Das Passivhaus, das aggressiv grün ist

Stephanie Arnett

In diesem Mai sollen Einwohner, die aus einer Lotterie von 2.600 Bewerbern ausgewählt wurden, in 98 bezahlbare Wohneinheiten im neuen Finch Cambridge-Gebäude an der Concord Avenue in der Nähe von Fresh Pond in Cambridge, Massachusetts, einziehen. Das von Bostons Icon Architecture entworfene Gebäude verfügt über verspielte Erker- und Eckfenster, die Sonnenlicht hereinlassen und eine Querlüftung ermöglichen, eine Lobby mit gewölbter Decke und eine offene Treppe, die die Menschen dazu verleiten soll, auf die Aufzüge zu verzichten, und andere durchdachte Details wie Salbei- grüne Akzentwände und große Bodenfliesen in den Badezimmern, um die Verwendung von schmutzanziehenden Fugen zu minimieren. Seine familienfreundliche Waschküche befindet sich neben einem großen Gemeinschaftsbereich mit einer Lounge, einem Küchenbereich und Hausaufgabenecken – und beide befinden sich auf der obersten Etage, mit Fenstern, die einen atemberaubenden Blick auf Fresh Pond und Zugang zu einer Dachterrasse bieten haben Hochbeete für die Gartenarbeit.

Aber das Bemerkenswerteste an dem Gebäude ist überhaupt nicht sichtbar.



Finch Cambridge wurde entwickelt, um den weltweit energieeffizientesten Gebäudestandard zu erfüllen, der als Passivhaus (PH)-Standard bekannt ist, wodurch es erheblich günstiger zu heizen und zu kühlen ist als ein typisches Gebäude. Tatsächlich soll es 70 % energieeffizienter sein als der nationale Durchschnitt von 2016 für Mehrfamilienhäuser. Eine solche luftdichte und extrem gut isolierte Struktur gilt als passiv, da sie ihre Temperatur unabhängig vom Wetter draußen effizient halten kann und nur minimal auf herkömmliche Heiz- und Kühlsysteme angewiesen ist. Es ist praktisch eine Thermoskanne, sagt die Projektmanagerin von Finch Cambridge, Michelle Apigian, MA ’00, MCP ’00, eine stellvertretende Schulleiterin und Leiterin für Nachhaltigkeit bei Icon Architecture, die auch am Design des Gebäudes mitgearbeitet hat. Der Passivhaus-Ansatz, der für alle Arten von Gebäuden vom Einfamilienhaus bis zum Wolkenkratzer funktioniert, erfordert ein Lüftungssystem, das die Frischluftzufuhr sorgfältig steuert und die Wärme (oder klimatisierte Kälte) aus der verbrauchten Abluft zurückgewinnt. Das reduziert nicht nur den Heiz- und Kühlbedarf, sondern sorgt auch für eine bessere Raumluftqualität für gesündere, komfortablere Wohnräume. Sie können immer noch ein Fenster öffnen, um frische Luft zu schnappen, wenn Sie wirklich wollen.

Angesichts all der Vorteile – und der Tatsache, dass Gebäude 54 % des Energieverbrauchs in Massachusetts ausmachen – ist es überraschend, dass Finch Cambridge erst das zweite Mehrfamilien-PH-Gebäude im Bundesstaat sein wird. Apigian war auch Projektleiter und half bei der Planung des ersten, eines marktüblichen Apartmentgebäudes in South Boston namens Distillery North, das 2017 eröffnet wurde. Dieses Gebäude erhielt den LEED-Platinum-Status – die höchste Stufe des grünen Gebäudes „Leadership in Energy and Environmental Design“. Zertifizierungsprogramm – ohne zusätzlichen Aufwand. Das Gebäude ist 72 % energieeffizienter als der nationale Durchschnitt von 2016 für Mehrfamilienhäuser. Die Mieter dort zahlen durchschnittlich 22,50 Dollar pro Monat, um ihre Wohnungen zu heizen und zu kühlen, die meistens Ein- und Zweizimmerwohnungen sind, sagt Gebäudeeigentümer Fred Gordon. Er fügt hinzu, dass zwei Bewohner mit schweren Atemwegsallergien berichten, dass ihre Symptome kurz nach dem Einzug vollständig verschwunden seien – und auf Reisen wieder auftauchten.

