Er zijn verschillende aspecten aan te voeren die pleiten voor het vervangen van traditionele airconditioning door natuurlijke airconditioning:
De menselijke kant
Airconditioning in gebouwen levert in alle seizoenen een ruimtetemperatuur binnen de behaaglijkheidsgrenzen, maar wordt desondanks door veel mensen maar matig gewaardeerd. We moeten dan ook de ogen niet sluiten voor enkele ongemakken die deze techniek met zich meebrengt:
• Om de capaciteit van het systeem zo groot mogelijk te maken wordt de lucht vaak zo diep gekoeld, 140C of nog lager, dat het niet altijd lukt om onder alle omstandigheden tocht op de werkplek te voorkomen.
• De geluiddempers dempen vooral de hoge frequenties, maar laten de lage frequenties grotendeels ongemoeid. Voor veel mensen is dit erg hinderlijk.
• Bij de passage door vervuilde luchtfilters wordt de luchtkwaliteit er niet beter op en dat geldt ook voor warmtewielen, die niet alleen energie, maar ook luchtvervuiling overdragen. Dat merkt men niet direct, maar het is niet bevorderlijk voor het binnenmilieu.
• Het beruchte sick building syndroom komt vaker voor in gebouwen met airconditioning dan in gebouwen met natuurlijke ventilatie.
De technisch-economische kant
Traditionele mechanische airconditioning heeft verschillende technisch-economische nadelen:
• Het is een gecompliceerde techniek, die veel vraagt van ontwerpers en installateurs en strijdig is met het KISS principe.[1]
• De vaak gecompliceerde regeltechniek vraagt veel van het onderhoudsmanagement en wordt door gebruikers vaak niet begrepen. De inherente problemen hiervan leveren vaak problemen op.
• De investerings- en onderhoudskosten zijn hoog.
• Het ruimtebeslag voor techniekruimten is groot en voor het onderbrengen van luchtkanalen is meestal een grote verdiepingshoogte nodig.
• Inpassing van het klimaatsysteem in het architectonisch/bouwkundig ontwerp vergt veel van de ontwerpende partijen.
• Het mechanisch transporteren van lucht door het klimaatsysteem kost veel elektrische energie.
Energieaspecten
Energiebesparing in de gebouwde omgeving is een belangrijke opdracht voor de bouwsector. De formele doelstelling binnen de EU, aangegeven in de EPBD[2] Recast (Directive 2010/31/EU) is
“As of 31 December 2020 new buildings in the EU will have to consume “nearly zero” energy…..
Nearly zero-energy building” means a building that has a very high energy performance, as determined in accordance with Annex 1. The nearly zero, or very low amount of energy required should be covered to a very significant extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on site or nearby”.
Het gaat hier om het gebouw gebonden energiegebruik, waarover in Nederland al in 2008 tussen de belangrijkste actoren in de bouw een soortgelijke doelstelling werd geformuleerd in het zgn. Lenteakkoord. In Europees verband is verder de “20-20-20” afspraak gemaakt, die inhoudt dat in 2020 20% van het energiegebruik in de gebouwde omgeving duurzaam zal worden opgewekt.
In de Europese Unie wordt energiezuinigheid gereguleerd via de Energy Performance of Buildings Directive, in Nederland uitgewerkt in de Energie Prestatie Norm (EPN), waarmee de energieprestatie van een gebouw of woning wordt voorspeld. De uitkomst van een EPN-berekening is de maat voor de energie-efficiëntie: de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC), sinds 1995 een instrument van het Nederlandse klimaatbeleid.
