Minor Extreme Engineering Deel 2 by Kevin Vermeulen

ANALYSE & CONCEPT “AUTARKISCHE AQUARIUMWONING” Extreme Engineering blok 14 deel 2

Begeleidster: Mw. E. van Battum Groep: EE 1-D (Bouwtechniek) Auteurs: Serge van der Linden Maarten Swier Kevin Vermeulen Fren Wassenaar

226344 218504 217854 507024

Colofon ‘AQUA design’ Hogeschool van Amsterdam Domein Techniek Weesperzijde 190 1097 DZ Amsterdam

November 2008

INLEIDING

1.0 CONTEXT / OMGEVING

6.0 PROGRAMMA VAN EISEN

1.1 Plangebieden

6.1 Visie op hoofdlijnen

1.2 Het IJmeer

6.2 Doelgroep

1.3 Indische Oceaan

6.3 Waterverbruik

1.4 Windrichtingen

6.4 Energieverbruik

1.5 Conclusie

09 7.0 SCHETSONTWERPEN

2.0 AUTARKISCH WONEN

7.1 Schetsontwerpen Kevin

2.1 Autarkisch wonen

7.2 Schetsontwerpen Maarten

2.2 Typologie

7.3 Schetsontwerpen Fren

2.3 Installaties / Voorzieningen

7.4 Schetsontwerpen Serge

3.0 AQUARIUM WONEN

8.0 CONCEPT

3.1 Aquarium wonen

8.1 Gekozen ontwerp

3.2 Typologie

8.2 Toelichting op Concept

3.3 Technisch

8.3 BLOB-principes

8.4 Keuze bouwmethode

4.0 DUURZAAM BOUWEN

4.1 Duurzaam bouwen

9.0 BIJLAGEN

4.2 Zontoetreding

9.1 ‘Logboek’

4.3 Duurzame gebouwen

4.4 Duurzame energie

5.0 TECHNISCHE ANALYSE

5.1 Drijflichaam

5.2 Verankering

5.3 Vorm- Windstudie & Stabiliteit

5.4 Windvoorziening / MARC Twister

5.4 Drinkwater (zuiveren)

Autarkische Aquariumwoning

INHOUDSOPGAVE

INLEIDING Voor u ligt het analyserapport ‘de autarkische aquariumwoning’ van de minor Extreme Engineering blok 14. De projectgroep heeft getracht om de onderwerpen zo goed mogelijk uit te lichten en de keuzes te onderbouwen. Met dit rapport kan het architectonisch- en technisch plan gerealiseerd worden. Het Programma van Eisen is een onderlegger voor het definitief ontwerp. Voor achtergrondinformatie omtrent de projectopdracht verwijst de projectgroep u door naar het “Plan van Aanpak”.

Gelijk lezen? Waar kunt wat vinden? Even een korte toelichting op de structuur van dit rapport.

Hoofdstuk 2.0, Autarkisch wonen In dit hoofdstuk wordt het principe van autarkisch wonen toegelicht met een typologisch onderzoek en referentiebeelden. Hoofdstuk 3.0, Aquarium wonen In dit hoofdstuk wordt het principe van aquarium wonen toegelicht met een typologisch onderzoek en referentiebeelden. Hoofdstuk 4.0, Duurzaam bouwen In dit hoofdstuk enige informatie over duurzaam bouwen en duurzame energievoorzieningen. Duurzame materialen komen aan bod tijdens de uitwerking. Hoofdstuk 5.0, Technische Analyse In dit hoofdstuk komen de technische analyses aanbod zoals drijflichaam, verankering, vormstudie en enige analyse naar drinkwater (zuiveren).

Autarkische Aquariumwoning

Hoofdstuk 1.0, Context / Omgeving Informatie over de plangebieden vindt u in dit hoofdstuk.

Hoofdstuk 6.0, Programma van Eisen De visie op hoofdlijnen en eisen waarmee ontworpen kan worden. Hoofdstuk 7.0, Schetsontwerpen De gemaakte schetsontwerpen met bijbehorende toelichting. Hoofdstuk 8.0, Concept Het gekozen concept, dit wordt uitgewerkt tot voorlopig en definitief ontwerp. Hoofdstuk 9.0, Bijlagen Bijlagen in de vorm van een ‘logboek’

1.0 CONTEXT / OMGEVING

Om een goed beeld te krijgen van mogelijke toekomstige problemen in het ontwerp wordt er gekeken naar de omgeving van het plangebied. De omgeving en het gebied spelen een grote rol in het ontwerp, hier zullen eisen aan worden gesteld. In de opdrachtomschrijving is het IJmeer omschreven als plangebied. Gezien het geringe zicht onder water en de standaard weersomstandigheden wordt er ook onderzoek gedaan naar extremen. Dit betekent dat het ontwerp vervoerd moet kunnen worden, uitgaand van een mooie locatie; de Indische Oceaan. Hier is sprake van andere weersomstandigheden. 1.2 Het IJmeer Weersomstandigheden: Nederland heeft een gematigd zeeklimaat, dat wil zeggen koude zomers en zachte winters en door het hele jaar regen. De temperatuur in de zomer is gemiddeld twintig graden. In de winter ligt de gemiddelde temperatuur rond het vriespunt. In het zuiden is het meestal iets warmer dan in het westen en noorden. Nederland heeft te maken met wisselvallig weer, zonder extreme weersomstandigheden, het zal nooit extreem vriezen, stormen etc. Hier moet dan ook veel rekening mee worden gehouden. De punten die wel een grote rol gaan spelen zijn: het ijs, de wind, de regen en de zon. Zo mag bijvoorbeeld het ijs geen schade achterlaten aan de constructie. Uit de middelsterke wind zullen golven ontstaan, het gebouw moet dus goed verankerd kunnen worden. Tevens kan er energie worden gewonnen met bijvoorbeeld een windturbine. Op de regen kan goed worden ingespeeld, er valt gemiddeld 65 mm regen per maand. Dit water kan opgevangen, gefilterd en hergebruikt worden voor bepaalde voorzieningen. Nederland telt gemiddeld 3 zonuren per dag, met deze zon kan energie worden gewonnen, toch is het belangrijk dat het te veel aan zon wordt afgekaatst. De temperatuur in Nederland ligt gemiddeld rond de 0 en 25 graden. Het geluid op het water zal voornamelijk worden geproduceerd door de wind en omringende boten. In de constructie zal hier rekening mee moeten worden gehouden.

Aantal volle zonuren in Nederland: Januari: 1 Februari: 2 Maart: 3 April: 4 Mei: 4,5 Juni: 5 Juli: 4,5 Augustus: 4 September: 3 Oktober: 3 November: 1 December: 1

Autarkische Aquariumwoning

1.1 Het plangebied(en)

Fase 2 Analyse

1.0 CONTEXT / OMGEVING

Het water: Door het gematigde zeeklimaat zal de golfslag in het IJmeer tamelijk kalm zijn. De Afsluitdijk en de Lelystaddijk zorgen voor een scheiding tussen de zoute Waddenzee en het zoete IJmeer. Het diepste punt in het IJmeer is 2,8 meter t.o.v. het Meer Peil. Het zicht onder water is erg beperkt, dit komt niet zozeer omdat het vervuild is maar door de slib en algvorming. Dit is dus niet ideaal voor het aquarium principe.

Bronnen: http://www.rijkswaterstaat.nl/ http://www.gobikite.nl/ http://www.weersverwachting.info

Fase 2 Analyse

1.0 CONTEXT / OMGEVING 1.3 De Indische oceaan De Indische Oceaan is de op twee na grootste oceaan ter wereld (73.426.000 km²). Het diepste punt is 7725 meter diep. Een belangrijk punt van de Indische oceaan is het patroon van de zeestroom, deze veranderd continue van richting. De zoutste zee (Rode Zee) en de warmste zee (de Perzische Golf) ter wereld liggen allebei in de Indische Oceaan. Overal in de Indische Oceaan liggen koraaleilanden. Weersomstandigheden

Het water Het water in de Indische oceaan is niet te vergelijken met het water in het IJmeer. In tegenstelling van het zoete, vrij kalme, water in het IJmeer is de oceaan erg zout en woest. Het zoute water brengt uiteraard nieuwe problemen met zich mee. Door de zoutconcentratie kan de constructie aan worden getast, hier moet rekening mee worden gehouden. Het water is wel ideaal voor het creëren van het aquarium principe. Het water is erg helder en zal dus een mooi beeld geven in de woning. Het is omgeven door koraal en prachtige vissen die zorgen voor een verwonderlijk uitzicht.

Het prachtige water

Colombo, referentiestad referentiepunt Colombo, referentiestad

Autarkische Aquariumwoning

Omdat de Indische oceaan zo’n groot oppervlak heeft, zijn de weersomstandigheden (zie grafieken) gerelateerd aan het plaatsje Colombo (Sri Lanka). De temperaturen variëren hier tussen de 22 en 32 graden. De neerslag in dit gebied is erg variabel, de neerslag valt voornamelijk in de maanden april, mei, september, oktober, november en december en bedraagt een gemiddelde hoeveelheid van 197mm per maand (dit is 3x zoveel als in Nederland). Het aantal uren zon per dag is vrij constant (gemiddeld 7 uur per dag). Dit is gunstig voor de winning van zonne-energie. Door het grote water zullen er grotere extremen voorkomen dan bij het IJmeer. Dit zorgt voor hogere golven en een continue verandering van de zeestroom. Hierdoor moet er extra aandacht worden besteed aan de verankering van het platvorm.

Gevolgen tsunami Indische oceaan

Fase 2 Analyse

1.0 CONTEXT / OMGEVING 1.4 Windrichtingen Verdeling windrichting jaar 2008

In het diagram is goed te zien dat de wind voornamelijk naar het zuidwesten is georiënteerd. Hier kan tijdens het ontwerp goed op ingespeeld worden. Als er gebruik wordt gemaakt van vaste windturbines dienen deze gericht te worden op het zuidwesten. Op deze manier zal het maximale rendement behaald worden. In Nederland varieert de jaargemiddelde windsnelheid van ruim 10 km/u in het binnenland tot 20 km/u aan de kust. Van plaats tot plaats en van dag tot dag zijn er grote verschillen. Gemiddeld waait in Nederland 2 à 3 uur na zonsopkomst de minste wind en ongeveer 3 à 4 uur na de hoogste zonnestand is de wind het sterkst. Als er geen grote weersveranderingen op komst zijn wordt op een zomerdag rond 4 of 5 uur 's middags de sterkste wind verwacht. In de middag waait het dan gemiddeld 50% harder dan vroeg in de ochtend, maar in de namiddag neemt de wind meestal weer af. Ook blijkt de wind 's avonds vaak iets te krimpen; dat is draaien tegen de richting van de wijzers van de klok. Dat betekent vaak dat de wind draait van noordwest in de ochtend naar zuidwest in de middag. Over het algemeen is de windsnelheid in het westen en het noorden van ons land groter dan in het oosten en zuidoosten, zodat gebruik maken van windenergie in de kustprovincies aantrekkelijker is dan elders in het land.

