Peris + Toral Arquitectes uit Barcelona heeft een passief verwarmd en gekoeld complex voor sociale woningbouw voltooid, gericht op de nabijgelegen zee om te profiteren van dwarsventilatie. De unieke en efficiënte structuur bestaat uit een reeks parallelle muren gemaakt van blokken samengeperste Spaanse aarde.
José Toral en zijn partner Marta Peris ontwerpen graag gebouwen waarin zo min mogelijk materiaal wordt gebruikt. Minder materiaal betekent volgens Toral minder gewicht, minder koolstofuitstoot, lagere kosten en al met al betere constructies.
Toen het duo meedeed aan een wedstrijd voor het ontwerpen van een sociaal wooncomplex op het eiland Ibiza, bedachten ze een goedkoop gebouw dat zou functioneren als een verlengstuk van het land. De vorm was complex en grillig, net als het rotsachtige eiland waarop het staat. En nog belangrijker, het gebouw zou bioklimatisch zijn met passieve verwarming en koeling, deels bereikt door gebruik te maken van een natuurlijk constructiemateriaal met hoge thermische massa: aarde.
Hun winnende project, 43 Viviendas Sociales, maakt gebruik van een systeem van dragende muren die zijn opgebouwd uit 20 centimeter dikke blokken samengeperste aarde. De lineaire structuur zorgt voor een intelligente opeenvolging van ruimtes van elk 12 vierkante meter die gecombineerd kunnen worden tot een verscheidenheid aan een-, twee- en driekamerappartementen.
De locatie van het project ligt vlakbij de zuidkust van Ibiza. Het wordt aan de ene kant begrensd door grote hotels en discotheken langs het strand en aan de noordkant door een wijk met eengezinswoningen. "We besloten om op beide schalen te reageren," zegt Toral. "Wat we hebben gemaakt is als een groot gebouw dat bestaat uit kleine huizen." Het volume heeft een variabele diepte en hoogte in reactie op de tegenslagen van het terrein, een samenvoeging van een typische binnenkamermodule van drie bij vier meter.
De indeling van het gebouw is uniek efficiënt. Er zijn geen gangen, waardoor er weinig ruimte verloren gaat aan circulatie. Aangrenzende kamers zijn in plaats daarvan aan elke kant met elkaar verbonden door grote deuren die geopend kunnen worden om volledige dwarsventilatie door de hele eenheid mogelijk te maken. Keuken- en eetmodules zijn in het midden van elk appartement geplaatst, terwijl de slaapkamers zich aan de buitenkant bevinden. Ondersteunende ruimtes zoals badkamers, opslag en wasmachines zijn halfhoge blokken van zes vierkante meter die in de grotere kamers zijn geplaatst. Trappenhuizen en liften beslaan ook halve modules in het plan. Deze geordende lay-out levert een geleed volume op dat het unieke raster van de lineaire structuur binnenin tot uitdrukking brengt.
Passief bouwen op een eiland in de Middellandse Zee
Ibiza is een van de vijf bewoonde Balearen voor de oostkust van Spanje. Het heeft een typisch mediterraan klimaat met hete zomers en zachte winters. Bij het ontwerp van passiefgebouwen moet onder andere rekening worden gehouden met een hoge relatieve luchtvochtigheid die in de zomer kan oplopen tot boven de 80 procent. Gebouwen streven meestal naar omstandigheden tussen 50 en 60 procent om comfortabel te zijn voor gebruikers. "Als het percentage hoger wordt, is het te vochtig. Als het te laag is, wordt het droog en worden gebruikers meer blootgesteld," zegt Toral.
Eén manier om de relatieve vochtigheid in gebouwen laag te houden is door dichte materialen met een goede geleiding te gebruiken. De meeste constructies vertrouwen op beton om aan dergelijke inertievereisten te voldoen. Beton is goedkoop en gemakkelijk te bewerken. Maar het stoot ook veel koolstof uit en Peris en Toral proberen het gebruik ervan waar mogelijk te vermijden.
Aarde wordt van oudsher gebruikt in de bouw omdat het traagheid biedt tegen temperatuurschommelingen. Net als cement kan leem worden toegevoegd aan mengsels voor gebruik in mallen van verschillende afmetingen, hoewel leemmixen meestal moeten worden samengeperst voordat ze sterk genoeg worden om als constructiemateriaal te dienen. Peris en Toral besloten om voor dit project gebruik te maken van samengeperste leemblokken als een manier om een passief gebouw te realiseren dat tegelijkertijd koolstofarm is.
