Foundational principles for ecological construction

Ecology is the science of contexts and functions in nature (between living organisms and their environment) together with the internal relations between them. In this sense all houses are ecological. To what extent a house or a city is affected by a climate and becomes a part of a place and landscape or not is not a choice; that which architects can affect on the other hand is how these necessary relations come to be and which character they assume. A viable society must be built on biological processes and closed ecological cycles. This will require changes in overarching ways of thinking.

The idea of a house that has no effect on an environment at all is an illusion. All houses entail an environmental impact to some degree. The built environment constitutes a drastically modified habitat in comparison to the landscape’s original unbuilt state. Like a tree, a house alters the habitats about itself and imports and concentrates resources for a group of willful intentions. Concentration of these resources and the following outputs have many consequences. Harvesting and production of building materials at least entail changes to unbuilt places that often lie far away from the house. Even though a certain environmental impact follows all of humans’ acts of building, not all changes to habitats must be negative. Some houses have a substantially smaller environmental impact than others and contribute to regenerate the places about them, such that the aggregated effects of the building initiative are healing and invigorating when the whole is evaluated. It is possible to build in a regenerative way such that negative effects are compensated for by positive effects, such as with the creation of new habitats for other species in the garden, new supplies of energy and nutrients, no release of harmful synthetic substances, and establishing personal connections to a place. It is such intentions that lie behind ecological design and ecologically conscious building.

Overarching objectives

Regeneration: Many existing initiatives in «green building» seek to achieve only reductions in environmental impact rather than net positive relations, and therefore they promote solutions that lead only to a less bad version of the existing built environment and that do not challenge the underlying irrationalities in conventional building methods. The existence of humans at a place does not necessarily entail negative consequences. The objective must rather be regeneration, where houses and cities contribute to establish and maintain productive ecosystems.
Build robustly with ecologically defensible materials and building methods
Build as little as possible: approximately half of energy use in a house is related to area and nearly the entire material and land use.
Build flexibly and process-oriented with a life cycle perspective

Adaptation to place

Building orientation in relation to compass directions and the sun has influence on temperature control, microclimate, wind directions, pressure conditions, risk of leaks, driving rain and moisture damage.
Adapt to microclimate to reduce wear and energy use.
Adapt to the site’s topography to reduce and ideally avoid entirely detonation.
Protect existing vegetation to the greatest possible degree and connect the house to local plant societies.
Research the site’s radon danger and other pollutants such as traffic noise, electrical lines etc.

Material cycles

Build with comprehensive use of natural and relatively pure renewable materials, especially wood, brick, earth and clay.
Build with biodegradable materials to the greatest possible extent.
Hygroscopic materials regulate moisture in a passive way, and with the help of latent heat exchange they even out temperature loads.
Design for re-use, re-cycling and recovery. Design for disassembly entails 1) to separate layers; 2) possibilities for disassembly within each layer; 3) use of standardised components that consist of only one material. Mechanical fasteners (e.g. screws) are preferred instead of glued and composite products.
Use recycled products where it is possible.
Use as little as possible products and building solutions that contain or require use of synthetic glues, paint, putty, impregnation methods or other synthetic chemicals. These products are often impossible to re-use or re-cycle and end up usually as harmful toxic waste.

Adaptability and maintenance

Use timeless forms.
Use simple plan solutions that are flexible and can easily be changed according to needs. Rooms with a size between 12 and 16 m² can easily be adapted to many different activities over time.

Area efficiency

Initiatives that increase area efficiency:
Use of common functions
Double use of functions: colocation of related functions will normally reduce consumption of space considerably.
Compression of functions
Temperature-differentiated function distribution: by placing less heat-sensitive functions outside of the most resource-intensive climatised areas, it is possible to reduce a building’s environmental impact considerably.
Reduced number of rooms
Reduced corridor area
Centrally placed entrance either from the outside, from a stair space or corridor will reduce communication areas, and in row houses access should be placed preferably on the back side.
Use of otherwise unused spaces/volumes
Optimalised placement of components and elements
Increased roof height
Use of views and opening of visual axes
Conscious use of colour

Energy efficiency

Build well insulated external constructions.
Energy concepts can be based on combustion of renewable biomass in highly efficient stone masonry ovens or small pellet ovens in smaller homes.
Conscious use of windows and other openings in the building envelope. Large glass surfaces make temperature control difficult and more resource intensive, and they entail an increased risk of overheating, increased radiation loss with following radiative asymmetry and higher air temperatures.
Adapt the heating source to the heating requirement.
Use of radiant heat can achieve thermal comfort with lower operative temperatures compared with other heating methods.
Water-borne heating systems laid in sand or a wood fibre plate and covered with a brick or wood floor that can easily be disassembled and laid back again is an effective heating solution that is both energy-efficient and comfortable.
Roof-mounted solar collectors can cover the majority of the requirement for hot water and space heating with a wood oven as a supplement.

