2226 – ekstrem forenkling

I Lustenau i Østerrike har arkitektfirmaet Baumschlager Eberle utviklet et bygg med maksimalt forenklede tekniske systemer. På tross av at bygget verken har oppvarming, mekanisk ventilasjon eller kjøling, er det mulig å holde innetemperaturen mellom 22 og 26 °C året rundt. Temperaturgrensene har gitt bygget navnet 2226.

En løsning basert på designforutsetningene til 2226 vil trolig kunne realiseres med samme ytelse i norsk klima. Løsningen vil kunne gi lav reelt energibruk i drift, men vil ikke oppfylle gjeldende energikrav i TEK. Utfordringer som må håndteres for å få tilfredsstillende brukertilfredshet i det norske leiemarkedet, er brukeraksept for lufting av bygget på kalde dager, tilstrekkelig termisk lagring kombinert med tilfredsstillende romakustikk, demping av støy og forurensninger utenfra og forskriftskrav.

2226-bygget har høy fleksibilitet og generalitet på grunn av tidløse og robuste materialer, åpen planløsning, installasjonsgulv og fravær av tekniske føringer.

Kompakt bygg med stor høyde

2226-bygget har et fotavtrykk på 24x24 m². Ytterveggene er 76 cm tykke.. Himlingshøydene er 4,6 m i første etasje og 3,6 m i de øvrige etasjene. Dette er et grep som er valgt for å «bufre» tung og forurenset luft øverst i rommet, og for å effektivisere den naturlige ventilasjonen av bygget. Høye vinduer gir lys langt inn i bygget. Høye lufteluker i samme høyde som vinduene sikrer effektiv ventilasjon av bygget både i situasjoner med luft inn og ut av samme fasade (ensidig ventilasjon), og i situasjoner med ventilasjon inn og ut av ulike fasader (kryssventilasjon). Styringen av vinduslufting og belysning skjer med Algoritmus software, som styrer etter CO₂ og temperatur i rommet.

Ytterveggenes tykkelse bestemmer vindusnisjenes dybde. Plasseringen av vinduene i den tykke ytterveggen og luftelukenes plassering i vindusfeltet, gir tilsammen en god passiv bygningsintegrert skjerming av direkte sollys. Supplerende innvendige gardiner gir brukeren mulighet til å skjerme av for sjenerende blending på arbeidsplassen.

Høy varmelagring i konstruksjonen

De eksponerte overflatene sikrer god termisk lagring fra dag til natt og omvendt. Foto: Grønn Byggallianse/Arne Førland-Larsen

Bygget har svært høy varmelagring, med tunge eksponerte konstruksjoner i himling, vegger og gulv. Det bidrar til å sikre lavere temperaturer om sommeren og til å lagre energi fra dag til natt i vinterperioder og perioder med oppvarmingsbehov. Ytterveggene er Porotherm teglvegger, som både gir god isolasjon og god varmelagring. En løsning med sandwich betongelementer kan gi samme eller noe bedre varmelagring, og er derfor et alternativ. Velges en slik sandwich-løsning, må det trolig suppleres med utvendig solavskjerming.
Høy varmelagring kommer ofte i konflikt med krav til akustikk.  I 2226 er dette løst med
tepper/gardiner på vegger, akustisk demping i inventar og bokreoler i bygget.
 
Lite effektiv belysning dekker oppvarmingsbehov

Kunstig belysning har samlet effekt på 17 W/m² og belysningen brukes til supplerende oppvarming (i tillegg til internlaster og personer) i kalde perioder. Vanlig effektbehov for energieffektiv belysning i Norge er vesentlig lavere, rundt 4-5 W/m² for kontorbygg. I 2226 er det bevisst valgt «dårlig effektivitet» for å dekke et oppvarmingsbehov. Et alternativ som trolig vil gi lavere energibruk er å velge et effektivt belysningssystem i kombinasjon med mindre panelovner. Med dette prinsippet vil energibruken til belysning reduseres, mens energibruken til supplerende oppvarming vil være uendret. Panelovner kan da plasseres ved fasaden for å redusere kaldraset i forbindelse med luftingen. Prinsippet er trolig ikke valgt fordi det øker omfanget av de tekniske systemene i et prosjekt som ønsker å unngå disse.
I beregningene og simuleringen av energibruk og inneklima er det forutsatt en persontetthet på 1 person pr 14 m2, hvor hver person har en Laptop og to skjermer med et samlet effektbehov på 230 W/person. Brukerprofilen for belastningene er i henhold til «SIA 2024; Standard «Nutzungsbedingungen fur die Energie- und Gebaudetechnik», 2006”.
 