43 Viviendas beschikt over een groot aantal andere architectonische elementen die zijn ontworpen om de temperatuur te helpen matigen zonder dat er actieve verwarmings- of koelsystemen nodig zijn. Door de oriëntatie van het gebouw kunnen zeebriesjes door elk van de woningen waaien, en een overdekte centrale patio functioneert tegelijkertijd als atrium in de winter en als zonneschoorsteen om warme lucht in de zomer naar buiten te leiden. Terwijl de grotere wooneenheden dubbel georiënteerd zijn op het noorden en zuiden, openen de kleinere wooneenheden naar de centrale patio's om kruisventilatie te garanderen. Semi-buitenruimtes zoals wintertuinen en terrassen helpen om kamers aan de buitenkant te beschermen tegen directe zoninstraling en hitte van buitenaf.
Ontwerpen met geperste leemstenen (CEB)
Leembouw is koolstofarm, duurzaam en kan worden gebruikt om een esthetiek te bereiken die prachtig rauw en natuurlijk is als ze visueel wordt belicht. Hoewel het gebruik ervan in de bouw zo oud is als de beschaving, is aarde niet vaak een voor de hand liggende oplossing om te voldoen aan de normen van de hedendaagse architectuur. Het is een materiaal met structurele beperkingen en andere beperkende technische kenmerken: het gebruik van leem is bijvoorbeeld soms te arbeidsintensief om financieel haalbare projecten op te leveren; of er zijn gewoon niet genoeg gegevens of certificeringen voor producten op basis van leem om te voldoen aan codes en normen in veel regio's van de wereld.
Het bouwen van leem en geperste leemstenen (CEB) zijn twee methoden om laagbouw te realiseren door gebruik te maken van de bodem. Beide zijn de laatste jaren meer ingeburgerd geraakt, deels door de opname van ontwerpnormen voor aarden constructies in bouwvoorschriften, een grotere deskundigheid van het bouwpersoneel en een sterkere wens van de maatschappij in het algemeen om groenere bouwoplossingen te zoeken. Beide systemen leveren zeer sterke muren op die bestand zijn tegen samendrukking. Beide zijn ook afhankelijk van de toegang tot regionale bodems met geschikte eigenschappen voor de bouw.
CEB kan worden gemaakt van een mix van grond, niet-expanderende klei en kalk. Naast het feit dat het een veelzijdig en goedkoop bouwmateriaal is, is het ook een uitstekend koolstofarm alternatief voor beton en staal. Een voordeel van CEB in vergelijking met aangestampte aarde is dat het niet de vaak belemmerende materiaal- en arbeidskosten vereist die geassocieerd worden met bekisting. CEB-blokken worden gemaakt met behulp van machines die gebruikmaken van trillingen en compressie. De blokken drogen vervolgens drie tot vier weken. "Om CEB te maken zijn dezelfde technologie en machines nodig die gebruikt worden om betonblokken te maken," zegt Toral. "Dus we denken graag dat de productie van CEB ook een manier kan zijn om de uitstoot van sommige bestaande industrieën te veranderen."
De CEB-blokken voor 43 Viviendas werden geproduceerd door GLS Prefabricados en op de markt gebracht door FET DE TERRA, twee bedrijven uit Catalonië. Volgens Toral richtte GLS zich in het verleden op de productie van grote betonblokken, waarvoor machines nodig waren om ze te verplaatsen, en heeft het pas onlangs grondblokken op de markt gebracht via een productlijn met de naam TARGA TERRA. "We vroegen hen hoe we het goedkoper konden doen, om een manier te vinden om stukken te produceren die minder dan vier kilo wegen, zodat één persoon ze kan hanteren." Blokken van 10 bij 12 bij 20 centimeter werden uiteindelijk gefabriceerd voor het project, waardoor de muren van 43 Viviendas konden worden verhoogd zonder het gebruik van zware machines. Een groot aantal arbeiders werd tegelijkertijd ter plaatse gebracht om de blokken handmatig te hanteren en de bouwtijd te verkorten. Volgens Toral wordt er geen wapening gebruikt in de muren omdat het systeem op druk werkt. Daarom reiken alle muuropeningen rechtstreeks tot de vloer erboven.
