Energieneutrale terminal Schiphol

Er zijn vele voorbeelden van energieneutrale gebouwen, verspreid over de wereld in verschillende klimaatzones. Toch is het realiseren van een energieneutraal project nog steeds geen gemakkelijke opgave. Voor haar Master scriptie stelde Mira Conci daarom een stappenplan op voor energieneutraal bouwen en paste dit toe voor een nieuwe terminal op Schiphol, die in vergelijking met een traditioneel ontworpen terminal 63% minder energie verbruikt.

Voor mijn Master scriptie heb ik besloten om een stappenplan op te stellen voor energieneutraal bouwen, dat in simpele, kwantificeerbare stappen uiteenzet hoe je de realisatie van een energieneutraal gebouw kunt plannen en daarbij het energieverbruik kan reduceren met meer dan 60% in vergelijking met eenzelfde traditioneel ontworpen gebouw. De scriptie is ontwikkeld in het kader van het Better Airport Regions onderzoeksproject, waarin de TU Delft partner is. Dit project is gericht op het versterken van de wederkerigheid tussen Luchthaven Schiphol en de omliggende metropoolregio vanuit een gemeenschappelijke kijk op essentiële stromen (van energie, water, materiaal, voedsel en mobiliteit), stedelijke ontwikkeling en ruimtelijke kwaliteit. Schiphol bleek de perfecte keuze voor een casestudy gezien de noodzaak tot uitbreiding en het feit dat er nog geen energieneutrale luchthaven terminals zijn gebouwd. Luchthaven Schiphol ziet het als zijn collectieve verantwoordelijkheid zich in te spannen om milieuvriendelijke ontwikkeling samen te laten vallen met het moderniseren van het huidige programma. De luchthaven is echter ook bezig met een nieuwe pier met als gevolg dat een van de minst duurzame onderdelen, namelijk de 7 km lange taxiweg naar de Polderbaan landingsbaan, nog verder verslechtert. De gemiddelde tijd om van en naar de Polderbaan te rijden is 40 minuten: een van de hoogste gemiddelde tijden ter wereld. Daarnaast stoot een vliegtuig rijdend 46 keer meer CO2 uit dan tijdens het opstijgen. De Polderbaan is een van de drukste landingsbanen van Schiphol en de nieuwe pier A zou gekoppeld moeten worden aan de centrale terminal die aan de overkant van de weg ligt. In mijn scriptie onderzoek ik een alternatief scenario waarin een energieneutrale satelliet terminal gebouwd wordt naast de Polderbaan. Vertrekkende passagiers zullen dan met elektrische bussen of ondergrondse spoorverbindingen van de centrale terminal hiernaartoe worden vervoerd.

Terugverdientijd nieuwe terminal

Duurzame architectuur moet ook in termen van financiële opbrengsten gemeten worden (winsten is te specifiek, als Schiphol geld investeert kan je niet meer van winst spreken). Gelukkig betekent het gebruik van minder fossiele bronnen meestal ook besparing in kosten. Het is nuttig om de economische prestatie van een traditioneel gebouw te vergelijken met de voorgestelde energieneutrale optie. In deze casestudy wilde ik erachter komen wat de terugverdientijd is van een energieneutraal satellietgebouw in vergelijking met de geplande uitbreiding. Het eerste alternatief produceert zijn eigen energie en bespaart op vliegtuigbrandstof; het tweede alternatief heeft het voordeel dat het veel kleiner van omvang kan zijn. Na berekening, zelfs zonder het opnemen van uiteindelijke inkomsten van het terugleveren van het energieoverschot noch de toekomstige CO2 uitstoot heffingen, leverde dit een resultaat op van een terugverdientijd van 13,5 jaar. Dit is een indicatie maar het is essentieel om de winstgevendheid mee te nemen als het over duurzaamheid gaat. Uiteindelijk bepalen economische aspecten het slagen of falen van een bouwproject.
Het daadwerkelijke plannen van de realisatie van een energieneutraal gebouw is een holistisch proces, keuzes en beslissingen moeten op een integrale manier gemaakt worden in plaats van in een specifieke volgorde. Het doel is maximale efficiëntie te bereiken en kringlopen te sluiten van bijvoorbeeld elektriciteit, thermische energie, water, CO2 en bouwmaterialen.

