Ny tilgang til bæredygtigt byggeri tager form i Boston

En ny bygning ved at tage form i Bostons Roxbury-område kunne, dets designere håber, varsler en ny måde at bygge boligstrukturer i byer på.

Designet af arkitekter fra MIT og design- og byggefirmaet Placetailor, den fem-etagers bygnings struktur vil blive lavet af krydslamineret træ (CLT), som eliminerer det meste af drivhusgasemissionerne forbundet med standard byggematerialer. Det vil for det meste blive samlet på stedet fra fabriksbyggede underenheder, og det vil være så energieffektivt, at dets nettoudledning af CO2 stort set vil være nul.

De fleste forsøg på at kvantificere en bygnings drivhusgasbidrag fokuserer på bygningens drift, især dets varme- og kølesystemer. Men de materialer, der bruges i en bygnings konstruktion, især stål og beton, er også vigtige kilder til kulstofemissioner og skal indgå i enhver realistisk sammenligning af forskellige typer byggeri.

Træbyggeri har haft en tendens til at være begrænset til enfamiliehuse eller mindre lejlighedsejendomme med kun få enheder, indsnævre den påvirkning, det kan have i byområder. Men den seneste udvikling - der involverer produktion af store trækomponenter, kendt som massetømmer; brugen af ​​teknikker såsom krydslamineret træ; og ændringer i amerikanske byggekoder - gør det nu muligt at udvide træets rækkevidde til meget større bygninger, potentielt op til 18 etager høje.

Adskillige nylige bygninger i Europa har rykket disse grænser, og nu begynder et par større træbygninger også at tage form i USA. Det nye projekt i Boston bliver en af ​​de største sådanne boligbygninger i USA til dato, samt en af ​​de mest innovative, takket være dens byggemetoder.

Beskrevet som et passivhus-demonstrationsprojekt, Boston-bygningen vil bestå af 14 boligenheder i forskellige størrelser, sammen med et samarbejdsrum i stueetagen for fællesskabet. Bygningen er designet af Generate Architecture and Technologies, en startup virksomhed fra MIT og Harvard University, ledet af John Klein, i samarbejde med Placetailor, et design, udvikling, og byggefirma, der har specialiseret sig i at bygge netto-nul-energi og CO2-neutrale bygninger i mere end et årti i Boston-området.

Klein, som har været hovedefterforsker i MIT's afdeling for arkitektur og nu fungerer som administrerende direktør for Generate, siger, at store bygninger lavet af massetømmer og samlet ved hjælp af den delesæt-tilgang, han og hans kolleger har udviklet, har en række potentielle fordele i forhold til konventionelt byggede strukturer af lignende dimensioner. Til at begynde med, selv når man medregner den energi, der bruges til fældning, transportere, samle, og efterbehandling af de strukturelle tømmerstykker, den samlede producerede kulstofemission ville være mindre end halvdelen af ​​en sammenlignelig bygning lavet af konventionelt stål eller beton. Klein, sammen med samarbejdspartnere fra ingeniørfirmaet BuroHappold Engineering og det økologiske markedsudviklingsfirma Olifant, vil præsentere en detaljeret analyse af disse livscyklus-emissionssammenligninger senere i år på den årlige Passive and Low Energy Architecture (PLEA) konference i A Coruña, Spanien, hvis tema i år er "planlægning efter kulstofbyer."

Til det studie, Klein og hans medforfattere modellerede ni forskellige versioner af en otte-etagers massiv tømmerbygning, sammen med en stål- og en betonversion af bygningen, alle med samme overordnede skala og specifikationer. Deres analyse viste, at materialer til den stålbaserede bygning producerede de fleste drivhusemissioner; betonversionen producerede 8 procent mindre end det; og en version af tømmerbygningen producerede 53 procent mindre.

