Dom pasywny, który jest agresywnie zielony

Stephanie Arnett

W maju mieszkańcy wybrani z loterii 2600 kandydatów mają rozpocząć przeprowadzanie się do 98 niedrogich mieszkań w nowym budynku Finch Cambridge przy Concord Avenue w pobliżu Fresh Pond w Cambridge w stanie Massachusetts. Zaprojektowany przez bostońską Icon Architecture budynek ma zabawne okna wykuszowe i narożne, które wpuszczają światło słoneczne i umożliwiają wentylację krzyżową, hol ze sklepionym sufitem i otwartą klatką schodową, która ma zachęcić ludzi do rezygnacji z wind, oraz inne przemyślane akcenty, takie jak szałwia. zielone akcenty na ścianach i duże płytki podłogowe w łazienkach, aby zminimalizować stosowanie brudzącej fugi. Przyjazna rodzinom pralnia znajduje się obok dużej przestrzeni społecznej z salonem, kuchnią i kącikami do odrabiania prac domowych – i oba znajdują się na najwyższym piętrze, z oknami oferującymi wspaniały widok na Fresh Pond i dostępem do tarasu na dachu, który będzie mają podniesione łóżka do ogrodnictwa.

Ale to, co jest najbardziej niezwykłe w budynku, w ogóle nie jest widoczne.

Finch Cambridge został zaprojektowany z myślą o spełnieniu najbardziej energooszczędnego standardu budowlanego na świecie, znanego jako standard domu pasywnego (PH), co sprawi, że ogrzewanie i chłodzenie będzie znacznie tańsze niż w przypadku typowego budynku. W rzeczywistości przewiduje się, że będzie o 70% bardziej energooszczędny niż średnia krajowa z 2016 r. dla budynków wielorodzinnych. Szczelna i wyjątkowo dobrze izolowana, taka konstrukcja jest uważana za pasywną, ponieważ może skutecznie utrzymywać swoją temperaturę bez względu na pogodę na zewnątrz, opierając się tylko w minimalnym stopniu na tradycyjnych systemach ogrzewania i chłodzenia. W rzeczywistości jest to termos, mówi kierownik projektu Finch Cambridge, Michelle Apigian, MA’00, MCP’00, zastępca dyrektora i lider zrównoważonego rozwoju w Icon Architecture, która również pracowała nad projektem budynku. Podejście domu pasywnego, które sprawdza się we wszystkich typach budynków, od domów jednorodzinnych po drapacze chmur, wymaga systemu wentylacji, który dokładnie kontroluje dopływ świeżego powietrza i odzyskuje ciepło (lub chłód klimatyzacji) z wywiewanego nieświeżego powietrza. To nie tylko zmniejsza zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie, ale zapewnia lepszą jakość powietrza w pomieszczeniach, zapewniając zdrowsze i wygodniejsze przestrzenie mieszkalne. Nadal możesz otworzyć okno, aby zaczerpnąć świeżego powietrza, jeśli naprawdę chcesz.

Biorąc pod uwagę wszystkie korzyści – oraz fakt, że budynki odpowiadają za 54% zużycia energii w Massachusetts – zaskakujące jest, że Finch Cambridge będzie dopiero drugim wielorodzinnym budynkiem PH w stanie. Apigan zarządzał również projektem i pomagał zaprojektować pierwszy, rynkowy apartamentowiec w południowym Bostonie o nazwie Distillery North, który został otwarty w 2017 roku. Budynek ten uzyskał status LEED Platinum — najwyższy poziom Lidera w dziedzinie projektowania ekologicznego w dziedzinie energii i środowiska program certyfikacji — bez żadnego dodatkowego wysiłku. Budynek jest o 72% bardziej energooszczędny niż średnia krajowa w 2016 roku dla budynków wielorodzinnych. Najemcy płacą tam średnio 22,50 dolarów miesięcznie za ogrzewanie i chłodzenie swoich mieszkań, które są przeważnie jedno- i dwupokojowe, mówi właściciel budynku Fred Gordon. Dodaje, że dwóch mieszkańców z ciężkimi alergiami dróg oddechowych zgłasza, że ​​ich objawy całkowicie zniknęły wkrótce po przeprowadzce i pojawiają się ponownie podczas podróży.

