Het passiefhuis dat agressief groen is

Stephanie Arnett

In mei zullen bewoners gekozen uit een loterij van 2.600 aanvragers naar verwachting beginnen met verhuizen naar 98 betaalbare woningen in het nieuwe Finch Cambridge-gebouw aan Concord Avenue in de buurt van Fresh Pond in Cambridge, Massachusetts. Het gebouw, ontworpen door Icon Architecture uit Boston, heeft speelse erker- en hoekramen om zonlicht binnen te laten en dwarsventilatie mogelijk te maken, een lobby met een gewelfd plafond en een open trap die bedoeld is om mensen te verleiden de liften te verlaten, en andere doordachte details zoals salie- groene accentmuren en grote vloertegels in de badkamers om het gebruik van vuilaantrekkende voegen te minimaliseren. De gezinsvriendelijke wasruimte bevindt zich naast een grote gemeenschappelijke ruimte met een lounge, een keuken en huiswerkhoeken - en beide bevinden zich op de bovenste verdieping, met ramen die een prachtig uitzicht op Fresh Pond bieden en toegang tot een dakterras dat hebben verhoogde bedden voor tuinieren.

Maar het meest opmerkelijke aan het gebouw is helemaal niet zichtbaar.

Finch Cambridge is ontworpen om te voldoen aan 's werelds meest energie-efficiënte bouwnorm, bekend als de Passive House (PH)-norm, waardoor het aanzienlijk goedkoper is om te verwarmen en te koelen dan een typisch gebouw. Naar verwachting zal het zelfs 70% energiezuiniger zijn dan het nationale gemiddelde van 2016 voor meergezinswoningen. Luchtdicht en extreem goed geïsoleerd, zo'n constructie wordt als passief beschouwd omdat ze efficiënt op temperatuur kan blijven, ongeacht het weer buiten, en slechts minimaal afhankelijk is van traditionele verwarmings- en koelsystemen. Het is in feite een thermoskan, zegt de projectmanager van Finch Cambridge, Michelle Apigian, MA '00, MCP '00, een associate principal en leider op het gebied van duurzaamheid bij Icon Architecture, die ook aan het ontwerp van het gebouw heeft gewerkt. De Passiefhuis-benadering, die werkt voor alle soorten gebouwen, van eengezinswoningen tot wolkenkrabbers, vraagt ​​om een ​​ventilatiesysteem dat de inlaat van verse lucht zorgvuldig regelt en de warmte (of geklimatiseerde koelte) terugwint uit de uitgaande muffe lucht. Dat vermindert niet alleen de behoefte aan verwarming en koeling, maar zorgt ook voor een betere binnenluchtkwaliteit voor gezondere, comfortabelere woonruimtes. Je kunt nog steeds een raam openzetten voor een frisse wind als je dat echt wilt.

Gezien alle voordelen - en het feit dat gebouwen goed zijn voor 54% van het energieverbruik in Massachusetts - is het verrassend dat Finch Cambridge pas het tweede meergezins-PH-gebouw in de staat zal zijn. Apigian beheerde ook het project en hielp bij het ontwerpen van het eerste, een marktconform appartementengebouw in South Boston genaamd Distillery North, dat in 2017 werd geopend. Dat gebouw verdiende de LEED-platina-status - het hoogste niveau van het groene gebouw Leadership in Energy and Environmental Design certificeringsprogramma - zonder enige extra inspanning. Het gebouw is 72% energiezuiniger dan het landelijke gemiddelde van 2016 voor meergezinswoningen. Huurders daar betalen gemiddeld $ 22,50 per maand om hun appartementen, die meestal een- of tweekamerappartementen zijn, te verwarmen en te koelen, zegt gebouweigenaar Fred Gordon. Hij voegt eraan toe dat twee bewoners met ernstige ademhalingsallergieën melden dat hun symptomen volledig verdwenen zijn kort na hun intrek - en weer verschijnen wanneer ze reizen.

De concepten achter het PH-ontwerp kregen vorm tijdens de oliecrisis van de jaren zeventig, toen de Amerikaanse regering onderzoek financierde om de afhankelijkheid van het land van olie te verminderen. Maar de belangstelling voor het bouwen van energiezuinige huizen nam af toen de olieprijzen daalden en Amerikanen weer in hun benzineslurpende auto's stapten. Een groep Europeanen ging vervolgens verder waar de Amerikanen (en enkele Canadese collega's) waren gebleven, en verfijnde best practices en normen voor het bouwen van luchtdichte huizen die gemakkelijker te verwarmen zijn in de winter - een benadering die ze promootten als de Passivhaus-beweging. Een Duitse architect bouwde in 2003 het eerste Amerikaanse Passivhaus in Illinois; in 2007 richtte ze het Passive House Institute van de VS op, dat PH-benaderingen voor verschillende klimaten heeft verfijnd.

