当Paul Lukez Architecture被引入到这个项目中,任务是为房主——两位退休学者——设计一个不超过它必须的净零的房子。太阳能战略是关键,因为他们希望实现能源独立。位于马萨诸塞州的哈佛。面积为2400平方英尺(约合4800平方米)。自从作为可再生能源代表访问德国和瑞士以来,建筑师保罗·卢克兹设计了一些较小的净零能耗原型。Lukez说:“可再生能源和可持续设计提供了一个巨大的机会,让我们重新思考如何以一种具有美学机会的方式创造建筑,并指出新的生活方式。”“这不仅仅是将这些技术拼凑在一起的问题,而是将它们整合到一个更大的整体中。这就是我们为这个项目带来的心态。”
出现了两个指导原则:1.)使建筑尽可能紧凑,2.)结合可再生能源和电池系统,以达到净零或更高。另一个重要的设计目标是通过大面积的战略性玻璃将尽可能多的室外空间引入室内。平衡能源性能和那些“审美机会”是必要的。
选址于太阳能
房子的选址有很多限制,包括窗台的数量和深度,多种地役权,在哪里钻孔和放置化粪池系统的选择很少,以及一些城镇强制执行的命令。Lukez的团队与一名机械工程师和一名太阳能设计工程师合作,确定最佳太阳能收集的正确位置和方向。他们发现房子必须坐落在海拔最高的地方,以尽量减少附近树木的阴影。一旦他们确定了太阳能电池板的最佳位置(偏南),他们就会将屋顶与场地、室内空间和所需的美学结合起来。这种朝向也创造了最有利的入口方式,并将房屋置于具有数百年历史的典型新英格兰石墙中,这些石墙美化了景观。
由于房子位于窗台上,我们的策略是用Sonotube混凝土桥墩将其平整,这导致了一个4英尺高的台阶。-高的爬行空间直接在条件空间。通风的爬行空间的墙壁和地板是绝缘的,不需要单独对管道和管道进行绝缘,这节省了成本。
屋顶几何
屋顶可以说是这座房子最引人注目的特征。它由三个斜面组成;其中两个带有3-in-12的斜坡(或14°的角度——从金属屋顶转移雨雪所需的最小角度),而支持太阳能电池板的朝南部分具有6-in-12的斜坡,这不仅允许更多的面板,而且为二楼创造了空间。(没有必要把客厅/餐厅的体量做得那么高。)在主屋顶下,他们选择了较浅的坡度,以帮助定义入口前厅,并保持前立面的规模。“我们的想法是,你接近一个由较低的屋顶和深顶篷定义的入口,”Lukez解释说。“他们帮你决定去哪里。”他补充说,计算悬垂的大小是为了在夏季阻挡不必要的热量和在冬季捕获所需的热量之间取得适当的平衡。
在组装方面,屋顶的整个深度是绝缘的乙烯喷雾泡沫,它的底部覆盖着EPDM,一种耐气候和紫外线的合成橡胶。虽然屋顶的细节又厚又复杂,但它看起来却尽可能地薄。Lukez将注意力集中在屋檐的底部,在那里,一个由中密度覆盖(MDO)胶合板和板条组成的面板系统以这样一种方式解决,以创造一个流线型的外观——颜色的选择也有帮助。Lukez在这里注意到日本建筑的影响,他将其与黑雪松覆层并列,黑雪松覆层通常在建筑上发现早期殖民地住宅这些都是当地的土著。
同样,装饰细节也保持简单。最初,他们安装了彩色Azek,但它在温暖的温度下弯曲,Lukez了解到某些颜色在吸收热量时会发生这种情况。“如果我们用白色,就不会有问题。我认为这个教训就是:用天然材料——你不会出错的。”
立缝式金属屋顶是一个重大的决定。虽然Lukez从一开始就支持金属,但房主们担心的是成本。最终,他解释了它50到70年的生命周期,赢得了他们的青睐;也就是说,这是一项明智的投资。此外,由于客户致力于减少碳足迹,他们相信金属屋顶在使用寿命结束时是可回收的。(它看起来也比沥青瓦要锋利得多。)“屋顶的几何形状和农田场地使金属成为一种自然的契合,”Lukez说。
打破热桥