Ecological cycles

Plant societies become integrated with the home.
Evaluate recovery of water and energy from used water
Evaluate local treatment of greywater.
Use of biological toilets produces no blackwater.
Composting is a part of a connected garden.
Reserve enough space for sorting of used items in the kitchen.
The home together with the garden is designed as an ecosystem.

Avoid risk of moisture damage

Prevent water from forcing itself into the building, amongst other things with conscious initiatives such as avoiding flat roofs and reducing penetrations and constructions on the roof.
Reduce and avoid cold bridges as much as possible.
Be especially careful with air-tightening of constructions during the building fase.
Reduce the consequences of moisture by using mineral materials in moisture-exposed situations such as the bathroom, foundation against the ground, etc.
Have sufficient moisture capacity to even out varying moisture loads throughout the day.

Temperature control

Make conscious use of glass such that one avoids overheating of living rooms (when in use) and avoid disturbing radiation losses (radiation asymmetry).
Secure good temperature control.
Have sufficient heat capacity: Constructions can be pre-heated during the winter such that the air temperature when rooms are in use is held lower. The construction can also be used for passive cooling by exploiting low night temperatures.
The house can be divided into several different thermal zones that receive their own regulated temperatures. Where the building is divided into thermal zones and the requirements for U-value and air tightness have been met, it should be possible to use lower set-point temperatures for heating.

Air control

The building must be built as tight as possible. This gives better control over total air exchanges and reduces the risk of moisture damage as a consequence of condensation in constructions.
It is an advantage to have an internal pressure deficit. This reduces further the risk of moisture damage as a consequence of condensation in constructions.
Control intake air in relation to external temperatures. This gives automatic adaptation to the seasons.

Natural ventilation

Natural ventilation encompasses all of the passive measures one can take to ventilate a home and reduce the requirement for ventilation at the point of departure - thermal capacity, moisture capacity, preconditioning outside, self-driven ventilation, etc. Often one will be able to meet requirements with only passive means, while other times one must supplement natural ventilation with active systems, fans, filters, etc.
Natural ventilation solves many problems related to mechanical ventilation systems, harmful inner air and poor inner climate. Natural ventilation makes it possible to avoid using valuable electricity for fans, pumps and not least for cooling.
Since the home is exposed to very different loads throughout the day and year, ventilation should be controlled by the ventilation need.
Strengthened self-draught is self-driven ventilation where solar radiation strengthens the thermal driving forces. Wind can also be a driving force for natural ventilation because of pressure differences that it can create about a house. The house can be equipped in addition with propeller fans that start up when the self-driving force becomes too weak. Fans usually make possible better opportunities for cooling, since they can make use of cool nighttime air.

Generally good solutions

Build for high technical durability. All cables and installations should be easily available for maintenance and upgrades. Electrical channels can be mounted in transverse cable paths with a screw lid.
Room functions with high temperature requirements (kitchen, bathroom and living room) should be placed centrally in the house and be screened by bedrooms, gest rooms, storage rooms, etc.
A cold food storage room on the north side reduces the need for a refrigerator.
An individual drying room for herbs and clothes can be based on natural air circulation.

Tilbake til artikler

Ressurser

Bokalders, Varis & Block, Maria. (2014). Byggekologi. Stockholm: Svensk byggtjänst.
El khouli, S., John, V. & Zeumer, M. (2015). Sustainable Construction Techniques. München: Institüt für internationale Architektur
Kibert, Charles J. (2012). Sustainable Construction - Green Building Design and Delivery. Hoboken: Wiley
König, H., Kohler, Niklaus, Kreißig, Johannes & Lützkendorf, Thomas. (2010). A life cycle approach to buildings: Principles, calculations, design tools. München: Institut für internationale Architektur.

Kilder:

Gaia Lista, Asplan Viak, Treteknisk institutt & Silvinova. (2014). Absolutt passiv energidesign - Passivhusnivå ved utnyttelse av hygrotermiske egenskaper i trevirke.
Gaia Lista, Asplan Viak, Silvinova, Husbanken & DiBK (2014). Passiv Klimatisering - Rapport til Husbaken / DiBK.

