Design af Energineutrale Arkitekturkoncepter · architectural references plans. strategic research centre for zero energy buildings sarch 27th june 2012 anlÆgsteknik ... presentation

strategic research centre for ZERO ENERGY BUILDINGS SARCH 27th June 2012 www.zeb.aau.dk 1

Design af Energineutrale Arkitekturkoncepter

Statusmøde i ZEB

2. Juli 2012

Anne Kirkegaard Bejder

Aalborg UniversitetInstitut for Arkitektur, design og medieteknologi


Strategisk Forskningscenter for ENERGINEUTRALT BYGGERI (Zero Energy Buildings: ZEB)

• Tilknyttede forskere: AAU, DTU, SBI, teknologisk institut.

• Tilknyttede virksomheder: Velux, Isover, Danfoss, Dansk Byggeri, AffaldVarme Århus.

• Advisory Board: dækker både myndigheder, organisationer, boligselskaber,

virksomheder, kommuner, rådgivende ingeniører og arkitektuer - bl.a. Henning Larsen A/S,

Friis og Moltke, C. F. Møllers Tegnestue, Arkitema, Esbensen og COWI.

Postdoc - udvikle Energineutrale Arkitekturkoncepter


• ZEBA ZEB is non grid connected building fully matching its annual energy needs/consumption by on-site generation fully based on renewables.

• Net ZEBA Net ZEB is a grid connected, energy efficient building that balances its total annual operating energy needs /consumption and associated carbon emissions by on-site feed-in credits. Focus of the on-site generation is matching the on-site load.

• Net ZE ClusterA Net ZE cluster is a network of buildings fulfilling the Net ZE definition not on the level of each building, but a cluster of buildings using the identical energy infrastructure. The clusters uses benefits from the economy of scale and levelling out the load and generation profiles of each building.

Defi nitioner indenfor ZEB


• Udvikle guidelines til udvikling af Energineutrale Arkitekturkoncepter (ZEB concepts).

• Formidling af viden, der er udviklet gennem forskningscenteret, målrettet praksis.




• Formidling af viden der er udviklet gennem forskningscenteret målrettet praksis.



ZEB koncepter - Integreret Design

ZEB concepts

ARCHITECTURE

VENTILATION

ON-SITE / OFF-SITE SUPPLY SYSTEMS

HIGH INSULATED BUILDING ENVELOPEUSER BEHAVIOR

PV, PVT, HEAT PUMPS

THERMAL ENERGY STORAGE

SURFACE HEATING AND COOLING SYSTEM

BUILDING ENVELOPE

SUN- & WIND CONDITIONS

INDOOR CLIMATE

USER PROFILE

FUNCTIONS

SPATIAL PROGRAMME

FORMSPROG

CONSTRUCTION PRINCIPLES

SPATIAL LAYOUTARCHITECTURAL REFERENCES

PLANS


ANLÆGSTEKNIK FORENINGEN

VIDENCENTER FOR ENERGIBESPARELSER

I BYGNINGER

IED IDPDANSKEARK

IEA TASK 23

ZEB koncepter - Bygge / Design Processer

PROGRAMMERING

OPFØRELSE

DRIFT

NEDTAGNING

IDÉ

ANALYSIS

SKETCHING PHASE

SYNTHESIS PHASE

PRESENTATIONPHASE

PLANLÆGNING

BYGGE-PROGRAM

PROJEKTERINGOG UDBUD

PROJEKTOPFØL-GNING OG UD-

FØRELSE

AFLEVERING OG IDRIFTSÆTTELSE

PROGRAMFASEN

FORSLAGS-FASEN

FORSLAGS FASEN:

