2. juni 2009 kl. 16.30; BENSPÆND FOR BÆREDYGTIGE BYER - KAN TEKNISK VIDENSKABELIGE VÆRKTØJER VÆRE MED TIL AT FORME PLANLÆG- NINGEN AF FREMTIDIGE BÆREDYGTIGE BYER? Af Cand. Polyt. Erhvervs Ph.D. Studerende, Jakob Strømann-Andersen
AGENDA BAGGRUND Arbejdsområder PROBLEMSTILLING Udfordringen Kompleksitet DESIGNPROCES En integreret designproces EKSEMPEL FIH Bank Ørestads Skole Västra Dockan
BAGGRUND
BAGGRUND HVEM ER JEG? Professionsbachelor, by- og byg ing, Architectural Engineering, afgang august 2006 Civilingeniør med speciale i energidesign, afgang juni 2008 - Konceptudvikling af energirigtigt byudvikling - Synteseorienteret proces i samarbejde med arkitekter Erhvervs Ph.D i samarbejde med Henning Larsen Architects A/S 1. 2. 3. Integreret energidesign af klimaskærmen Integreret energidesign af større bygninger Integreret energidesign i masterplaner 1, 2, 3
BAGGRUND ARBEJDSOMRÅDER Integreret design arbejder på tværs af skalaer
PROBLEMSTILLING
PROBLEMSTILLING WE ARE NOT SHORT OF ENERGY, WE ARE SHORT OF ATMOSPHERE IAN RITCHIE 2007 ARCHITECT AND CO-FOUNDED THE ENGINEERING FIRM RICE FRANCIS RITCHIE (RFR) 2... Men fordi vi benytter fossilt brændstof ( = C0 udslip) til konstruktion og drift af bygninger, er en reduktion af bygningers energiforbrug på dagsordenen Byggeriets CO2-udledning på verdensplan: Drift ca. 90 % Konstruktion (produktion, transport etc) ca. 10 %
PROBLEMSTILLING UDFORDRINGEN Energiforbrug i Danmark - kwh/m 2 pr. årfordelt på opførelsesåret Energikravene strammes med 25% i 2010 og yderligere 25% i 2015. - disse krav er indeholdt i BR08 som lavenergiklasse 1 og 2 BR08 ca. 70 kwh/m 2 pr. år
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation Dagslys Luftkvalitet Træk Termisk indeklima Energiforbrug
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation Dagslys Luftkvalitet Træk Termisk indeklima Energiforbrug
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation Dagslys Luftkvalitet Træk Termisk indeklima Energiforbrug Funktion Logistik Arkitektur Konstruktionsprincip BYGNINGEN
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation Dagslys Luftkvalitet Træk Termisk indeklima Energiforbrug Funktion Logistik Arkitektur Konstruktionsprincip BYGNINGEN
PROBLEMSTILLING KOMPLEKSITET FACADEN RUMMET Orientering Rumdybde Solafskærmning Rumhøjde Afgasning Isolering Glaskvalitet Glasareal Varmetilskud fra udstyr Antal personer Ventilation Dagslys Luftkvalitet Træk Termisk indeklima Energiforbrug BYEN? Konstruktionsprincip Arkitektur Logistik BYGNINGEN Funktion
PROBLEMSTILLING BETYDNINGEN AF DEN TIDLIGE BESLUTNING Muligheder for ænderinger undervejs i designprocessen Det koster ikke ekstra at tage de rigtige beslutninger Omkostninger ved ændringer Potentiale for synegi og besparelser Program Skematisk design Design udvikling Udførsel Indflytning Sammenhæng i procesforløbet mellem synergieffekter og omkostninger til ændringer [Zimmerman, 2006] tid
DESIGNPROCES
DESIGNPROCES HVORFOR ER EN TRADITIONEL DESIGNPROCES IKKE OPTIMAL TIL AT DESIGNE BÆREDYGTIGE BEBYGGELSER? Kontinuert og rigidt forløb Forudser ikke konsekvenser af tidlige beslutninger Den traditionelle designproces
DESIGNPROCES DESIGNPROCESSER I ET HOLISTISK PERSPEKTIV Vidensdeling/evaluering Vidensdeling/evaluering PROGRAMMERING SKITSEPROJEKT FORPROJEKT HOVEDPROJEKT Registrering (Disp./projektforslag) (Udførsel/Ibrugtagning) Vidensdeling/evaluering 1. STEDANALYSE, Udforsk lokale begrænsninger og muligheder 2. MÅL, den i er o erordne m lsæ ning 3. VIRKEMIDLER, S rg h orfor for a nde m le bag 4. KONKRETISERING AF MÅL, det sikres at de er operationelle, relevante og realistiske for pågældende projekt 5. HANDLINGSPLAN, Hvad er de vigtigste mål og midler
DESIGNPROCES RATIONEL OG ANALYTISK Ingeniørfaglig viden kan tilføje den arkitektoniske designproces et ekstra lag Ved arkitektens første skitse bestemmes op til 30-40 % af bygningens resulterende energiforbrug... hvor meget betyder masterplanen/lokalplanen?