Koncepcje projektowania PH zaczęły nabierać kształtu podczas kryzysu naftowego lat 70., kiedy rząd USA finansował badania mające na celu zmniejszenie zależności kraju od ropy naftowej. Jednak zainteresowanie budową energooszczędnych domów osłabło, gdy ceny ropy spadły, a Amerykanie wrócili do swoich pochłaniających benzynę samochodów. Grupa Europejczyków podjęła decyzję, w której Amerykanie (i niektórzy koledzy z Kanady) skończyli, dopracowując najlepsze praktyki i standardy budowy hermetycznych domów, które są łatwiejsze do ogrzania zimą – podejście, które promowali jako ruch Passivhaus. Niemiecki architekt zbudował pierwszy amerykański Passivhaus w Illinois w 2003 roku; w 2007 roku założyła Instytut Domów Pasywnych w USA, który dopracował metody PH dla różnych klimatów.

Chociaż pomysł zaprojektowania wyjątkowo energooszczędnych budynków wydaje się oczywisty, Apigian mówi, że świadomość standardu PH dopiero niedawno zaczęła się rozprzestrzeniać w społeczności projektantów w USA. Po raz pierwszy dowiedziała się o tym w 2008 roku, pracując nad konkursem na zaprojektowanie domów o zerowej wartości netto – domów, które wytwarzają tyle energii, ile zużywają – dla byłej bazy wojskowej Fort Devens w Massachusetts. Teraz certyfikowana w budownictwie PH i aktywnie promująca zachęty do promowania takich projektów, uważa, że ​​projektowanie zgodnie z tymi standardami stanie się w końcu nową normą. Kiedy LEED uderzył w ziemię, wszystkim wydało się to nowe i szalone, mówi. Teraz jest to w zasadzie dane — każda firma architektoniczna myśli holistycznie. LEED umieścił to wyraźnie na mapie.

Lęk przed wysokimi kosztami uniemożliwił wielu deweloperom przyjęcie zasad domu pasywnego. Niewielu budowniczych ma doświadczenie w technikach budowlanych, co podnosi cenę. Jeśli jest zespół niedoświadczony, bardziej prawdopodobne jest, że otrzymasz dość wysoki kosztorys, ponieważ są zdenerwowani i nie wiedzą, co to będzie potrzebne, mówi Apigian. Ale w miarę jak coraz więcej budowniczych zdobywa doświadczenie, ceny powinny spadać. Uważamy, że naprawdę możemy to zrobić za 1% do 2% dodatkowych kosztów, jeśli zasady domu pasywnego są integralną częścią procesu projektowania, a cały zespół jest na pokładzie, mówi.

W lutym, kiedy ostatnia faza budowy Finch Cambridge była już w toku, Apigian oprowadził MIT News po budynku, wyjaśniając kluczowe koncepcje.

Utwórz hermetyczną kopertę.

ALICE DRAGON

O ile ktoś nie przejdzie przez drzwi lub otworzy okno, żadne powietrze nie powinno wchodzić lub wychodzić z budynku PH, z wyjątkiem systemu wentylacyjnego. Tak więc poszycie budynku jest całkowicie otoczone trójwarstwową barierą powietrzną składającą się z dwóch zewnętrznych warstw polipropylenu połączonych termicznie z wodoszczelną środkową warstwą polimerową. Na każdym rogu i na wszystkich krawędziach każdego wybitego otworu — pomyśl o oknach, drzwiach, otworach kanałów — ta bariera jest zaklejona specjalną wodo- i wiatroodporną taśmą. (Apigian twierdzi, że jednowarstwowa bariera powietrzna nie jest tak skuteczna, a właściwe zastosowanie ma kluczowe znaczenie. Jeśli jest przymocowana zszywkami – lub co gorsza, jeśli jest rozerwana i rozerwana – nie zatrzyma powietrza. Ciągle przylegające bariery są bezpieczniejsze. )