Kanttekeningen bij de Energie Prestatie Normering
Grenswaarden voor de EPC worden in het Bouwbesluit genoemd en periodiek aangescherpt. Voor nieuwe utiliteitsgebouwen, waaronder kantoren, verschillen de EPC-grenswaarden per gebouwfunctie. Anno 2012 geldt voor kantoorfuncties een eis van 1,1 EPC. Doordat de eis is gesteld op het niveau van de gebruiksfunctie, heeft de ontwerper een maximale vrijheid bij het bepalen van hoe aan de verlangde energieprestatie zal worden voldaan. Daarbij geeft de eis een prikkel tot het geïntegreerd ontwerpen van casco en installaties en het ontwerp van energiezuinige gebouwconcepten.
Bij dit uitgangspunt, hoe aantrekkelijk ook voor het stimuleren van integraal ontwerpen, kunnen wel enkele kritische vragen en kanttekeningen worden geplaatst, bijvoorbeeld:
• Installatietechnische voorzieningen hebben globaal genomen slechts een levenscyclus van 15 tot 20 jaar en zijn in principe kwetsbaarder en duurder in onderhoud dan meer robuuste bouwkundige voorzieningen. Is het uit oogpunt van duurzaamheid wel verantwoord beide categorieën op een lijn te stellen?
• Om de geëiste EPC waarde te realiseren kan vaak gemakkelijker en goedkoper worden gescoord met minder duurzame installatietechnische voorzieningen dan met meer duurzame bouwkundige voorzieningen, die dan achterwege worden gelaten.
• De nadruk op de installatietechniek heeft in de loop van de ontwikkeling geresulteerd in steeds complexere, en onderhoudsgevoelige klimaatinstallaties. Dergelijke installaties leveren vaak niet het gezonde binnenklimaat dat ervan verwacht mag worden en een eenvoudige en intuïtief begrijpelijke bediening wordt door de complexiteit bemoeilijkt.
• De energie die is gebruikt om de betreffende voorzieningen te produceren, de zgn. embedded energy, wordt in het EPC model niet gewaardeerd.
• Innovatieve ontwikkelingen zoals het hierna omschreven Earth, Wind & Fire concept vallen geheel buiten de genormeerde bepalingsmethode. Ingewikkelde en kostbare procedures voor het verkrijgen van gelijkwaardigheidverklaringen zijn dan noodzakelijk.
• Onderzoek wijst uit dat er geen statistisch significante correlatie is tussen de voorspelde en de naderhand in de gebruiksfase gemeten energieprestatie van gebouwen.
Probleemstelling
Het is onwaarschijnlijk dat de gewenste “nearly zero-energy buildings” kunnen worden gerealiseerd door een verdere verlaging van de EPC-eis met toepassing van verbeterde bouw- en installatietechnieken. Bouwkundige en bouwfysische mogelijkheden om het energiegebruik te reduceren raken uitgeput. Installatietechnische verbeteringen zijn zeker mogelijk maar zullen worden gekenmerkt door een afnemende meerwaarde en vormen bovendien een potentiële bedreiging voor de robuustheid van de klimaatvoorzieningen en de kosten effectiviteit van de benodigde investeringen.
Zorgwekkende scenario’s bij het verlagen van de EPC eis zijn verder potentiële mogelijkheden het energiegebruik in gebouwen te reduceren door
(1) Verlaging van de ventilatiecapaciteit met als dreigend gevolg een verslechtering van de binnenluchtkwaliteit en inherent grotere gezondheidsproblemen op de werkplek.
(2) Vermijding van klimaatregeling door alleen natuurlijke ventilatie toe te passen met als gevolg een verslechtering van het thermisch comfort op de werkplek in de zomerperiode en inherent lagere productiviteit van kantoorwerkers.
(3) Het realiseren van de gewenste energieprestatie door toepassing van goedkopere maar minder duurzame installatietechnische voorzieningen in plaats van duurdere maar meer duurzame bouwkundige voorzieningen.
Deze scenario’s staan ook op gespannen voet met de Energy Performance of Buildings Directive die eveneens stelt dat
“…requirements shall take into account not just the energy performance but also general indoor climate conditions, in order to avoid possible negative effects such as inadequate ventilation…
… measures should take into account climatic and local conditions as well as indoor climate environment and cost effectiveness”.