Lufteluker i fasaden

Bygget er 100 % naturlig ventilert og ventileres gjennom mekanisk styrte lufteluker i fasaden, se bildene.  Luftingen begrenses mest mulig i kalde perioder av CO₂-styringen. I kalde perioder er det en forutsetning at brukerne aksepterer at lufttemperaturen faller under komforttemperaturen i lufteperioden.

Saken fortsetter under bildet:


Lufteluker i 2226-bygget i Lustenau. Motorer er kjettingsmotorer integrert i karmen på vinduene. Foto: Grønn Byggallianse/Arne Førland-Larsen
 
I sommerperioder ventileres bygget kontinuerlig etter CO₂ og temperatur. I vinterperioder ventileres bygget tre ganger om dagen (luker åpnes) med pulser på 5 - 10 min. Det styres ikke etter en spesifikk kontinuerlig luftmengde som er vanlig strategi for tradisjonell balansert mekanisk ventilasjon. I 2226 er det valgt å ventilere etter fast skjema på vinteren. Ventilasjonen skjer på morgenen før brukstid, i lunsjpausen, og på ettermid­dagen utenfor brukstiden for å gi minst kald trekk for brukerne.
 
Simulert og målt CO₂

Grafen under viser typisk temperatur- og CO₂-forløp ved lufting om vinteren (resultater fra simulering og ikke fra målinger i bygget). 


Simulering av temperaturer og CO₂ i bygget en typisk vinterdag i 2226.
 
Disse kurvene viser simulering av ventilasjonsstrategien med tre luftinger daglig; morgen, lunsj og ettermiddag. Romtemperaturen i luftepausene synker til et relativt lavt nivå på ca 14^°C for lufttemperaturen og ca 17^°C for den opplevde temperaturen (middelverdi av rom­overflatetemperatur og lufttemperatur).
 
Simuleringen har ikke med lagdeling av forurensninger i rommet, der man finner høyest CO₂-konsentrasjon oppunder himlingen.  Simuleringen gir derfor høyere CO₂-verdier enn det som normalt aksepteres i Norge. I prosjektet er CO₂-nivået også beregnet med et simuleringsprogram som medregner lagdeling, og da viser beregningene at CO₂-nivået i oppholdssonen kan holdes under terskelverdien på 1000 ppm.
 
Målinger av CO₂-konsentrasjonen i bygget viser lavere verdier enn det som er simulert. De lavere målte verdiene kan forklares med en lavere personbelastning enn den som ligger til grunn i forutsetningene, eller at den store romhøyden faktisk gir en lagdeling av forurensninger i rommet. Sjiktingen kan redusere det daglige antallet luftinger betraktelig, samtidig som den reduserer energibruken til oppvarming av erstatningsluft (mindre lufting gir mindre energibruk til oppvarming av luft). Sjiktingen er derfor en avgjørende faktor for å lykkes med å varme opp bygget kun med intern varme fra belysning, utstyr og personer.
 
Lustenau versus Stavanger, Oslo og Trondheim

Norsk klima varierer mye i ulike deler av landet. Kurvene her sammenligner årlige døgnmiddeltemperaturer og viser at sammenlignet med Lustenau har Stavanger mildere vinter og kjøligere sommer, mens Trondheim og Oslo har kjøligere sommer og kaldere vinter. Flyttet til et typisk vestlandsklima vil 2226-bygget trolig ikke ha noe oppvarmingsbehov, mens det i Oslo og Trondheim ville trengs noe oppvarming. Oppvarmingsbehovet vil da trolig kunne dekkes av en effekt på 17 W/m², tilsvarende belysningen i 2226. Ettersom de tre norske byene har kjøligere sommer enn Lustenau, vil man i Norge ha bedre forutsetninger for å oppnå en tilfredsstillende innetemperatur om sommeren. 


Årlige døgnmiddeltemperaturer i tre norske byer sammenlignet med Lustenau (klimadata for Lustenau er Bregenz data i 15 km avstand).
 
Stor forskjell på normert og reell energiberegning

En vesentlig forutsetning for beregningene er at bygget ikke ventileres utenom driftstid og at det oppnås en sjikting i rommet som reduserer ventilasjonsbehovet om vinteren. I beregningsreglene for energikravene i TEK må man bruke standarden NS 3031 og regne med ventilasjon utenfor driftstiden. 


