De kg/m2 en de kWh/m2: de samenhang 2/2

Het is opvallend dat die kg/m2 benadering vrijwel compleet buiten beeld is. Dat wil zeggen tegenwoordig. Zo’n honderd jaar geleden werd dat wel gebruikt, oa bij architectuur competities, was een lage kg/m2 een beoordelingscriterium. [1] En bekend is Buckminster Fuller, die dat ook standaard aan collega’s vroeg: “wat weegt je gebouw?”. En vooral innoveerde onder het motto “less is more”. [2] Zeer recent is dat aan de MIT in de VS weer opgepakt, met name door Catherine de Wolf [3] Zij deed een uitgebreide studie naar kwantiteit en onderzocht veel projecten, en koppelde dat ook weer aan CO2 emissies. Ik kan haar studie aanraden. Daarin staat ook een tabel waarin ze wolkenkrabbers vergelijkt, en dan blijkt dat de Taipei 101 zelfs 2500 kg/m2 haalt ( en dat is, net zoals in mijn berekening, alleen het structurele deel: de hele afwerking is dan nog niet meegerekend , zoals vloeren (niet dragende) gevels, voorzieningen etc. Overigens blijkt uit die tabel ook dat hoogte in principe tot meer kg/m2 leidt, maar dat er enorme verschillen tussen de torens zijn: kwestie van wederom architecten en ingenieurs die al dan niet hun vak beheersen? De toren van Foster, de Gherkin in London, of officieel ’30 St Mary Axe’, scoort overigens wel opvallend laag, het lijkt erop dat hier toch wat gegevens ontbreken, want het lijkt vrijwel onmogelijk om een toren met 250 kg/m2 structureel te maken. Om een gemiddelde te krijgen zou ik hier de hoogste en laagst waarde weglaten.

Wel goed om op te merken dat het nogal kan uitmaken hoe de m2 berekend worden. In mijn berekeningen neem ik alleen het nuttige vloeroppervlak, of ook wel verhuurbare oppervlak: een garage, balkon, trap of gang telt daarin niet mee. Agrodome had naast de zware fundering als nadeel dat het en heel diepe en smalle woning was, met relatief veel verkeersruimte, dus in verhouding weinig “ verhuurbare” ruimte. En dat pakt nadelig uit want voor de kilogrammen telt wel alles mee.

De gegevens van MIT zijn ondergebracht in een database en vrij toegankelijk, en die naar ik aanneem zal worden uitgebreid. [4] Het toren grafiekje laat wel zien dat je dus ook binnen een bepaalde materiaal soort hoog of laag kan uitkomen? Zeker, maar ook dan geldt: minder is beter. En in het algemene kom je veel lager uit met organische materialen. Overigens, de voorbeelden hier zijn kale getallen, alleen het constructieve gedeelte. Bij organische of biobased gebouwen zijn vele onderdelen geïntegreerd, is een gevel ook meestal deel van het dragende deel, zoals bij meerlaagse CLT gebouwen ( cross laminated timber).

Nadat we een kg/m2 hebben berekend kan evt. een detail berekening volgen , net zoals energie op hoofdlijnen wordt gestuurd, en we in de praktijk de details uitwerken, in installatie-concepten en wat dies meer zij. Op dat moment stappen we over van een kwantitatieve naar een kwalitatieve beschouwing En dan blijkt dat er nog wel wat verbeteringen mogelijk zijn: In principe leidt minder materiaal tot minder impact, in embodied energie of CO2 emissies. En ook als je van niet hernieuwde naar wel-hernieuwde materialen overstapt, zoals de kg norm in principe veroorzaakt, zal de embodied energie en CO2 emissies afnemen, de verschillen worden zelfs meestal nog groter [5].