Die Konzepte hinter dem PH-Design nahmen während der Ölkrise in den 1970er Jahren Gestalt an, als die US-Regierung Forschungen finanzierte, um die Abhängigkeit des Landes vom Öl zu verringern. Aber das Interesse am Bau energieeffizienter Häuser ließ nach, als die Ölpreise fielen und die Amerikaner wieder in ihre spritfressenden Autos stiegen. Eine Gruppe Europäer machte dann dort weiter, wo die Amerikaner (und einige kanadische Kollegen) aufgehört hatten, und verfeinerte bewährte Verfahren und Standards für den Bau luftdichter Häuser, die im Winter leichter zu heizen sind – ein Ansatz, den sie als Passivhaus-Bewegung propagierten. Ein deutscher Architekt baute 2003 das erste US-Passivhaus in Illinois; 2007 gründete sie das Passive House Institute of the US, das PH-Ansätze für unterschiedliche Klimazonen verfeinert hat.

Obwohl die Idee, extrem energieeffiziente Gebäude zu entwerfen, wie ein Kinderspiel erscheint, hat sich das Bewusstsein für den PH-Standard in der US-amerikanischen Design-Community erst vor kurzem verbreitet, sagt Apigian. Sie erfuhr 2008 zum ersten Mal davon, als sie an einem Wettbewerb zum Entwurf von Netto-Null-Wohnungen – Häusern, die so viel Energie erzeugen, wie sie verbrauchen – für den ehemaligen Militärstützpunkt Fort Devens in Massachusetts arbeitete. Sie ist jetzt im PH-Gebäude zertifiziert und setzt sich aktiv für Anreize zur Förderung solcher Projekte ein. Sie glaubt, dass das Entwerfen nach diesen Standards schließlich zur neuen Normalität werden wird. Als LEED auf den Markt kam, fühlte es sich für alle neu und verrückt an, sagt sie. Nun, es ist im Grunde eine Selbstverständlichkeit – jedes Architekturbüro denkt ganzheitlich. LEED hat das deutlich auf die Karte gesetzt.

Die Angst vor hohen Kosten hat viele Bauherren davon abgehalten, sich dem Passivhausprinzip zuzuwenden. Nur wenige Bauherren sind mit den Bautechniken vertraut, was den Preis in die Höhe treibt. Wenn es ein unerfahrenes Team gibt, ist es wahrscheinlicher, dass Sie einen ziemlich hohen Kostenvoranschlag erhalten, weil sie nervös sind und nicht wissen, was es kosten wird, sagt Apigian. Aber wenn mehr Bauherren Erfahrung sammeln, sollten die Preise sinken. Wir glauben, dass wir es wirklich für 1 % bis 2 % zusätzliche Kosten schaffen können, wenn die Prinzipien des Passivhauses von Beginn des Designprozesses an integriert werden und das gesamte Team an Bord ist, sagt sie.

Während die letzte Phase des Baus von Finch Cambridge im Februar in vollem Gange war, führte Apigian MIT News durch das Gebäude und erklärte die Schlüsselkonzepte.

Erstellen Sie einen luftdichten Umschlag.

Luftdichter UmschlagAlice Dragon

Sofern nicht jemand durch eine Tür geht oder ein Fenster öffnet, sollte keine Luft in ein PH-Gebäude ein- oder austreten, außer durch das Lüftungssystem. Daher ist die Gebäudehülle vollständig von einer dreischichtigen Luftbarriere umhüllt, die aus zwei Außenschichten aus Polypropylen besteht, die thermisch mit einer wasserdichten mittleren Polymerschicht verbunden sind. An jeder Ecke und allen Kanten jeder gestanzten Öffnung – denken Sie an Fenster, Türen, Kanalöffnungen – wird diese Barriere mit speziellem wasser- und windfestem Klebeband verklebt. (Apigian sagt, dass eine einlagige Luftbarriere nicht so effektiv ist und die richtige Anwendung entscheidend ist. Wenn sie mit Klammern befestigt wird – oder schlimmer noch, wenn sie reißt und bläst – hält sie die Luft nicht ab. Kontinuierlich haftende Barrieren sind sicherer. )

