Responsieve gevelontwerpen voor duurzame architectuur

Nederland staat voor een grote uitdaging. In het Klimaatakkoord is afgesproken dat de gebouwde omgeving in 2050 CO2-neutraal moet zijn (TNO, 2021). Een omvangrijke klus. De vraag naar duurzame ontwerpoplossingen neemt hierdoor alsmaar toe. Door slim en met de nieuwste technologieën te ontwerpen kunnen architecten hierin een zinvolle bijdrage leveren. In dit onderzoek kijken we naar het ontwerpen van duurzame buitengevels voor een gezond en energiegunstig binnenklimaat. Met Generative Design zijn deze ontwerpen verder geoptimaliseerd.

Passieve zonne-energie optimaal benutten

Tijdens het ontwerpproces voegen we een analyse van de lokale klimatologische omstandigheden als variabele toe aan het algoritme. Met deze methode is het mogelijk om verschillende ontwerpvarianten te testen in hun daadwerkelijke omgeving met reële weersomstandigheden. Met lokale klimaatdata als uitgangspunt wordt Generative Design aan het proces toegevoegd om het meest energie-efficiënte gevelontwerp te creëren.

 

 

Het doel is om een gevel te ontwikkelen die door zijn ontwerp de passieve zonne-energie optimaal kan benutten. Zo schijnt in de zomer niet overbodig veel zon naar binnen door bijvoorbeeld het gebruik van een overstek. In de winter laat de gevel voldoende zonlicht binnen voor warmte en licht in de ruimte. Een gevel afgestemd op lokale klimatologische omstandigheden kan zo het hele jaar door optimaal de zonne-energie gebruiken waardoor klimaatsystemen en/of airco’s minder hard hoeven werken én dus energie besparen.

 

Ontwerpproces responsieve gevelontwerpen

1. Start: we plaatsen het gebouw in zijn omgeving, inclusief omliggende gebouwen en de toevoeging van lokale klimatologische omstandigheden aan het algoritme.
2. Analyse: hierna volgt een analyse van de zonnestraling op alle zijden van het gebouw. Er wordt rekening gehouden de seizoenen en de schaduw van omliggende bebouwing.
3. Resultaat: de resultaten geven een goed beeld van de zonnestraling en zonnebelasting op het gebouw door het jaar heen.
4. Modelleren: op basis van deze uitkomsten bepalen we welk deel van de gevel we aanpassen, in welke mate en op welke wijze.
5. Feedback: met een tweede analyse toetsen we de ontworpen gevel om te zien hoe efficiënt deze is bij overmatige en/of geringe zonnestraling. In het voorbeeld testen we de meest kritische punten van de gevel en hun prestaties gedurende het jaar.
6. Optimalisatie: als we meerdere elementen van de gevel veranderen (bijvoorbeeld: setback en grootte van het raam), is het mogelijk om Generative Design toe te passen door een extra plugin te gebruiken. Hiermee creëert het algoritme de meest efficiënte oplossing voor de verschillende elementen van de gevel.

In dit eerste model kan het toevoegen van variabele klimatologische omstandigheden invloed hebben op de grootte bepaalde gevelelementen. De zonnestraling wordt op elk deel van de gevel afzonderlijk gemeten, waardoor elk gedeelte optimaal wordt afgestemd. Zo ontstaat een vloeiend en samenhangend geheel van verschillende formaten gevels. Hierbij spelen de groottes van bijvoorbeeld de ramen, balkons of plantenpotten in op de zonnestraling, zowel in de zomer als winter. Met het oog op de kosten is het ook mogelijk om geveldelen die nagenoeg identiek zijn, in de productie gelijk te trekken. Daarmee wordt het aantal unieke gevelpanelen verlaagd.

 

Nog maar het begin

Hoewel het ontwerpen van responsieve gevels zelf is niet nieuw is, zijn er nog veel uitdagingen om verder te onderzoeken. Naast het creëren van responsieve gevels zijn er tal van manieren om data en ontwerp nauwer met elkaar te verweven. Daardoor zijn we in staat interessante nieuwe looks en beter presterende gebouwen te ontwerpen. Het responsief ontwerpen van gebouwen leent zich voor verder onderzoek naar een maximaal presterend én gezond gebouw, met minimale impact op onze planeet.

 

Onderzoek van Ádám Petróczki voor EGM Studio