Hoewel het idee om extreem energiezuinige gebouwen te ontwerpen een goed idee lijkt, zegt Apigian dat het bewustzijn van de PH-standaard zich pas onlangs in de Amerikaanse ontwerpgemeenschap begint te verspreiden. Ze hoorde er voor het eerst over in 2008 toen ze meewerkte aan een wedstrijd voor het ontwerpen van huizen die net zoveel energie opwekken als ze verbruiken, voor de voormalige legerbasis Fort Devens in Massachusetts. Nu gecertificeerd in PH-bouw en een actief pleitbezorger voor prikkels om dergelijke projecten te promoten, denkt ze dat ontwerpen volgens deze normen uiteindelijk de nieuwe norm zal worden. Toen LEED de grond raakte, voelde het voor iedereen nieuw en gek, zegt ze. Nu is het eigenlijk een gegeven: elk architectenbureau denkt holistisch. LEED heeft dat duidelijk op de kaart gezet.

Angst voor hoge kosten heeft veel ontwikkelaars ervan weerhouden om de passiefhuisprincipes te omarmen. Weinig bouwers hebben ervaring met de bouwtechnieken, wat de prijs opdrijft. Als er een ondeskundig team is, is de kans groter dat je een behoorlijk hoge kostenraming krijgt omdat ze nerveus zijn en niet weten wat ervoor nodig is, zegt Apigian. Maar naarmate meer bouwers ervaring opdoen, zouden de prijzen moeten dalen. We geloven dat we het echt kunnen doen voor 1% tot 2% extra kosten als de passiefhuisprincipes integraal zijn vanaf het begin van het ontwerpproces en het hele team aan boord is, zegt ze.

Met de laatste fase van de bouw van Finch Cambridge in volle gang in februari, gaf Apigian MIT News een rondleiding door het gebouw en legde de belangrijkste concepten uit.

Maak een luchtdichte envelop.

ALICE DRAGOON

Tenzij iemand door een deur loopt of een raam opent, mag er geen lucht in of uit een PH-gebouw komen, behalve via het ventilatiesysteem. De bekleding van het gebouw is dus volledig ingekapseld in een drielaagse luchtbarrière die bestaat uit twee buitenste lagen polypropyleen die thermisch zijn gebonden aan een waterdichte middelste polymeerlaag. Op elke hoek en alle randen van elke geperforeerde opening - denk aan ramen, deuren, kanaalopeningen - is deze barrière afgeplakt met speciale water- en winddichte tape. (Apigian zegt dat een enkellaagse luchtbarrière niet zo effectief is, en een juiste toepassing is van cruciaal belang. Indien bevestigd met nietjes - of erger nog, als het is gescheurd en waait - houdt het de lucht niet buiten. Continu gehechte barrières zijn veiliger. )

Dit is de eerste stap in het creëren van wat bekend staat als een passiefhuis-envelop - een continue barrière tegen buitenlucht, vocht en ongewenste warmte of kou. Alle 98 appartementen van Finch Cambridge vallen binnen de enveloppe en moeten voldoen aan de strenge normen voor luchtdichtheid en efficiënte verwarming en koeling. Maar om de kosten in de hand te houden, zijn een paar gebieden met meer uitdagende ventilatie-, verwarming- en koelingsproblemen - de lobby en de open trap, evenals de was- en gemeenschappelijke ruimtes - uitgesloten van de envelop. Alle deuren die naar de PH-omhulling leiden en alle ramen zijn voorzien van pakkingen en driedubbele beglazing om onbedoelde luchtstroom te voorkomen wanneer ze gesloten zijn.

Wikkel het gebouw in een deken.

Rode glasvezel clips voorkomen koudebruggen;
tan minerale wol dekens de buitenkant van het gebouw.

HARTELIJKE FOTO

Continue isolatie is van cruciaal belang. Maar in een traditioneel gebouw wordt isolatie alleen in de muurholtes tussen de noppen geplaatst, waardoor er gaten ontstaan ​​- een benadering die Apigian vergelijkt met een trui met een aantal gaten erin. Voor PH-gebouwen voegen architecten doorgaans ook een laag doorlopende buitenisolatie toe met een hoge thermische weerstand, waardoor er effectief een deken rond het hele gebouw wordt gecreëerd. De dikte van de deken is afhankelijk van de grootte, het gebruik en de bezetting van het gebouw en de klimaatzone. Bij Finch Cambridge gebruikte Icon gespoten glasvezelisolatie in de holtes van de buitenmuren en omwikkelde het gebouw vervolgens met een 5 cm dikke laag minerale wol, een brandwerend isolatiemateriaal gemaakt van gesmolten basaltsteen en gerecyclede slakken van staalfabrieken . (Het gebouw van Distillery North kreeg cellulose-isolatie in de holtes in de buitenmuren plus 15 cm minerale wol.) De architecten bedekten het dak ook met taps toelopende isolatie van hardschuimplaten, en plaatsten 15 cm dik hardschuim tussen het plafond van de garage en de vloer erboven, en polyurethaanschuimisolatie gespoten op overgangsplekken die anders moeilijk te bedekken zouden zijn.