Dies ist der erste Schritt zur Schaffung einer sogenannten Passivhaushülle – einer durchgehenden Barriere gegen Außenluft, Feuchtigkeit und unerwünschte Hitze oder Kälte. Alle 98 Wohnungen in Finch Cambridge befinden sich innerhalb der Hülle und müssen die strengen Standards für Luftdichtheit und effizientes Heizen und Kühlen erfüllen. Um die Kosten einzudämmen, sind jedoch einige Bereiche mit schwierigeren Belüftungs-, Heizungs- und Kühlungsproblemen – die Lobby und ihre offene Treppe sowie die Wasch- und Gemeinschaftsräume – von der Umhüllung ausgenommen. Alle Türen, die in die PH-Hülle führen, und alle Fenster sind abgedichtet und dreifach verglast, um einen unbeabsichtigten Luftstrom zu verhindern, wenn sie geschlossen sind.

Wickeln Sie das Gebäude in eine Decke.

umhüllen das Gebäude

Rote Fiberglasclips verhindern Wärmebrücken;
hellbraune Mineralwolle bedeckt das Äußere des Gebäudes.

MIT FREUNDLICHER FOTO

Eine durchgehende Isolierung ist entscheidend. Aber in einem traditionellen Gebäude wird die Isolierung nur in den Wandhohlräumen zwischen den Stollen angebracht, wodurch Lücken entstehen – ein Ansatz, den Apigian mit einem Pullover mit einer Reihe von Löchern darin vergleicht. Bei PH-Gebäuden fügen Architekten in der Regel auch eine Schicht durchgehender Außendämmung mit hohem Wärmewiderstand hinzu, wodurch effektiv eine Decke um das gesamte Gebäude herum entsteht. Die Dicke der Decke hängt von der Größe, Nutzung und Belegung des Gebäudes sowie von der Klimazone ab. Bei Finch Cambridge verwendete Icon in den Hohlräumen der Außenwände aufgesprühte Glasfaserisolierung und umhüllte das Gebäude dann mit einer zwei Zoll dicken Schicht aus Mineralwolle, einem feuerfesten Isoliermaterial aus geschmolzenem Basaltstein und recycelter Schlacke aus Stahlwerken . (Das Gebäude der Distillery North erhielt eine Zellulosedämmung in den Hohlräumen der Außenwände plus drei Zoll Mineralwolle.) Die Architekten bedeckten auch das Dach mit konisch zulaufender Hartschaumplattendämmung und platzierten sechs Zoll hochdichten Hartschaum zwischen der Garagendecke und dem Dach Fußboden darüber und aufgesprühte Polyurethan-Schaumisolierung an Übergangsstellen, die ansonsten schwer abzudecken wären.

Die „Hülle“ des Gebäudes leistet den Großteil der Arbeit und hält die Innentemperatur aufrecht, unabhängig davon, was draußen passiert.

Es ist auch wichtig, Wärmebrücken zu vermeiden oder zu unterbrechen, Elemente, die einen Pfad für den Ein- oder Austritt von Wärme schaffen, da sie wärmeleitender sind als die umgebenden Materialien. Bolzen – insbesondere Metallbolzen – sind berüchtigte Wärmebrücken; bei Finch Cambridge werden sie durch die zwei Zoll Außenisolierung gestört. Ebenso werden die Z-förmigen Metallstreifen, die zur Befestigung der Außenverkleidung verwendet werden, mit Klammern aus Glasfaser, die eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit hat, am Gebäude befestigt.

Sorgen Sie für eine sorgfältige Belüftung.

Lüftung verwaltenAlice Dragon

Ventilatoren mit Energierückgewinnung (bekannt als ERVs) werden verwendet, um einen kontinuierlichen, ausgewogenen Luftstrom in und aus PH-Gebäuden bereitzustellen. Bei jedem der beiden ERVs von Finch Cambridge saugt ein Kanal Frischluft an und ein zweiter Kanal stößt verbrauchte Luft aus. Beide Kanäle leiten die Luft durch den ERV, einen Wärmetauscher, der sich das grundlegende thermodynamische Prinzip zunutze macht, dass Wärmeenergie immer von heiß nach kalt fließt. Während sich die Luft in den beiden separaten Kanälen also nicht vermischt, hilft bei kaltem Wetter die Wärme der verbrauchten Abluft, die einströmende kalte Frischluft zu erwärmen, wodurch der Heizbedarf im Gebäude reduziert wird. Bei warmem Wetter entzieht das System der einströmenden Frischluft Wärme, überträgt sie auf die austretende kühlere verbrauchte Luft und minimiert so den Bedarf an Klimaanlagen. Die ERVs helfen auch bei der Feuchtigkeitsregulierung.

