Prefab Hyparhuis

Er is een trend van toenemende prefabricage in de bouw. Dat is goed voor de kwaliteit, maar kun je er ook architectonisch mee uit de voeten of ben je gebonden aan prefab retrostijlen en saai kubisme? Kun je met een industrieel prototype duurzaam bouwen en voldoende variatie bieden aan de consument? Of betekent duurzaamheid dat we veroordeeld worden tot de bouw met strobalen en leem. Kun je ook duurzaam zijn en comfort bieden met innovatieve technieken? Vragen die Caspar van den Thillart bezighielden bij het ontwerp van zijn prefab Hyparhuis. Gelukkig vond hij een aantal enthousiaste toeleveranciers op zijn weg bij het uitwerken van zijn ontwerp.

Tekst: Caspar van den Thillart
 

Het Hyparhuis vanuit wisselende posities.

Innovatieve technieken en materialen zijn in de regel duurder dan conservatieve toepassingen. En de bouw staat bekend als conservatief. Hoe kun je een doorbraak bereiken? Het is een beetje als in de ruimtevaart, waar kostbare high tech uiteindelijk tot brede markttoepassingen leidt. Denk bijvoorbeeld aan de brandstofcel voor het opwekken van energie. In de bouw is de vrije sector het meest geschikt om nieuwe technieken te introduceren. Voor een succesvolle markt-introductie gaat het niet alleen om vernieuwende techniek, maar ook om zaken als comfort, beleving en gevoel.

Het concept

Het marketingconcept van het hyparhuis gaat uit van een vrijstaande woning met allure, waarbij  keuzemogelijkheden en comfort voor de consument worden gekoppeld aan duurzaamheid. De architectuur is gericht op een dynamische beleving: de woning lijkt als in een film geleidelijk te vervormen in respons op de positie van de waarnemer (de woning reageert op jou). Dat effect wordt bereikt door het samenspel van symmetrie en assymetrie in het gekromde schaaldak en de lineaire onderbouw.     
Ook binnen de woning is aandacht besteed aan ruimtelijke beleving door de overlap van binnen- en buitenruimtes en de introductie van twee ruimtelijk verbindende hoofdassen: een diagonaalas die entree met terras/zwembad verbindt en een centrale as die onder- en bovenbouw verbindt.   
 

Het hyparhuis over de diagonaal doorgesneden.

Keuzecomponenten

Heeft de consument nog wel wat te kiezen bij een industrieel prototype? Het hyparhuis omvat een serie van modulair samen te stellen componenten naar keuze, die digitaal en geprijsd worden aangeboden aan de consument. De woning is ontworpen op een stramien van 0,3 meter met een gebruiksoppervlak van 200 m2. De elf componenten in het op deze pagina’s getoonde overzicht leiden door onderlinge combinaties tot een grote variatierijkdom van het prototype.
Alle componenten worden prefab aangeleverd en op de bouwplaats geassembleerd. Naast twee hoofdcomponenten, gaat het om aanbouwopties voor verschillende gebruiksfuncties als berging, installaties, werkruimte en kantoor. Daarnaast kan – wat betreft de ‘tuinachtige’ componenten – worden gekozen voor een serre, een vijver of een (al dan niet overdekt) zwembad.  
Het keuzeproces beperkt zich niet tot de fase van de oplevering, maar strekt zich uit tot de gebruiksfase.  De componenten zijn zoveel mogelijk onafhankelijk van elkaar ontworpen.  Heb je aanvankelijk gekozen voor een terras en wil je later een serre of een zwembad, dan is dat zonder zware verbouwing mogelijk. Dat geldt ook voor variaties in de inbouw. Variaties zijn er verder in voorzieningen en installaties, afhankelijk van de klimaatzone waarin de woning op de markt wordt gebracht.  
 

Keuzecomponenten.

