ProiecteForm follows energy

arh. Sergiu-Cătălin Petrea, arh. Cristina Petrea

Dezvoltarea susţinută a economiei mondiale, cauzată de creşterea consumului, urbanizarea intensivă şi exploatarea într-un ritm susţinut a resurselor naturale sunt forţele motrice care stau la baza schimbărilor climatice, reducerii teritoriilor locuibile şi a problemelor mondiale de sănătate. În prezent, se consideră că aproximativ 50% din materiile prime care există pe această planetă sunt utilizate pentru construcţii. Mai mult, clădirile consumă circa 50% din energia totală la nivel mondial şi sunt responsabile pentru aproximativ 40% din totalul emisiilor de CO2 şi 50% din totalul deşeurilor produse. De aceea, orice îmbunătăţire adusă spaţiului construit prin proiecte de dezvoltare durabilă va conduce la transformări importante în viitor, în ceea ce priveşte consumul de energie şi ameliorarea emisiilor de gaze cu efect de seră.

Locuinţa unifamilială pe care o vom prezenta în continuare reprezintă o formă de concretizare a eforturilor de a căuta sustenabilitatea încă din faza de proiectare. Proiectul explorează simultan multiple modalităţi de reducere a consumului de materii prime şi energie, atât în timpul edificării cât şi în perioada exploatării. Centrată pe anticipare, folosirea de concepte puternice, tehnologii reduse şi evaluarea problemelor din perspective multiple, echipa implicată în demers a fost formată dintr-un colectiv interdisciplinar, animat de ideea că modul de a ne raporta la arhitectură suferă transformări radicale şi, de aceea, trebuie să investigăm noi metode de a o aborda critic. Proiectarea focalizată pe proces (o posibilă formă de research-by-design, în care procedeul a fost deseori auto-reflexiv, investigând noi metode de cercetare şi monitorizând evoluţia sistemului mai mult decât căutarea obiectului final) a mizat pe utilizarea de simulări care au pus accent pe generarea unei creşteri constante din punct de vedere calitativ în cadrul proiectului.

Utilizând un cumul de principii, preluat din mai multe domenii, s-a dezvoltat o strategie de proiectare bazată pe principii hotărâtoare în optimizarea consumului de material şi reducerea emisiilor şi deşeurilor rezultate din procesul de construcţie şi din timpul ciclului de viaţă al clădirii, în care a fost cultivat recurent principiul cradle to cradle design, tot mai amintit în practica de arhitectură din Occident.

- Forma şi orientarea cons­trucţiei. Sunt gândite astfel încât să maximizeze aporturile iluminării naturale şi orientării sudice. Pentru a obţine aceasta, amplasamentul ales pentru implementarea construcţiei a fost în zona cea mai înaltă a proprietăţii, care conferă simultan privelişti deosebite asupra întregii păduri şi a peisajului ce se desfăşoară mai jos.

Utilizarea suprafeţelor generoase vitrate orientate spre Sud permite aporturi solare şi acumulare în masa termică a planşeelor şi pereţilor pe timpul iernii, în timp ce minimizarea vitrajelor spre Nord permite controlul pierderilor de căldură.

- Impact minim asupra mediului de inserţie şi al sitului. Din dorinţa de a nu modifica curbele de nivel ale terenului, de a păstra situl cât mai natural şi a minimiza impactul asupra acestuia, menţinând, în acelaşi timp, orientarea favorabilă a zonelor de locuit, volumul lung şi masiv a fost divizat în trei zone majore. Cele două corpuri laterale sunt uşor rotite faţă de axa corpului central şi detaşate, dar în acelaşi timp unite prin două turnuri din piatră care marchează şi subliniază rotaţia. De asemenea, tranziţia spaţiu interior-exterior este subtilă, fiind rezolvată în mare parte prin mici terase din piatră sau lemn aflate la nivelul terenului sau direct pe iarbă.

- Durabilitate. Utilizarea prepon­derentă a materialelor brute, neprelucrate, de origine naturală, care au o durată lungă de viaţă, postutilizare, reutilizare şi reciclare precum şi gradul scăzut de energie încorporată prin procesul de producţie asigură durabilitatea şi amprenta redusă de carbon (structura de lemn, pereţi buşteni, lambriu lemn, tâmplărie din aluminiu, piatră naturală, pietriş şi izolaţii pe bază de celuloză şi fibre presate din lemn).

