Perspectief
‘Waar is de zon?’, een te herwaarderen ontwerpuitdaging
Low tech als een manier om de verborgen milieueffecten van gebouwen te verminderen
Koolstofpiek
De milieueffecten van gebouwen worden onderverdeeld in twee categorieën: operationele milieu-impact en embodied milieu-impact. Operationele milieu-impact is de impact die door een gebouw wordt gegenereerd gedurende de gehele gebruiksfase. Deze is voornamelijk het gevolg van de energie die wordt gebruikt voor het conditioneren van het binnenklimaat van het gebouw. Het verminderen van de operationele impact was tot voor kort de voornaamste zorg van de ontwerppraktijk. Inmiddels weten architecten hoe ze energetisch performante gebouwen kunnen creëren die een lage operationele milieu-impact kunnen claimen. Onze aandacht is dus verschoven naar het bouwproces en de milieu-impact die verband houdt met de productie, de assemblage en het onderhoud van gebouwen. Deze impact wordt de embodied milieu-impact genoemd. Met onze pogingen om de operationele milieu-impact te verminderen, is de embodied milieu-impact toegenomen, als gevolg van een grotere hoeveelheid materialen die in hedendaagse, energetisch performante gebouwen worden gebruikt.
In de huidige praktijk zien we dat in de meeste gebouwen de embodied milieu-impact de neiging heeft hoger te worden dan de operationele impact. Dit is niet de enige reden waarom de embodied milieu-impact onze aandacht verdient. De embodied milieu-impact is ook de initiële milieu-impact, die plaatsvindt vóór of helemaal aan het begin van de bouw, dus vóór het feitelijke gebruik van het gebouw, en in een korte periode een aanzienlijke “koolstofpiek” vormt (1).
Het reduceren van deze eerste koolstofpiek is een belangrijk element in de algemene strategie om de milieuvoetafdruk van onze gebouwen te verkleinen. Aangezien deze van tevoren (“nu”) gebeurt en het zeker is dat deze uitstoot zal gebeuren. Keuzes die van invloed zijn op deze piek moeten goed worden overwogen, en als er beslissingen worden genomen die de embodied milieu-impact vergroten, moeten deze worden gecompenseerd door een lagere operationele milieu-impact. De tijd die nodig is om de hogere initiële effecten, die als “milieu-investeringen” kunnen worden beschouwd, te compenseren, zal van geval tot geval verschillen, afhankelijk van de functie en het gebruik van een gebouw en van de verschillende toekomstige energiemixscenario’s. Er bestaat nog heel wat onzekerheid over deze “terugverdientijd voor het milieu”. De huidige klimaatobservaties hebben duidelijk gemaakt dat “nu” moet worden begonnen met maatregelen om de milieuimpacten in het algemeen, en de koolstofemissies in het bijzonder, terug te dringen om te voldoen aan het IPCC-traject van 1,5°C. Nu een koolstofpiek genereren met de bedoeling om, hopelijk, de uitstoot op lange termijn te verminderen, kan echter pas over 20 jaar break-even zijn, en dat is een situatie die moet worden vermeden. Het optimaliseren van zowel de operationele als de embodied milieu-impact van onze gebouwen moet dus onze eerste zorg zijn.
De embodied milieu-impact van technische installaties
Sinds enkele jaren is de embodied milieu-impact van courante bouwproducten een belangrijke beslissingsfactor in de architecturale ontwerppraktijk, met het levenscyclusanalyse-instrument TOTEM als voornaamste leidraad in de Belgische context. Vandaar de strategie om de hoeveelheid nieuwe materialen te verminderen door een slimme combinatie van bouwprogrammering en het hergebruik van bestaande gebouwen, bouwstructuren en bouwmaterialen.