Duurzaamheid

De duurzaamheid is zowel gericht op materialen in de productiefase, als energie in de gebruiksfase. Wat betreft de materiaaltoepassing en detaillering van het prototype gaat het om aspecten als demontabel bouwen, materiaalbesparing, recyclebaarheid en CO2-footprint.
Voor de onderbouw is gekozen voor subcomponenten van recyclebare beton, voorzien van isolatie, die op de bouwplaats worden geassembleerd. Hierop wordt het casco gemonteerd. Uit oogpunt van flexibiliteit, materiaalbesparing en beperking van de warmtevraag is gekozen voor een lichtgewicht casco met dragende, geïsoleerde gevels die tezamen met de installatie voor een snelle respons zorgen op wisselende  warmtevraag. De profielen zijn 100% recyclebare koudgevormde staalprofielen, voorzien van perforaties voor leidingdoorvoer. De beheerder van ‘Star-Frame Solutions’ GeNieConsult en Partners BV in de persoon van ir. Gerard Nieuwenhuijzen uit Alphen a/d Rijn heeft de uitvoering van het schaaldak in het prefab staalframebouwcasco onderzocht en op positieve uitvoerbaarheid beoordeeld.
Dak en vloeren worden ‘ingehangen’ tussen de dragende gevels (balloonmethode). Het hypardak wordt opgebouwd uit lineaire staalprofielen met dunwandige betonnen gekromde schaaldakelementen. Door de symmetrische opzet van de hypar is slechts een beperkt aantal dakcomponenten nodig. Met de firma Bruil uit Ede is bezien met welke innovatieve technieken de toplaag van het schaaldak kan worden gerealiseerd. Gedacht wordt aan een eenlaags dakbedekking, voorzien van zonnefolie (zie verderop).
Voor de buitenschil is gezocht naar een materiaal met een lage CO2-footprint. Bamboe is zo’n materiaal dat zich qua uitstraling kan meten met hout, geen onderhoud vraagt en op een fraaie wijze  vergrijsd. Met de firma Moso uit Zwaag zijn de mogelijkheden onderzocht van de koppeling van bamboeproducten aan het staalskelet en inbouwtoepassingen voor zowel lineaire als gekromde vlakken.
 

Bovenaanzicht opengewerkt Hypardak.

Energievraag en energielevering

Het energiegebruik in de bouw wordt doorgaans betrokken op de gebouwgebonden warmtevraag, maar het niet gebouwgebonden energiegebruik wordt steeds belangrijker. En in plaats van energie vragen kan een gebouw ook energie leveren. Wat betreft deze gebouwgebonden energievraag is – conform de trias energetica- de warmtevraag beperkt met een hoge isolatiewaarde (Rc = 7-8 m2K/W; U-waarde kozijnen (driebladig glas) van 0,8 m2K/W). Tevens is er sprake van een hoge kierdichting van de buitenschil in combinatie met warmteterugwinning uit de ventilatielucht en het hypardak.
Daarnaast wordt op de consumptieve energievraag bespaard door led verlichting, aanwezigheidsdetectie en hot fill aansluitingen. Bij een lage energievraag ligt de keuze voor een simpele verwarmingsinstallatie voor de hand.  
Waarom zou je een complex watergedragen systeem kiezen als je met simpele stralingspanelen of elektrische vloerverwarming uit de voeten kunt? Een tegenwerping is dat het rendement van het elektriciteitsnet zo laag is. Maar blijft dat zo?  Daarmee komen we op het aspect van de toenemende energielevering door huishoudens. Zo langzamerhand levert iedere nieuwbouwwoning photovoltaische energie. Teruglevering verbetert het netrendement, al kan de onstuimige groei van solarpieken op termijn wel eens onder zijn succes gaan bezwijken. Salderen zit er dan niet meer in. Zover is het zeker nog niet, maar straks zal ongetwijfeld meer inzet van marktrijpe opslagtechnieken nodig zijn.
Energielevering en uitwisseling met het net is ook bij de hyparwoning het geval. De dakelementen worden afgewerkt met een eenlaags dakbedekking en voorzien van zonnefolie. Zonnefolie levert weliswaar niet de hoogste opbrengst aan photovoltaische energie, maar je kunt er wel integraal het hele dakoppervlak mee beleggen (kosten en flexibiliteit). Bovendien scoort de folie relatief goed in de wintertijd. Het dak van de hoofdcomponent levert ruim 4.000 kWh op jaarbasis.
 