为了支撑悬臂式屋顶,卢克兹为大跨度设计了钢梁。为了避免建造更高的建筑,他们选择了钢材而不是木材——如果他们使用木材,他们将需要更深的构件,这将使房子升高多达一英尺。在三个位置,梁从调节的内部空间延伸到墙组件外,这意味着它们面临着威胁热桥接。为了创造一个休息,设计师使用Schöck Isokorb T型S型钢连接模块,德国产品绝缘发泡聚苯乙烯它将内部结构与外部结构分开,同时传递荷载。
在美学上,裸露的结构钢梁旨在唤起日本茶馆的感觉。他们还负责界定餐厅和起居区域。
这个机场很引人注目。Lukez不是一个封闭的车库,而是将其打开,以便能够看到外面的景观。通过倒置屋顶并最大化其高度,建筑师能够容纳额外的存储空间以及电动汽车(EV)充电站。当被问及为什么没有在车库的屋顶上安装太阳能电池板时,Lukez解释说,这将需要砍下30到40棵树,这是房主不愿意做的。
充足的光线
在为这个项目进行能量建模时,Lukez研究了南侧和北侧窗户数量之间的关系。他没有努力达到被动式房屋的标准(减去几扇窗户,房子就可以达到那个标准),因为客户对它的节能性能很满意,并且渴望能看到田园风光的大视野——毕竟,这是他们购买房产的原因。
卢克兹从窗户Pella门窗建筑师系列,它们有三层玻璃,并覆盖着铝和木材。r值约为5,使其成为美国市场上最节能的商用窗户。对于被动式太阳能控制,北立面的窗户很少,几乎是不透明的。Lukez解释说,这种策略提高了热阻,限制了外部和内部环境之间的热量传递。
当然,其中一个设计挑战是厚1英尺。-深墙组装是定位门窗的地方(通常的说法是最好把窗户放在墙的中心)。在这里,卢克兹决定把内向和外向的窗户结合起来,也就是说细胞膜需要根据窗户的位置来移动,使棘手的过渡和闪烁的细节。
作为一个喜欢“光的魔力”的人,Lukez对窗户拼图很感兴趣。“就光线如何进入空间并照射到每个表面而言,这栋房子里发生了很多事情。”例如,西窗非常薄,像缝隙一样。当下午的阳光照进来时,它有一种艺术的效果。他还指出,他选择的材料将充当热质量,将阳光储存为热量。例如,整个生活空间的瓷砖从南向捕捉光线,使房间温暖。
现场太阳能储存
根据Lukez的说法,将多余的能量储存在电池中的决定是在项目的后期做出的。“这是一个重大突破,”他说。他们决定将多余的能源储存在现场,而不是因为向电网增加多余的能源而受到经济惩罚。(以美元计算的信用额度与电价挂钩;由于公用事业服务和基础设施的固定成本,所获得的信用额度价值更低。)
能量储存在两个16千瓦时Sonnen电池这有助于解决能量间歇性问题,即能量可用和需要之间的不匹配。电池配备了预测算法,因此它们在电价最便宜的时候从电网中获取能量,在电价较高的时候使用储存的能量。剩余的能量被用来为客户的Bolt电动汽车提供动力。房子投入使用的第一年,18%的电力没有被消耗掉;足够给汽车提供动力。
该住宅的能源网络每年大约产生2.1万千瓦时的电量,其中有56块LG太阳能电池板。预计投资回收期为9.36年。房主可以在夏天“存入”净计量太阳能信贷,因为夏天白天的时间更长。在冬天,他们可以使用这些信用来保持每月较低的电费。
值得注意的是,在这一点上,每年约有2000千瓦时的电力从电网中抽出。根据Lukez撰写的一份报告,即使消费和生产平衡,房子也需要从电网中获取能量,因为电力系统在光伏板之间通过电池传递给负载时会损失能量。
热泵和通风
这房子有3吨重三菱空气源热泵(ASHP)设有一个多位置的管道空气处理机,为主要生活空间提供服务无管minisplit每间卧室都有室内机。
空气源热泵的工作原理是传热:来自室外空气的热量使制冷剂变暖,制冷剂的沸点很低,即使在低温下也能吸收热量。液态制冷剂变成气体,通过压缩机,温度进一步升高。在室内,空气被吹过一个装有冷媒的盘管来加热房子。新一代热泵即使在室外温度低于零度10°或更低的情况下也能产生热量,因为冷空气仍然含有热能。在温暖的月份,这个过程在相反的方向起作用,使房子凉爽;热交换器从室内吸收热能并将其传送到室外。