PROJEKTERINGS-FASEN: PROJEKTERINGS-

FASEN

FORPROJEKT OG HOVEDPROJEKT

UDFØRELSES-FASEN

OPERATION

BRUGSFASEN

BASICS

PRE-DESIGN

CONCEPTDESIGN

DESIGNDEVELOPMENT

BUILDINGDOCUMENTATION

DRIFT

DISPOSITIONS- OG PROJEKT FORSLAG

IDÉFORSLAG OG BYGGE-PROGRAM

FORPROJEKT

SKITSE- / PROJEKT-FORSLAG

HOVEDPROJEKT, UDFØRELSE OG IBRUGTAGNING


PROGRAMMERING

ANLÆGSTEKNIK FORENINGEN

IED IDP

OPFØRELSE

DRIFT

NEDTAGNING

IDÉ

ANALYSIS

SKETCHING PHASE

SYNTHESIS PHASE

PRESENTATIONPHASE

IDÉFORSLAG OG BYGGE-PROGRAM

FORPROJEKT

SKITSE- / PROJEKT-FORSLAG

HOVEDPROJEKT, UDFØRELSE OG IBRUGTAGNING

DANSKEARK

PROGRAMFASEN

FORSLAGS-FASEN

FORSLAGS FASEN:

PROJEKTERINGS-FASEN: PROJEKTERINGS-

FASEN

FORPROJEKT OG HOVEDPROJEKT

UDFØRELSES-FASEN

BRUGSFASEN

IEA TASK 23

DISPOSITIONS- OG PROJEKT FORSLAG

ZEB koncepter - Bygge / Design Processer

VIDENCENTER FOR ENERGIBESPARELSER

I BYGNINGER

PLANLÆGNING

BYGGE-PROGRAM

PROJEKTERINGOG UDBUD

PROJEKTOPFØL-GNING OG UD-

FØRELSE

AFLEVERING OG IDRIFTSÆTTELSE

OPERATION

BASICS

PRE-DESIGN

CONCEPTDESIGN

DESIGNDEVELOPMENT

BUILDINGDOCUMENTATION

DRIFT

PROGRAMMERINGRAMM

IDÉ

ANALYSISALY

IDÉFORSLAGORSOG BYGGE-BYGPROGRAMROGRA

PROGRAMOGRFASENASE

PLANLÆGNINGLÆGBASICSASIC

SKETCHING ETCHPHASEHAS

SKITSE- / PROJEKT-/ PRFORSLAGRSL

FORSLAGS-RSLAFASENASE

FORSLAGS FASEN:AGS

DISPOSITIONS- OG SITIOPROJEKT FORSLAGKT FO

BYGGE-YGGPROGRAMOGR

PRE-DESIGNDES

SYNTHESIS NTHEPHASEHASFORPROJEKTPROJ

PROJEKTERINGS-KTE

PROJEKTERINGEKTOG UDBUDUDB

CONCEPTNCEDESIGNESIG

Inden du begynder at tegne

Når du skitserer - genererer løsningsrum

Når skitser og løsningsrum præciseres, optimeres og evalueres


ZEB koncepter - Vores arbejdsredskab: Integreret Design Proces (IDP)

Analysis phase

Project idea

Sketching phase

Synthesis phase

Presentation phase

Analysis of site, urban development plans, company or user profile, functional diagram, energy and indoor environment principles as well as principles of construction. ( ideas to the main concept )

Aim & program with design parameters

Description of the problem / project idea. Type of building, the client’s intentions, overall economic framework, etc. In this case the type of ZEB (ZEB, Net ZEB, ZE Cluster).

Through the sketching process, architectural ideas are produced and linked to principles of construction, energy consumption and indoor environment. As well as the functional demands to the new building. In this phase, the main concept usually emerges.

Architectural & functional qualities, the construction and demands of energy consumption and indoor environment flow together and more qualities may have been added.

A new building has been created

The final project is presented in a report, drawings, cardboard model and via IT visualisation.

In this case: Presentation of design process and guidelines.


• Strategier / teknologier der bør overvejes og

eventuelt implementeres

• Hvornår disse bør overvejes / implementeres

• Deres betydning for det arkitektoniske (ZEB)

koncept

• Redskaber til brug ved evaluering

• Brugeradfærd

Udvikling af ZEB koncepterStrategies/technologies toconsider/implement

Impact on the ArchitecturalConcept

Tools forevaluation

Userbehaviour

ZEB PhD Student Knowledge

Description of the problem and project idea for the ZEB Idé/mål

ZEB definition Anna MarszalZEB's definition ZEBog netZEB

Definition energy use/production relatSpecification of targets for energyconsumption (and production), includingheating, cooling, ventilation and lighting.

