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德國建築改造Light Active House
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項目概況
建設單位：威盧克斯/ VELUX 集團
建築師：Katharina Fey ( 概念)
Prof. Manfred Hegger and Tim Bialucha,
TU Darmstadt ee( 設計)
Ostermann Architekten( 項目實現)
能源設計：Prof. Klaus Daniels, HL Technik
Light planning: Prof. Peter Andres, PLDA
建設地點：德國漢堡市威廉斯堡區Katenweg 14 号
老建築竣工時間：1954 年
改建時間：2010 年
原建築面積：102平方米
改造後面積：189平方米
LightActive House 位于德國漢堡威廉斯堡區，改造前的建築Katenweg 14号是有着55 年曆史的傳統半獨立式住宅，現在它已經是一棟全新的、現代的碳中和示範建築。LightActive House 是基于實現零碳排放目标而改建的，目的是利用最少的技術為用戶提供愉快健康的室内氣候環境。
Katenweg 14 号住宅建于1950 年代，居住着兩個家庭，是當代住宅建設計劃的典型代表：一層半樓面，三角形屋頂，接近方形的平面布局；在山牆一側，兩戶共用牆壁，另外一側向外延伸，建有雜物間、廁所和洗滌室。整個建築占地面積約1100m2，住戶可以在房屋前種植水果和蔬菜。與室外的大片土地相比，住宅的室内空間顯得狹窄昏暗，顯然，改造設計不僅要解決老建築的能源消耗問題，更要明顯改善室内空間的有效利用和日光照明的需求。
Katenweg 14 号住宅建于1950 年代，居住着兩個家庭，是當代住宅建設計劃的典型代表：一層半樓面，三角形屋頂，接近方形的平面布局；在山牆一側，兩戶共用牆壁，另外一側向外延伸，建有雜物間、廁所和洗滌室。整個建築占地面積約1100m2，住戶可以在房屋前種植水果和蔬菜。與室外的大片土地相比，住宅的室内空間顯得狹窄昏暗，顯然，改造設計不僅要解決老建築的能源消耗問題，更要明顯改善室内空間的有效利用和日光照明的需求。
建築設計
項目于2010 年春正式動工，改建之前對原有地塊進行了重新劃分，并按适當比例進行了部分擴建；老建築的基本結構大部分得到了保留，原來的附屬建築被徹底改造；庭院被劃分為休閑娛樂和菜園兩個區。新建的附屬建築大大增加了起居空間和建築的有效使用面積，同時，在整個能源概念設計中擔負着中心角色。
項目于2010 年春正式動工，改建之前對原有地塊進行了重新劃分，并按适當比例進行了部分擴建；老建築的基本結構大部分得到了保留，原來的附屬建築被徹底改造；庭院被劃分為休閑娛樂和菜園兩個區。新建的附屬建築大大增加了起居空間和建築的有效使用面積，同時，在整個能源概念設計中擔負着中心角色。
改造設計保持了原有建築的基本結構，同時采用了模塊化延伸模式。模塊改造有多種實現方式，可以根據居住者的經濟能力、能耗計劃和面積擴建需求，對房間自由設計和延伸，所不同的隻是面積大小、材質和建築技術等問題。
安裝于屋頂的太陽能動力屋頂窗透過新建的垂直開放式空間将自然光引入室内，使住戶在一天之内能夠體驗不同的光照效果；樓梯像家具一樣擺放在中心區域，一扇面對花園寬約5m 的玻璃幕牆讓居住空間的視野更加開闊；大尺寸的起居空間和窗體将新建築與周圍環境聯系起來，改造後，建築的總窗體面積從過去的18平方米增加到了60平方米。新建附屬建築取代了過去的配房，由預制木質框架結構支撐，通過門廊與原有建築相連。
附屬建築的内部被設計成一個開放式空間，起居室、廚房、餐廳等區域由不同家具劃分而成。在這個新建的長方形建築西端，設有敞開式車庫，東端是一個有頂棚的戶外區域，方便用戶進出花園。