Tot nu toe werd de embodied milieu-impact van technische installaties in gebouwen over het hoofd gezien. Dit is vooral te wijten aan de complexiteit van deze installaties en het gebrek aan gegevens over de hoeveelheden materialen die in technische installaties worden gebruikt. Recente studies hebben ons meer inzicht verschaft en tonen aan dat tussen 14% en 45% van de embodied milieu-impact van kantoorgebouwen toe te schrijven is aan de technische installaties (2), afhankelijk van het type installatie en de beschouwde levensduur. Dit komt niet als een verrassing, aangezien technische installaties vaak bestaan uit (zeldzame) metalen en vloeistoffen bevatten met een hoog GWP (Global Warming Potential). De hot spots bevinden zich in de HVAC-distributie- en emissiesystemen, de elektrische bedrading (koper), de koelvloeistoffen en de PV-panelen.
Low Tech als strategie
Het verminderen van de belichaamde milieu-impact van technische installaties kan worden gedaan door gebruik te maken van verschillende strategieën, die in de meeste gevallen moeten worden gecombineerd. De belangrijkste strategie is het verminderen van de hoeveelheid materialen die in de technische installatie worden gebruikt en het vermijden van het gebruik van koelmiddelen met een hoog GWP.
Het is interessant op te merken dat verschillende onderdelen van een technische installatie een verschillende levensduur hebben, bijvoorbeeld productie-eenheden hebben een korte levensduur en distributiesystemen hebben een lange levensduur. Verschillende onderdelen van een installatie hebben ook een verschillende invloed op het operationele energieverbruik en dus op de operationele milieu-impact. De materialisatie van distributiesystemen en productie-eenheden moet daarom verschillend worden bekeken. Distributiesystemen moeten zo worden ontworpen dat zij ofwel toekomstbestendig zijn, ofwel zo klein mogelijk, zodat hun materiële impact minimaal is. Toekomstbestendig betekent ook dat op middellange termijn verschillende produktie-eenheden, met verschillende energiebronnen, op de installatie kunnen worden aangesloten. Op (tamelijk) korte termijn moet worden gezocht naar het beste evenwicht tussen materiaalimpact en primair energiegebruik, met de bijbehorende milieuvoetafdruk op korte termijn (3).
Een van de belangrijkste strategieën om de hoeveelheid en de impact van technische installaties te verminderen, ligt in de architectonische conceptie van het gebouw. De toepassing van klimaatgevoelige ontwerpstrategieën, waarbij de architectonische conceptie van het gebouw reeds het grootste deel van de storende invloeden van het buitenklimaat (warmte en koude) mitigeert, biedt strategieën voor het low tech behoud van een comfortabel en gezond binnenklimaat, door middel van bijvoorbeeld maximaal kwalitatief daglicht, thermische massa en natuurlijke ventilatie. Door toepassing van deze strategieën kan de netto energievraag van het gebouw voor het handhaven van het binnenklimaat aanzienlijk worden verlaagd. Onderzoek heeft aangetoond dat deze strategieën niet alleen nuttig zijn in ons huidige klimaat, maar zelfs nog belangrijker zijn in toekomstige klimaatomstandigheden (2 en 4).
Case studies
Kantoren archipelago, Leuven
Door de combinatie van doordachte oriëntatie van de beglazing in de gevel, blootgestelde thermische massa in de gevel, en een uitgewerkt natuurlijk ventilatieconcept, is de energiebehoefte van dit gebouw zeer laag. Op deze manier kan de hoeveelheid technische installaties en leidingen aanzienlijk worden beperkt. De hoeveelheid installaties is verder gereduceerd door een zorgvuldige dimensionering waarbij niet de standaardwaarden uit de normatieve documenten zijn gebruikt, maar realistische schattingen zijn gehanteerd, rekening houdend met het mildere binnenstadsklimaat. In de huidige klimaatomstandigheden bereikt dit nieuwe kantoorgebouw een aanvaardbaar zomercomfort zonder mechanische koeling. In samenwerking met de KU Leuven is het gebouw ook beoordeeld onder toekomstige klimaatomstandigheden. Ook onder deze omstandigheden levert het ventilatieve koelingsconcept het grootste deel van de tijd een goed zomercomfort op. Bij extreme weersomstandigheden kan de omkeerbare warmtepomp via het klimaatplafond voor topkoeling zorgen. Alle technische installaties zijn zichtbaar en goed bereikbaar voor onderhoud en upgrades, wetende dat goed onderhoud eigenlijk de eerste stap is in het verlengen van de levensduur van technische installaties.