Frischluft, die gefiltert wird, um Feinstaub zu entfernen, wird über einen der beiden Frischluftkanäle des Gebäudes in alle Wohn- und Schlafzimmer von Finch Cambridge geleitet. Verbrauchte Luft wird aus den Lüftungsöffnungen in allen Badezimmern und Küchen angesaugt und strömt durch einen der beiden Abluftkanäle zu einem der ERVs (rechts gezeigt, bevor die Isolierung angebracht wurde).

Es ist eine sehr einfache Technologie, die irgendwie erstaunlich, aber nicht kompliziert ist, sagt Apigian. Es ist schon lange her.

Installieren Sie eine Heizung in der richtigen Größe.

KondensatorenAlice Dragon

Ein Gebäude mit einer geeigneten PH-Hülle und einem ERV-System erfordert nur minimale zusätzliche Heizung und Kühlung. Die Wärme, die von Körpern, Geräten, Lampen und angeschlossenen Geräten wie Computern, Fernsehern und Toastern erzeugt wird, trägt wesentlich dazu bei, dass es warm bleibt. Tatsächlich wird oft gesagt, dass Sie ein PH-Haus mit einem Haartrockner heizen können. In Neuengland, sagt Apigian, kann das stimmen. Sie weist jedoch darauf hin, dass die Effektivität der PH-Hülle bei der Wärmespeicherung bedeutet, dass die Kühlung im Sommer tendenziell ein größeres Problem darstellt.

Computermodelle berücksichtigen die von den Geräten, Elektrogeräten, Beleuchtungskörpern und Personen erzeugte Wärme und berechnen, wie viel zusätzliche Wärme oder Kühlung benötigt wird. Wärmepumpen, die nach dem gleichen Prinzip wie eine Klimaanlage oder ein Gefrierschrank funktionieren und nur minimale Energie zum Betrieb benötigen, sind in der Regel für beide Zwecke ausreichend. Der Verdampfer oder Wärmetauscher einer Wärmepumpe entzieht der Luft Wärme mithilfe eines Kältemittels, das sich in Dampf verwandelt; Dieser Dampf wird dann in einem Kondensator komprimiert, um seine Temperatur zu erhöhen und Wärme bereitzustellen. Der Prozess wird umgekehrt, wenn Kühlung benötigt wird. Jede Einheit bei Finch Cambridge verfügt über eine elektrische Wärmepumpe, aber alle 98 Wärmepumpen (und die in den Gemeinschaftsräumen) teilen sich nur 16 Kondensatoren auf dem Dach (siehe rechts). Da das System gleichzeitig einen variablen Kältemittelfluss ermöglicht, kann eine nach Westen ausgerichtete Einheit, die in der Sonne brennt, Kühlung anfordern, während eine nach Osten ausgerichtete Einheit Wärme anfordern kann.

Die für Finch Cambridge prognostizierte Energieverbrauchsintensität (EUI) des Standorts – die Anzahl der kBTU, die zum Heizen und Kühlen jedes Quadratfußes pro Jahr benötigt wird – beträgt nur 23. Das sind beeindruckende 70 % weniger als der US-Durchschnitt der Standort-EUI für Mehrfamilienhäuser im Jahr 2016 war 78,8.

Wählen Sie Fenster mit Bedacht aus – und beschatten Sie sie nach Bedarf.