Vorm volgt klimaat

Een gebouw moet een gezond en comfortabel binnenklimaat kunnen bieden naast een bepaald programma aan functies. Om dit te bereiken moet het thermische energie kunnen leveren en elektriciteit kunnen verbruiken. Het klimaat waarin een gebouw zich bevindt kan gezien worden als een gratis bron van energie, op verschillende tijden aanwezig, gebruik makend van verschillende omgevingscondities zoals zonlicht, windrichtingen en bodemtemperaturen. Een grondige analyse van meteorologische gegevens geeft informatie die gebruikt kan worden om passieve strategieën toe te passen die het project integreert in de plaatselijke klimaatsomstandigheden. In de loop der eeuwen zijn passieve systemen ontwikkeld in de traditionele architectuur. Deze worden, na genegeerd te zijn in de modernistische architectuur, nu weer herontdekt.
De voorgestelde terminal van 26.000 m² biedt ruimte aan 3 miljoen reizigers per jaar. Aspecten van zicht, iconische waarde en uitbreiding zijn in ogenschouw genomen. De indeling en vorm van het gebouw zijn bepaald met behulp van Autodesk Vasari, een software die het energieverbruik kan simuleren op basis van de invloed van het plaatselijke klimaat op deze karakteristieken. De toegepaste indeling presteert 8% beter dan de slechtst scorende ruimtelijke oplossing. Het gebouw is rechthoekig, met een gebogen zuidzijde, gekozen om het inkomende zonlicht te maximaliseren en passieve zonverwarming te bieden in de winter. Ook is het gekanteld om te voorkomen dat warme zonnestraling in de zomer het interieur kan bereiken. Een overstek langs het gehele gebouw zorgt voor extra schaduw die voorkomt dat lucht, in direct contact staand met de gevel, oververhitting veroorzaakt terwijl het tegelijkertijd zorgt voor uitbreiding van het beschikbare oppervlakte voor energieopwekking. In een holistisch proces voorziet elk element uiteindelijk in het uitvoeren van meer dan één functie tegelijk. Toegepast in architectuur komt het gebouw in een actieve uitwisseling met de zijn omgeving tot leven, resulterend in meer zelfvoorzienendheid en minder energieverbruik om te functioneren.

Luchtcirculatie

Een centraal gelegen atrium wordt gebruikt als lichtschacht, binnentuin en voor de circulatie tussen de verdiepingen. Ook genereert het thermische stromen die de warme lucht zowel uit het gebouw afvoert als invoert in een serre gelegen op de tweede verdieping. Vegetatie in de serre heeft profijt van de CO2 die opgenomen is in de afvoerlucht: het stabiliseert temperatuurschommelingen en voorziet in verse producten voor de restaurants. De indeling is gestructureerd volgens thermische zonering. Functies met een lage bezettingsgraad of hoge activiteitsgraad, zoals opslagruimtes en toiletten, zijn aan de koudere noordkant geplaatst. Functies met een hoge bezettingsgraad of lage activiteitsgraad, zoals lounges en wachtruimtes, bevinden zich aan de warmere zuidzijde. De keuze van hout voor de constructie past bij het concept van het sluiten van materiaalcycli omdat het gemakkelijke demontage, hergebruik of thermisch gebruik mogelijk maakt. Ook is het gekozen om zijn tactiele en esthetische kwaliteiten en zijn associatie met milieuvriendelijke concepten. Ondoorzichtige en glazen assemblages zijn volledig gesloten en geïsoleerd zodat het gebouw een passiefh uis-standaard van 0,15 kWh/m² bereikt voor de gehele buitenschil. Dit reduceert het totale energieverbruik met 24% in vergelijking met een identiek gebouw met een gemiddeld warmteverlies. Het dak wordt geventileerd om oververhitting te voorkomen, deze onttrokken warmte wordt vervolgens gebruikt om water voor verschillende doeleinden te verwarmen. In de spouw van de glazen tweede huid façade worden zonneschermen geplaatst. Deze passieve koelstrategieën verminderen het totale energieverbruik met 8%. De spouw tussen de ramen en de beschermende enkele beglazing wordt ook gebruikt om ventilatielucht voor te verwarmen. Verse lucht wordt, voor deze binnenruimtes betreed, op een meer constante temperatuur gebracht in grondbuizen. Bij koude wintertemperaturen worden warmteterugwinningssystemen gebruikt die ook omgekeerd toegepast kunnen worden bij zomerperioden met extreme hitte. De temperatuur van ventilatielucht heeft een significant eff ect op de warmtelast maar dankzij een goed isolerend passief voorverwarmend systeem vermindert het totale energieverbruik met 12%. Warmtewisselaars reduceren dit verder met een extra 16%.