Alchimiste hub voor lokaal ondernemerschap, Anderlecht
Bij de reconversie van dit 100 jaar oude industriële gebouw konden we dankzij de energetische upgrade van de gebouwschil de verwarmingsinstallaties verkleinen en overschakelen op lagere verwarmingsregimes. Bovendien maken gedecentraliseerde vraaggestuurde ventilatie-eenheden met warmteterugwinning complexe HVAC-kanalen die door het gebouw lopen overbodig.
Greenpeace Belgium, Brussel
De technische installaties in de nieuwe Greenpeace kantoren, een verbouwing van een oude orgelmakerij, zijn aanzienlijk geminimaliseerd door de invoering van een hybride ventilatiesysteem waarin vraaggestuurde natuurlijke ventilatie via te openen ramen wordt gecombineerd met vraaggestuurde mechanische afzuiging met warmteterugwinning door een warmtepomp. De ventilatiekanalen worden standaard beperkt door alleen vraaggestuurde mechanische afzuigsystemen toe te passen. Met een intelligent ventilatieconcept kan ook de lengte van de mechanische afzuigkanalen worden geminimaliseerd. In een dergelijk hybride ventilatieconcept is de primaire energievraag gelijk aan een volledig dubbel flux ventilatiesysteem met warmteterugwinning, maar de materiaalimpact is aanzienlijk verminderd. Door een slimme validatie van de thermische massa, een goed doordachte zonwering en de toepassing van natuurlijke ventilatieve koeling kan het binnenklimaat in de zomer worden geoptimaliseerd zonder dat mechanische koeling nodig is. De hoeveelheid technische installaties is verder gereduceerd door zorgvuldige dimensionering en het gebruik van gezond verstand voor de binnencomfort-doelstellingen.
Restaurant Pachthof, Botanical Garden, Meise
De combinatie van een zorgvuldig architectonisch ontwerp dat de hoge zonnelasten in de zomer beperkt en de zonnewinsten in de winter optimaliseert, in combinatie met een natuurlijk ventilerend koelingsconcept door middel van automatisch bedienbare ramen, vermindert de energievraag en garandeert een kwalitatief zomercomfort zonder de noodzaak van mechanische koeling. De doordachte ruimtelijke indeling van de mechanische ventilatie maakt een flexibel gebruik van het gebouw mogelijk, aangepast aan zowel het drukkere zomerseizoen als het rustigere winterseizoen.
Aanvullende literatuur
(1) Martin Röck, et al. (2020). Embodied GHG emissions of buildings – The hidden challenge for effective climate change mitigation, in: Applied Energy (https://www.researchgate.net/publication/337591460_Embodied_GHG_emissions_of_buildings_-The_hidden_challenge_for_effective_climate_change_mitigation)
(2) Delphine Ramon, (2021). Towards future-proof buildings in Belgium – Climate and life cycle modelling for low-impact climate robust office buildings, Phd Thesis, KU Leuven (https://www.researchportal.be/en/publication/towards-future-proof-buildings-belgium-climate-and-life-cycle-modelling-low-impact)
(3) Joost Declercq, (2020). Circulaire economie toegepast op technische installaties – Technische installaties, aanpasbaarheid en reversibiliteit, Seminarie Duurzame Gebouwen, Leefmilieu Brussel (https://leefmilieu.brussels/sites/default/files/user_files/sem05-201016-6-jd-nl.pdf and https://leefmilieu.brussels/sites/default/files/user_files/sem05-201016-6-jd-fr.pdf )
(4) Joost Declercq, et al. (2021). The feasibility of natural ventilative cooling in an office building in a Flemish urban context and the impact of climate change, Proceedings of the 17th IBPSA Conference (https://doi.org/10.26868/25222708.2021.30811)
Ontdek andere perspectieven
Perspectief
Een visie op logistieke en productie-infrastructuren vanuit een evoluerende aanpak qua duurzaamheid en circulair bouwen
Perspectief
Buitenruimtes ontwerpen – Landschapsarchitectuur als instrument om ons ontwerp verder te duwen