Autarkische Aquariumwoning

Nederland:

Windsnelheden januari

Indische oceaan: De Indische oceaan is bekend om zijn extremen. Zo is er bijvoorbeeld sprake van tropische cyclonen. De meeste tropische cyclonen treden op in de maanden augustus, september en oktober. Het seizoen wordt ten eerste ingeperkt door het voor handen zijn van warm zeewater, een zeewatertemperatuur van ten minste 26 graden Celsius is een goede voedingsbodem voor tropische cyclonen. Op de kaart voor de routes van tropische cyclonen is goed te zien dat er in een groot deel van de oceaan geen cyclonen voorkomen. De waterwoning zal dan ook in dit gebied worden verankerd. De gemiddelde windkracht in de oceaan is in januari lager dan in juli. In januari is deze rond de 25 à 32 km/u en in juli is de windkracht duidelijk toegenomen. In grote open gebieden is de windkracht 50 km/u en loopt af naar 25 km/u.

Windsnelheden juni

Routes van tropische cyclonen

Bron: http://meteo-sleen.nl

Fase 2 Analyse

1.0 CONTEXT / OMGEVING 1.5 Conclusie Nederland:

Het IJmeer:

Indische oceaan:

Nederland is een land met veel variatie, maar heeft weinig bruikbare extremen. Zo zijn er bijvoorbeeld weinig zonuren, er is wel mogelijkheid om zonne-energie op te wekken maar dit zal niet zoveel energie opbrengen als op de Indische oceaan. Dit geld ook voor de wind en de neerslag. Het is allemaal aanwezig maar niet in grote hoeveelheden.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

De Indische oceaan is totaal anders dan het Nederlandse klimaat. Hier is juist wel sprake van extremen. Gemiddeld zijn er elke dag veel zonuren, ideaal dus voor zonne-energie. Er valt drie keer zoveel regen als in Nederland en het water is prachtig voor een aquarium woning. Toch heeft de oceaan ook zijn nadelen, zo is er een kans op bijvoorbeeld een tyfoon en kan het zoute water voor nadelige gevolgen zorgen. De wind is daar sterker, gecombineerd met het grote oppervlak van het water zijn er hogere golven.

Overzichtsfoto IJmeer

Subtropisch klimaat; Temp tussen de 22 en 32 graden; Hoge onregelmatige golven; Per maand 197 mm neerslag; 7 zonuren per dag; Helder water; Koraal; Zout water; Veranderingen van de zeestroom; Windsnelheid tussen 25 en 50 km/u; Kans op tropische cyclonen.

Autarkische Aquariumwoning

Indische oceaan:

Gematigd zeeklimaat; Temp. tussen de 0 en 25 graden; Rustige golven; Per maand 65 mm neerslag; 3 zonuren per dag; Troebel water; Zoet water; Slib en algvorming; Windsnelheid tussen 10 en 20 km/u.

Koraalrif Indische oceaan

2.0 AUTARKISCH WONEN

Om een autarkisch aquarium te ontwerpen, wordt er eerst onderzocht wat autarkisch wonen inhoudt. Van hieruit worden de benodigde aspecten verwerkt in het ontwerp. Daarnaast wordt er een typologisch onderzoek gedaan naar autarkische / duurzame woningen.

Fase 2 Analyse

2.0 AUTARKISCH WONEN

Autarkisch betekend het volledig onafhankelijk zijn van externe voorzieningen. Autarkisch is een begrip uit de economie en wordt gebruikt als aanduiding voor landen die volledig kunnen draaien op hun eigen economie, ofwel hun eigen energie opwekken, voedsel verbouwen etc. Wanneer men het heeft over autarkisch wonen gaat het om een woning welke niet is aangesloten op bestaande nutsvoorzieningen als gas, water, elektra, riolering en data. Wel moet een autarkische woning deze voorzieningen hebben. De woning zal dus zelf moeten zorgen voor zijn eigen nutsvoorzieningen. De ultieme autarkische woning is volledig afgezonderd van vaste voorzieningen maar doet in geen geval concessies op de gemakken en luxe welke verkregen zouden zijn als het wel aangesloten zou zijn op deze voorzieningen. Een autarkische woning is bijvoorbeeld ideaal als het gaat om huizen welke afgezonderd zijn van de bewoonde wereld, wanneer het aanleggen van nuts voorzieningen te duur is voor het aantal woningen. Bijvoorbeeld op het platteland, in bergachtig landschap of op het water. Autarkische woningen voorzien zichzelf door alle nutsvoorzieningen zelf na te bootsen of er een alternatief voor te bieden. Nuts voorzieningen zijn: riolering, elektra, water, data (cai en telefoon) en gas. De meeste van deze voorzieningen kunnen in, om en bij een autarkische woning gecreĂŤerd worden, of een alternatief. Zo wordt bijvoorbeeld de riolering veelal vervangen door een helofytenfilter, GFT afval wordt gecomposteerd met menselijke afscheiding, glas, karton, papier en blik wordt hergebruikt en reststoffen worden opgeslagen en afgevoerd. Het afvalwater wordt met een zuiveringssysteem en een helofytenfilter gezuiverd en hergebruikt voor voorzieningen. De regelgeving verbiedt het om zelfgefilterd drinkwater te gebruiken, hierdoor zal de bewoner drinkwater in moeten slaan bij een groothandel. Omdat dit niet rendabel is, is er besloten dat het drinkwater zelf gefilterd wordt. Enkele mogelijkheden voor het winnen van energie zijn: windenergie door middel van windturbines, zonne-energie met pv-panelen of blauwe energie door het verschil in zoutconcentratie tussen zeewater en zoetwater. De gewonnen energie moet op worden geslagen in accu's om zo een buffer te vormen. De communicatie met de buitenwereld zal gaan via digitale tv/radio, een gsm telefoon en internet via een GPRS netwerk. Om het energieverbruik te beperken kan er gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld een warmtepomp of passieve besparing door middel van lamellen, klimaatgevels / ramen, LEDverlichting etc.

Autarkische Aquariumwoning

2.1 Autarkisch wonen

Fase 2 Analyse

2.0 AUTARKISCH WONEN 2.2 Typologie Attika Architecten 3 /4 Geclusterde woningen

Attika Architecten High Tech woning

Het principe is gebaseerd op een zware kern met daarom heen een lichte schil. Hieronder een aantal kenmerken van dit ontwerp: • in de kelder de technische installaties en wateropslag • de constructieve kern is voorzien van een: houtkachel; oven; warmtemuur; warm water.

Het principe is gebaseerd op een compacte drijvende woning met één vorm. De woning is uitgevoerd met een gevel van PS-coating, dit zorgt ervoor dat er geen onderhoud nodig is.

3 2 4

6 1 8

Autarkische Aquariumwoning

7 1 2 3 4 5 6 7

Constructieve kern Ventilatie (openingen) Rookafvoer Opvang regenwater Glazen gevel (warmte/broeikas) Overstek (zonwering) Opvangbak water

Bron: www.attika.nl

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Windenergie Lucht toe-/afvoer, ventilatie, koeling Opvang regenwater Opslag grijswater Opslag drinkwater (gezuiverd) Opslag compost (scheiden van uitwerpselen) Warmtepomp Diepe negge (zonwering) Helofyten-filter

Bron: www.attika.nl

Veenwoning te Valkenburg

Bij dit ontwerp is gebruik gemaakt van een autarkische kern. De schil van de woning is naar keuze in te vullen. Voornamelijk de kern is gericht op de zelfvoorziening. Opvallend aan dit ontwerp is de opslag van energie in accu’s.

4 5 1 6 3 2

Dit is een veenwoning in Valkenburg die ook zelfvoorzienend is. De woning is gesitueerd in het veen, de ‘gevel / dak’ bestaat uit gras. Er is gebruik gemaakt van een lichte fundering. De ontsluiting van de woning gaat per boot.

1 PV-cellen (zonne-energie) 2 Opvang regenwater 3 Helofyten-filter 4 Windmolen (windenergie) 5 Rookafvoer 6 Ventilatie (koeling) 7 Overstek (zonwering) 8 Opslag compost 9 Warmtepomp 10 Accu’s (opslag energie)

9 Autarkische Aquariumwoning

Attika Architecten Autarkische kern

Fase 2 Analysefase

2.0 AUTARKISCH WONEN

7 9

Bron: www.attika.nl

5 1 2 3

‘Windmolen’ (windenergie) Daklichten Groendak (isolatie)

4 5 6

Drinkwater (uit duinen) Grijswater Helofytenfilter

7 8 9

Installatie biogas Ontsluiting Glazen gevel (zonlicht)

Bron: www.openkaart.nl/ppt/atalntikwall.pdf

Fase 2 Analysefase

2.0 AUTARKISCH WONEN EVA-Lanxmeer Woningen (& kantoren en ateliers)

1 4

Kenmerken woningen: (geldt niet voor elke woning, dit zijn voorkomende kenmerken)

• Voorkomende bouwsystemen: - HSB met vurenhouten balken en vuren triplex vloeren - HSB met betonnen vloeren - Kalkzandsteen met betonnen breedplaatvloeren - ‘Brettstapelbau’ vloeren - Eco-brick draagstructuur • Voorkomende gevelbekleding: - Houten delen; - Stucwerk; - Schelpen (stucwerk); - Corten staal (roeststaal). • Verwarming en warmtapwater: - zonneboilercombi’s (met HR ketel); - warmtepompboilers; - wandverwarmingen; - luchtverwarming; - lage temperatuur radiatoren; - vloerverwarming; - zonnecollectoren; - warmte accumulerende massa; - collectieve warmtelevering.

Autarkische Aquariumwoning

“Bij het ontwikkelen van de woningen is een grote mate van differentiatie nagestreefd.” Hieronder een aantal referentiebeelden met bijbehorende installaties of voorzieningen om de woningen / kantoren zo duurzaam mogelijk te maken.

• Waterbesparende toiletten (4 liter spoeling) • Regenwater wordt afgekoppeld

6 5 3

1 2 3 4 5 6

PV-cellen (zonne-energie) Vegetatiedaken Glazen gevel (oriëntatie) Overstekken (zonne-energie) Sedemdak (groen dak) PV-cellen (dakvullend)

Bron: www.eva-lanxmeer.nl

Afstudeerproject Edwin Deen Autarkische woning

Conclusie typologisch onderzoek Uit het bekijken van de voorgaande referenties kan het volgende geconcludeerd worden:

Dit is een voorbeeld van een drijvende zelfvoorzienende woning. De kern (in langsrichting van de woning) fungeert als installatieruimte, daarnaast zorgt het voor de stabiliteit van de woning. Hier omheen is de plattegrond gemaakt. Door de dynamische vorm van de woning is er een overgang van het land en het water. De woning is voornamelijk gemaakt van lichte onderhoudsarme materialen, dit heeft te maken met het drijfvermogen, milieuaspecten en de duurzaamheid van de woning.

Fase 2 Analysefase

2.0 AUTARKISCH WONEN

• Verschillende installaties (uitleg zie 2.3 Installaties): - Warmtepomp - Helofytenfilter (waterzuiveren) - Accu’s (opslag) - Ventilatiesysteem (of open geveldelen) - Rookafvoer

• Opvang / opslag - Hemelwater - Drinkwater - Grijswater - Compost • Toepassen van zware kern met lichte gevel Kenmerken villa

• Toepassen van lichte fundering • Toepassen van onderhoudsvrije materialen

• • • • • • • • • • • • • • •

Elektrische warmtepompinstallatie; Vloerverwarming; Convectoren; Passieve zonne-energie (open zuidgevel, gesloten noordgevel); Zonwering (lamellen); Ventilatie (gebalanceerd systeem, openen geveldelen); PV-panelen; Windturbine; Opslag in accu’s; Omzetten van stroom m.b.v. inverter; Zuiveringssysteem en helofytenfilter; Hemelwateropvang; Hergebruik van glas, karton en papier; Compostopslag; Communicatie d.m.v. digitaal netwerk.