为了确保健康的室内空气质量(IAQ),这对房主来说很重要,Lukez指定了220 CFM的ERV (能量回收呼吸机).ERV的工作原理是在一个可渗透的热交换器中穿过排气和供气的蒸汽,所以在给房子通风时很少有能量损失。房子里也有两个补气装置,总共100立方米。每分钟(CFM)在烘干机和抽油烟机。
Lukez指出,尽管直排系统提供了更一致的通风,但它可能会导致像这样特别密封的房屋的降压。当空间通风并且不从其他来源补充空气时,结果是降压。如果压力不平衡,空气将被吸入或排出,导致室内环境与室外环境非常相似。
被动式通风也是设计的一部分。开放式平面、高高的天花板和许多可操作的窗户支持整个房子的气流,减少了夏季的制冷需求。
净零数据点
这是一个有资格的能源+房子,因为它产生更多的可再生能源比所需的。它有一个。家庭能源评级系统(HERS)评级-23,这意味着它比标准家庭节能123%,其平均评级超过130。
有许多因素影响着客户追求零净生活的决定。其中之一就是成本效率。一个产生能源的家庭不仅可以防止能源价格的变化,还可以完全消除能源账单。当然,还有提高热舒适度的额外好处,因为净零排放的房屋减少了温度波动。而且,从一开始,客户就在寻找降低碳排放的方法。
一些设计细节
Lukez在入口通道的平行轴线上组织了平面图,这样进入后,居住者就可以体验到外部景观。他解释说:“有一个故意的景观走廊,它们交织在一起,旨在创造隐私。”他补充说,主卧室是景观的延伸。主要的生活空间位于房子的西侧,灵感来自Lukez对Katsura茶馆的喜爱。从一个房间到另一个房间,天花板以不同的方式定义,以增加整体体量的维度。
中等大小的厨房被设计得尽可能紧凑;储物空间以深储藏室的形式隐藏起来,这样可以将上层橱柜的数量降至最低。向科珀斯克里斯蒂投下。管道被整合到一个软肋中,从厨房上方的管道(它为机械室提供服务),沿着餐厅和客厅的北墙延伸,最终消失在一个架子单元中。不过,在餐厅里,软肋有助于勾勒出一件金属丝雕塑的景色——这是房主想要展示的无数艺术品之一。“我们试图减少房子里管道系统的数量,以获得更多的生活空间,”Lukez解释说。“通过与艺术和图书收藏部门整合,它起到了双重作用。”
在楼梯间,Lukez增加了一个倾斜的角度和十字形的窗户。一个金色的不丹刀片捕捉清晨的光线,并将其反射到有角度的表面上,产生令人愉悦的效果。“我们的想法是把每个元素——比如楼梯——都变得特别,”Lukez说。
一个充满希望的榜样
Lukez认为这个项目是“一个新的可持续性方程式,包括产生的能源、储存的能源、家庭消耗的能源和交通消耗的能源。”所有这些都是平衡的,以减少家庭的碳足迹。“这座房子是一种新建筑的原型,它挑战了现行的集中能源分配。”
在笔者看来,它也非常好看。
图片由Greg Premru提供,Paul Lukez Architecture
项目团队:Richard Jenson, Pat DeLeeuw, George & Keith Donahue, Sergio Siani, Matthew Bean, Bruce Ringwall, Jennifer McClain, Lucy Jen, Derek Brian, Adam Kibbe, Michael Duclos, Stuart Lipp, Natalie DeNormandie, Michael Humphries, Josh MacDonald, Craig Hinrichs, Greg Premru和Julia Welbourne
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