Type of buildingThe client's intentionsDefine user groupEconomy Clarify the overall economic framework

Analysis phaseSite

ZEB definition in relation to context NetZEB, ZEB or ZEB Cluster Anna Marszal &Steffen Nielsen

Overall ZEB strategy Depending on the type of ZEB (Net ZEB,ZEB or ZEB cluster) the overall strategyfor how to achieve ZEB standard varies.The optimal balance between energysaving and renewable energy productionvaries.

Anna Marszal Se hendes PhDafhandling, hvorhun har lavetindledende studierherom.

IDP: Site analysiswind conditions wind rose, wind square, ….sun conditionsshadowtopographyvegetationarchitecture/stylematerialsneighbouring buildingscity/suburb/countrysidemeans of accesshard/soft traficsite areaSpecial qualities in the area, i.e. view,water, vegetation, identity, functions,etc.

IDP: Planrammer/udviklingsplaner Regional/district plan: special regulationsregarding area, plot ratio, height, numberof storeys, roof pitch, materials, therelation between site and city plan,connection to overall road and pathsystem, etc.

Depending on the regulationsin the plan, this will be more orless determining for thedevelopment of thearchitectural concept.

IDP: Demands/wiches of the client spatial programme

functionalitylogistics….

Demands/wiches of other interestedparties

IDP: Definition of user profile Single, couple, familyUser needsEconomy (?)

Building envelopeConstruction Investigation of different possible

construction systems

Materials LCA on materials. Material propertiesand aesthetics.

Active technologies LCA on active technologies, e.g. solarcells/PV, PVT, heat pumps,mechanicalventilation systems, automatic controls,etc.

Supply systemOverview of different possible energysupply systems in relation to housing site,user (?), etc.E.g. district heating, natural gas, woodpellets, geo or hydrothermal energy, etc.

ZEB Analysis of optimal/possible connectionto grid in relation to context, i.e. city,suburb, countryside (NetZEB/ZEBonside/offside)

Anna M (hus grid),Steffen Nielsen,(Brian og Ole?)

AM: …., SN: heatatlas. Howe theNZEB concept fitsinto the overallenergy system.

ZEB E.g. PV, PVT, heat pumps, etc. Christian Milan

Indoor climateDefine comfort Specification of targets for the quality of

the indoor environment includingthermal comfort, air quality,acoustics,and lighting quality (amount/quantitativeand related to atmosphere/quality).

Heating/cooling systems Overview of different possibleheating/cooling systems, e.g. radiator,floorheating, etc.

ZEB ? E.g. PCMZEB E.g. Surface heating and cooling system Blandt andet undersøges

potentialet af denne teknologi iforhold til at overføre varmemellem et sydvendt og etnordvendt rum.

Jérôme Le Dréau Low energysources used forheating and coolingspace. Use of awater basedsystem embeddedin the surface ofthe construction.PhD examineswhich combinationof radiative andconvectiveexchange createsthe mostcomfortable andenergy efficientway of cooling aroom.

Ventilation strategies Analysis of different ventilation strategies

Analysis of architectural and engineering aspacts that are neededbefore designing the building. This includes information about:municipla development plan,the site, the architecture of theneighbourhood, topography, vegetation, sun, light, shadow,predominant wind direction, access to and size of the area, clients'demands (all interested parties? see AKB article for DTU),architectural references, specification of the targets for energyuse/consumption (heating, cooling, ventilation, lighting), quality ofthe indoor environment (thermal and atmospheric comfort,acoustics and lighting amount and quality), criteria for theapplication of passive and active technologies, material aesthetics,material LCA, etc. Output: Architectural programme including roomprogramme, architectural and technical design parametres and thegoals for the building.


• Passive strategier

• Aktive teknologier (bl.a. viden opbygget

gennem ZEB Ph.d. projekter)

• Mål: at fince den optimale balance

mellem energibesparelser og vedvarende

energiproduktion i bygningen i samspil med

energiforsyningssystemet, således de samlede

ressourcer udnyttes bedst muligt.Reduce energy demand

Trias Energetica concept: Passive before active.

Use renewable energy

Use cleanest possible fossil fuels

Udvikling af ZEB koncepter


Udvikling af ZEB koncepter - supply system

Supply systemOverview of different possible energysupply systems in relation to housing site,user (?), etc.E.g. district heating, natural gas, woodpellets, geo or hydrothermal energy, etc.