• Digitaal netwerk voor communicatie

Autarkische Aquariumwoning

• Energietoepassinggen - Passieve zonne-energie (open zuidgevel, gesloten noordgevel) - Windenergie (turbine) - PV-cellen - Zonwering (overstekken)

Bron: www.ecoboot.nl/artikelen/AutarkischeWoningEdwinDeen.html.php

Fase 2 Analysefase

2.0 AUTARKISCH WONEN Cepholopod 1

Gedachtegang Prof. Dr. Frits Schouten

Een ander interessant ontwerp is het ontwerp van Ben Rigby. Het is gebaseerd op de ideeën van Prof. Dr. Frits Schouten. The Cepholopod 1 is een ontwerp van een drijvende woning. Het ontwerp is gebaseerd op drie diamantvormige delen die samenkomen in een triangelvormig centrum.

Stabiliteit

Eén Cepholopod heeft ruimte voor drie appartementen. Elk appartement heeft zijn eigen aanlegplaats voor een boot om bij het vaste land te komen. Het water kan uit de aanlegplekken gepompt worden zodat de boten niet beschadigd kunnen raken tijdens storm.

• Golfbrekers (in de vorm van dobbers); • zelfreparerend systeem waarbij verbroken verbindingen automatisch worden hersteld; • clickets, knikkers met een magnetische kern en een laagje kunststof als omhulsel.

4 1

"Een waterkolom die (bij gesloten kraan) hangt aan lucht in onderdruk, zorgt voor een neerwaartse kracht. Een waterkolom die duwt tegen lucht in overdruk, zorgt voor een opwaartse kracht. Het openen van de kraan laat deze krachten wegvallen. De al dan niet aanwezige verticale krachten van de drie waterkolommen moeten de deining van het platform tegen gaan. Op het platform komen voorts windmolens. De aldus opgewekte energie zal niet alleen handig zijn in huis, maar zal ook strategisch geplaatste scheepsschroeven aandrijven die de Ecoboot kunnen voortbewegen of op zijn minst op zijn plaats houden.” (citaat Dhr. Schouten).

Bron: www.ecoboot.nl/artikelen/IngenieurEcoboot.php

Autarkische Aquariumwoning

Door de scherpe hoeken kan deze vorm gemakkelijk de energie van de krachtige wind absorberen. De energie van the Cepholopod komt voornamelijk vanuit zonnecellen op het huis, en de windturbines welke automatisch opgericht zijn op het deck in de windrichting. Wanneer er storm is, kunnen deze windturbines in het deck ‘verdwijnen’ zodat deze gelijk liggen met het oppervlak. Dit zorgt er ook weer voor dat het ontwerp een aërodynamisch geheel vormt.

• Standaardelementen (een ponton als omgekeerde doos met een opening naar beneden); • Voor het drijfvermogen zit er onder het platform en tussen de muren lucht gevangen (eventueel in piepschuim); • Lengte en breedte van 10 tot 100 meter; • verticaal drie stabiliteitskolommen (uitgaande van een driehoekige vorm); • 10 meter betonnen rioolbuis (diameter 2 meter); • drie betonnen muren verbinden de drie kolommen; • hierop komt een platform waarop het huis kan worden gebouwd; • cirkelvormige schijven, draaien t.o.v. elkaar om een gemeenschappelijke as

Dit is gebaseerd op een ecoboot op de Noordzee, wellicht een mogelijkheid om ook op het IJmeer en Indische Oceaan toe te passen.

2 5 3 1

1 2 3

Diamantvorm Aanlegplek voor boot PV-cellen (zonne-energie)

4 5 6

Opslag water / Stabiliteit Windturbines (windenergie) Het Deck Bron: www.ecoboot.nl/ecoboot_new/?p=257

Fase 2 Analysefase

2.0 AUTARKISCH WONEN 2.3 Installaties / Voorzieningen Om voorgaande installaties iets meer toe te lichten, worden in dit hoofdstuk enige werkprincipes gegeven over de benoemde installaties, verderop in het verslag komen meer voorzieningen met betrekking tot duurzaamheid aan bod (zie hoofdstuk 4.4 Duurzame energie).

Helofytenfilter Helofytenfilters zijn filters die (afval)water zuiveren. Helofyten zijn moerasplanten, zoals riet. Het is een natuurlijke waterzuivering.

Een warmtepomp onttrekt warmte op een lage temperatuur en geeft deze warmte af op een hogere temperatuur. Er zijn verschillende manieren, maar de meest voorkomende is de compressie warmtepomp. Het ventileren kan gebeuren met behulp van een warmteterugwinunit (WTW), Met behulp van een toe- en afvoerventilator voert deze unit verse buitenlucht naar binnen en ‘vervuilde’ binnenlucht af naar buiten. Kringloop warmtepomp: 1. 2. 3.

4. 5. 6. 7. 8. 9.

Koelmiddel (in vorm van vloeistof) wordt aan de verdamper toegevoegd; Het koelmiddel verdampt; De verdamper is warmtewisselaar en ontrekt warmte aan lucht en/of water. Voor het koelen is de verdamper vaak uitgevoerd in de vorm van koperen pijpen met aluminium lamellen; Het verdampende koelmiddel zit in de pijpen en de lucht stroomt langs de lamellen van de pijp; Bij gebruik van water of een andere vloeistof als warmtebron, wordt via een pijpwand warmte uitgewisseld met het koelmiddel.; De warmte wordt onttrokken aan de lucht of het te koelen water; De temperatuur daalt; De koelmiddeldamp wordt aangezogen door een compressor; De druk van het gasvormige koelmiddel wordt veel hoger;

Helofytenfilters worden gebruikt om (afval)water te zuiveren tot een kwaliteit die onschadelijk is voor het milieu. Er bestaan meerdere types helofytenfilters: • vloeiveld; het water stroomt over de bodem van het moeras, tussen de planten door. Dit past alleen bij matig verontreinigd water. • horizontaal doorstroomde helofytenfilter; het verontreinigde water gaat door de bodem, zonder in contact te komen met de buitenlucht. Het type filter is vaak opgebouwd uit grovere materialen (grof zand tot grind). • verticaal doorstroomde helofytenfilter; meest voorkomend in Nederland, het vuile water zakt in ongeveer drie dagen door het fijne zand waarmee het filter wordt gevuld. Als het water uit het filter komt is het geen drinkwater maar wel helder, reukloos en schoon genoeg om op het oppervlaktewater geloosd te worden. De bacteriën in de bodem leveren de grootste bijdrage aan de zuivering van het water. De planten zorgen in hoge mate voor een goed leefklimaat voor deze bacteriën. De bacteriën zetten afvalstoffen uit het water om in voedingstoffen. Het water wordt op een natuurlijke manier gezuiverd, dus zonder chemicaliën. Het zuiveringsrendement van helofytenfilters is zeer hoog. Het energiegebruik is daarentegen weer laag, hooguit wordt het water eenmalig opgepompt, om goed over het helofytenfilter verdeeld te worden.

Autarkische Aquariumwoning

Warmtepomp

Bron: www.wikipedia.nl

10. De temperatuur stijgt; 11. Door hogere temperatuur kan koelmiddelgas weer vloeibaar worden in een condensor; 12. Warmte en energie komen samen, condensor is warmtewisselaar, die de vrijkomende warmte afgeeft aan lucht of water; 13. Koelmiddel is vloeibaar en stroomt vanuit de condensor via expansieventiel weer terug naar verdamper; Bron: www.energietech.info/restwarmte/th_warmtepomp.html

Warmtepomp

Warmteterugwinunit (WTW)

3.0 AQUARIUM WONEN

Naast het autarkisch wonen wordt er ook onderzoek gedaan naar aquarium wonen. Wat houdt het in? De benodigde aspecten worden verwerkt in het ontwerp. Daarnaast wordt er een typologisch en technisch onderzoek gedaan naar aquarium ‘woningen’.

Principe Aquariumwoning (gaat niet om de vorm)

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN

3.1 Aquarium principe

Woning

Waterniveau Aquarium

Autarkische Aquariumwoning

De basis eis voor een aquarium principe is dat het doorzichtig moet zijn. Glas is hiervoor een geschikt materiaal en wordt dan ook vaak toegepast. In het ontwerp zal het aquarium principe op de onderste verdieping komen en zal onder de waterspiegel liggen. Dit zorgt voor een rustgevend effect, er kan in het water (de oceaan) worden gekeken. De plaatsing van het “aquarium” onder de waterspiegel zal voor moeilijke technische details zorgen. Denk aan de waterdruk, naaddichting, etc. De vorm is ook van belang, elke vorm heeft zijn eigen goede en slechte eigenschappen, om tot een goed detail te komen zullen we de optimale vorm moeten ontwerpen. Aan dit principe hangen ook architectonische eisen. Zo kan er gekeken worden naar de inval van natuurlijk licht, of de optimalisatie van het zicht door de ramen (denk aan obstakels, verlichting etc.). Het drijfvermogen van de woning wordt voornamelijk gewonnen uit het aquarium, de grote luchtruimte zal een opstuwende kracht geven waar de woning op zal blijven drijven.

Een autarkische aquariumwoning ??

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN 3.2 Typologie Er zijn verschillende mogelijkheden om een aquarium raam in de drijvende woning te maken, als eerste een normaal rechthoekig vlak raam. Het nadeel van een vlak raam is dat deze zeer sterk moet zijn en een behoorlijke dikte moet hebben om de waterdruk te kunnen weerstaan. Een betere oplossing is het toepassen van koepels, deze dragen de krachten beter af naar de constructie en een bijkomend voordeel is dat de zichtlijnen groter worden.

Autarkische Aquariumwoning

Als materiaal komt al snel acryl naar voren, dit omdat acryl sterker is dan glas en het minder kans heeft om te breken bij een botsing. Daarnaast is het lichter en laat het meer licht door dan glas. Het nadeel van acryl is dat het niet zo hard is als glas waardoor er eerder krassen kunnen ontstaan. Ook is het minder bestand tegen hitte en is het nogal brandbaar.

Oregon Coast Aquarium, Boog ramen ø ±3 meter.

Pinguïn Aquarium bij de Henry Doorly Zoo Voorbeeld van een koepel raam.

Okinawa Churaumi Aquarium, De een na grootste aquarium ter wereld, Raam is 8,2 bij 22,5 meter en 60 cm dik.

Bron: Wikipedia / Flickr

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN

Autarkische Aquariumwoning

Hydropolis Hotel 220 kamers met bijbehorende faciliteiten, dit is een ontwerp van Joachim Hauser. Het hotel drijft voor 80% onder water en is toegankelijk via een treintunnel vanaf het vaste land.

Ingang / trein station

Het eiland boven water

Bron: www.designbuild-network.com/projects/Hydropolis

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN

Autarkische Aquariumwoning

Poseidon resorts bij Fiji. 20 kamers met restaurant. Dit is een kleinschaliger project en daardoor een stuk exclusiever.

Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Poseidon_resorts

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN 3.3 Technisch De haalbaarheid van een aquarium woning is zeer goed te noemen, de technische uitwerking is al meerdere malen uitgevoerd door onder andere de Amerikaanse marine en particuliere bedrijven voor grotere dieptes en langere tunnels in aquaria.