EKSEMPLER
FIH Bank FIH HEADQUARTERS LANGELINIE FIH HEADQUARTERS LANGELINIE
FIH Bank DESIGN ET MODERNE BÆREDYGTIGT BYGGERI MED UDGANGSPUNKT I EN PLAN FRA DET 19-ÅRHUNDREDE future tower and pedestrian bridge by Steven Holl existing headquarter new headquarter Langelinie, 1920
FIH Bank 1.0 0.8 Transmittance 0.6 0.4 0.2 3mm clear 3mm bronze 6mm grey Si/SiO2 (3mm clear) TiN/SS (3mm clear) double Ag (3mm clear) double Ag (6mm grey) 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Angle
FIH Bank Fokus på dagslys Daylight analysis Radiance CIE Overcast sky 21. September kl 12:00 Scale 1:300 %DF 5.00+ 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Daylight factor < 2% Note: The analysis illustrates a good balance of the natural daylight at all workplaces. The double high space oriented to the east, ensures good natural daylight conditions fully into the core. The analysis is performed with a CIE overcast sky condition, which is a worst-case scenario. On an average day the workarea will be percived as bright and with good color rendering, this is due to the high light transmittance of the glazing and a intelligent sizing and orientation of the windows. On the day of serene sky and high light intensity, an automatic guided screen scrolls down and eliminates any potential glare problem thus ensuring a good visual environment. Reflectance of materials Transparency Ceiling 0,8 Glazing 0,75 Walls 0,7 Side 0,2 Floor 0,3 view of double high open office towards meeting rooms glass meeting box with a great view towards north east
Ørestad Skole
EKSEMPEL - VÄSTRA DOCKAN KOMFORT- OG ENERGIDESIGN
EKSEMPEL KONCEPT Eksisterende situation Grønt strøg
EKSEMPEL KLIMADATA OG KONTEKST Vejrforhold i Malmø, (N 55 37 00 E 12 59 33 ) Følgende analyser af de lokale vejrforhold danner grundlag for den kvalitative og kvantitative designmålsætning. Et kystklima med relativ kolde vintre og milde somre Høj luftfugtighed er ikke et problem i sommerperioden Høj gennemsnitlig vindhastighed (~ 4.4 m/s), 50 % af året med vindha-stigheder > 4 m/s. Primær vindretning, vestenvind sommer og sydvesten vind vinter I gennemsnit 50 % af årets dage er med nedbør (Statistik fra: Climate Design Data 2005 ASHRAE Handbook )
EKSEMPEL MÅLSÆTNING Kategori for aktivitet i byrummet. A B A + Ophold af længere varighed; rolig position; siddende eller liggende; - Terrasse; gadecafe eller restaurant; pool; amfi teater mv. C B C + Ophold at kort varighed; stående/siddende i kortvarig periode; - Offentlige parker; legepladser; indkøbsstrøg mv. + Aktivt ophold; magelig og normal gang; slentre; spadsere; - Gangsti; indgangsparti; indkøbsgade mv. D D + Gennemgang; objektiv gang; rask eller hurtig gang - Parkeringsplads; boulevard; fortov mv.
EKSEMPEL STRATEGI Vindkomfort X X X X
EKSEMPEL STRATEGI Dagslys Energiforbrug, [kwh/m2 pr. år] 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 varmt brugsvand Ventilation Kunstig belysning Køling Opvarmning Percentage of working year when lighting is turned on [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Horizon angle [o] 15% WWR - dark facade 30% WWR - dark facade 45% WWR - dark facade 60% WWR - dark facade 75% WWR - dark facade 90% WWR - dark facade Kilde: Integrated design of buildings on the urban scale, Thesis project at DTU-Civil Engineering by Louise Finnerup, 2008 Gården Gaden Gården Principsnit, horisontvinkler
EKSEMPEL DESIGN Bebyggelsesstruktur 1 Lukket karréstruktur Optimere bygningsmasserne og deres orientering og således fremme en serie gavnlige mikroklimaer og komfort i det offentlige byrum 2 Åben karréstruktur Optimere bygningsvolumenerne som svar på deres givne position inden for kompleksitet som respons på anvendelse, fl eksibilitetsgrad, orientering, eksisterende betingelser og de fremtidige naboer. 3 Funktionsbase Forbedre kvaliteten af gaden, gården, haven og åbne pladser ved at maksimere eksponeringen for dagslys/ sollys gennem bevidst planlægning af bygningsmassen. 4 Horisontal forskydning 5 Vertikal forskydning 6 Terrassering
EKSEMPEL OPTIMERING AF DIREKTE SOLLYS I BYRUMMET Sommerperiode(01 juli 30 september) Diagrammerne illustrerer antal sollystimer i byrummet ved en skyfri himmel i en given periode. Scenarium 1 - uniform bygningshøjde Scenarium 2 - varierende bygningshøjde Scenarium 3 - terrassering af bygningsvolumen 8+ 6 5 4 3 2 1 0 timer
EKSEMPEL DESKTOP STUDIE Strømningsmekanisk vurdering CFD STUDIE Strømningsmekanisk analyse Vindretning
EKSEMPEL A B C D
EKSEMPEL LAG PÅ LAG (KVANTITATIVE OG KVALITATIVE VÆRDIER) Bæredygtig planlægning er ikke kun visuelle værdier
TAK