Uitdagingen voor de bouwwereld
Energiebesparing in de gebouwde omgeving is niet de enige uitdaging waar de bouwwereld, in dit verband vooral de klimaatsector, voor staat.
• Het energiegebruik moet drastisch worden beperkt dan wel hernieuwbaar worden opgewekt.
• Dit mag echter niet ten koste gaan van de kwaliteit van het binnenmilieu.
• En tenslotte moeten de maatregelen ook nog kosteneffectief zijn.
Energiebesparing in de gebouwde omgeving is tot dusver voornamelijk het domein geweest van de bouwfysica en de klimaattechniek. Beide hebben in de afgelopen decennia uitstekende prestaties geleverd door een gezonder, behaaglijker, productiever en veiliger binnenmilieu te realiseren bij een aanzienlijk lager energiegebruik dan voorheen. De industrie liet zich hierbij niet onbetuigd door de ontwikkeling van energie-efficiënte technieken voor warmte- en koude opwekking, warmteterugwinning, en energiezuinige klimaatsystemen. Het einde van deze ontwikkeling lijkt echter in zicht . Er kan althans in deze sectoren een afnemende meerwaarde worden waargenomen.
“Research into building energy efficiency over the last decade has focused on efficiency improvements of specific building elements like the building envelope, including its walls, roofs and fenestration components (windows, day lighting, ventilation, etc.) and building equipment such as heating, ventilation, air handling, cooling equipment and lighting. Significant improvements have been made, and whilst most building elements still offer some opportunities for efficiency improvements, the greatest future potential lies with technologies that promote the integration of active building elements and communication among building services.”
Uitdagingen voor architect en klimaatingenieur
De door ECBCS gepropageerde integratie van actieve bouwelementen en klimaatvoorzieningen ligt binnen het domein van de bouwfysica en de klimaattechniek. De architectuur, de discipline met de grootste impact op de gebouwde omgeving, staat hierbij echter nog grotendeels afzijdig. Door de architect, met zijn grote creativiteit en invloed op het bouwproces, direct te betrekken bij de problematiek van energie en binnenmilieu, openen zich in principe nieuwe mogelijkheden op basis van een werkelijk integraal ontwerp. Door architectuur en architectonische elementen een plaats te geven in het totale pakket van de klimaatvoorzieningen in een gebouw, wordt tevens voldaan aan de primaire doelstelling van het onderzoek: Verkleining van de begripsafstand tussen architect en klimaatingenieur.
De innovatieve idee achter het onderzoek Earth, Wind & Fire is het gebruik van de omgevingsenergie van wind en zon voor de klimaatregeling van gebouwen. En de centrale vraagstelling luidt of het mogelijk is een gebouw te ontwerpen als “klimaatmachine” die door deze omgevingsenergie in combinatie met de zwaartekracht wordt geactiveerd.
In een dergelijk gebouw zouden architectuur, bouwmassa, constructies en klimaatvoorzieningen gezamenlijk en interactief zodanig op het buitenklimaat moeten reageren dat er een “NATUURLIJKE AIRCONDITIONING” tot stand komt. De luchtbehandeling in dit gebouw komt dan in principe door de natuur tot stand en is daardoor veel minder afhankelijk van technische installaties.
Volgens de doelstelling binnen de EU zou dit gebouw in principe (bijna) energieneutraal moeten zijn, en zou de nog benodigde restenergie door zon en wind moeten worden opgewekt.
Paradigmaverandering
Tegen deze achtergrond is voor het ontwerp van gebouwen een geheel andere denkwijze en ontwerpmethodologie nodig. Een methodologie waarmee binnen afzienbare tijd energie neutrale gebouwen kunnen worden gerealiseerd met vermijding van negatieve effecten, zoals onvoldoende ventilatie en onbehaaglijke binnenklimaatcondities.