- Contrastul tectonicii. Folo­sirea diferitelor tipuri de materiale, contrastante prin natura lor (mari suprafeţe vitrate, structură uşoară şi zveltă din lemn stratificat în opoziţie cu pereţii din buşteni înalţi şi masivi şi turnurile din piatră) oferă un raport optim între zvelteţe şi masivitate. Spaţiul, experimentat din interior este uşor, deschis, permeabil, în timp ce privit din exterior apare solid, stabil, puternic ancorat în pământ, ca şi cum ar fi ridicat direct din natură.

Demersul arhitectural s-a concentrat pe descoperirea şi experimentarea de structuri uşoare, simultan cu optimizarea partiurilor şi anvelo­pantelor, prin acordarea unei atenţii deosebite consumului de energie, utilizării de sisteme prefabricate, tributare eficienţei constructive, durabilităţii, atitudinii favorabile faţă de mediu şi posibilităţilor de reciclare/reutilizare a materialelor de construcţie. Vom prezenta în continuare, succint, principalele caracteristici constructive ale anvelo­pantei, insistând asupra performanţelor energetice ale acesteia.

Pereţi din buşteni şi structură din lemn stratificat: Buştenii din molid, din producţie autohtonă, masivi şi greoi împreună cu structura uşoară şi zveltă din lemn stratificat formează un sistem inovativ unic, cu detalii personalizate pentru glisarea ce survine în timp datorată tasării şi uscării fireşti a buştenilor.

Pereţi exteriori: Placaj gips-carton, reţea de şipci cu spaţiu pentru instalaţii, barieră contra vaporilor higro-reglabilă, dulapi din lemn 50mm, panou de închidere umplut cu izolaţie din fibre de celuloză 200mm, dulapi din lemn 50mm, izolaţie din fibre presate din lemn 50mm, membrană impermeabilă la vânt şi ploaie, reţea de şipci, finisaj din lemn sau piatră montat în sistem de faţadă ventilată. Uper=0,16 W/m2K.

Acoperiş terasă: Placaj gips-carton, reţea de şipci cu spaţiu pentru instalaţii umplut cu izolaţie din fibre de celuloză 100 mm, izolaţie din fibre presate din lemn 22mm, barieră contra vaporilor higro-reglabilă, panou de închidere umplut cu izolaţie din fibre de celuloză 250mm, dulapi din lemn 50mm, membrană impermeabilă la vânt şi ploaie, şapă din mortar de ciment, membrană hidroizolantă, membrană geotextilă, pietriş drenant. Uac=0,11 W/m2K.

Plăci peste subsol: planşeu beton, izolaţie polistiren extrudat XPS 150 mm, izolaţie din vată minerală rigidă 40 mm, încălzire radiantă prin pardoseală în şapă 65mm, strat finisaj. Uplacă=0,2 W/m2K .

- Vitraje. Tâmplarie din aluminiu cu profil pentru ruperea punţilor termice; Vitraj dublu termoizolant cu acoperire Low-e şi umplutură Argon, diferenţiat în trei tipuri distincte de sticlă spre exterior, în funcţie de orientarea faţă de punctele cardinale, Uf=0,9 W/m2K, g-value= 51%

Termoizolare şi etanşeitate

Pentru realizarea izolaţiilor au fost utilizate preponderent fibre din celuloză şi plăci termoizolante din fibre de lemn presat datorită faptului că sunt materiale naturale, cu proprietăţi izolatoare foarte bune, nu conţin produşi toxici, nu sunt atacate de rozătoare, au o rezistenţă sporită la acţiunea focului, sunt rezistente la mucegaiuri şi au capacitatea de a autoregla umiditatea. Simultan, protecţia straturilor de izolaţii şi realizarea unei etanşeităţi crescute a clădirii a fost posibilă datorită utilizării unor membrane antivapori inteligente şi higroreglabile - cu rezistenţă variabilă la difuzia umidităţii (iarna, au o rezistenţă ridicată la difuzia vaporilor ce împiedică formarea condensului şi vara sunt deschise la difuzia vaporilor ce permite uscarea structurii) şi a unor membrane de exterior microporoase, impermeabile la vânt şi ploaie, caracterizate de un grad ridicat de difuzie a vaporilor.