安裝于屋頂的太陽能動力屋頂窗透過新建的垂直開放式空間将自然光引入室内，使住戶在一天之内能夠體驗不同的光照效果；樓梯像家具一樣擺放在中心區域，一扇面對花園寬約5m 的玻璃幕牆讓居住空間的視野更加開闊；大尺寸的起居空間和窗體将新建築與周圍環境聯系起來，改造後，建築的總窗體面積從過去的18平方米增加到了60平方米。新建附屬建築取代了過去的配房，由預制木質框架結構支撐，通過門廊與原有建築相連。
附屬建築的内部被設計成一個開放式空間，起居室、廚房、餐廳等區域由不同家具劃分而成。在這個新建的長方形建築西端，設有敞開式車庫，東端是一個有頂棚的戶外區域，方便用戶進出花園。
能源概念設計
未來建築應該為用戶創造更加健康、舒适的生活環境，同時又不會對氣候造成負面影響。因此，LightActiveHouse 緻力于利用再生能源自主提供全部所需能源，同時又不會失其高品質生活要素，如日光照明、新鮮空氣等。老式建築總能耗通常都很高，而實現上述目标的前提是确保較低的總能耗，因此這個改建項目面臨着十分特别的挑戰。為滿足《德國節能法案》(Germanenergy-savings directive, EnEV) 規定的标準，在建築原有的石灰石外牆上加了保溫絕緣層，以現代幕牆代替老式窗戶，新型預制屋頂結構取代了過去的屋頂。
新建的附屬建築保證了LightActiveHouse 的能源供應，彌補了現有結構分配上的不足。可再生能源提供了取暖、熱水、房屋設備、照明和家庭用電等所有能量需求。由太陽能集熱器驅動的氣水兩用泵是該建築所有技術設備的核心組件，整個系統全年都依靠太陽熱能和區域性供暖提供熱源。安裝于屋頂上的太陽能光伏電池闆彌補了熱泵和所有家用電器的能源消耗。獨特的太陽能動力電控窗系統讓所有房間實現了自然通風，完全無需采用機械空氣調節系統。在LightActive House 的前院，安裝的儲水池可收集雨水，為衛生間、院落清洗和洗衣機提供水源。
一般情況下， 老建築改造過程中安裝新設備會面臨許多複雜問題。LightActive House 很難使用熱力回收系統或者機械空氣調節設備，建築師從能耗效率方面考慮，最終選擇安裝“太陽能動力智能天窗”進行自然通風控制。太陽能動力智能窗系統可以根據室内外溫度、CO2 濃度以及空氣濕度自動打開和關閉窗戶，通風過程充分利用自然因素。窗戶打開後，建築承受的風壓和室内外的溫度差确保通風過程的實現。窗體安裝位置及高度的不同可強化溫度差異，導緻煙囪效應的形成，利用溫度升高時污濁空氣會主動上升的原理，使污濁的空氣通過屋頂窗散發到室外，溫度較低的新鮮空氣自動從底部進入室内。
當建築立面和屋頂上安裝的窗體同時打開時，新鮮空氣的流動可以獲得最佳效果。空氣、水、熱泵以及太陽能光熱系統提供了一個創新性完整解決方案。熱泵提供了供暖和熱水所需的大部分能源需求，太陽能集熱器是熱泵的重要組成部分，全年提供熱源。同時，高效的技術将傳統能耗指标降低到了最小水平。用于家庭用電供應、熱泵壓縮機和輔助動力所需的剩餘能量僅占全部能源需求的三分之一。太陽能光伏電池産生的能量和剩餘能量需求相等，再生能源抵消了碳排放。
自然采光和遮陽系統
合理利用并有效控制日光，可以明顯降低人工照明需求，冬季還可以獲得有益的日光輻射，巧妙地利用日光是大幅降低建築能源消耗的最佳手段之一。在LightActive House 的設計理念中，日光照明設計扮演着重要角色。項目初期設計階段，利用先進的日光模拟分析軟件，并融入了建築設計動态過程，關注日光的優化利用，通過充足的日照和開闊的視野讓住戶充分體驗晝夜交替和季節的變化。
另一方面，高新産品太陽能動力電控室外防護卷簾和遮陽産品的利用，可實現“自然空氣調節”的理念，确保舒适的室内氣候環境。在炎熱季節的白天，朝南的太陽能動力電控室外防護簾處于關閉狀态，可以有效阻擋95% 的熱量進入；下午，西側電控室外遮陽篷自動放下，氣溫降低後，防護卷簾和遮陽篷又會升起，窗戶也會自動打開，使傍晚涼爽新鮮的空氣進入室内，降居住空間的溫度。在寒冷季節，白天室外防護卷簾升起，讓更多的陽光進入室内；傍晚，室外防護卷簾關閉，保證了其隔熱效果。
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