De directe inzet van natuurelementen voor klimaatregeling voert de architect terug naar één van de basics van zijn metier, integraal ontwerper, de rol die hij in het verleden altijd heeft gehad. Hij zal zijn beroep op een hoger niveau uit kunnen oefenen door naast ontwerper van het gebouw tevens een belangrijke rol te spelen als technisch en artistiek co-ontwerper van het klimaatsysteem. “Terug naar de Toekomst”.
Voor de klimaatingenieur is het een uitdaging om door een hoge mate van integratie met architectonisch ontwerpen zijn beroep op een hoger niveau uit te kunnen oefenen, vergelijkbaar met dat van de ontwerper van de draagconstructies. Klimaattechniek wordt Architectuur en omgekeerd. Architect en ingenieur zullen hierdoor in staat zijn een gebouw als totaalontwerp te maken inclusief binnenklimaat- en energievoorzieningen. Op weg naar het energie neutrale gebouw lijkt dit een belangrijke, en wellicht noodzakelijke stap.
Het onderzoek Earth, Wind & Fire is een zoektocht naar deze noodzakelijke paradigmaverandering in de bouwwereld: “Architectuur en Klimaattechniek in een symbiotische samenwerking.”
Belemmeringen
Eeuwenlang heeft de architectuur rekening gehouden met het klimaat op de locatie van gebouwen. Het was de taak van de gebouwomhulling het interieur te beschermen tegen de hitte, koude en zonstraling, en anderzijds hiervan zo goed mogelijk gebruik te maken voor een natuurlijke klimaatregeling. De vorm van een gebouw en de uitvoering van de buitengevel als interface tussen buiten- en binnenmilieu was en is hiervoor een belangrijk gegeven en tevens een dominante factor in de architectonische expressie. Integraal ontwerpen in optima forma! In de laatste decennia zien we deze trend terugkomen in de ontwikkeling van zgn. klimaat actieve bouwelementen in bio-klimatische architectuur. Dergelijke gebouwen of bouwelementen reageren op veranderende binnen- of buitencondities door verandering van fysische eigenschappen ter verbetering van de energetische prestaties.
De installatietechniek is pas vanaf ≈ 1850 tot ontwikkeling gekomen. De vrijwel gelijktijdige ontwikkeling van installatietechniek en draagconstructies met staal- of betonskelet en ongebonden gebouwschil maakten een andere architectuur mogelijk. De rol van de buitengevel werd minder belangrijk, want met technische installaties konden grote klimaatverschillen worden overbrugd. De maatschappelijke en culturele verschillen die hiermee gepaard gingen zijn niet gering.
Als gevolg hiervan hebben architectuur en klimaattechniek zich in de loop van de geschiedenis ontwikkeld als strikt gescheiden domeinen. De rol van de architect als integraal ontwerper is hierdoor uitgehold. De ontwikkeling van de klimaattechniek heeft architecten een grote architectonische ontwerpvrijheid gegeven, maar de kunst en wetenschap om gebouwen te ontwerpen in de context van verwarming, ventilatie, verlichting en koeling zijn daardoor grotendeels verloren gegaan. Gebouwen zijn hierdoor veel afhankelijker geworden van installaties en energie. Ironisch genoeg is de tevredenheid van gebruikers over het binnenklimaat hieraan niet evenredig. Het zgn. Sick Building Syndroom heeft zich vooral gemanifesteerd in gebouwen met omvangrijke klimaatinstallaties. Architecten hebben door de gescheiden ontwikkeling van de klimaattechniek en hun ondeskundigheid op dit gebied niet zelden een zekere weerstand tegen de installatietechniek opgevat hetgeen op gespannen voet staat met een integraal ontwerpproces.