Maar er zijn en paar uitzonderingen, waarop een goed ontwerper of ingenieur dan bedacht moet zijn. En die zitten bij een eerste beschouwing vooral aan de kant van de extremen, de uitersten in materiaalgebruik. Zoals bijvoorbeeld bij biobased materialen: wanneer een gebouw uit leem wordt opgetrokken ( en zo‘n 2 miljard mensen woont in een lemen/adobe huis) dan neemt uiteraard het gewicht sterk toe. De kg/m2 , maar niet de impact: de embodied energie of CO2 emissies van leem gebruik zijn erg laag. Een ander extreem is wanneer staal door aluminium wordt vervangen kan dat in sommige toepassingen tot lagere kg waarden leiden, maar aluminium is factoren beroerder in embodied energy en CO2 emissies, dus dat is een slechte deal. Doe altijd een ‘aluminium check’, en als er een alternatief is, ook al is dat zwaarder, heeft dat de voorkeur. [6]

Ook zon extreem maar dan in de details is bamboe tov hout, beiden biobased, maar bamboe heeft de potentie gewichts- en impact reductie mogelijk te maken, door zijn hoge opbrengst per hectare en hoge sterkte. Tot een factor 3 toe. Maar in de details zit nog ene addertje: de gebruikte lijm: in engineered bamboe is dat nog altijd phenol-formaldehyde, wat qua impact het voordeel tov hout teniet doet. Een betere lijm is mogelijk, maar te duur en daarom nog niet ontwikkeld en toegepast. [7]

Dat wat betreft materiaal-materiaal vergelijkingen in kg en impact. Maar er is ook nog een relatie tussen energie en materiaal, in die gevallen, producten, waar Operationele energie een rol speelt, zoals gebouwen: Het streven naar een zeer lage operationele energie, de kwh/m2 norm, kan namelijk leiden tot een veel hogere kg/m2 waarde, en andersom. Ook hier oppassen in de extremen: lage kg waarden of zeer lage kWh waarden, vereist dat we toch op kwaliteit vergelijken. : zoals bijvoorbeeld de life cycle energy van energie en materiaal tezamen. Echter, dat zal binnenkort overbodig zijn: als we namelijk 0- energie gebouwen gaan opleveren, dwz gebouwen die volledig op hernieuwde energie draaien, dan is (operationele) energie geen criterium meer, want vrij van impact ( wind zon, lucht warmte) de impact om 0-enegie te zijn komt volledig van materiaal inzet ( windturbines, zonnepanelen isolatiematerialen) , en de impact van energie is dan verschoven naar materialen. Vanaf 0- energie en beter is een materiaal evaluatie voldoende, maar dan wel naast de kwantitatieve check een kwalitatieve, omdat de embodied energy dan wel een grote rol gaat spelen: de best optie hoeft namelijk niet die met extreme energie reductie te zijn, de materiaal impact van extreme reductie maatregelen plus weinig zonne panelen kan hoger zijn, dan geen reductie toepassen en slechts meer zonnepanelen toepassen. Zie [8]. De beetere optie overigens is dan ook het verwarmde oppervlak te verkleinen voor die paar koude dagen in januari, wat ook weer tot materiaal reductie leidt….

Al met al is de kg/m2 een zeer bruikbare benadering zeker in een ontwerp stadium om snel een idee te krijgen welke richting het met de impact uitgaat. In de extremen is dan wel nog een tweede meet kwalitatieve check nodig, om uitwassen te voorkomen. Het zou de moeite lonen dat eens verder te onderzoeken en te onderbouwen. Overigens, het vermijden van materiaalgebruik is natuurlijk sowieso de beste optie, zoals dat al tientallen jaren voor energie opgeld doet….

* Research in Embodied energy:

if you are interested in more background on embodied energy, see the reports of the work in the IEA EBC annex 57 workgroup, with many case studies, and the papers published . And you ca follow the just started work in annex 72, lifecycle energy and environmental impacts.

http://www.iea-ebc.org/projects/project?AnnexID=57

http://annex72.iea-ebc.org/

book and some recent papers analyzing buildings embodied energy:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778816319132

https://www.springer.com/us/book/9783319727950

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778817321576

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778817325720

more papers from Annex 57 at: http://www.annex57.org/?page_id=239

[1] https://www.slideshare.net/btolkachev/tower-for-london

[2] https://www.moma.org/collection/works/804

BF: “do more with less.”:

https://shedsistence.com/2014/11/13/how-much-does-your-house-weight/