Jest to pierwszy krok w tworzeniu tak zwanej koperty domu pasywnego — ciągłej bariery przed powietrzem zewnętrznym, wilgocią oraz niepożądanym ciepłem lub zimnem. Wszystkie 98 mieszkań w Finch Cambridge mieści się w obrębie koperty i musi spełniać surowe normy szczelności oraz wydajnego ogrzewania i chłodzenia. Ale aby pomóc ograniczyć koszty, kilka obszarów z trudniejszymi problemami z wentylacją, ogrzewaniem i chłodzeniem — hol i jego otwarte schody, a także pralnia i pomieszczenia ogólnodostępne — są wyłączone z koperty. Wszystkie drzwi prowadzące do koperty PH i wszystkie jej okna są uszczelnione i potrójnie oszklone, aby zapobiec niezamierzonemu przepływowi powietrza, gdy są zamknięte.

Owiń budynek kocem.

Czerwone klipsy z włókna szklanego zapobiegają powstawaniu mostków termicznych;
brązowa wełna mineralna pokrywa zewnętrzną część budynku.

ZDJĘCIE UPRZEJMOŚCI

Ciągła izolacja ma kluczowe znaczenie. Ale w tradycyjnym budynku izolację umieszcza się tylko we wnękach ścian między słupkami, pozostawiając luki – podejście Apigia porównuje do swetra z licznymi dziurami. W przypadku budynków PH architekci zazwyczaj dodają również warstwę ciągłej izolacji zewnętrznej o wysokiej odporności termicznej, skutecznie tworząc koc wokół całego budynku. Grubość koca zależy od wielkości budynku, jego użytkowania i obłożenia, a także strefy klimatycznej. W Finch Cambridge firma Icon zastosowała izolację z włókna szklanego nakładaną natryskowo w zewnętrznych wnękach ścian, a następnie owinęła budynek dwucalową warstwą wełny mineralnej, ognioodpornego materiału izolacyjnego wykonanego z przetopionego kamienia bazaltowego i żużlu z hut pochodzących z recyklingu . (Budynek Distillery North otrzymał izolację celulozową w zewnętrznych wnękach ścian oraz trzy cale wełny mineralnej.) Architekci pokryli również dach zwężającą się izolacją z twardej pianki, umieszczając sześć cali sztywnej pianki o dużej gęstości między stropem garażu a stropem. posadzka nad nią i natryskiwana izolacja z pianki poliuretanowej w miejscach przejść, które w innym przypadku byłyby trudne do pokrycia.

„Koperta” budynku wykonuje większość pracy, utrzymując temperaturę wewnątrz niezależnie od tego, co dzieje się na zewnątrz.

Niezwykle ważne jest również unikanie lub zakłócanie mostków termicznych, elementów, które tworzą ścieżkę dopływu i odpływu ciepła, ponieważ są one bardziej przewodzące ciepło niż otaczające je materiały. Szpilki — zwłaszcza metalowe — są znanymi mostkami termicznymi; w Finch Cambridge zakłóca je dwucalowa izolacja zewnętrzna. Podobnie metalowe listwy w kształcie litery „Z” służące do mocowania okładziny zewnętrznej mocowane są do budynku za pomocą klipsów wykonanych z włókna szklanego, które ma ograniczoną przewodność cieplną.

Ostrożnie zarządzaj wentylacją.