De CEB blokken werden naar Ibiza vervoerd vanuit een fabriek in Catalonië. Het verschepen van aarde over land en zee is misschien niet de meest voor de hand liggende manier om te bouwen met een materiaal dat schijnbaar overal beschikbaar is, maar het is misschien wel de meest efficiënte. "Wij denken dat de toekomst van het bouwen met aarde betekent dat de industrie gebruik moet maken van de goede grond in fabrieken en deze vervolgens naar de bouwplaats moet brengen," zegt Toral. "Dit is de manier om blokken van hoge kwaliteit te produceren die ook voldoen aan certificeringen."
Detaillering 43 Viviendas Sociales
Ontwerpen met zo min mogelijk materiaal en tegelijkertijd voldoen aan de eisen voor akoestiek en statica is een evenwichtsoefening. In meergezinswoningen is akoestische isolatie tussen eenheden een bijzonder belangrijk ontwerpprotocol. Wanden die worden gedeeld door naburige wooneenheden kunnen meerdere lagen constructiemateriaal en isolatie vereisen om te voldoen aan codes of normen. "Het belangrijkste voor ons was om de akoestiek tussen buren op te lossen met slechts één muur van CEB, omdat je anders het materiaal zou moeten verdubbelen en aan elke kant een structuur zou moeten plaatsen," zegt Toral. "Dus gebruikten we de wetten van de massa." De minimale dichtheid voor een akoestische barrière is 300 kg/m2. Met een blok van 20 cm en een dichtheid van 2000 kg/m3 meet de constructie 400 kg/m2 en voldoet daarmee aan de eisen. Voor scheidingswanden aan de binnenkant van units worden wanden van 10 centimeter breed gebruikt.
Volgens Toral werd er speciaal voor dit project een blokkenmengsel ontworpen, waardoor het de juiste sterkte kreeg en bruin van kleur werd. De buitenkant van het gebouw werd afgewerkt met een isolatie van natuurlijk kurk en witte kalkpleister om het risico op erosie door wind en regen te verminderen. Aan de binnenkant werden de CEB-blokken zichtbaar gelaten. "Hier in Spanje worden muurvoegen in blokbouw niet perfect opgevuld. Normaal gesproken pleisteren we de open plekken om muren af te dichten," zegt Toral. Dit was een reden tot zorg voor de architecten, die wilden profiteren van de hygroscopische eigenschappen van het materiaal en het vocht uit de lucht wilden laten opnemen. "We wilden het CEB-materiaal blootleggen, dus in plaats daarvan voegden we een zeer fijne pleister van klei toe aan de voegen. Daarna hebben we het gepolijst om er zeker van te zijn dat alle voegen volledig gesloten waren en om akoestische bruggen te voorkomen."
De effecten zijn tweeledig. De gepolijste oppervlakken reflecteren het zonlicht met succes tot diep in de leefruimtes. En doordat er geen pleister aan de binnenkant nodig is, vermindert het ontwerp ook met succes de diepte van de muuropbouw. "We gebruikten een vergelijkbare strategie voor de vloeren," zegt Toral. "Ze werden ook gepolijst om geen extra laag toe te voegen. We proberen als bureau altijd het aantal lagen dat we in onze projecten stoppen te verminderen."
De vloeren werden aanvankelijk geconstrueerd in hout, in overeenstemming met de ontwerpintentie om de uitstoot van het project te minimaliseren. "Maar toen begrepen we uit simulaties dat we de hoeveelheid inertie in het gebouw moesten vergroten," zegt Toral. Toral en Peris zochten naar een manier om de koolstofvoetafdruk van het systeem te beperken door rijen geprefabriceerde betonnen balken op te nemen die als platen fungeren en ontworpen zijn met een doorsnede van 10 bij 20 centimeter: "Het is een zeer dunne oplossing," zegt Toral. De geprefabriceerde elementen zijn aan elkaar gelijmd om het benodigde buigmoment te bereiken en de vloer is bedekt met een betonnen druklaag van vijf centimeter. "De opbouw van de vloer is 25 centimeter: 20 centimeter voor de liggers plus 5 centimeter voor de vloerplaat. Maar het volume komt overeen met een betonnen plaat van slechts 10 centimeter, een reductie van 66 procent," zegt Toral. "Het was een goede ontdekking om te weten dat het niet zo erg kan zijn om beton te gebruiken, als we het verstandig gebruiken. We ontdekten dat het misschien niet alleen een kwestie van materialen is die een gebouw duurzaam maakt, maar ook hoe we ze gebruiken."