De ontwikkelingen naar energiebesparing zijn in hoge mate aan de architectuur voorbijgegaan; er kunnen zelfs duidelijke rebound effecten worden vastgesteld. Heeft de glasindustrie in enkele decennia de warmteweerstand van dubbel glas tot 1/3 gereduceerd, de architectuur heeft hierop gereageerd door in veel gevallen het glasoppervlak te verdrievoudigen. De architectuur heeft zich verder, mede onder invloed van een toenemende maatschappelijk welvaart en modeverschijnselen, laten verleiden tot steeds uitbundiger vormen en bouwmassa’s waarbij de installatietechniek te hulp moest worden geroepen om een goed binnenmilieu te realiseren.
De mainstream ontwikkeling binnen de architectuur bekommert zich niet of nauwelijks actief om de afstemming van architectonisch ontwerp en het binnenmilieu in relatie met omgevingsklimaat en -energie.
“….The waning confidence of architects in their own ability to deal with energy problems (or opportunities) was increasingly manifested in the form of calls for a return to traditional modes of construction, inherited wisdom about location and orientation. Much of what was said was intelligent and well-founded, but most of what received publicity in those years now looks like paranoia. Rather than calling for more efficient air-conditioning, the call was for the abandonment of air-conditioning altogether, no matter who might suffer…”(Reyner Banham in The Architecture of the “Well-tempered Environment ,1984!)
Anderzijds geldt helaas ook voor klimaatingenieurs dat deze zich nauwelijks hebben verdiept in architectuur en de drijfveren van de architect, hetgeen één van hen tot de verzuchting bracht
“Six years of undergraduate, postgraduate and evening classes’ study at the University of Glasgow’s Faculty of Engineering…..had given me little exposure to architects, or even to architecture. A further 6 years at the University of Glasgow’s Building Services Research Unit had been little better in that respect. Not only did Banham’s book introduce me to architecture, but also it helped me throw off the engineering blinkers I had unwittingly been wearing for the previous 12 years….”(George Baird in The Architectural Expression of Environmental Control Systems, 2001)
Een korte rondgang door de geschiedenis leert dat er wel kritiek is geweest op de eenzijdige benadering vanuit de architectuur. Verschillende voorbeelden van zogenaamde klimaat actieve architectuur wijzen op een kentering en de ontwikkeling naar energie neutrale gebouwen zal hieraan ongetwijfeld de noodzakelijke stimulans geven. Een recente ontwikkeling op dit punt is de cradle to cradle filosofie van Braungart en Mc. Donough, pleitbezorgers en beoefenaren van bioklimatische architectuur.
Wat is een duurzaam gebouw?
Volgens Vitruvius, een architect en ingenieur uit de Romeinse tijd, moet een gebouw voldoen aan de drie kwaliteitseisen van firmitas, utilitas, venustas oftewel sterkte, nuttigheid en schoonheid (Vitruvius 85- 20 v.Chr.).
Een gebouw dat aan de eerste en de derde kwaliteitseis voldoet zal niet voortijdig instorten en evenmin snel worden afgebroken, waardoor het in principe ook een duurzaam gebouw is.
De tweede kwaliteitseis is meer tijdgebonden en omvat in de 21e eeuw naast functionaliteit en flexibiliteit vooral naast functionaliteit en flexibiliteit vooral binnenmilieukwaliteit.
Een contemporaine Vitruvius zou aan de drie kwaliteitseisen nog een vierde hebben toegevoegd: “responsibilitas” waarin naast energiezuinigheid ook meer algemene ecologische, sociale en culturele prestatie-eisen zouden zijn begrepen .
Naast de in het kader van de Energie Prestatie Normering anno 2012 gangbare maatregelen kan een toenemende belangstelling worden gesignaleerd voor bioklimatische architectuur en gebruik van klimaat actieve bouwelementen.
Het onderzoek Earth, Wind & Fire voegt hier een nieuwe dimensie aan toe: Klimaat Responsieve Architectuur.
