planeamento.

Tendo em vista um planeamento integral, foi já delineado um conceito de tecnologia de construção antes do concurso, em coordenação com a Wien Energie como parceiro para a alimentação solar, tal como previsto nos objectivos da proposta de projecto. O objectivo era desenvolver um conceito que melhor satisfizesse os objectivos do projecto e as condições no local. Para este efeito, foi efectuado um dimensionamento aproximado dos ofícios com base numa tecnologia de construção e num conceito hidráulico coordenados.

Nas avaliações preliminares orientadas para o diálogo, a superfície limitada do telhado e a sua ocupação proporcional com colectores solares ou módulos fotovoltaicos revelou-se o ponto mais crítico para atingir os objectivos do projecto. Por esta razão, foi especificada nos documentos para o concurso de arquitectura uma área mínima de instalação para o sistema de aquecimento solar com uma dimensão de 680 m². Existem três fontes diferentes de fornecimento de energia renovável para o edifício:

2-1. Energia geotérmica (com sol)/bomba de calor de água
O aquecimento do pavimento no ginásio e o registo de aquecimento do sistema de ventilação são feitos por energia geotérmica. O calor é extraído da terra através de 8 perfurações profundas (profundidade aprox. 150m) e elevado a um nível de temperatura utilizável por uma bomba de calor. Para reduzir o arranque do aparelho, foi instalado um depósito de compensação e um controlo de capacidade infinitamente variável do circuito de refrigeração. Para regenerar o subsolo que rodeia as pilhas e arrefecer a sala, o calor do sistema de arrefecimento da sala é introduzido no solo através de um permutador de calor separado no Verão. Uma vez que as instalações de aquecimento existentes são utilizadas para este fim, o desempenho é significativamente inferior ao de um sistema de refrigeração designado, mas, por conseguinte, extremamente rentável. Uma vez que é improvável que a produção de calor do arrefecimento da sala no Verão seja suficiente para regenerar completamente as pilhas, está planeado alimentar o solo com calor proveniente da energia solar térmica a partir de Setembro. A energia de arrefecimento deixa de estar disponível desde o início desta regeneração forçada até ao próximo Verão.

2-2. Sistema solar térmico e alimentação da rede de aquecimento urbano
No telhado do novo edifício, a Wien Energie constrói um sistema solar térmico. Por um lado, fornece uma reserva de calor que será utilizada no local da escola e, por outro, alimenta a rede de aquecimento urbano com energia térmica. No planeamento detalhado, a possibilidade de utilizar o calor solar no edifício foi limitada em comparação com o estudo de viabilidade. Originalmente, para além do apoio ao aquecimento ambiente, a utilização do calor solar destinava-se à regeneração das pilhas geotérmicas durante toda a estação solar, bem como ao apoio à produção de água quente. Em coordenação com o projectista dos serviços técnicos do edifício, o sistema solar da Wien Energie foi adaptado ao novo conceito de abastecimento e hidráulico. Consequentemente, a maior parte do calor solar é introduzida no abastecimento da rede de aquecimento urbano a cerca de 70 °C durante a maior parte da estação solar. No edifício, será apoiado sobretudo o aquecimento ambiente a um nível de temperatura baixo. Além disso, no final da estação de arrefecimento, está prevista como opção a possibilidade de regeneração das sondas geotérmicas. As simulações sem a utilização de calor solar para regeneração resultaram em ganhos significativamente mais elevados quando se utilizam colectores de tubo de vácuo em vez dos colectores de placa plana mais utilizados. A optimização económica foi alcançada com a máxima utilização possível da área de telhado fornecida, pelo que foi planeado um total de 320 m² de área bruta de colectores de tubo de vácuo numa concepção horizontal. O sistema de aquecimento da escola foi concebido para consumir em primeiro lugar o calor dos tanques-tampão e só depois ligar o sistema de bomba de calor ou, se necessário, obter calor do aquecimento urbano como reserva.

2-3. Sistema fotovoltaico:
Para além do sistema solar térmico, será montado um sistema fotovoltaico no telhado plano do edifício de ampliação, que é extensivamente verde. Com uma potência de 67 kWp ao longo do ano, este sistema cobre o consumo dos pavilhões desportivos da escola. A taxa de utilização directa está prevista em cerca de 75%; considerando todo o local, deve ser assumida uma utilização directa de 100%. A electricidade que não é consumida directamente na propriedade (principalmente durante as férias) é introduzida na rede eléctrica.

3) Redundância
O aquecimento urbano está disponível durante todo o ano. Abastece o edifício antigo, o aquecimento da água e os andares acima do solo do novo edifício, quando não há calor solar suficiente disponível. Como reserva em caso de falha do sistema de bomba de calor, o sistema de distribuição de baixa temperatura do ginásio também pode ser abastecido com calor através de um permutador de calor.

4) Envolvente do edifício
As perdas de calor por transmissão são muito reduzidas pela construção subterrânea do ginásio. No entanto, o método de construção subterrânea só é possível em alguns casos excepcionais para áreas habitáveis. Os espaços de escritórios ou as salas de aula seriam difíceis de implementar nesta concepção, uma vez que a exposição solar natural necessária é difícil de assegurar. O edifício escolar foi concebido de forma a apresentar valores energéticos significativamente melhores do que os exigidos por lei. O edifício atinge a norma nacional "Edifício com o mínimo de energia 2020, classe A ++" devido ao baixo factor de eficiência energética. Ao considerar os requisitos de energia de aquecimento necessários, apenas a classe B seria atingida. Para satisfazer os requisitos de aquecimento da classe A, teria de utilizar espessuras de isolamento superiores a 40 cm e janelas de alta qualidade para casas passivas. Aumentar as qualidades de protecção térmica resultaria num aumento significativo dos custos de produção. Os índices calculados para a necessidade de energia de aquecimento do projecto em questão garantem uma optimização dos custos. Com uma necessidade de aquecimento da classe A, a optimização dos custos já não seria alcançada.

5) Sistema de ventilação com recuperação de calor
Está previsto para o ginásio um sistema de ventilação mecânica com permutador de calor rotativo com uma eficiência de 85-90%. Este sistema não serve apenas para recuperar o calor, mas pode também, em certa medida, reciclar a humidade no ar. O resultado é um maior conforto para os utilizadores, com um clima ambiente mais agradável, especialmente nos meses de Inverno.