ALICE DRAGON

Wentylatory odzysku energii (znane jako ERV) są używane do zapewnienia ciągłego, zrównoważonego przepływu powietrza do iz budynków PH. W przypadku każdego z dwóch ERV firmy Finch Cambridge jeden kanał zasysa świeże powietrze, a drugi odprowadza zużyte powietrze. Oba kanały przepuszczają powietrze przez ERV, wymiennik ciepła, który wykorzystuje podstawową zasadę termodynamiczną, że energia cieplna zawsze będzie płynąć od ciepła do zimna. Tak więc, podczas gdy powietrze w dwóch oddzielnych kanałach nie miesza się, w chłodne dni ciepło z wychodzącego nieświeżego powietrza pomaga ogrzać wchodzące zimne, świeże powietrze, zmniejszając zapotrzebowanie na ogrzewanie w budynku. Przy ciepłej pogodzie system pobiera ciepło z dopływającego świeżego powietrza, przekazując je do wychodzącego chłodniejszego, nieświeżego powietrza i minimalizując potrzebę klimatyzacji. ERV pomagają również zarządzać wilgotnością.

Świeże powietrze, które jest filtrowane w celu usunięcia cząstek stałych, jest dostarczane do wszystkich salonów i sypialni Finch Cambridge z jednego z dwóch kanałów świeżego powietrza w budynku. Zużyte powietrze jest pobierane z otworów wentylacyjnych we wszystkich łazienkach i kuchniach i wypływa do jednego z ERV przez jeden z dwóch wylotowych kanałów wentylacyjnych (pokazanych po prawej stronie, przed nałożeniem izolacji).

To bardzo prosta technologia, która jest niesamowita, ale nie jest skomplikowana, mówi Apigian. To już dawno.

Zainstaluj ogrzewanie o odpowiedniej wielkości.

ALICE DRAGON

Budynek z odpowiednią powłoką PH i systemem ERV wymaga minimalnego dodatkowego ogrzewania i chłodzenia. Ciepło wytwarzane przez ciała, urządzenia, światła i podłączone urządzenia, takie jak komputery, telewizory i tostery, znacznie przyczynia się do utrzymania jej w dobrym stanie. W rzeczywistości często mówi się, że można ogrzać dom PH za pomocą suszarki do włosów. W Nowej Anglii, mówi Apigian, to może być prawda. Zaznacza jednak, że skuteczność powłoki PH w zatrzymywaniu ciepła oznacza, że ​​chłodzenie latem jest większym problemem.

Modele komputerowe uwzględniają ciepło wytwarzane przez urządzenia, urządzenia elektryczne, oprawy oświetleniowe i ludzi oraz obliczają, ile dodatkowego ciepła lub chłodzenia jest potrzebne. Pompy ciepła, które działają na tych samych zasadach co klimatyzator lub zamrażarka i wymagają minimalnej energii do działania, są zazwyczaj wystarczające do obu celów. Parownik lub wymiennik ciepła pompy ciepła pobiera ciepło z powietrza za pomocą płynu chłodniczego, który zamienia się w parę; ta para jest następnie sprężana w skraplaczu w celu zwiększenia jej temperatury, zapewniając ciepło. Proces jest odwracany, gdy potrzebne jest chłodzenie. Każda jednostka w Finch Cambridge ma elektryczną pompę ciepła, ale wszystkie 98 pomp ciepła (i te we wspólnych przestrzeniach) ma tylko 16 skraplaczy na dachu (pokazanych po prawej). Ponieważ system umożliwia równoczesny zmienny przepływ czynnika chłodniczego, jednostka skierowana na zachód, która piecze się na słońcu, może zażądać chłodzenia, a jednostka skierowana na wschód może wymagać ciepła.

Intensywność zużycia energii w miejscu (EUI) przewidywana w Finch Cambridge — liczba kBTU potrzebnych do ogrzewania i chłodzenia każdej stopy kwadratowej rocznie — wynosi zaledwie 23. To imponująco o 70% mniej niż średni wskaźnik EUI dla domów wielorodzinnych w USA w 2016 r. było 78,8.

Mądrze wybieraj okna — i zaciemniaj je w razie potrzeby.