Energiegebruik
Er zijn vele manieren om het energiegebruik van gebouwen te beperken. Sinds enkele decennia is dit ook een intensief onderzoeksterrein geweest, vooral gericht op:
• Thermische verbeteringen van de gebouwomhulling, gevels, vloeren en daken.
• Efficiencyverbetering van transparante geveldelen, isolatie, zonwering en daglicht.
• Efficiencyverbetering van klimaatinstallaties, ventilatie, verwarming, koeling en verlichting.
Integratie van klimaatactieve bouwelementen en klimaatinstallaties wordt beschouwd als de voornaamste strategie voor het realiseren van verdere energiebesparingen (IEA Annex 44). Met klimaatactief wordt in deze context de dynamische afstemming bedoeld van fysische eigenschappen en energetische prestaties bij wisselende buiten- en ruimtecondities. Met deze strategie worden geen afzonderlijke elementen en subsystemen meer geoptimaliseerd, maar ontstaan geïntegreerd ontworpen bouwconcepten. Deze maken zoveel mogelijk gebruik van natuurlijke middelen voor klimaatregeling en daglicht en integratie van omgevingsenergie . Als klimaat actieve bouwelementen worden genoemd:
• Geavanceerde geïntegreerde gevels, o.a. dubbele huidgevels met ventilatie.
• Benutting van de thermische massa van bouwdelen voor de opslag van warmte en koude, alsmede bouwdeelactivering.
• Benutting van de thermische capaciteit van de aardmassa, o.a. door grondluchtcollectoren.
• Dynamische isolatiesystemen in wanden, bijvoorbeeld ademende wanden voor ventilatie.
• Phase Change Materials, PCM geïntegreerd in bouwelementen.
Een geïntegreerd bouwconcept wordt volgens Annex 44 gevormd door de synergie van klimaat actieve bouwelementen en energie- en klimaatsystemen in één systeem waarmee optimale milieuprestaties kunnen worden gerealiseerd.
Trias Energetica
Energiebesparing wordt idealiter gerealiseerd volgens de Trias Energetica, een begrip waarmee de volgorde van drie stappen naar een zo duurzaam mogelijke energievoorziening wordt aangeduid:
- Beperk de vraag naar energie door het toepassen van vraag beperkende maatregelen.
- Gebruik voor de energiebehoefte zoveel mogelijk duurzame bronnen, hetzij direct zoals wind- en zonne-energie, hetzij indirect via water, lucht en bodem.
- Zet efficiënte technieken in om aan het resterende energiegebruik uit fossiele brandstoffen te voldoen.
Stap 1: wordt idealiter gerealiseerd met behulp van maatregelen uit het repertoire van bioklimatische architectuur inclusief Annex 44. De in de installatietechniek gebruikelijke systemen van warmteterugwinning ter`beperking van de warmtevraag komen hier niet in aanmerking. De klimaatregeling op werkplekniveau wordt idealiter uitgevoerd met LTV en HTK systemen, efficiënte regeltechniek en HR-pompen.
Stap 2: wordt in het Earth, Wind & Fire concept enerzijds gerealiseerd door directe benutting van de omgevingsenergie van aardmassa, wind en zon. Anderzijds wordt met behulp van het WKO systeem en warmtepompen indirect gebruik van zonne-energie gemaakt. Het resterend energiegebruik ad stap 3 wordt idealiter door wind en zon in het Ventecdak gedekt.
Stap 3: Klassieke technieken uit het repertoire van de installatietechniek zijn onder meer stookinstallaties met hoog energierendement, en Kracht/Warmtekoppeling met hoof exergierendement. Het Earth, Wind & Fire concept beoogt echter energieneutraliteit en derhalve zijn deze technieken in principe niet nodig.