Overzicht oplossing onderwater

RVS strips t.b.v. Afsluiting acryl-panelen

Autarkische Aquariumwoning

Om een grote koepel te maken van acrylglas is een draagconstructie nodig om het acryl glas op te vangen, deze zal van RVS zijn omdat dat niet tot nauwelijks hinder ondervind van zout water. Daarnaast zullen de RVS strips voor de gewenste afdichting zorgen zodat er geen water tussen de platen door kan sijpelen.

Fase 2 Analyse

3.0 AQUARIUM WONEN De voordelen van acryl tegenover glas:

- Ongeveer 52 % lichter dan glas; - 17% sterker dan glas; - 22% helderder dan glas; - Acryl is te maken in elke vorm en grootte; - Acryl is 20% beter isolerend; - Acryl heeft een levenslange garantie; - Krassen kunnen uit acryl gepolijst worden; - Acryl is beter bestand tegen stoten.

Autarkische Aquariumwoning

Daarnaast word het economischer om bij een diepte van 1 meter onder water acryl toe te passen, dit komt doordat glas na deze diepte zoveel versteviging nodig heeft dat het niet meer rendabel wordt om toe te passen. Een ander punt is dat er voor grote oppervlakte een verbinding moet komen als er met glas gewerkt wordt, bij acryl is dit niet nodig omdat acryl “gelast” kan worden.

Het maken van een tunnel: • Plaat acryl word gevormd • Waarna na uitharding kan worden getransporteerd • Wordt geplaatst en afgedicht • Waarna gepolijst word voor de helderheid

Bronnen: www.acrylicaquarium.co.uk/index.html www.aquartaquariums.com/index.html

4.0 DUURZAAM BOUWEN

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN 4.1 Duurzaam bouwen

DUURZAAM BOUWEN = STRATEGISCH ONTWERPEN

“Het op een dusdanige manier bouwen dat hier aan de huidige behoefte wordt voldaan zonder dat de mogelijkheden voor ander volkeren en toekomstige generaties worden verminderd.”

Met Trias ecologica als uitgangspunt

Kortom: Niet alleen aandacht voor ‘hier en nu’, maar ook voor daar en dan’.

Triple P met een extra 4e dimensie

Autarkische Aquariumwoning

Cradle to Cradle gedachte

De aspecten die een grote rol spelen bij Duurzaam bouwen:

Trias ecologia (3-Stappenplan) 1. Voorkom onnodig gebruik • • •

Beperk de energievraag Beperk de schoonwatervraag Beperk het materiaalgebruik en voorkom afval

2. Gebruik duurzame / eindeloze bronnen • • •

Benut natuurlijke energiebronnen Benut regenwater Benut natuurlijke grondstoffen

3. Gebruik eindige bronnen verstandig

Passieve zonne-energie (directe invang)

Passieve zonne-energie (glazen ruimte aan zuidkant)

• • •

Gebruik fossiele energie zo efficiënt mogelijk Benut afvalwater Gebruik reststoffen en recycle afval Bron: Colleges DUBO dhr. S. van Veen

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN Efficiënt / Compact bouwen Minimaliseer oppervlak waardoor ongewenste transmissies worden voorkomen. Bolvormig is de ideale vorm.

Autarkische Aquariumwoning

Grimshaw – Eden Project (UK)

Oppervlakte / volume verhouding en verschil in warmtevraag (volume blijft gelijk). Bron: Colleges DUBO dhr. S. van Veen

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN 4.2 Zontoetreding Door bewust te ontwerpen kan er door gebruik van passieve zonne-energie een grote besparing gerealiseerd worden in energiegebruik. Door de zonzijde van een gebouw te voorzien van grote doorzichtige oppervlakten kan er veel warmte in een woning worden gecreëerd zonder hiervoor additionele hulpbronnen voor te moeten aanwenden.

Autarkische Aquariumwoning

Opkomst van de zon: • Zon komt op in het oosten, gaat onder in het westen. • Zomerdag staat de zon relatief hoger aan de hemel en in de winter lager door de kanteling van de aardbol om zijn centrale as.

Gunstige inval: • Binnen een hoek van 40°ten opzichte van de zuid-as vind de meest gunstige zoninval plaats voor passieve zonneenergie. Binnen een hoek van 10°aan wederzijde buiten deze 40°vind ook nog relatief gunstige inval plaats. Buiten deze totale hoek van 60°is het niet gunstig om te investeren in een gevel welke passieve zonne-energie moet opwekken.

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN Standen van den zon per seizoen: • In de zomer hoogstaande zon • In de winter lage zon

Een mogelijke oplossing voor het zomerprobleem is het toepassen van zonwering, bijvoorbeeld in de vorm van lamellen. Deze kunnen onder een dusdanige hoek geplaatst worden dat de zon in de zomer buiten wordt gehouden en in de winter binnenvalt. Bij het toepassen van zonwering moet deze wel worden toegepast aan de buiten zijde, bij toepassing van zonwering aan de binnen zijde wordt de warmte al binnen gelaten, en heeft de zonwering minimaal tot geen invloed meer op de regulering van de warmte. Een oplossing voor het winter probleem, het verliezen van warmte door het grote transparante oppervlak, is op te lossen door het toepassen van een klimaat gevel, ofwel een dubbele huid façade. Hierbij worden er twee transparante gevels voor elkaar geplaatst met een ruimte ertussen. Deze tussenruimte kan geventileerd worden. In de winter wordt de warme lucht uit deze ruimte de woning ingeblazen, in de zomer wordt de lucht naar buiten toe geblazen. In de ruimte tussen de transparante oppervlakte ontstaat een warmtebuffer, waardoor bij slecht weer een grote luchtspouw ontstaat, welke zorgt voor een verhoogde isolerende waarde van de gevel.

Principe werking zonwering:

Autarkische Aquariumwoning

Bij het toepassen van passieve zonne-energie is het van belang dat er rekening wordt gehouden met het verschil tussen de zomer en winter situatie. Het is veelal niet gewenst dat er zomerdag volop de zon in huis staat te “branden”, hierdoor ontstaat er een snelle opwarming van de woning, waardoor er binnen in de woning een onbehagelijke warmte ontstaat. In de winter is het uiteraard een stuk kouder dan in de zomer, daarom is het in de winter prettig om gebruik te maken van deze passieve zonne-energie. Toch kan er niet volledig verwarmt worden met passieve zonne-energie, de zon schijnt nou eenmaal niet altijd. Daar komt nog eens bij dat grote glasoppervlakten in de winter juist er voor zorgen dat er veel warmte vanuit de woning verloren gaat doordat de transparante gevel veelal een lagere isolatiewaarde heeft dan de omliggende constructie. Hierom moet er een goede afweging worden gemaakt bij het toepassen van een dergelijk groot oppervlak.

Klimaat gevel: Openingen in binnenste en buitenste gevel. Waneer koele lucht binnen moet komen kunnen beide ramen open, wanneer warme lucht weg geventileerd moet worden kan het buitenste raam open. Wanneer warme lucht naar binnen moet kan het binnenste raam open. Bij optimale isolatie van de gevel beide ramen dicht, waarna er een laag stilstaande lucht ontstaat.

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN 4.3 Duurzame gebouwen

Een voorbeeld van zeer duurzame gebouwen zijn de historische grachtenpanden in Amsterdam. Veel van deze gebouwen zijn meerdere eeuwen oud. En hebben in de tijd van hun bestaan al meerdere functies vervuld.

Duurzame vormgeving houdt simpelweg in dat een gebouwd “iets” dusdanig mooi is dat het in de lengte der jaren niet gesloopt wordt. Uiteraard zonder dat er in de loop der tijd al te veel aan het gebouw moet gebeuren. Voorbeelden van duurzame vormgeving zijn bijvoorbeeld oude grachtenpanden en kerken. Deze panden blijven behouden omdat deze een bepaalde monumentale waarde hebben. Door deze monumentale waarde worden er vergaande maatregelen getroffen om deze panden in stand te houden (bijv. funderingsherstel). Voor een nieuw gebouw is het uiteraard moeilijk direct historische waarde te hebben. Maar een duurzame vormgeving kan ook inhouden dat het gebouw technisch goed doordacht is en qua vormgeving een bepaalde degelijkheid uitstraalt. Verder wordt de flexibiliteit van een gebouw beschouwd als een meerwaarde. Grachtenpanden kunnen door de jaren heen al verschillende functies hebben gehad, begonnen als bijvoorbeeld pakhuis, daarna woning, vervolgens winkel, en uiteindelijk kantoor. Om al deze functies te kunnen accommoderen moet het gebouw flexibel zijn en technisch goed genoeg in elkaar zitten dat het gebouw het waard blijft om er in te investeren. Voorbeelden van relatief nieuwe, maar duurzame gebouwen zijn:

Pompstation ontworpen door W.M. Dudok

Autarkische Aquariumwoning

Duurzaam bouwen is bedoeld, net zoals een duurzame ontwikkeling, om een betere wereld te creëren welke beter in balans is met het milieu. Om als duurzaam door te kunnen gaan mogen materialen tijdens het productieproces minimale tot geen belasting geven op het milieu, daarnaast moet het materiaal bij voorkeur onderhoudsarm zijn. Daarbij dient het materiaal achteraf volledig recyclebaar te zijn. Qua vormgeving is het van belang dat het ontwerp langere tijd staande blijft. Zo moet een ontwerp meerdere decennia, of zelfs eeuwen in gebruik blijven. Doordat een gebouw vele decennia in gebruikt blijft kan dit opwegen tegen het gebruik van mogelijk minder milieuvriendelijke materialen.

Schroder huis ontworpen door G. Rietveld

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN Paviljoen van de wereld, EXPO 2000 Dit gebouw is het ultieme duurzame ontwerp waarin, in een aantal lagen de Nederlandse cultuur en natuur wordt weergegeven. Het is een compact gebouw omdat het landschap letterlijk is gestapeld. Het gebouw verbruikt zelf zijn eigen opgewekte energie die gewonnen wordt uit: de windmolens op het dak, PV-cellen die ge誰ntegreerd zijn in de gevelgordijnen op de tweede verdieping en de verbranding van biomassa op de begane grond. De energie wordt weer verbruikt aan een warm luchtgordijn dat de derde verdieping van de buitenlucht scheid. Een luchtkoepel houdt de regen op het dak tegen.

