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德国建筑改造Light Active House
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项目概况
建设单位：威卢克斯/ VELUX 集团
建筑师：Katharina Fey ( 概念)
Prof. Manfred Hegger and Tim Bialucha,
TU Darmstadt ee( 设计)
Ostermann Architekten( 项目实现)
能源设计：Prof. Klaus Daniels, HL Technik
Light planning: Prof. Peter Andres, PLDA
建设地点：德国汉堡市威廉斯堡区Katenweg 14 号
老建筑竣工时间：1954 年
改建时间：2010 年
原建筑面积：102平方米
改造后面积：189平方米
LightActive House 位于德国汉堡威廉斯堡区，改造前的建筑Katenweg 14号是有着55 年历史的传统半独立式住宅，现在它已经是一栋全新的、现代的碳中和示范建筑。LightActive House 是基于实现零碳排放目标而改建的，目的是利用最少的技术为用户提供愉快健康的室内气候环境。
Katenweg 14 号住宅建于1950 年代，居住着两个家庭，是当代住宅建设计划的典型代表：一层半楼面，三角形屋顶，接近方形的平面布局；在山墙一侧，两户共用墙壁，另外一侧向外延伸，建有杂物间、厕所和洗涤室。整个建筑占地面积约1100m2，住户可以在房屋前种植水果和蔬菜。与室外的大片土地相比，住宅的室内空间显得狭窄昏暗，显然，改造设计不仅要解决老建筑的能源消耗问题，更要明显改善室内空间的有效利用和日光照明的需求。
Katenweg 14 号住宅建于1950 年代，居住着两个家庭，是当代住宅建设计划的典型代表：一层半楼面，三角形屋顶，接近方形的平面布局；在山墙一侧，两户共用墙壁，另外一侧向外延伸，建有杂物间、厕所和洗涤室。整个建筑占地面积约1100m2，住户可以在房屋前种植水果和蔬菜。与室外的大片土地相比，住宅的室内空间显得狭窄昏暗，显然，改造设计不仅要解决老建筑的能源消耗问题，更要明显改善室内空间的有效利用和日光照明的需求。
建筑设计
项目于2010 年春正式动工，改建之前对原有地块进行了重新划分，并按适当比例进行了部分扩建；老建筑的基本结构大部分得到了保留，原来的附属建筑被彻底改造；庭院被划分为休闲娱乐和菜园两个区。新建的附属建筑大大增加了起居空间和建筑的有效使用面积，同时，在整个能源概念设计中担负着中心角色。
项目于2010 年春正式动工，改建之前对原有地块进行了重新划分，并按适当比例进行了部分扩建；老建筑的基本结构大部分得到了保留，原来的附属建筑被彻底改造；庭院被划分为休闲娱乐和菜园两个区。新建的附属建筑大大增加了起居空间和建筑的有效使用面积，同时，在整个能源概念设计中担负着中心角色。
改造设计保持了原有建筑的基本结构，同时采用了模块化延伸模式。模块改造有多种实现方式，可以根据居住者的经济能力、能耗计划和面积扩建需求，对房间自由设计和延伸，所不同的只是面积大小、材质和建筑技术等问题。
安装于屋顶的太阳能动力屋顶窗透过新建的垂直开放式空间将自然光引入室内，使住户在一天之内能够体验不同的光照效果；楼梯像家具一样摆放在中心区域，一扇面对花园宽约5m 的玻璃幕墙让居住空间的视野更加开阔；大尺寸的起居空间和窗体将新建筑与周围环境联系起来，改造后，建筑的总窗体面积从过去的18平方米增加到了60平方米。新建附属建筑取代了过去的配房，由预制木质框架结构支撑，通过门廊与原有建筑相连。
附属建筑的内部被设计成一个开放式空间，起居室、厨房、餐厅等区域由不同家具划分而成。在这个新建的长方形建筑西端，设有敞开式车库，东端是一个有顶棚的户外区域，方便用户进出花园。