Bioklimatische architectuur
Eén van de grondleggers van de bioklimatische architectuur, Victor Olgyay, heeft betoogd dat de installatietechniek alleen de fine-tuning zou moeten regelen van de klimaatregeling, die in hoofdzaak door het gebouw zelf zou moeten worden gerealiseerd. Het buitenklimaat wordt getemperd door de stedenbouwkundige omgeving, situering, en begroeiing waardoor op de bouwlocatie een microklimaat ontstaat. De gebouwschil en de bouwmassa zorgen in combinatie met klimaat actieve bouwelementen voor een verdere demping. Hierdoor ontstaat een meer natuurlijke klimaatregeling waardoor de omvang van de klimaatinstallatie kan worden beperkt.
Dit concept gaat overigens voorbij aan het feit dat door het warmte-eiland-effect in een stedelijke omgeving het microklimaat op de bouwlocatie veelal niet onder het buitenklimaat ligt, maar daar boven. Verder komt een belangrijke eigenschap van klimaat actieve elementen, faseverschuiving door absorptie en desorptie van warmte, in de grafiek niet tot uitdrukking.
Bioklimatische architectuur richt zich in de eerste plaats op de architectonische integratie van systemen voor daglicht, passieve verwarming, natuurlijke ventilatie en koeling. De bekende bioklimatische architect Ken Yeang geeft hiervoor de volgende motiveringen:
• Een ecologische: beperking van het energiegebruik en verhoging van de duurzaamheid van bouwwerken.
• Een sociale: verhoging van het menselijk welzijn, vooral in hoogbouw.
• Een culturele: voortzetting van het historisch menselijk leerproces om gebouwen aan te passen aan het regionale klimaat.
Bioklimatische architectuur richt zich dus volgens Ken Yeang niet alleen op de vorm, schoonheid en bruikbaarheid van een gebouw, maar ook op haar ecologische, sociale en culturele prestaties. In eerste instantie gericht op energiezuinigheid en duurzaamheid zou de integratie van bioklimatische strategieën dus nog een ander doel dienen namelijk het bevorderen van een hoge sensorische en mentale tevredenheid van bewoners en gebruikers van een gebouw, waardoor tevens hun prestaties kunnen worden verbeterd.
Conventionele middelen hiervoor uit het architectonisch repertoire zijn lay-out, locatie en oriëntatie, glaspercentage van de gevel, uitvoering van ramen en zonwering, thermische isolatie en accumulerend vermogen van de constructie etc. Anno 2012 kunnen hieraan klimaat actieve bouwelementen worden toegevoegd.
Klimaat Responsieve Architectuur
Bioklimatische architectuur is in staat de invloed van het buitenklimaat op het binnenklimaat te dempen en daardoor het benodigde energiegebruik van een gebouw te beperken. Met passieve maatregelen alleen kan echter niet altijd een thermisch behaaglijk binnenmilieu in een gebouw worden gerealiseerd. Er is nog altijd energie nodig voor de klimaatregeling en het realiseren van een energieneutraal gebouw vraagt dan ook om verdergaande voorzieningen.
Klimaat Responsieve Architectuur, hierna uitgewerkt in het Earth, Wind & Fire concept vult deze leemte door gebruik te maken van de natuurlijke omgevingsenergie in het buitenklimaat en van de aardmassa. Hierdoor kan in principe een energie neutraal gebouw worden gerealiseerd met vermijding van negatieve effecten voor het binnenmilieu. Volgens dit concept wordt een gebouw ontworpen als “klimaatmachine” die wordt geactiveerd door de gecombineerde krachten van zon, wind en zwaartekracht.
Klimaat Responsieve Architectuur valt hiermee weliswaar onder het brede spectrum van passieve en energiezuinige architectuur maar mag niet worden geïdentificeerd met bioklimatische architectuur.
“…a new-found creative collaboration between architecture and engineering can produce designs that combine logic and intuition in solving increasingly complex and demanding tasks” Dean Hawkes in Architecture, Engineering and Environment, 2002).