3 Windmolens (windenergie) Luchtkoepel Luchtgordijn Zonwering

Autarkische Aquariumwoning

1 2 3 4 5 6

PV-cellen (zonne-energie) Open verdieping met begroeiing

2 3 4

6 5 4

Bron: Colleges DUBO dhr. S. van Veen

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN 4.4 Duurzame energie Bij duurzaam bouwen komen een aantal energievoorzieningen aan bod, in dit hoofdstuk worden de mogelijkheden van verschillende manieren van duurzame energie opwekken weergegeven. De volgende onderdelen worden besproken: - Windenergie - Zonne-energie - Waterenergie - Innovatieve combinatie

Deze vorm van energie wordt opgewekt door de bewegingsenergie van de wind om te zetten in elektriciteit. In Nederland wordt dit vaak gedaan in de vorm van windmolens. Voor deze opdracht, een autarkische woning, is dit te ver gezocht om te voorzien op het ontwerp zelf. In een kleinere vorm zou het wel kunnen (voorbeeld zie typologie autarkisch wonen en hoofdstuk 5.4 Windvoorzieningen / MARC-Twister). Zonne-energie Deze manier van energieopwekking gebeurt door het opnemen van de energie die de zon produceert in de vorm van warmte en licht. Door verschillende mechanismen kan deze energie worden opgenomen en omgezet worden naar bijvoorbeeld elektriciteit en warm water. Er zijn verschillende manieren om zonne-energie toe te passen: • Zonnepanelen; door middel van fotovoltaïsche cellen die de zonne-energie opvangen, ontstaat er een spanning in het paneel. Deze spanning zorgt voor energie. Een nadeel is het bevatten van giftige stoffen, voor het afval is dient het eerst een speciale behandeling te ondergaan. Rendement van PV-cellen ligt rond de 80 kWh per m2. • Foto-elektrochemische cellen; deze maken gebruik van de energie die vrijkomt bij de chemische reactie van een elektrode die wordt blootgesteld aan zonlicht. Het is een combinatie van een batterij en een zonnepaneel. Het verschil met zonnepanelen is dat deze methode energie kan vasthouden. Het nadeel hiervan is dat het rendement niet hoog is namelijk, 5-6%. • Zonnecollectoren; komt grotendeels overeen met zonnepanelen, het verschil zit in de omzetting van het zonlicht. Een zonnecollector zet het niet om in elektriciteit maar voert de ontstane warmte af. • Thermisch elektrische energie; hierbij wordt gebruik gemaakt van het opwarmen van lucht en daardoor het versnellen. Door middel van spiegels komt zonlicht centraal in één punt waar zich een vloeistof bevindt. Deze vloeistof verhit en wordt stoom, de stoom stijgt en gaat met een bepaalde snelheid door een turbine, hierdoor ontstaat energie.

Zonnetoren De zonnetoren bestaat uit een groot cirkelvormig deel en de toren. Het cirkelvormige deel is te vergelijken met een enorme broeikas. Het dak daarvan is gemaakt van een soort plastic of glas. De lucht binnenin verwarmd door middel van het opvallende zonlicht. De lucht wilt opstijgen maar wordt tegengehouden door het dak. Door natuurlijke trek verplaatst de warme lucht zich naar de toren waarin zich turbines bevinden. Wanneer deze lucht door de turbines komt wordt er elektrische energie opgewekt. Door het verlaten van de warme lucht in het midden, wordt er nieuwe lucht aangetrokken aan de zijkanten. Zo gaat het hele principe alsmaar door.

Autarkische Aquariumwoning

Windenergie

Waterenergie Bij deze manier van energieopwekking wordt gebruik gemaakt van de verschillende bewegingen van het water. Een voorbeeld van waterenergie is de golfslag. Door golven ontstaat er snel een wisseling van waterhoogte. De beweging zorgt ook hier voor energie, net als bij windenergie. Wat voor deze opdracht wellicht een interessante mogelijkheid is, is de ‘blauwe energie’. Blauwe energie is de methode waarbij energie wordt opgewekt door het verschil in zoutconcentratie tussen zoet en zout water. Door het zoete en zoute water met elkaar te mengen ontstaat er een reactie waarbij energie vrijkomt. Het afvalproduct bij deze methode is water met een zoutgehalte dat tussen zoet en zout water inzit, ook wel brakwater genoemd. Een nadeel van deze methode zijn de hoge kosten. Een voordeel van deze methode is het feit dat er in Nederland zo rond de 3.300 m3 zoet water in de zee stroomt en bij deze methode zou dat rond de 3.300 MW kunnen opleveren.

Fase 2 Analyse

4.0 DUURZAAM BOUWEN Innovatieve combinatie Een innovatie vorm van energie opwekken is het combineren van zonne-energie (zonnetoren) en windenergie (windmolen) zonne- en windtoren. Principe zonne- en windtoren: • Lucht wordt onder een glazen dak verwarmd d.m.v. zonne-energie; • Die lucht wordt naar een hoge toren in het midden van de kas gezogen (natuurlijke trek); • Op het smalste punt in de toren is een turbine aangebracht;

Autarkische Aquariumwoning

• Deze turbine wordt in beweging gebracht door de stijgende lucht en daarbij wordt stroom opgewekt; • Daarnaast draait er om de toren een grote langzaam draaiende rotor (windenergie).

Te extreem? Op kleinere schaal wellicht niet! Voor ons project is het natuurlijk niet mogelijk dit op ware grootte te creëren op ons ontwerp, daarentegen is het principe wel mogelijk op kleinere schaal. In het midden van het ontwerp kan een kern gecreëerd worden wat voor natuurlijke trek kan zorgen. Paviljoen voor de wereld EXPO 2000 Alles in 1! Zo kan het ook. Bron: Colleges DUBO dhr. S. van Veen

5.0 TECHNISCHE ANALYSE

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE 5.1 Drijflichaam Uit eerdere onderzoeken tijdens fase 1 naar drijflichamen zijn verschillende mogelijkheden naar voren gekomen. Uiteindelijk wordt er één methode gekozen en toegepast. De verschillende mogelijkheden zijn: 1. Betonnen caisson (Woonarken) 2. Omgekeerde caisson (met EPS) 3. Drijvende bouwstenen (Maarten Kuijper, Deltasync) 4. Gesloten caisson (Golfbrekers) Kenmerken drijvende bouwsteen:

Kenmerken betonnen caisson: • stabiel; • goedkoop; • kan zinken; • ruimte in caisson kan benut worden.

1. Betonnen caisson

• Draagconstructie: - I-liggers met sparingen voor kabels en leidingen; - Gestort tussen malgevormde EPSblokken; • Drijfelementen koppelen d.m.v. voorspanning; • Vezels maken conventionele wapening overbodig; 3. Drijvende bouwsteen

• Transporteerbaar over weg (3 x 12 m); • Gewichtsbesparing dek door gebruik casettevloer.

Kenmerken omgekeerd caisson: • vaak gevuld (EPS); • minder stabiel;

Autarkische Aquariumwoning

• modulair drijfelement van EPS en vezelversterktbeton (HPC);

• duur; • onzinkbaar; • direct een vloer.

Kenmerken gesloten caisson: (golfbrekers) • zwaar; • sterk; • stabiel. 2. Omgekeerde caisson

4. Gesloten caisson

Bron: College Drijvende Funderingen DeltaSync

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE 5.2 Verankering Algemene oplossingen 3. Ankers

Om ervoor te zorgen dat de drijvende woning op zijn plek blijft liggen is er een goede verankering vereist. Bij drijvende woningen wordt er vaak gebruik gemaakt van verankering aan stalen palen. Om deze palen aan het drijfelement te koppelen wordt er vaak gebruik gemaakt van stalen beugels. Voordelen aan dit systeem zijn dat de woning niet horizontaal kan bewegen, maar wel met de waterstand mee kan gaan. Het is dus een ideaal systeem voor een waterwoning die permanent op een vaste plek moet blijven staan.

De verankering met een anker wordt voornamelijk gebruikt in de scheepvaart. De rede hiervoor is dat een boot snel moet kunnen verankeren, maar ook snel weer verder kan. De verankering met een anker is dus ideaal voor een korte periode. Een nadeel is dat de woning horizontaal kan bewegen en juist minder geschikt is voor verticale verplaatsing. Om ervoor te zorgen dat de woning toch redelijk op zijn plaats blijft drijven zullen er minimaal drie ankers gebruikt moeten worden om de zijwaartse beweging zoveel mogelijk te minimaliseren. De drie ankers moeten goed geplaatst worden zodat er in elke richting ten minste twee touwen onder spanning komen te staan.

Autarkische Aquariumwoning

1. Palen

2. Touwen De verankering met touwen wordt al eeuwen lang gebruikt in de scheepvaart. Dit geldt ook voor woonboten. De boot wordt bij de kade aangelegd en vervolgens vastgeknoopt aan meerpalen. Dit is een snelle manier om een boot te verankeren aan het vaste land en kan ook snel weer los worden gemaakt. Dit is dan ook weer een manier om snel en effectief een boot te verankeren. Als de boot op meerdere plaatsen vast is geknoopt, dan ligt deze redelijk stabiel. Bron: http://www.wonenopwater.info

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE Innovatieve oplossing 4. Scheeps schroeven:

Autarkische Aquariumwoning

Een innovatieve manier om een waterwoning op zee op zijn plek te laten drijven is het gebruik maken van strategisch geplaatste scheepsschroeven. Deze schroeven worden aangestuurd door middel van een GPS-systeem. Bij een correctie worden één of meerdere schroeven aangestuurd om het platvorm weer op zijn oorspronkelijke plek te zetten. Dit systeem zal wel veel geld gaan kosten en zal de technologie op de test zetten. Dit systeem kan gebruikt worden bij een korte maar ook lange verankering. Een voorbeeld voor dit principe is het azipod concept (zie afbeeldingen). Bij het azipod concept zijn er één of meerdere door GPS aangestuurde schroeven onder de boot geplaatst die 360 graden kunnen draaien. Met dit systeem kan zelfs bij windkracht 9 een minimale verplaatsing van een halve meter gerealiseerd worden.

Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Azipod

Let op! De grootte van de azipods verschilt, afhankelijk van het voort te stuwen gewicht. De te leveren energie is weer van de grootte van de azipod afhankelijk. Het onderzoek hiernaar is de taak voor specialisten. Bij de uitwerking wordt er van uitgegaan dat de technische mogelijkheden van een azipod verbeteren ten opzichte van autarkisch wonen. Dit betekent dat er wordt uitgegaan van een elektrische aandrijving, die weinig energie nodig heeft om te draaien.

Conclusie Er wordt gekozen voor verankering door middel van Azipods. Hier is voor gekozen door de mogelijkheid van verankeren en verplaatsen met dezelfde installatie.

5.3 Vorm- Windstudie & Stabiliteit

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE Een ontwerp op zee zal veel belast worden door wind. Het ontwerp dient een vorm te krijgen die stabiel is, waardoor er bij wind en golven weinig tot geen nadelige gevolgen ontstaan voor de woning en dat er een relatief prettig woonklimaat gehandhaafd blijft. Bij het ontwerp is het dus van belang dat er een minimale windbelasting optreed, om dit te bewerkstelligen kan gekeken worden naar bestaande aerodynamica.

Dit zijn eigenlijk allemaal eigenschappen welke in het ontwerp voor de woning terug moeten komen. Bij het ontwerp is het dus van belang dat er voldoende drijfvermogen wordt gecreëerd, om zinken te voorkomen. Maar niet teveel drijfvermogen, om instabiliteit voor te zijn. Ofwel de woning moet precies goed “uitgelood” zijn.

Autarkische Aquariumwoning

Wat de stabiliteit betreft kan gekeken worden naar bijvoorbeeld een dobber. Een dobber welke goed uitgelood is blijft keurig drijven op de waterlijn, een dobber met te kort lood gaat vlak liggen op de waterlijn, een dobber met teveel lood zinkt. Een dobber die goed uitgelood is blijft ook bij stevige wind aan de oppervlakte en zal bij stevige wind niet omwaaien.

Er zijn veel verschillende vormen mogelijk als uitgangspunt voor het ontwerp. Als het gaat om aerodynamica van een woning, komt er al snel een ‘vleugelvorm’ naar voren. Deze heeft in doorsnede veel weg van een druppel water. Deze vorm zou de meest ideale vorm zijn als het gaat om aërodynamica. Echter heeft deze vorm één nadeel, de vorm werkt alleen als de luchtstroom de druppel aan de ‘voorkant’ raakt. Een andere mogelijkheid is het maken van een vorm welke van alle zijden een gelijke windbelasting heeft. In dit geval komt er al snel een ronde vorm naar voren. In de schets “gevallen druppel” is te zien hoe windstromen om de ronde vorm worden geleid.