63% minder energie

Natuurlijk licht valt binnen via de atria, de serre, de glazen façade en via radiaal geplaatste daklichten. Het kunstmatige licht is verdeeld in sfeerverlichting en werkverlichting, allen uitgevoerd met schakelaars en sensoren, waarmee ze zich kunnen aanpassen aan de bezettingsgraad en de hoeveelheid daglicht. Het lichtplan vermindert het totale energieverbruik met 24%. Al deze percentages zullen variëren afhankelijk van het specifieke energie eindverbruik van de verschillende delen, die weer afhankelijk zijn van de klimatologische omstandigheden, de grootte en de functies van elk project. De terminal verbruikt 63% minder energie dan zijn traditionele tegenhanger. De benodigde elektriciteit wordt opgewekt met zonnecellen die het ondoorzichtige deel van het schuine dak beslaan en met zonnepanelen bevestigd op de zuidzijde van het driehoekige dak van de serre. De gewenste warmte wordt gegenereerd door warmteterugwinning uit afvoerlucht, die hierna wordt opgeslagen in een aquifer en op lage temperatuur gecirculeerd wordt door leidingen onder de vloer. 95% van het gebruikte water in het gebouw hoeft niet drinkbaar te zijn. Dit percentage wordt op het dak opgevangen en met behulp van een opslagen zuiveringstank voor regenwater verwerkt en in gebruik genomen.
Ik ben van mening dat architectuur en energieefficiëntie elkaar perfect kunnen aanvullen en versterken. Dit kan leiden tot een bijzonder niveau van creativiteit in het ontwerpproces. Om dit mogelijk te maken moeten architecten een goede vooropleiding krijgen in bouwfysica.

Ingenieur van de toekomst

Luchthavens zijn complexe systemen waar veel stromen doorheen gaan. Behalve de transportstromen van mensen en goederen gebruiken luchthavens veel energie, water, voedsel en materialen, produceren zij veel afvalstromen. Voor het grootste deel zijn deze stromen verbonden aan het vliegverkeer, maar een niet onbelangrijk deel is gekoppeld aan de grondgebonden activiteiten. Schiphol heeft hoge duurzaamheidsambities en zal conform de Europese regels binnenkort nieuwbouw ‘nearly net zero energy’ moeten uitvoeren, wat met de complexiteit van luchthavengebouwen geen sinecure is. Mira Conci heeft met haar project binnen de afstudeermaster Building Technology (afstudeerstudio Sustainable Design) het goede voorbeeld gegeven. Vanwege de soms lange taxi-afstanden vanaf de huidige luchthaven naar de Polderbaan (en in iets mindere mate de Zwanenburgbaan) heeft Mira Conci ervoor gekozen een nieuw terminalgebouw te ontwerpen naast de Polderbaan. Via snel openbaar vervoer vanaf de centrale luchthaven worden mensen naar deze terminal vervoerd, waar de (lange-afstands)vliegtuigen voortaan kunnen blijven staan, wat veel brandstof scheelt. Mira heeft het gebouw dusdanig ontworpen dat het energetisch en in watergebruik volledig zelfvoorzienend is. Daarvoor heeft zij stapsgewijs gewerkt van het doorgronden van de energie- en waterbehoeften, het besparen op de vraag door een bouwkundig slim en bioklimatisch ontwerp, het optimaal hergebruiken van reststromen, het produceren van eigen energie en gebruik van regenwater. Alles is op zeer gedegen wijze doorgerekend en geverifieerd. Daarbij is de architectuur niet uit het oog verloren. Het terminalgebouw wordt gekenmerkt door een bijzondere draagconstructie, die een belangrijke rol speelt in de architectonische vormgeving van het gebouw. Het dak dat deze constructie draagt heeft een meervoudige functie in de klimatisering (ventilatie, daglicht, warmte en koude), elektriciteitsproductie en regenwaterafvang, maar vormt ook de verbinding tussen kantoordeel en gates. De beleving van deze ruimte zou bijna on-Nederlands zijn. Met haar afstudeerproject heeft Mira Conci getoond een ingenieur van de toekomst te zijn, die enerzijds duurzaamheidsvraagstukken volledig doorgrondt en anderzijds de integratie kan bewerkstelligen tussen techniek en architectonisch ontwerp. De wereld kan nog veel ontwerpers van haar kaliber gebruiken.
Andy van den Dobbelsteen en Joris Smits, afstudeerbegeleiders studio Sustainable Design TU Delft.