Folosirea combinată a tehnologiilor bazate pe utilizarea de surse regenerabile de energie a fost dorită dată fiind distanţa mare la care este situată construcţia faţă de orice formă de infrastructură locală. Atingerea obiectivelor de reducere a amprentei de carbon şi a deşeurilor rezultate în exploatare şi promovarea unui mediu sustenabil pe termen lung au fost posibile prin utilizarea unui model ener­getic performant şi complex, cu un mod de funcţionare durabil, care să poată deveni în timp un model de proiectare pentru locuinţe care aspiră la un grad cât mai ridicat de independenţă energetică.

- Ventilaţie: Ventilaţie mecanică cu recuperarea căldurii (VMRC) include trei unităţi centrale care permit aportul de aer proaspăt şi exhaustarea aerului viciat printr-un schimbător de căldură în contracurent, cu un randament de 85%. Cea mai mare parte a căldurii din aerul viciat exhaustat este transferată aerului proaspat introdus în încăpere.

- Răcire pasivă - Schimbător de căldură Sol - Aer (EAHX) oferă în mod gratuit o temperatură constantă tot timpul anului. Asigură, de asemenea, aer proaspăt, răcire pasivă pe timp de vară şi preîncălzire pe timp de iarnă.

Răcirea pasivă se obţine şi prin pompa de căldură apă-apă în mod pasiv, cu bypass pe timp de vară ( apă extrasă directă din puţ, la o temperatură între 7-12 grade C).

- Răcire activă - Pompă de căldură apă - apă în mod activ.

- Pompă de căldură apă-apă - este conectată la 3 tancuri stocatoare de căldură, pentru a asigura apa caldă menajeră şi căldură şi la a treia centrală de ventilaţie pentru răcirea activă.

- Panouri solare - includ 20 Panouri solare (40 mp) şi 3 tancuri stocatoare de căldură (3x1000 l) - pentru producerea de apă caldă menajeră (80% din necesar) şi ajutor suplimentar la încălzire (20% din necesar). Inovaţia pe care o aduc tancurile este că stochează căldura, pe niveluri diferite de temperatură, şi nu apa caldă. Prin stocarea căldurii şi nu a apei calde, riscul de a dezvolta germeni şi micro-organisme şi în acest mod de a contracta boli este eliminat.

Sistemul de distribuţie a căldurii

- Circuit de distribuţie de temperatură joasă, cu încălzire în pardoseală şi pereţi, de tip radiant.

- Circuit de distribuţie de temperatură înaltă, cu mini convectoare de pardoseală şi radiatoare Low-H2O.

- Centrale termice pe bio­masă - Centrală pe lemn tocat 200KW şi Centrală suplimentară pe lemn 50KW, disponibilă în caz de avarie sau în situaţii de mentenanţă.

- Dezumidificare - Pentru aripa piscinei, o Centrală de Ventilaţie cu un schimbător de căldură în contracurent pentru recuperarea căldurii (89KW, 8500m3/h) şi un schimbător de căldură apă-pe-aer pentru încălzirea aerului în piscină (85,4KW).

- Colectarea apelor pluviale - Un sistem pasiv de colectare şi reutilizare a apelor pluviale prin stratificarea terenului şi utilizarea suprafeţelor cu diverse permeabilităţi, dirijează şi reţine apa spre două lacuri amenajate, pentru ca apoi să fie folosite la irigarea vegetaţiilor şi recoltelor.

- Staţia de tratare şi epurare - Sistemul de tratare avansat constă într-un tanc subteran cu 3 camere pentru tratarea preliminară şi un filtru de nisip cu plante, care asigură oxigenul necesar pentru epurarea apei prin micro-organisme. Apa tratată obţinută este de calitate, refolosită pentru uzul toaletelor, spălarea maşinilor, udarea grădinilor şi vegetaţiei şi cel mai important, are un impact minim asupra solului şi subsolului.

Designul general al clădirii însumează aşadar, simultan, o serie de principii complexe, care se adaptează favorabil la climatul specific zonei subcarpatice, forma şi dispunerea elementelor constructive permiţând ventilarea de tip încrucişat şi iluminarea naturală a spaţiilor. Metoda de proiectare experimentată în acest proiect s-a afirmat pe baza unei abordări sensibile la adresa mediului de inserţie, dorind să arate cum materiale naturale/refolosite, bine utilizate, pot deveni ingredientul pentru o arhitectură de dimensiuni şi expresie extrem de contemporane.