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE

Autarkische Aquariumwoning

Om een ‘druppel of vleugel’ vorm te laten werken moet deze mee kunnen draaien in de wind, hierdoor kan altijd de meest ideale positie ten opzichte van de wind worden opgezocht. Met dit als uitgangspunt zijn er meerdere vormen mogelijk, een voorbeeld is een Stealth vliegtuig.

In de scheepvaart wordt al jaren gezocht naar de meest ideale vorm om stabiliteit te waarborgen op een schip en nog veel belangrijker, om kapseizen te voorkomen.

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE

Bij zeilboten wordt om kapseizen te voorkomen een kiel aan de onderzijde van de boot aangebracht. Deze wordt direct onder de mast(en) geplaatst en vormt een tegengewicht om de boot redelijkerwijs in balans te houden, de kiel doet in feite hetzelfde als het lood onder een dobber. Grote vrachtschepen zijn stabiel door hun grote oppervlak en het relatief lage zwaartepunt (lood onder dobber).

Autarkische Aquariumwoning

Een andere oplossing om een boot stabiel te maken is door deze meerdere drijvers te geven, hiermee wordt stabiliteit gehaald door drijfvermogen te halen uit een groot oppervlak, een voorbeeld hiervan is een catamaran.

Conclusie vormstudie

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE Uit de vormstudie komen verschillende dingen naar voren, uitgesplitst per onderdeel zijn deze als volgt:

Windbelasting Als het gaat om het verminderen van de windbelasting op een ontwerp is het van belang een klein of een zo aĂŤrodynamisch mogelijk ontwerp te maken. Het ideaal beeld van een aĂŤrodynamisch ontwerp is een druppel vorm, kanttekening is wel dat deze moet kunnen draaien in de wind, zodat de kop van de druppel altijd in de wind ligt. Als het draaien van het ontwerp niet mogelijk is zal een laag en hoofdzakelijk rond profiel de voorkeur hebben. Stabiliteit De stabiliteit van het ontwerp kan op verschillende manieren worden bewerkstelligd. - Als bij een dobber kan er contra gewicht worden toegepast; - Als bij een zeilboot een kiel; - Als bij een catamaran een dubbele romp; - Als bij een vrachtschip een grote omvang.

Autarkische Aquariumwoning

Passieve zonne-energie - Door bij het ontwerp grote glasoppervlakten toe te passen aan de zuidzijde van het gebouw kan passieve zonne-energie benut worden. - Door op een juiste manier zonsverduistering toe te passen kan oververhitting in de zomer tegen worden gegaan en optimale verwarming in de winter worden bewerkstelligd. - Door het toepassen van een klimaat gevel, met zonsverduistering, kan het gebruik van passieve zonne-energie verder geoptimaliseerd worden. - Er moet op worden gelet dat zonsverduistering zoveel mogelijk aan de buitenzijde wordt toegepast om de warmte buiten te houden.

Welke het meest ideaal is zal afhangen van het ontwerp. Het principe van de catamaran en het vrachtschip zal waarschijnlijk minder diepgang vereisen. Die van de dobber en de zeilboot zullen meer diepgang vereisen, wel zal een dergelijk ontwerp stabieler zijn bij een korte golfslag.

Fase 2 Analyse

5.4 Windvoorziening / MARC Twister

2. MARC Twister 1000 D

Eerder is verteld dat het toepassen van grote windmolens onrealistisch is voor deze woning, daarentegen is dit op kleinere schaal wel mogelijk. Een voorbeeld van dergelijke windmolens zijn MARC Twisters.

De MACR Twister 1000 D is zo ontworpen dat deze begint te draaien bij een windsnelheid van 1,5 m/s en energie begint op te leveren vanaf een windsnelheid van 3,5 m/s. Rotor Type

Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

Gemeten uitgaande energie

1000 W

Gemeten windsnelheid

12 m/s

Maximale kracht

1200 W

Inschakelen van molen (opwekken energie)

3,5 m/s

Uitschakelen van molen (niet opwekken energie)

20 m/s

1. MARC Twister 300 D

Maximale windbelasting

50 m/s

De MARC Twister 300 D is zo ontworpen dat deze begint te draaien bij een windsnelheid van 3,0 en energie begint op te leveren vanaf een windsnelheid van 3,5 m/s.

Diameter rotor

1,9 m

Diameter wieken

1,9 m

De grote van deze Twisters varieert, wat van zichzelf spreekt levert de grootste maat de meeste energie op. Er zijn drie verschillende maten, deze variëren van een diameter van 1 meter tot 12 meter. De molens zijn dusdanig ontworpen dat deze weinig tot geen geluid maken. De constructie vormt één geheel met de molen wat ervoor zorgt dat deze zeer sterk is en betrouwbaar is tijdens extreme weersomstandigheden. Hieronder volgt meer informatie over het vermogen van de molens.

Rotor Type

Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

Gewicht

150 kg

Gemeten uitgaande energie

300 W

Productie bij gem. windsnelheid

1253,60 kWh/jaar

Gemeten windsnelheid

14 m/s

Maximale kracht

300 W

Inschakelen van molen (opwekken energie)

3,5 m/s

Uitschakelen van molen (niet opwekken energie)

25 m/s

Maximale windbelasting

50 m/s

Diameter rotor

1,0 m

Diameter wieken

1,0 m

Gewicht

150 kg

Productie bij gem. windsnelheid

179,65 kWh/jaar

De MARC Vertikon H50 blijkt qua afmetingen te onrealistisch om toe te passen.

Bron: www.marcpower.com/

3. MARC Vertikon H50 De MARC Vertikon H50 is een windturbine met verschillende snelheidsfrequenties. De molen heeft een lage onderhoudsfactor en maakt weinig geluid. Rotor Type

Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

Gemeten uitgaande energie

50 kW

Gemeten windsnelheid

12 m/s

Maximale kracht

55 kW

Inschakelen van molen (opwekken energie)

2,5 m/s

Uitschakelen van molen (niet opwekken energie)

13 m/s

Maximale windbelasting

50 m/s

Diameter rotor

12 m

Diameter wieken

12,5 m

Hoogte

35 m

Productie bij gem. windsnelheid

48865,07 kWh/jaar

Autarkische Aquariumwoning

5.0 TECHNISCHE ANALYSE

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE 5.5 Drinkwater (zuiveren)

Omgekeerde osmose

Drinkwater is essentieel voor overleven, daarom is het een belangrijk punt om te onderzoeken. Het drinkwater wat in Nederland uit de kraan komt is gezuiverd en gecontroleerd volgens wettelijk vastgelegde normen en waarden. De wettelijke eis is dat het drinkwater gedronken kan worden zonder dat men er ziek van kan worden. Drinkwater wordt gewonnen uit grondwater en oppervlaktewater, maar kan ook gewonnen worden door de filtering van zeewater. De winning uit zeewater wordt verder onderzocht, omdat het ontwerp ook op de oceaan gesitueerd gaat worden en dus zware eisen gelden.

Omgekeerde osmose maakt puur drinkwater uit bijna elke waterbron, denk hierbij aan zeewater, zoetwater, brakwater en zelfs (voor gefilterd) afvalwater. Het zuiveringsproces gebeurt door middel van een membraan waar “vuil” water door heen geperst wordt en waar de zouten en andere mineralen en biologische deeltjes achter blijven waardoor er zuiver water ontstaat. Omgekeerde osmose gebruikt zeer weinig energie en is mede daardoor zeer gunstig voor toepassing in het ontwerp. Een bijkomend voordeel is dat het een relatief klein systeem is (slechts 1300 x 275 x 270 mm) dat een hoge betrouwbaarheid heeft, daarnaast is het zo goed als onderhoudsvrij. De keuze is gevallen op een omgekeerd osmose systeem dat 80 liter per uur produceert, het is mogelijk dat de pomp een paar uur per dag draait en zo een buffer maakt waar de rest van de dag gebruik van gemaakt kam worden.

Om zeewater te zuiveren zijn en verschillende manieren, namelijk distillatie en door middel van een membraan (omgekeerde osmose). Distillatie Voor distillatie moet het zeewater verwarmd worden tot de waterdamp (H2O) opstijgt, deze moet op een koel oppervlakte condenseren en opgevangen worden. Uit distillatie komt zeer schoon water waarin geen enkele andere stoffen voorkomen. Het nadeel hiervan is dat er erg veel energie nodig is om zeewater te laten koken.

Principe van omgekeerde osmose

De watermaker met omgekeerde osmose

Schematisch overzicht van een laboratoriumopstelling voor distillatie 1: Hittebron 2: Kolf met te destilleren mengsel 3: Verbindingsstuk 4: Thermometer 5: Condensor 6: Koelwater in 7: Koelwater uit 8: Destillatiefles, opvang condensaat 9: Opening voor gastoevoer of vacuüm trekken 10: Slijpstuk/verbindingsstuk dat het condensaat opvangt 11: Thermostaat 12: Regeling roersnelheid 13: Magnetische roerder/verwarmer 14: Warmwater- of oliebad 15: Eventueel magnetische roervlo, glasparels of kooksteentje 16: Eventueel koelbad. Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Distillatie

Autarkische Aquariumwoning

Zuivering

Schema van de werking van het systeem Bronnen: www.antoon-aquarium.nl/id525.htm www.robwink.nl/index.php?load=watermakesmart

Fase 2 Analyse

5.0 TECHNISCHE ANALYSE Rioolwater zuivering Aërobe rioolwaterreiniger Omdat er geen aansluiting met het riool is zal al het afvalwater gereinigd moeten worden voordat het terug te storten is op het oppervlaktewater. Er zijn verschillende systemen om water te zuiveren, de belangrijkste zijn op een chemische manier en met behulp van bacteriën. De chemische manier zorgt voor veel extra middelen die meegenomen dienen te worden en zijn daarnaast zeer schadelijk voor het milieu. Daarnaast moet het op gang gehouden worden door telkens nieuwe chemicaliën toe te voegen. Het grote nadeel van deze manier van verwerken is dat de fecaliën opgeslagen moeten worden en vervolgens aan wal gebracht moet worden.

Autarkische Aquariumwoning

De manier met bacteriën is een stuk minder omslachtig, er is een tank waar alle fecaliën en ander afvalwater wordt verzamelt deze stromen dan door een natuurlijk filter waar bacteriën (bijna) alle stoffen uit het water halen. Er wordt constant zuurstof door het filter gepompt zodat de bacteriën genoeg zuurstof krijgen en zo ook alle afvalstoffen worden afgevoerd. Nadat het water de eerste en grondige filtering van de bacteriën heeft doorstaan wordt het water gedesinfecteerd door middel van hypochloriet-tabletten, na deze behandeling kan het water zonder problemen geloosd worden op het oppervlaktewater of worden verwerkt door het drinkwater systeem.