Opbouw Hypardak en aansluitende gevel.

BlueGEN brandstofcel

Een nog krachtiger vorm van eigen energieopwekking met een gunstige warmtekracht verhouding is de brandstofcel. De toepassing van een installatie met BlueGEN is onderzocht door Energy-Company te Haren en wordt in binnen- en buitenland al langere tijd met succes toegepast. Naast toepassing in het bedrijfssegment wordt de BlueGEN ook voor de particuliere sector steeds vaker toegepast.
Deze brandstofcel is in omvang vergelijkbaar met een wasmachine en levert per jaar 13.000 kWh stroom aan kracht en 5.200 kWh thermisch voor de warmwatervoorziening. Ter vergelijking: 5.200 MWh thermisch op jaarbasis betekent 200 liter heet water van 60 a 70 °C per dag! Het energieoverschot kan worden gebruikt voor zwembadverwarming, ruimteverwarming (elektrisch), het opladen van een elektrische auto of opslag in een thuis-accu, airco in het zomerseizoen of – bij aansluiting aan het elektriciteitsnet– teruglevering aan het net. De primaire energie van de brandstofcel is methaan (aard- of groen-)gas als bron voor de benodigde waterstof. Een andere installatie-optie is gebruikmaking van een elektrisch gedreven warmtepomp (lucht-lucht) in combinatie met het hypardak.
 

BlueGEN brandstofcel.

Off the Grid?

De variaties in voorzieningen en installaties, respectievelijk de gebruikmaking van universele technieken en materialen maken het mogelijk het hyparhuis wereldwijd te realiseren. De vraag is daarbij wel of voor dit prototype volledige autonomie (‘off the grid’) mogelijk is, bijvoorbeeld in afgelegen agrarische gebieden. Voor de afvoer van afvalstoffen kan dat zeker. Het prototype heeft een optie voor een grijswatercircuit en een circuit voor faecaliën, dat in geval van ‘off the grid’ situaties is aangesloten op een septic tank. Het regenwater wordt opgevangen in een watertank en hergebruikt in het grijswatercircuit. Aansluiting op drinkwater blijft nog wel over. Ook hier zijn mogelijkheden van filtering, die – afhankelijk van bronnen ter plaatse en de consumentenwens – kunnen worden aangeboden.  
Wat betreft de loskoppeling van het gas- en elektranet en energieopwekking zonder fossiel is er in de noordelijke klimaatzones het probleem van de relatief lage opbrengst van photovoltaische energie in de wintertijd. Aanvulling met energie door ‘urban windmills’ brengt nauwelijks soelaas. En dat geldt ook voor de opslag van energie met lithium ion accu’s (kracht) of zoutopslag (thermisch). Naar verbetering van opslagtechnieken wordt naarstig gezocht, maar feitelijk zijn ze nog niet marktrijp of geschikt voor seizoensopslag. Geen probleem om ze in de gebruiksfase toe te voegen, zodra dat wel het geval is. Een tussenoplossing is anaerobe vergisting van organisch materiaal (biogas), waarmee brandstofcellen energie kunnen leveren. Het wachten is op innovatieve technieken met hoog rendement. De verwachting is dat nanotechnologie uiteindelijk voor een doorbraak gaat zorgen.

Over de auteur:
Dr. ir. C. van den Thillart studeerde architectuur in Delft en promoveerde in 2002 op industrieel en consumentgericht bouwen.  Van den Thillart is adviseur CE-markering en industrieel bouwen.