安装于屋顶的太阳能动力屋顶窗透过新建的垂直开放式空间将自然光引入室内，使住户在一天之内能够体验不同的光照效果；楼梯像家具一样摆放在中心区域，一扇面对花园宽约5m 的玻璃幕墙让居住空间的视野更加开阔；大尺寸的起居空间和窗体将新建筑与周围环境联系起来，改造后，建筑的总窗体面积从过去的18平方米增加到了60平方米。新建附属建筑取代了过去的配房，由预制木质框架结构支撑，通过门廊与原有建筑相连。
附属建筑的内部被设计成一个开放式空间，起居室、厨房、餐厅等区域由不同家具划分而成。在这个新建的长方形建筑西端，设有敞开式车库，东端是一个有顶棚的户外区域，方便用户进出花园。
能源概念设计
未来建筑应该为用户创造更加健康、舒适的生活环境，同时又不会对气候造成负面影响。因此，LightActiveHouse 致力于利用再生能源自主提供全部所需能源，同时又不会失其高品质生活要素，如日光照明、新鲜空气等。老式建筑总能耗通常都很高，而实现上述目标的前提是确保较低的总能耗，因此这个改建项目面临着十分特别的挑战。为满足《德国节能法案》(Germanenergy-savings directive, EnEV) 规定的标准，在建筑原有的石灰石外墙上加了保温绝缘层，以现代幕墙代替老式窗户，新型预制屋顶结构取代了过去的屋顶。
新建的附属建筑保证了LightActiveHouse 的能源供应，弥补了现有结构分配上的不足。可再生能源提供了取暖、热水、房屋设备、照明和家庭用电等所有能量需求。由太阳能集热器驱动的气水两用泵是该建筑所有技术设备的核心组件，整个系统全年都依靠太阳热能和区域性供暖提供热源。安装于屋顶上的太阳能光伏电池板弥补了热泵和所有家用电器的能源消耗。独特的太阳能动力电控窗系统让所有房间实现了自然通风，完全无需采用机械空气调节系统。在LightActive House 的前院，安装的储水池可收集雨水，为卫生间、院落清洗和洗衣机提供水源。
一般情况下， 老建筑改造过程中安装新设备会面临许多复杂问题。LightActive House 很难使用热力回收系统或者机械空气调节设备，建筑师从能耗效率方面考虑，最终选择安装“太阳能动力智能天窗”进行自然通风控制。太阳能动力智能窗系统可以根据室内外温度、CO2 浓度以及空气湿度自动打开和关闭窗户，通风过程充分利用自然因素。窗户打开后，建筑承受的风压和室内外的温度差确保通风过程的实现。窗体安装位置及高度的不同可强化温度差异，导致烟囱效应的形成，利用温度升高时污浊空气会主动上升的原理，使污浊的空气通过屋顶窗散发到室外，温度较低的新鲜空气自动从底部进入室内。
当建筑立面和屋顶上安装的窗体同时打开时，新鲜空气的流动可以获得最佳效果。空气、水、热泵以及太阳能光热系统提供了一个创新性完整解决方案。热泵提供了供暖和热水所需的大部分能源需求，太阳能集热器是热泵的重要组成部分，全年提供热源。同时，高效的技术将传统能耗指标降低到了最小水平。用于家庭用电供应、热泵压缩机和辅助动力所需的剩余能量仅占全部能源需求的三分之一。太阳能光伏电池产生的能量和剩余能量需求相等，再生能源抵消了碳排放。
自然采光和遮阳系统
合理利用并有效控制日光，可以明显降低人工照明需求，冬季还可以获得有益的日光辐射，巧妙地利用日光是大幅降低建筑能源消耗的最佳手段之一。在LightActive House 的设计理念中，日光照明设计扮演着重要角色。项目初期设计阶段，利用先进的日光模拟分析软件，并融入了建筑设计动态过程，关注日光的优化利用，通过充足的日照和开阔的视野让住户充分体验昼夜交替和季节的变化。
另一方面，高新产品太阳能动力电控室外防护卷帘和遮阳产品的利用，可实现“自然空气调节”的理念，确保舒适的室内气候环境。在炎热季节的白天，朝南的太阳能动力电控室外防护帘处于关闭状态，可以有效阻挡95% 的热量进入；下午，西侧电控室外遮阳篷自动放下，气温降低后，防护卷帘和遮阳篷又会升起，窗户也会自动打开，使傍晚凉爽新鲜的空气进入室内，降居住空间的温度。在寒冷季节，白天室外防护卷帘升起，让更多的阳光进入室内；傍晚，室外防护卷帘关闭，保证了其隔热效果。
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