Bron: Studie Maritiem Officier (Stanley Cijntje)

6.0 PROGRAMMA VAN EISEN

E v P

en n j li d f oo h p o e i vis

Fase 3 Visie

6.0 PROGRAMMA VAN EISEN Plangebied

- IJmeer - Indische Oceaan - Verplaatsbaar

Autarkisch wonen

- Onafhankelijk van externe (nuts)voorzieningen - Toe te passen installaties: - Warmtepomp - Omgekeerde osmose - Accu’s ten behoeve van opslag van energie - Ventilatiesysteem (voornamelijk in vorm van natuurlijke ventilatie) - Rookafvoer - Energietoepassingen: - Passieve zonne-energie (georiënteerd op de zon, het zuiden) - Actieve zonne-energie (d.m.v. bijv. PV-cellen) - Windenergie (d.m.v. bijv. windturbines / MARC Twisters) - Zonwering (d.m.v. bijv. overstekken of lamellen) - Opvang / Opslag - Hemelwater - Drinkwater (d.m.v. omgekeerde osmose en aërobe rioolreiniging) - Grijswater (opvangen en gebruiken voor bijvoorbeeld doorspoelen toilet) - Compost (scheiden van uitwerpselen) - Het toepassen van een zware kern (met een lichte gevel) - Toepassing van een lichte fundering - Toepassing van onderhoudsvrije materialen - Een digitaal netwerk voor communicatie - Het creëren van een ruime woning (prettig leefklimaat)

Aquarium wonen

- Drijvend aquarium - Aquarium is onder waterniveau - Toepassen van acrylglas - Waterdichte afsluiting (d.m.v. bijv. RVS strips) - Het aquarium dient te voldoen aan de bouwfysische eisen - Het aquarium dient waterdicht te zijn

Duurzaam bouwen

- Cradle to Cradle gedachte - Trias Ecologia (3-stappenplan) - Toepassing van zonne-energie, windenergie en waterenergie - Innovatieve combinatie toepassen (zonne- windtoren op kleinere schaal)

Technische Analyse

- Verankering door middel van Azipods (met aannames zie hoofdstuk 5.2, principe 4) - In ontwerp rekening houden met optimale vorm (ronde vorm) - Bouwfysisch verantwoord - Bouwbesluit meenemen in definitieve maatvoering

Autarkische Aquariumwoning

6.1 Visie op hoofdlijnen

Wat volgt uit het ontwerp: - keuze van het drijflichaam (wellicht is aquarium al genoeg) - de oppervlakte van de woning

Fase 3 Visie

6.0 PROGRAMMA VAN EISEN 6.2 Doelgroep

6.4 Energieverbruik

De doelgroep voor de autarkische aquariumwoning is een gezin, bestaand uit twee volwassenen met twee kinderen. Hierbij uitgaande van mensen die er zelf voor kiezen om in een autarkische woning te gaan wonen, en weten wat hiervan de consequenties zijn.

Om een indruk te krijgen hoeveel energie er moet worden opgewekt , wordt er gekeken wat het energieverbruik is per (gemiddeld) huishouden. Sinds 1990 is het energieverbruik in huishoudens gemiddeld blijven stijgen. In totaal is dit met 20% gestegen. In onderstaande tabel is deze stijging weergegeven.

6.3 Waterverbruik

Redenen voor het toenemen elektriciteitsverbruik: • meer elektrische apparatuur in het huishouden, denk aan wasmachines, computers etc. • meer eenpersoonshuishoudens, een eenpersoonshuishouden verbruikt zo’n 1/3 meer energie dan een tweepersoonshuishouden. • meer huishoudens waarin beide partners werken, deze huishoudens bezitten meer tijdsbesparende apparaten. Huishouden

Autarkische Aquariumwoning

Om een indruk te krijgen van de benodigde te zuiveren water voor de woning wordt er gekeken naar het waterverbruik per persoon. Hieronder een overzicht.

Het gemiddeld elektriciteitsverbruik per huishouden in Nederland ligt op 3567 kWh. Deze berekeningen zijn gemaakt over eengezinstussenwoningen. Hieronder een overzicht hoe dit is onderverdeeld. Omdat de autarkische woning diverse voorzieningen zal hebben welke continue moeten draaien, om bijvoorbeeld drinkwater te maken, wordt het aantal kWh vermenigvuldigd met een factor 2. Dit resulteert in een (verwacht) gebruik van ca. 7000 kWh/jaar. Deze getallen zijn gebaseerd op 1 persoon. Zoals eerder aangegeven komt er een gezin bestaand uit vier personen te wonen.

Onderdeel

Aantal kWh

Percentage

Huishouden (koken, reinigen en koelen)

1696

48 %

Woonklimaat (verwarming en warmwater)

622

17 %

Licht

559

16 %

Audio-video

521

15 %

ca. 7000 kWh

Overig

169

Totaal

3567

100 %

Benodigde aantal liters drinkwater voor 4 personen: 4 x 126,1 = ±500 liter per dag. Vanwege een ontwerp van een riante woning, wordt dit getal vermenigvuldigd met een factor 1,5. Dit resulteert het benodigde aantal liters van ±750 liter per dag.

3567 kWh

7.0 SCHETSONTWERPEN

+ 48

Ontwerp 1 : “De wokkeltoren” Toelichting op het ontwerp De vorm is gebaseerd op de zonne- windtoren. Door deze vorm te gebruiken, maar dan op kleinere schaal, is het mogelijk veel energie op te wekken. Daarnaast is in dit ontwerp rekening gehouden met een zware kern met daaromheen een lichte gevel. In de zware kern zullen zich de benodigde voorzieningen bevinden. Aan de bovenkant is een opening die fungeert als rook- en luchtafvoer. “Hoe hoger je de toren bouwt, des te meer windenergie kun je opwekken (hoe hoger, hoe meer wind)” De “wokkel” rondom het gebouw zorgt ervoor dat het opvallende water afgevoerd wordt naar een opslagplek. Daarnaast fungeert dit als zonwering. Om met dit systeem wellicht energie op te wekken, is het natuurlijk mogelijk om deze wokkel te voorzien van PV-cellen. Het plateau rondom de toren fungeert voornamelijk als drijflichaam en de benodigde voorzieningen die benodigd zijn voor de zonne- windtoren. Het plateau kan verder gebruikt worden als tuin, aanlegplek voor de boot etc. Het woongedeelte zal zich rondom de toren bevinden. Vanaf het plateau omhoog zal er een glazen façade komen die het woongedeelte weergeeft. Het idee is om boven waterniveau twee verdiepingen te creëren en onder waterniveau één verdieping in de vorm van een aquarium. Het ontwerp zal zo georiënteerd worden dat de glazen façade richting het zuiden ligt.

Autarkische Aquariumwoning

7.1 Schetsontwerpen Kevin

Fase 3 Schetsontwerpen

7.0 SCHETSONTWERPEN

Onder het waterniveau bevindt zich het aquarium, in de vorm van een halve bol, dit in verband met de meest gunstige vorm. Voor de stabiliteit kan er eventueel een vlak of schijf in verticale richting aangebracht worden onder het aquarium. (is niet getekend op schets)

Ontwerp 2 : “Het kikkervisje” Toelichting op het ontwerp Het kikkervisje is gebaseerd op de meest gunstige vorm met betrekking tot windbelasting, een druppel.

Fase 3 Schetsontwerpen

7.0 SCHETSONTWERPEN

Rondom de bol ligt een strook die fungeert als opvang van water. Het water dat op de bolvorm valt wordt afgevoerd richting de omliggende strook. Het plateau / drijflichaam heeft de vorm van een druppel. Op de ‘staart’ is het mogelijk om een “tuin” te creëren of aanlegplek voor een boot (zoals ook geldt bij het 1e ontwerp). De bolvorm loopt onder het waterniveau door, wat voor een extreem ontwerp zorgt. Het voorste gedeelte bestaat voornamelijk uit een glasfaçade, ook hiervoor geldt dat deze georiënteerd is richting het zuiden. Deze façade kan voorzien worden van zonwering in verband met het grote oppervlak. De noordkant wordt gemaakt van een licht duurzaam materiaal en is meer gesloten. Een gedeelte van de bolvorm zal voorzien zijn van PV-cellen in verband met zonne-energie.

Autarkische Aquariumwoning

Ook in dit ontwerp is een zware kern toegepast waar zich alle benodigde voorzieningen zullen bevinden. De gevel bestaat uit een bolvorming. De zware kern loopt van boven tot onder het waterniveau. Hiermee is het mogelijk het zwaartepunt laag te houden in verband met drijfvermogen en stabiliteit.

Het aquarium bevindt zich uiteraard onder het waterniveau, de kern loopt dwars door het aquarium. Dit betekent dat je ‘om de kern’ kunt lopen in het aquarium. Voor de stabiliteit kan er eventueel een vlak of schijf in verticale richting aangebracht worden onder het aquarium. (is niet getekend op schets)

Ontwerp 3 : “Het oog” Toelichting op het ontwerp In dit ontwerp zijn twee kernen toegepast waar zich de benodigde voorzieningen zullen bevinden. Het gehele centrum van het gebouw zal dienen als woonruimte. Deze woonruimte bestaat uit een cilindervorm.

Fase 3 Schetsontwerpen

7.0 SCHETSONTWERPEN

Ook bij dit ontwerp is weer een glasfaçade op de zuidkant met toepassing van PV-cellen. De zuidkant is voorzien van een zonwering, wellicht meer zonwering nodig. Ook bij dit ontwerp geldt dat de noordkant zal worden uitgevoerd in een licht duurzaam materiaal, en dat het een ‘gesloten’ gevel zal zijn. Het aquarium bevindt zich ook hier uiteraard onder het waterniveau, de grootte van het aquarium zal doorlopen vanuit de diameter van de cilinder (het woongedeelte). Wat dit ontwerp als enige heeft van de drie is een groen dak. Daarnaast is boven het ontwerp een voorziening getroffen voor het opwekken van windenergie. (heel simpel getekend, hoe dat uiteindelijk eventueel kan komt dan aan bod).

Autarkische Aquariumwoning

De vorm begint met een punt en gaat van daaruit richting een bolvorm en eindigt weer in een punt. Hiermee is er rekening gehouden met de wind.

Voor de stabiliteit kan er eventueel een vlak of schijf in verticale richting aangebracht worden onder het aquarium. (is niet getekend op schets)

Ontwerp 1: “De eco-cilinder” Toelichting op het ontwerp Dit ontwerp heeft een ronde vorm, dit is een van de vormen die uit de vormanalyse is gevolgd. De ronde vormen zijn terug te vinden in het gehele ontwerp. Om een goed werkende autarkische woning te ontwerpen is het belangrijk dat alle aspecten in het ontwerp zijn geïntegreerd. In dit ontwerp staat de ronde kas centraal, hier kunnen veel groentes en fruit worden geteeld. De ronde trap op het terras lijdt naar een moestuin waar de stevige groentes kunnen groeien (denk aan bloemkool, wortelen, aardappelen etc.). Ook is het belangrijk dat er voldoende regenwater op wordt gevangen, de sierlijke krans rondom het ontwerp zal zorgen voor extra regenopvang, het water zal allemaal naar een punt stromen en opgevangen worden in een rooster die vervolgens naar een opvangton zal leiden. De energie wordt gewonnen met PV-cellen, die tevens als railing functioneren. Omdat de panelen naar één punt gericht zijn moet de verankering door een computer gestuurd systeem gebeuren. Het systeem moet ervoor zorgen dat de panelen ten alle tijden naar het zuiden zijn gericht, hierdoor zullen de panelen extra energie op kunnen wekken. Een bijkomend voordeel is dat het terras dan ook naar het zonnige zuiden is gericht. Aan het terras is er de mogelijkheid om een boot aan te leggen. In het ontwerp is er geen extra steiger ontworpen, omdat dit de gestroomlijnde vorm zal beïnvloeden. Het ontwerp bevat drie grote ruimtes die vrij ingedeeld kunnen worden. De natte ruimtes bevinden zich onder elkaar en direct naast de installatieruimte, om zo het leidingwerk te beperken. De twee aquariumruimtes worden gescheiden door de installatieruimte, hierdoor ontstaan er twee grote ruimtes die optimaal kunnen worden benut. Al met al is het een slim en praktisch ontwerp met een mooi architectonisch uiterlijk.