FensterrollosSTEPHANIE ARNETT

Die richtigen Fenster und Beschattungen ermöglichen es, die Sonnenwärme im Winter zu nutzen und im Sommer abzulenken. Um die Innentemperatur beizubehalten, egal ob es draußen heiß oder kalt ist, sind alle Fenster in der PH-Hülle bei Finch Cambridge dreifach verglast und abgedichtet, mit isolierten Rahmen, die Wärmebrücken verhindern. Und Icon vermeidet doppelt aufgehängte Fenster, wann immer es möglich ist, da es schwierig ist, eine abgedichtete Dichtung an einem Fenster aufrechtzuerhalten, das nach oben und unten gleitet. Das traditionelle Doppelfenster in New England ist eine Katastrophe – das undichtste Ding, das der Mensch kennt, sagt Apigian.

Außenjalousien über den Fenstern an der Südfassade von Finch Cambridge erstrecken sich über die Hälfte der Fensterlänge. (Die Architekten hatten ursprünglich geplant, Jalousien an der Ost-, West- und Südfassade anzubringen, aber die Energiemodellierung ergab, dass sie nur für nach Süden ausgerichtete Fenster benötigt wurden. Der Wegfall des Rests half, die Kosten einzudämmen.) Sie entschieden sich für Jalousien mit schrägen Lamellen, die blockieren der Sommersonne, aber Regen und Schneeanhäufungen verhindern und den Wind durchwehen lassen. Da die Sonne im Winter tiefer am Himmel steht, kann das Sonnenlicht und ein Teil seiner Strahlungswärme durch die Fenster unter den Jalousien eindringen und zur Erwärmung des Gebäudes beitragen.

In Anspielung auf die Vögel im nahe gelegenen Fresh Pond entwarfen die Architekten die Dachlinie des Gebäudes so, dass sie Flügeln ähnelt. Die Flügel bieten auch Schatten für den Gemeinschaftsraum und die Waschküche im obersten Stockwerk und beherbergen einen Teil der 150-Kilowatt-Anlage von Sonnenkollektoren, die auf dem Dach installiert sind. Die Sonnenkollektoren sollen 98.144 Kilowattstunden pro Jahr oder etwa 20 % des gesamten Strombedarfs für den Betrieb des Gebäudes ausgleichen.

Führen Sie Energiemodellierung und -tests durch.

Beispiel für ein GebäudethermogrammPASSIV HAUS INSTITUTE | WIKIMEDIA

Die Energiemodellierung ist hilfreich, um den Entwurf und den Bau eines PH-Gebäudes zu leiten. Die Ingenieure des Gebäudes können die Energielast (die zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigte Spitzenenergiemenge) berechnen, um sicherzustellen, dass sie angemessen dimensionierte Geräte für das Gebäude spezifizieren, anstatt es zu übertreiben. Sie können auch den Energiebedarf des Gebäudes (die Gesamtenergie, die in einem einzigen Jahr verbraucht wird) bestimmen, um sicherzustellen, dass es den PH-Standards entspricht. Aber die Messung der Luftdichtheit im gebauten Zustand ist der ultimative Test – und Voraussetzung für die Zertifizierung als Passivhaus.

Apigian geht davon aus, dass das Gebäude die PH-Zertifizierung erhalten wird. Im März bereitete sie sich auf Finch Cambridges ersten Blower-Door-Test für das gesamte Gebäude vor, um dessen Luftdichtheit zu bestimmen. Der Test umfasst das Schließen aller Außentüren und Fenster und das Anbringen einer speziellen Tür mit einem Ventilator in einer Haupttür der PH-Hülle, um Luft aus dem Gebäude zu ziehen und den Innenluftdruck zu senken. Wenn das Gebäude nicht luftdicht ist, muss der Türlüfter härter arbeiten, um das Luftdruckniveau aufrechtzuerhalten, und Rauchstifte können verwendet werden, um Lecks aufzudecken.

Als der letzte Bau von Finch Cambridge abgeschlossen war, jonglierte Apigian auch mit anderen lokalen Passivhausprojekten, die in Gloucester, Salem und Lowell im Gange waren. Das Ziel ist jeweils, Heiz- und Kühlsystemen möglichst wenig Arbeit zu geben. Mit Luftdichtheit und thermischer Kontinuität und Kontrolle erledigt die Gebäudehülle den Großteil der Arbeit, die wir normalerweise auf unsere Systeme verlassen, um die Innentemperatur aufrechtzuerhalten, unabhängig davon, was außerhalb des Gebäudes passiert, sagt sie. Und in Neuengland konnte das fast alles bedeuten.

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