ZEB Analysis of optimal/possible connectionto grid in relation to context, i.e. city,suburb, countryside (NetZEB/ZEBonside/offside)

Anna M (hus grid),Steffen Nielsen,(Brian og Ole?)

AM: …., SN: heatatlas. Howe theNZEB concept fitsinto the overallenergy system.

Strategies/technologies toconsider/implement


Tools forevaluation

Userbehaviour


Analysis phase


Udvikling af ZEB koncepter - dagslys og ventilation

Indoor climateLighting conditions (comfort) Quantitative and qualitative lighting

conditions.Daylight factor andatmosphere

Dial Europe,Dialux,SketchUp,Ecotect, ….

Thermal comfort Overheating, draught, etc. Bsim,Atmospheric comfort Air quality, CO2, olf, etc.Ventilation strategies

Sketching phase

Natural ventilation De forskellige strategier fornaturlig ventilation, eks. singlesided , cross ventilation ogthermal buoyancy,undersøges/afprøves i forholdtil bygningens form,rumligheder og åbninger samt

BSim, ….



Tools forevaluation

Userbehaviour



• Ønskede lysforhold: mængde og kvalitet

• Bygningens planløsning, rummets udformning,

åbningers størrelse og form, lysninger, skygger fra

konteksten, materialer, farver, solafskærmning (statisk &

dynamisk), ....

• Overophedning, varmetab, indblik, udsyn, .... Mulighed for regulering af lyset efter behov.

Regulering af sollys - flytbare skodder. (Sampension 2003, 3xNielsen) Jævnt fordelt belysning ved gennemlyste rum. (Bolig for livet, Aart arkitekter)

Udvikling af ZEB koncepter - dagslys


Udvikling af ZEB koncepter - solfanger/solceller

Supply system

ZEB Integration of optimal energy system inrelation to housing site, user (?), etc. E.g.PV, PVT, heat pumps, etc.

Christian Milan

ZEB Use of low temperature district heating. Marek Brand New solutions forlow temperaturedistrict heatingsubstations andbuildinginstallations forDHW and spaceheating in relationto good economyand user comfort.

ZEB Styringssystemer: integrated controlsystem for heating and indoor climateapplications

Fatemeh Tahersima

Sketching phase



Tools forevaluation

Userbehaviour



Sunlighthouse - integrerede solfangere og PV

PV integreret i ovenlysvindue

PV skaber skygge i overdækket uderum, Kommunehuset i Ludesch.

• Solfangere og/eller solceller integreret i:

.... facade og klimaskærm

.... overdækket uderum

.... taget




• Formidling af viden, der er udviklet gennem forskningscenteret, målrettet praksis.



ZEB publikationer

• Research and Development in Denmark

• Definition and Future Role in Society

• Design Principles, Design Guidelines and Design Examples

• Technical Solutions and Guidelines for Operation


Publikation: Design Principles, Design Guidelines & Design Examples

• Målgruppe:

- Arkitekter og Ingeniører

• Indhold:

- Præsentation af principper for design og konstruktion af ZEB

• Redaktører:

- Mary-Ann Knudstrup

- Anne Kirkegaard Bejder



• Niveau 1 - ca. 4-8 sider (pjece med link til niveau 2)

• Niveau 2 - ca. 25 sider (koncentreret design guide med løsningsrum og reference

projekter, med link til niveau 3)

• Niveau 3 - ca. 100 sider (rapport med udvidet design guide og link til yderligere info,

bl.a. PhD projekter og artikler)



Net ZEB er godt fordi:

- Selvforsyning

- CO2 neutralitet

- Total økonomi (Det er ikke hvad du skal låne i banken, men hvad du skal betale pr. måned)

- Reducerer afhængigheden af fossile brændstoffer (i visse tilfælde eliminerer)

- Helhedsorienteret (holistisk) arkitektur (ikke kun fokus på energi!)

Net ZEB kræver:

- Dygtige folk i hele kæden fra bygherrerådgiver til håndværker (kræv referencer)

- Opdaterede folk der har den nyeste viden (det vi gjorde for 3 år siden kan ikke bruges)

- Tværfagligt samarbejde fra begyndelsen mellem arkitekt, ingeniør, entreprenør og håndværkere

- Fokus på kvalitet og detaljer

- Brug af den rigtige Definition

- Dygtig bygherrerådgivning (du kan ikke gøre det selv)

Net ZEB giver dig:

- Den højeste bygningskvalitet

- Arkitektur der forholder sig til stedet, brugeren, samfundet – nutiden og fremtiden.