Sammenligning av energibruk i et bygg tilsvarende 2226-bygget beregnet med forventede, reelle forutsetninger, og energibruk beregnet etter NS 3031. Her har vi antatt noen prosjektforutsetninger, og det kan være avvik mellom Baumschlager Eberle sine energiberegninger og vår energi­beregning.

Dette medfører at det beregnede energiforbruket økes betraktelig og at bygget teoretisk ikke klarer å oppfylle energikravene. Forskjellen er vesentlig og er vist i tabellen over.  

På FutureBuilts studietur til Lustenau våren 2014 ble det opplyst at 2226-bygget i det første driftsåret hadde et målt samlet energiforbruk på 39 kWh/m2 år. I denne perioden var bygget ikke fullt i bruk. Byggets øverste etasjer var ikke i bruk, og første etasje brukes til utstillinger og kantine. Ca 70% av bygget var i bruk til kontor. Simuleres bygget med denne bruken, prosjektforutsetninger som beskrevet over og Bregenz klimadata, får man en årlig energibruk på ca 34 kWh/m² år. Vi mener derfor at det er realistisk at man kan oppnå en reell energibruk på ca 50 kWh/m² med et slikt kontorbygg i full drift, selv om en teoretisk NS 3031-beregning gir et helt annet resultat.

2226 er et bygg med svært forenklede tekniske systemer, og representerer et ytterpunkt for maksimal forenkling.Illustrasjon: Grønn Byggallianse. 

Fleksibel innredning

Alle lufteluker (byggets ventilasjonssystem) i 2226 kan styres individuelt, og det gjør at den tekniske griden er én sone per vindu. Et installasjonsgulv på 150 mm i hele bygget gir fleksibilitet i innredning og plassering av arbeidsplasser. Installasjonsgulvet benyttes som føringsveier dersom bygget skal fungere som bolig. Baumschlager Eberle har vist hvordan funksjonen for en etasje enkelt kan endres fra kontor til bolig. Kombinasjonen av stor termisk masse og effektiv nattekjøling gir høy passiv kjøleeffekt i bygget uten at dette går på kompromiss med godt inneklima.
 
2226 i et nøtteskall

Oppsummerte sentrale forutsetninger og grep for 2226-bygget:
·         Kubisk bygg 24x24x24 m gir et svært kompakt bygg
·         Moderat vindusareal er på ca. 16% av BRA
·         Bygget har meget godt isolerte vinduer, trelags energiglass (Ugl = 0,50), superisolert spacer og isolert karm.
          U-verdi samlet for vinduer er ca. 0,65           W/m²K
·         Yttervegg er godt isolert med U-verdi på 0,13 W/m²K, utført lett-tegl i bærende og isolerende kvalitet, totalt 76 cm tykk
·         Det er lite kuldebroer pga. utvendig isolering (isolerende teglblokker)
·         Lufteluker er meget godt isolert med vakuumisolasjon
·         Bygget har lavt lekkasjetall
·         Alle overflater er eksponerte for maksimal utnyttelse av varmelagring i konstruksjonen
·         Bygget har naturlig ventilasjon med avansert styring etter CO₂, temperatur og uteklima, der brukerne har mulighet for overstyring
          via display i hver sone
·         Bygget har landlig beliggenhet, med lite utendørs støy og god luftkvalitet
·         Det er høy brutto etasjehøyde på 4,6 m i 1. etasje og 3,75 m i 2.-6. etasje
·         Det er forutsatt bufring av forurenset luft, som reduserer lufteintervaller til tre daglige luftinger på vinteren (avgjørende for å nå lavt energiforbruk)
·         Trekk i forbindelse med lufting aksepteres – men reduseres ved å legge luftinger umiddelbart før brukstid på morgenen,
          i lunsjpauser og umiddelbart etter brukstid om ettermiddagen
·         Det er ingen ventilasjon utenom driftstid om vinteren. Om sommeren brukes nattekjøling utenom brukstid for å kjøle ned konstruksjonen
·         Belysning brukes som oppvarming når det ikke er tilstrekkelig energi fra personer og utstyr
 
Denne artikkelen er en del av veilederen Avanserte versus enkle tekniske systemer, som du kan laste ned fra nettsidene til Grønn Byggallianse.