Als Klimaat Responsieve Architectuur koppelt het Earth, Wind & Fire concept klimaatontwerp, bouwfysica en installaties aan een architecturale opgave. Door deze holistische benadering van het ontwerpproces wordt de begripsafstand tussen architect en klimaatingenieur verkleind, een primaire doelstelling van het onderzoek.
De architect krijgt hierbij per axioma een grote rol bij het klimaatontwerp en de energie-efficiency van gebouwen. Door de klimaatvoorzieningen uit te voeren als elementen voor architectonische expressie is klimaattechniek niet meer ondergeschikt aan architectuur maar wordt zelf deel van architectuur. Het ontwerpen van een gebouw als klimaatmachine is hierdoor ook een taak geworden van de architect, die daarmee tevens mede verantwoordelijk wordt voor het binnenklimaat en de energiehuishouding. Een groot intellectueel en artistiek potentieel wordt hierdoor ingeschakeld voor een intrinsiek integraal ontwerp. Deze strategie belooft eveneens een potentiële verbetering van het ontwerp en vermindering van faalkosten.
Integrale duurzaamheid
Energie is weliswaar door de beperkte beschikbaarheid van fossiele brandstoffen en de verhoogde concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer een cruciaal milieuthema, maar het milieuthema omvat meer dan alleen energie. In verschillende landen zijn instrumenten ontwikkeld waarmee in de ontwerpfase de integrale duurzaamheid van een gebouw kan worden gekwantificeerd. Hierbij worden punten of scores met bepaalde wegingsfactoren toegekend aan uiteenlopende aspecten zoals energiegebruik, watergebruik, materiaal gebonden milieubelasting, binnenmilieukwaliteit, en de kwaliteit van de stedenbouwkundige omgeving.
Veel gebruikte instrumenten in Nederland zijn Greencalc en BREEAM-NL, die zullen worden geïntegreerd tot BREEAM-LIGHT. Verder worden genoemd Eco-Quantum en GPR-Gebouw. Bij het gebruik van deze instrumenten kunnen wel enkele kritische opmerkingen worden geplaatst:
• Evenals bij het streven naar een lage EPC waarde kan ook hierbij vaak gemakkelijker en goedkoper worden gescoord met minder duurzame installatietechnische voorzieningen dan met kostbaardere maar duurzamere bouwkundige voorzieningen, die dan achterwege worden gelaten.
• Belangrijke kwaliteitsaspecten worden niet in de beoordeling betrokken. Het gaat hier bijvoorbeeld om de functionaliteit van het gebouw voor de gebruikers, de stedenbouwkundige aantrekkelijkheid, o.a. tot uitdrukking komend in de kwaliteit van winkels en openbare groenvoorzieningen, en ten slotte de “schoonheid” van het gebouw als zodanig.
• Terugkoppeling van metingen en ervaringen in de gebruiksfase naar de beoordeling van het gebouw in de ontwerpfase vindt zelden plaats. Een continue aanpassing en verbetering van de systemen en modellen op basis van praktische ervaringen wordt daardoor bemoeilijkt. Dit geldt met name voor energiegebruik en CO2 emissies, sleutels voor het terugdringen van de klimaatverandering.
• Een gebouw met een hoge score op het gebied van duurzaamheid en energiezuinigheid, zelfs als dat in de gebruiksfase is gevalideerd, kan het belangrijkste aspect van architectuur hebben verwaarloosd, namelijk het bieden van een aangename, gezonde en productieve werkplek, een combinatie van welzijn en ontwerpkwaliteit.
• Gebruik van verschillende instrumenten leidt tot verschillende uitkomsten op de schaal van duurzaamheid.
Een holistische benadering
Klimaat Responsieve Architectuur is in principe toepasbaar voor elk gebouwontwerp. Combinatie met bioklimatische architectuur en een hoge milieuscore biedt uiteraard de grootste milieuvoordelen. Een laag energiegebruik gaat dan gepaard met integrale duurzaamheid.