- Minimerer/fjerner risikoen ved fremtidige energiprisstigninger

- Bedste indeklima (bliv rask i stedet for syg af at være i din bygning)

- En bygning uden energiregning

• Niveau 1 (web-baseret)




- Selvforsyning

- CO2 neutralitet




Net ZEB kræver:

- Dygtige folk i hele kæden fra bygherrerådgiver til håndværker (kræv referencer)

- Opdaterede folk der har den nyeste viden (det vi gjorde for 3 år siden kan ikke bruges)

- Tværfagligt samarbejde fra begyndelsen mellem arkitekt, ingeniør, entreprenør og håndværkere

- Fokus på kvalitet og detaljer

- Brug af den rigtige Definition

- Dygtig bygherrerådgivning (du kan ikke gøre det selv)

Net ZEB giver dig:

- Den højeste bygningskvalitet

- Arkitektur der forholder sig til stedet, brugeren, samfundet – nutiden og fremtiden.

- Minimerer/fjerner risikoen ved fremtidige energiprisstigninger

- Bedste indeklima (bliv rask i stedet for syg af at være i din bygning)

- En bygning uden energiregning

• Niveau 1 - Niveau 2 (web-baseret)Sunlighthouse - integrerede solfangere og PV






.... taget


• Ønskede lysforhold: mængde og kvalitet

• Bygningens planløsning, rummets udformning,

åbningers størrelse og form, lysninger, skygger fra

konteksten, materialer, farver, solafskærmning (statisk &

dynamisk), ....

• Overophedning, varmetab, indblik, udsyn, .... Mulighed for regulering af lyset efter behov.

Regulering af sollys - flytbare skodder. (Sampension 2003, 3xNielsen) Jævnt fordelt belysning ved gennemlyste rum. (Bolig for livet, Aart arkitekter)

Udvikling af ZEB koncepter - dagslys

www.zeb.aau.guidelines/....



• Niveau 2 - Niveau 3 (web-baseret)

Sunlighthouse - integrerede solfangere og PV






.... taget



- Selvforsyning

- CO2 neutralitet





- Selvforsyning

- CO2 neutralitet





- Selvforsyning

- CO2 neutralitet





- Selvforsyning

- CO2 neutralitet


- Reducerer afhængigheden af fossile brændstoffer (i visse tilfælde eliminerer


- Selvforsyning

- CO2 neutralitet


- Reducerer afhængigheden af fossile brændstoffer (i visse tilfælde eliminerer


- Selvforsyning

- CO2 neutralitet

- Total økonomi (Det er ikke hvad du skal låne


- Selvforsyning

- CO2 neutralitet

- Total økonomi (Det er ikke hvad du skal låne



• Teste publikationen undervejs:

- Kan den forstås og anvendes af arkitekten, ingeniøren, brugeren?

- Gangbar metode?

- Hvad skal overskrifterne være?

• “Brugergruppe”:

- Arkitekter: Gudrun Østergaard - Friis & Moltke, evt. Lars Kvist - Arkitema

- Ingeniører: evt. Bo Pehrson,

- Tidligere studerende på AOD (ansat ved tegnestuer, rådg. ing. firmaer, kommuner).


Overordnet tidsplan

• Juli 2012: Overordnet strategi for guidelines

• September 2012: Indledende undersøgelse af praktiserende arkitekter og ingeniørers

behov/ønsker til guidelines - indhold, form, medie, ....

• Februar 2013: Første udkast til guidelines

• Maj 2013: Test af guidelines - indhold, form, medie, ....

• Juli 2013: Endeligt udkast til publikationsstrategi

• Oktober 2013: Andet udkast til guidelines

• December 2013: Endeligt udkast til guidelines, klar til layout mm.

• Undervejs: 2-3 artikler

Documents

Design af Energineutrale Arkitekturkoncepter · architectural references plans. strategic research centre for zero energy buildings sarch 27th june 2012 anlÆgsteknik ... presentation