De 'envelop' van het gebouw doet het grootste deel van het werk en houdt de binnentemperatuur op peil, ongeacht wat er buiten gebeurt.

Het is ook van cruciaal belang om koudebruggen te vermijden of te verstoren, elementen die een pad creëren voor warmte om naar binnen of naar buiten te gaan, omdat ze meer warmtegeleidend zijn dan de omringende materialen. Studs, vooral metalen noppen, zijn beruchte koudebruggen; bij Finch Cambridge worden ze verstoord door de twee centimeter buitenisolatie. Evenzo worden de Z-vormige metalen strips die worden gebruikt om de buitenbekleding te bevestigen, aan het gebouw bevestigd met clips van glasvezel, dat een beperkte thermische geleidbaarheid heeft.

Beheer de ventilatie zorgvuldig.

ALICE DRAGOON

Ventilatoren met energieterugwinning (ook wel ERV's genoemd) worden gebruikt om te zorgen voor een continue, evenwichtige luchtstroom in en uit PH-gebouwen. Voor elk van de twee ERV's van Finch Cambridge zuigt één kanaal frisse lucht aan en een tweede kanaal verdrijft muffe lucht. Beide kanalen leiden de lucht door de ERV, een warmtewisselaar die gebruik maakt van het thermodynamische basisprincipe dat thermische energie altijd van warm naar koud zal stromen. Dus hoewel de lucht in de twee afzonderlijke kanalen niet vermengt, helpt bij koud weer de warmte van de uitgaande muffe lucht de koude verse lucht die binnenkomt te verwarmen, waardoor de vraag naar verwarming in het gebouw wordt verminderd. Bij warm weer onttrekt het systeem de warmte aan de binnenkomende frisse lucht, brengt deze over naar de uitgaande koelere muffe lucht en minimaliseert de noodzaak van airconditioning. De ERV's helpen ook om de luchtvochtigheid te beheersen.

Verse lucht, die wordt gefilterd om fijnstof te verwijderen, wordt via een van de twee frisseluchtkanalen van het gebouw in alle woonkamers en slaapkamers van Finch Cambridge gebracht. Vervuilde lucht wordt aangezogen uit ventilatieopeningen in alle badkamers en keukens en stroomt naar een van de ERV's via een van de twee uitgaande ventilatiekanalen (rechts weergegeven, voordat isolatie werd aangebracht).

Het is een heel eenvoudige technologie die best verbazingwekkend is, maar niet ingewikkeld, zegt Apigian. Het bestaat al een hele tijd.

Installeer de juiste maat verwarming.

ALICE DRAGOON

Een gebouw met een goede PH-schil en een ERV-systeem vereist minimale extra verwarming en koeling. De warmte die wordt gegenereerd door lichamen, apparaten, lichten en aangesloten apparaten zoals computers, televisies en broodroosters zorgt ervoor dat het lekker warm blijft. Er wordt zelfs vaak gezegd dat je een PH-huis kunt verwarmen met een föhn. In New England, zegt Apigian, kan dat waar zijn. Maar ze wijst erop dat de effectiviteit van de PH-envelop bij het vasthouden van warmte betekent dat koeling in de zomer een groter probleem is.

Computermodellen houden rekening met de warmte die wordt gegenereerd door de apparaten, elektrische apparaten, verlichtingsarmaturen en mensen en berekenen hoeveel extra warmte of koeling nodig is. Warmtepompen, die volgens dezelfde principes werken als een airconditioner of vriezer en minimale energie nodig hebben om te draaien, zijn doorgaans voldoende voor beide doeleinden. De verdamper of warmtewisselaar van een warmtepomp onttrekt warmte aan de lucht met behulp van een koelvloeistof die in damp verandert; die damp wordt vervolgens samengeperst in een condensor om de temperatuur te verhogen en warmte te leveren. Het proces wordt omgekeerd wanneer koeling nodig is. Elke unit van Finch Cambridge heeft een elektrische warmtepomp, maar alle 98 warmtepompen (en die in de gemeenschappelijke ruimtes) delen slechts 16 condensors op het dak (rechts weergegeven). Omdat het systeem een ​​gelijktijdige variabele koelmiddelstroom mogelijk maakt, kan een op het westen gerichte unit die in de zon staat te bakken om koeling vragen, terwijl een op het oosten gerichte unit warmte kan vragen.