Det første spørgsmål, folk har en tendens til at stille om ideen om at bygge høje strukturer af træ, er:Hvad med ild? Men Klein siger, at dette spørgsmål er blevet grundigt undersøgt, og test har vist, at faktisk, en massiv tømmerbygning bevarer sin strukturelle styrke længere end en sammenlignelig stålrammebygning. Det er fordi de store træelementer, typisk en fod tyk eller mere, fremstilles ved at lime flere lag konventionelt dimensioneret tømmer sammen. Disse vil forkulle på ydersiden, når de udsættes for ild, men det forkullede lag giver faktisk god isolering og beskytter træet i en længere periode. Stålbygninger, derimod kan kollapse pludseligt, når ildens temperatur nærmer sig stålets smeltepunkt og får det til at blødgøre.

Den kit-baserede tilgang, som Generate og Placetailor har udviklet, som holdet kalder Model-C, betyder, at ved design af en ny bygning, det er muligt at bruge en række prækonfigurerede moduler, samlet på forskellige måder, at skabe en bred vifte af strukturer af forskellige størrelser og til forskellige formål, meget som at samle en legetøjsstruktur ud af LEGO klodser. Disse underenheder kan bygges på fabrikker i en standardiseret proces og derefter transporteres til stedet og boltes sammen. Denne proces kan reducere påvirkningen af ​​vejret ved at holde meget af fremstillingsprocessen indendørs i et kontrolleret miljø, samtidig med at byggetiden på stedet minimeres og dermed reduceres byggeriets påvirkning af kvarteret.

"Det er en måde at hurtigt implementere den slags projekter gennem et standardiseret system, " siger Klein. "Det er en måde at bygge hurtigt i byer på, ved at bruge en æstetik, der omfatter offsite industriel konstruktion."

Fordi de tykke trækonstruktionselementer naturligvis er meget gode isolatorer, Roxbury-bygningens energibehov til opvarmning og køling er reduceret sammenlignet med konventionelt byggeri, siger Klein. De producerer også en meget god akustisk isolering til sine beboere. Ud over, bygningen er designet til at have solpaneler på taget, som vil være med til at udligne bygningens energiforbrug.

Holdet vandt et træinnovationsstipendium i 2018 fra U.S. Forest Service, at udvikle et tømmerbaseret system til mellemstore boligbyggerier. Den nye Boston-bygning bliver det første demonstrationsprojekt for det system, de udviklede.

"Det er virkelig et system, ikke en enkeltstående prototype, " siger Klein. Med monteringen på stedet af fabriksbyggede moduler, som inkluderer fuldt monterede badeværelser med VVS på plads, han siger, at bygningens grundlæggende struktur kan færdiggøres på kun omkring en uge pr. etage.

"Vi er alle klar over behovet for en øjeblikkelig overgang til en kulstoffri økonomi, og byggesektoren er et primært mål, " siger Andres Bernal SM '13, Placetailors direktør for arkitektur. "Som en virksomhed, der kun har leveret kulstoffri bygninger i over et årti, vi er meget begejstrede for at arbejde med CLT/massetræ som en mulighed for at opskalere vores tilgang og dele kit-of-dele og erfaringer med resten af ​​Boston-samfundet."

Med amerikanske byggekoder, der nu tillader massebygninger i træ på op til 18 etager, Klein håber, at denne bygning vil markere begyndelsen på et nyt boom inden for træbaseret eller hybrid konstruktion, som han siger kunne være med til at skabe et marked for bæredygtigt skovbrug i stor skala, såvel som for bæredygtige, net-nul energi boliger.

"Vi ser det som meget konkurrencedygtigt med beton og stål til bygninger på mellem otte og 12 etager, " siger han. Sådanne bygninger, tilføjer han, vil sandsynligvis have stor appel, især til yngre generationer, fordi "bæredygtighed er meget vigtigt for dem. Dette giver løsninger til udviklere, der har en reel markedsdifferentiering."

Han tilføjer, at Boston har sat sig et mål om at bygge tusindvis af nye boligenheder, og også et mål om at gøre byen CO2-neutral. "Her er en løsning, der gør begge dele, " han siger.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.