STEPHANIE ARNETT

Odpowiednie okna i osłony pozwalają wykorzystać ciepło słoneczne zimą i odbić je latem. Aby pomóc utrzymać temperaturę we wnętrzu, niezależnie od tego, czy na zewnątrz jest gorąco, czy zimno, wszystkie okna w kopercie PH w Finch Cambridge są potrójnie oszklone i uszczelnione, z izolowanymi ramami, które zapobiegają powstawaniu mostków termicznych. I Icon unika okien z podwójnymi zawiasami, gdy tylko jest to możliwe, ponieważ trudno jest utrzymać uszczelkę w oknie przesuwanym w górę i w dół. Tradycyjne okno z podwójnym zawieszeniem w Nowej Anglii to katastrofa – najbardziej nieszczelna rzecz znana człowiekowi, mówi Apigian.

Zewnętrzne rolety nad oknami na południowej elewacji Finch Cambridge rozciągają się do połowy długości okna. (Architekci pierwotnie planowali zainstalować rolety na elewacji wschodniej, zachodniej i południowej, ale modelowanie energetyczne wykazało, że były one potrzebne tylko w przypadku okien wychodzących na południe. Wyeliminowanie reszty pomogło ograniczyć koszty). Wybrali rolety z ukośnymi listwami, które blokują letnie słońce, ale zapobiegaj gromadzeniu się deszczu i śniegu oraz przepuszczaj wiatr. Ponieważ zimą słońce jest niżej na niebie, światło słoneczne i część jego promieniowania cieplnego może przedostawać się przez okna pod roletami, pomagając ogrzać budynek.

W ukłonie w stronę ptaków w pobliskim Fresh Pond architekci zaprojektowali linię dachu budynku na wzór skrzydeł. Skrzydła zapewniają również cień dla pokoju wspólnego i pralni na najwyższym piętrze, a na dachu zainstalowano część 150-kilowatowych paneli słonecznych. Przewiduje się, że panele słoneczne zrównoważą 98 144 kilowatogodzin rocznie, czyli około 20% całkowitej energii elektrycznej wymaganej do obsługi budynku.

Wykonuj modelowanie i testowanie energii.

INSTYTUT DOMU PASYWNEGO | wikimedia

Modelowanie energii jest pomocne przy projektowaniu i budowie budynku PH. Inżynierowie budynku mogą obliczyć obciążenie energetyczne (szczytową ilość energii potrzebną w danym momencie), aby upewnić się, że określają sprzęt o odpowiedniej wielkości dla budynku, zamiast przesadzać. Mogą również określić zapotrzebowanie budynku na energię (całkowite zużycie energii w ciągu jednego roku), aby upewnić się, że spełnia on normy PH. Jednak pomiar jego szczelności po zbudowaniu jest ostatecznym testem – i jest wymagany do certyfikacji jako budynek domu pasywnego.

Apigia w pełni oczekuje, że budynek otrzyma certyfikat PH. W marcu przygotowywała się do pierwszego testu drzwi dmuchawy w całym budynku Fincha Cambridge, aby określić ich szczelność. Test polega na zamknięciu wszystkich zewnętrznych drzwi i okien oraz umieszczeniu specjalnych drzwi z wentylatorem w jednych z głównych drzwi koperty PH, aby wyciągnąć powietrze z budynku, obniżając jego wewnętrzne ciśnienie powietrza. Jeśli budynek nie jest szczelny, wentylator drzwi musi ciężej pracować, aby utrzymać poziom ciśnienia powietrza, a dymniki można wykorzystać do wykrywania nieszczelności.

Gdy zakończyła się ostateczna budowa Fincha Cambridge, Apigian żonglował także innymi lokalnymi projektami domów pasywnych realizowanymi w Gloucester, Salem i Lowell. W każdym przypadku celem jest, aby systemy ogrzewania i chłodzenia miały niewiele do zrobienia. Dzięki szczelności i ciągłości cieplnej oraz kontroli, powłoka budynku wykonuje większość pracy, której zwykle polegamy na naszych systemach, utrzymując temperaturę wewnętrzną niezależnie od tego, co dzieje się na zewnątrz budynku, mówi. A w Nowej Anglii może to oznaczać prawie wszystko.

ukryć