De door Finch Cambridge geprojecteerde energiegebruiksintensiteit (EUI) - het aantal kBTU's dat nodig is om elke vierkante meter per jaar te verwarmen en te koelen - is slechts 23. Dat is een indrukwekkende 70% minder dan de gemiddelde EUI voor meergezinswoningen in de VS, die in 2016 was 78,8.

Kies verstandig vensters - en schaduw indien nodig.

STEPHANIE ARNETT

De juiste ramen en zonwering maken het mogelijk om in de winter de zonnewarmte te benutten en in de zomer af te weren. Om de binnentemperatuur op peil te houden, of het nu warm of koud is buiten, zijn alle ramen in de PH-envelop van Finch Cambridge voorzien van driedubbele beglazing en pakkingen, met geïsoleerde frames die koudebruggen voorkomen. En Icon vermijdt waar mogelijk dubbelhangende ramen, omdat het moeilijk is om een ​​afdichting te behouden op een raam dat op en neer kan schuiven. Het traditionele dubbel opgehangen raam in New England is een ramp - het meest lekkende dat de mens kent, zegt Apigian.

Buitenzonwering boven de ramen aan de zuidgevel van Finch Cambridge strekken zich uit over de helft van de lengte van het raam. (De architecten waren oorspronkelijk van plan om zonwering te installeren op de oost-, west- en zuidgevels, maar uit energiemodellering bleek dat ze alleen nodig waren voor ramen op het zuiden. Door de rest te elimineren, bleven de kosten beperkt.) Ze kozen voor zonwering met schuine lamellen die blokkeren de zomerzon, maar voorkom ophoping van regen en sneeuw en laat de wind door. Omdat de zon in de winter lager aan de hemel staat, kan het zonlicht en een deel van de stralingswarmte de ramen onder de zonneschermen binnendringen, waardoor het gebouw wordt verwarmd.

In een knipoog naar de vogels bij de nabijgelegen Fresh Pond ontwierpen de architecten de daklijn van het gebouw om op vleugels te lijken. De vleugels bieden ook schaduw voor de gemeenschappelijke ruimte en wasruimte op de bovenste verdieping en herbergen een deel van de 150 kilowatt reeks zonnepanelen die op het dak zijn geïnstalleerd. De zonnepanelen zullen naar verwachting 98.144 kilowattuur per jaar compenseren, of ongeveer 20% van de totale elektriciteit die nodig is om het gebouw te laten werken.

Doe energiemodellering en test.

PASSIEFHUISINSTITUUT | wikimedia

Energiemodellering is nuttig om het ontwerp en de constructie van een PH-gebouw te begeleiden. De ingenieurs van het gebouw kunnen de energiebelasting berekenen (de piekhoeveelheid energie die op een bepaald moment nodig is) om er zeker van te zijn dat ze apparatuur van de juiste grootte voor het gebouw specificeren in plaats van het te overdrijven. Ze kunnen ook de energiebehoefte van het gebouw bepalen (het totale energieverbruik in één jaar) om er zeker van te zijn dat het voldoet aan de PH-normen. Maar het meten van de luchtdichtheid als het eenmaal is gebouwd, is de ultieme test - en is vereist voor certificering als een passiefhuisgebouw.

Apigian verwacht volledig dat het gebouw de PH-certificering zal ontvangen. In maart bereidde ze zich voor op Finch Cambridge's eerste volledige blowerdoor-test om de luchtdichtheid te bepalen. De test omvat het sluiten van alle buitendeuren en ramen en het plaatsen van een speciale deur met een ventilator in een hoofddeur van de PH-envelop om lucht uit het gebouw te zuigen en de interne luchtdruk te verlagen. Als het gebouw niet luchtdicht is, moet de deurventilator harder werken om de luchtdruk op peil te houden, en rookpennen kunnen worden gebruikt om lekken aan het licht te brengen.

Toen de laatste bouw van Finch Cambridge voltooid was, goochelde Apigian ook met andere lokale passiefhuisprojecten in Gloucester, Salem en Lowell. In elk geval is het doel om verwarmings- en koelsystemen heel weinig te doen. Met luchtdichtheid en thermische continuïteit en controle doet de gebouwschil het grootste deel van het werk dat we normaal gesproken op onze systemen vertrouwen, waarbij de binnentemperatuur wordt gehandhaafd, ongeacht wat er buiten het gebouw gebeurt, zegt ze. En in New England kan dat bijna alles betekenen.

zich verstoppen