Fase 3 Schetsontwerpen

7.2 Schetsontwerpen Maarten

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

Toelichting op het ontwerp Dit ontwerp heeft een strakke driehoeksvorm. Deze vorm is ook weer gerelateerd aan de vormstudies. De punt van het ontwerp zal in de golven gaan liggen, omdat de golven zo gestroomlijnd langs het gebouw gaan, zal de weerstand op het platvorm verminderen. De indeling van het ontwerp is sterk gerelateerd aan het eerste ontwerp. Alle aspecten van het autarkische wonen zijn weer duidelijk zichtbaar in het ontwerp. Ditmaal is de kas geheel in het ontwerp geïntegreerd en is deze van binnenuit bereikbaar. De kas draagt ook mee aan de wateropvang door zijn aflopende dak. Aan de zijkanten van het ontwerp zijn weer de regenvangers te vinden en de energie wordt weer gewonnen uit PV-cellen. Dit keer staan de cellen tegenover elkaar om ervoor te zorgen dat er van beide kanten energie kan worden gewonnen. De installaties bevinden zich onder de kas, met daarnaast weer de natte ruimtes. Aan het terras is weer een aanlegplaats voor een boot en via de buitentrap is er op het dak ruimte voor een moestuin. De ruimtes in het huis zijn iets moeilijker indeelbaar als bij het eerste ontwerp. Maar door aan de achterkant slaapkamers en een hobbykamer te creëren ontstaan er twee grote ruimtes op de begane grond en de eerste verdieping die als grote woonkamer kunnen dienen.

Fase 3 Schetsontwerpen

Ontwerp 2: “De eco-driehoek”

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

Ontwerp 1: â&#x20AC;&#x153;De blokkendoosâ&#x20AC;? Toelichting op het ontwerp De blokkendoos heeft hoofdzakelijk een laag profiel. Hierdoor zal het een minimale windbelasting geven. Daarnaast heeft het een relatief groot oppervlak waaruit het zijn stabiliteit haalt. De overstekken zorgen voor een gereguleerde zoninval in winter en zomer perioden. Plattegronden zie volgende pagina.

Autarkische Aquariumwoning

7.3 Schetsontwerpen Fren

Fase 3 Schetsontwerpen

7.0 SCHETSONTWERPEN

Fase 3 Schetsontwerpen De plattegronden hebben een zoveel mogelijk minimale opzet, hierdoor blijft er zoveel mogelijk zicht naar buiten behouden.

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

Op de begane grond is een grote binnentuin situeert, hier kunnen groentes worden verbouwd en kunnen reststoffen van de rioolwaterzuivering worden verwerkt als mest. Op het dak is een grote buitenruimte gecreĂŤerd.

Toelichting op het ontwerp “The Diamond” heeft het drijfprincipe van een dobber. De schuine vlakken moeten de wind breken en om de woning heen leiden. Aan de voor en achterzijde worden grote glasoppervlakten toegepast, om passieve zonne-energie binnen te halen. In de achterzijde van het ontwerp is de binnentuin. Deze tuin licht gedeeltelijk onder water. Helemaal onderin is de technische ruimte gesitueerd.

Fase 3 Schetsontwerpen

Ontwerp 2: “The Diamond”

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

Toelichting op het ontwerp “De fluit” heeft het drijfprincipe van een dobber. Door de ronde vorm kan het in de wind worden gelegd om zijn profiel ten op zichte van de wind te minimaliseren. De techniek ruimte is onderin gesitueerd om het drijflichaam onderin gewicht te geven zodat het stabiel blijft drijven.

Fase 3 Schetsontwerpen

Ontwerp 3: “De fluit”

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

Ontwerp 1: â&#x20AC;&#x153;De bootâ&#x20AC;? Toelichting op het ontwerp Dit is een klassieke vorm van een motorjacht wat zich al een paar honderd jaar bewijst. Het nadeel van deze vorm is dat het weinig tot niet extreem is en waarbij het meer een boot is dan een huis. De voordelen zijn dat het gemakkelijk verplaatsbaar is en dat de verschillende autarkische voorzieningen makkelijk ingebouwd kunnen worden, de energie voorziening kan makkelijk toegevoegd worden en uit de praktijk is bekend dat deze vorm sterk genoeg is voor zware stormen.

Autarkische Aquariumwoning

7.4 Schetsontwerpen Serge

Fase 3 Schetsontwerpen

7.0 SCHETSONTWERPEN

Ontwerp 3: “De catamaran”

Toelichting op het ontwerp

Het onderwater huis is in veel opzichten een dobber of een onderzeeër. Het extreme aan dit ontwerp is dat het gehele gebouw onderwater ligt en dus heel goed gedetailleerd moet worden. Het nadeel is dat er helemaal geen gebruik van de zon gemaakt kan worden, dus de duurzame energie voorziening is niet erg toepasbaar in het ontwerp.

Dit is een ontwerp met de gedachte dat twee drijflichamen stabieler zijn dan één. Een voordeel van dit ontwerp is dat de drijvers leeg gepompt kunnen worden waardoor het huis hoger in het water komt te liggen en zodoende makkelijker is te verplaatsen. Het uitzicht is bij dit ontwerp ook een stuk groter en het is makkelijker om de energie van de zon en de wind te gebruiken. Het nadeel is dat het aquarium gedeelte een stuk minder is dan bij alle andere ontwerpen.

Fase 3 Schetsontwerpen

Ontwerp 2: “Het onderwater huis”

Autarkische Aquariumwoning

7.0 SCHETSONTWERPEN

8.0 CONCEPT

Als ontwerp is er gekozen voor een combinatie van ‘The Diamond’ en ‘Het kikkervisje’. In plaats van de hoekige vormen van de diamant, worden deze hoeken afgerond. Hierdoor ontstaat een interessante en innovatieve vorm namelijk, een Blob.

“The Diamond”

“Het kikkervisje”

“De BLOB”

Fase 3 Het Concept

8.1 Gekozen ontwerp

Autarkische Aquariumwoning

8.0 CONCEPT

8.2 Toelichting op Concept “De Blob” is ontstaan vanuit een combinatie van “The Diamond” en “Het kikkervisje”. De basisvorm van een diamant bleek een goed idee, echter werd hierbij geen gebruik gemaakt van ronde vormen. Dit blijkt uit de vormstudie toch een belangrijke invloed te hebben energieverbruik, daarom is er gekozen om de ‘hoeken’ van de diamant af te ronden.

Fase 3 Het Concept

8.0 CONCEPT

De woning zal voorzien zijn van minimaal drie verdiepingen. Dit in verband met een aquarium wat onder het waterniveau zal liggen en een ruim woongedeelte boven waterniveau. Daarnaast is het van belang dat er genoeg oppervlak boven het waterniveau ligt om genoeg energie op te kunnen vangen door middel van zonne-energie en windenergie. De Blob zal voorzien worden van glazen façades, dit heeft te maken met uitzicht en voornamelijk met het creëren van een ‘open gevel’ richting het zuiden. De grote transparante oppervlakken bieden een mogelijkheid tot het ‘open maken’ van de gevel. Ideeën hierbij zijn; een Frans balkon, de binnenruimte wordt buitenruimte etc. Wat van zichzelf spreekt is een transparante aquarium.

Autarkische Aquariumwoning

Het materiaal wat voor dit ontwerp het meest toegankelijk en daarnaast duurzaam is, wordt nader onderzocht en toegelicht in het boek ‘Uitwerking hoofdstuk 2.1’

Fase 3 Het Concept

8.0 CONCEPT 8.3 BLOB-principes Er zijn verschillende bouwmethoden om een BLOB uit te voeren. Deze bouwmethoden zijn onder te verdelen in vier methoden namelijk, Methode 1 Methode 1 maakt gebruik van een tafelconstructie met steunpunten op de hoeken en een vierkante vorm. Er wordt een kolommenstructuur toegepast.

Methode 2 maakt wederom gebruik van een tafelconstructie en een kolommenstructuur, alleen worden hierbij ronde vormen toegepast en overstekken. Methode 3 Methode 3 is gebaseerd op een constructie van ribben. Er ontstaat een ribbenstructuur waartussen de vloeren zijn geconstrueerd. Methode 4 Methode 4 maakt gebruik van een volledig zelfdragende ‘schil’. Bij deze methode wordt geen gebruik gemaakt van stramienen, het is mogelijk elke vorm te maken.

Bron: College BLOB’s BTN07 (jaar 2007-2008)

Autarkische Aquariumwoning

Methode 2

8.4 Keuze bouwmethode De keuze van de bouwmethode voor “de BLOB” is gevallen op bouwmethode 3, het toepassen van een constructie in de vorm van een ribbenstructuur. Hier is voor gekozen omdat de krachten die op het ontwerp komen via de ribben geleidelijk kunnen worden afgedragen aan het water. Bij een kolommenstructuur heeft men te maken met verschillende puntlasten wat wellicht voor problemen kan zorgen. Daarnaast is het toepassen van een stijve vloer niet noodzakelijk bij een ribbenstructuur, wat wel het geval is bij een kolommenstructuur.

Fase 3 Het Concept

8.0 CONCEPT

Autarkische Aquariumwoning

Om een voorbeeld te geven van een BLOB waarbij een ribbenstructuur is toegepast, een aantal referentiebeelden van dergelijke constructies.

Bron: College BLOB’s BTN07 (jaar 2007-2008)

9.0 BIJLAGEN

n e g a l j i B 65

9.0 BIJLAGEN 9.1 â&#x20AC;&#x153;Logboek Projectboek Analyse & Conceptâ&#x20AC;? Onderdeel

Naam

Onderdeel

Lay-out, controleren / aanpassen & samenvoegen totale projectboek

Kevin

4.0 Duurzaam bouwen

1.1 Het plangebied

Maarten

1.2 Het IJmeer

Maarten

1.3 Indische Oceaan

Maarten

1.4 Windrichtingen

Maarten

1.5 Conclusie

Maarten

2.0 Autarkisch wonen 2.1 Autarkisch wonen

Fren / Maarten

2.2 Typologie

Kevin

2.3 Installaties / Voorzieningen

Kevin

3.0 Aquarium wonen 3.1 Aquarium wonen

Maarten

3.2 Typologie

Serge

3.3 Technisch

Serge

4.1 Duurzaam bouwen

Kevin

4.2 Zontoetreding

Fren

4.3 Duurzame gebouwen

Fren / Maarten

4.4 Duurzame energie

Kevin

5.0 Technische Analyse 5.1 Drijflichaam

Kevin

5.2 Verankering

Maarten

5.3 Vormstudie / Windbelasting & Stabiliteit

Fren

5.4 Windvoorziening / MARC Twister

Kevin

5.5 Drinkwater

Serge

6.0 Programma van Eisen 6.1 Visie op hoofdlijnen

Kevin

6.2 - 6.4 Korte toelichting

Kevin

Autarkische Aquariumwoning

1.0 Context / Omgeving

Naam

7.0 Schetsontwerpen 7.1 - 7.4 Schetsen

Allen

8.0 Concept 8.1 - 8.2 Gekozen ontwerp & toelichting

Allen

8.3 - 8.4 BLOB-principes en keuze bouwmethode

Allen