Passiv klimatisering

Oppsummering av tiltak for passiv klimatisering av en bolig:

Grunnprinsipper for økologisk byggeri

Økologi er vitenskapen om sammenhenger og funksjoner i naturen, det vil si mellom miljøet og de levende organismene, samt de innbyrdes forholdene mellom disse. I denne forstand er alle hus økologiske. Hvorvidt et hus eller en by blir påvirket av et klima og blir en del av et sted og landskap eller ikke er ikke valgfritt; det som arkitekter kan påvirke er derimot hvordan disse nødvendige forholdene virkeliggjøres og hvilken karakter de tar på seg. Et livskraftig samfunn må bygges på biologiske prosesser og lukkete økologiske kretsløp. Dette krever endringer i overordnet tankegang.

Idéen om et hus som ikke har noen som helst påvirkning på et miljø er en illusjon. Alle hus innebærer en miljøbelastning i noen grad. Det bygde miljøet utgjør et kraftig forandret leveområde sammenliknet med landskapets opprinnelige ubebygde tilstand. Akkurat som et tre, medfører oppføring av et hus endringer i de eksisterende leveområdene rundt det og en ny innflytting og konsentrering av ressurser i tråd med en gruppe bevisste intensjoner. Konsentrering av disse ressursene og de medfølgende utfallene har mange konsekvenser. Innhøsting og framstilling av bygningsmaterialer innebærer i det minste endringer på ubygde steder som ligger gjerne langt unna huset. Selv om alle menneskelige byggetiltak medfører en viss miljøbelastning, må ikke alle endringer på leveområder være negative. Noen hus har vesentlig mindre miljøbelastning enn andre, og de kan bidra til å fornye stedene rundt seg slik at de sammenlagte følgene av byggetiltaket blir fornyende og livskraftige når helheten vurderes. Det er mulig å bygge på en regenerativ måte slik at negative virkninger blir utjevnet av positive konsekvenser, såsom ved å skape leveområder til andre arter i hagen, å tilføre et sted energi og nye næringsstoffer, å ikke tilføre noen farlige syntetiske stoffer, og å danne personlige tilknytninger til et sted. Det er slike intensjoner som ligger bak økologisk design og økologisk bevisst byggeri.

Overordnede målsettinger

Fornyelse: Mange eksisterende tiltak i «grønt byggeri» tilstreber å oppnå kun reduksjoner på miljøbelastninger heller enn netto positive forhold, og de fremmer dermed løsninger som fører bare til en mindre dårlig versjon av det eksisterende bygde miljøet og som utfordrer ikke de underliggende irrasjonalitetene i sedvanlige byggemåter. Menneskets tilværelse på et sted medfører ikke nødvendigvis negative konsekvenser. Målsetningen må heller være helhetlig fornyelse, der hus og byer bidrar til å etablere og vedlikeholde produktive økosystemer.
Bygg robust med økologisk forsvarlige materialer og byggemetoder
Bygg så lite som mulig: omtrent halvparten av energiforbruket er arealrelatert og nesten hele material- og tomteforbruket
Bygg fleksibelt og prosessrettet med et livsløpsperspektiv

Stedstilpasning

Bygningsorientering i forhold til himmelretninger og solinnstråling har innvirkning på temperaturstyring, lokalklima, vindretninger, trykkforhold, lekkasjer, slagregn og fuktskader.
Tilpass til lokalklima for å redusere slitasje og energiforbruk.
Tilpass til tomtas topografi for å redusere og helst unngå sprengning.
Bevar eksisterende vegetasjon i størst mulig grad og integrer huset med lokale plantesamfunn.
Undersøk tomtas radonbelastning og andre forurensninger såsom trafikk, høyspentledninger osv.

Materialekretsløp

Bygg med gjennomgående bruk av naturnære og relativt rene fornybare materialer, særlig tre, tegl, jord og leire.
Bygg med biologisk nedbrytbare materialer i størst mulig grad.
Hygroskopiske materialer regulerer fuktighet på en passiv måte og ved hjelp av latent varmeutveksling utjevner de temperaturbelastninger.
Utform for gjenbruk og ombruk. Design for demontering innebærer 1) å adskille sjikt; 2) muligheter for demontering innenfor hvert sjikt; 3) bruk av standardiserte deler som består av ett materiale. Mekaniske festemidler (f.eks. skruer) er å foretrekke foran limte og sammensatte produkter.
Utnytt gjenbruksprodukter der det er mulig.
Gjør minst mulig bruk av produkter og bygningsmessige løsninger som inneholder eller forutsetter bruk av syntetiske lim, maling, sparkel, impregneringsmidler og andre syntetiske kjemikalier. Slike produkter er ofte umulige å gjenvinne eller gjenbruke og ender vanligvis opp som miljøskadelig spesialavfall.

Tilpasningsdyktighet og vedlikehold

Bruk tidløse former.
Bruk enkle planløsninger som er fleksible og kan bli lett endret etter behov. Rom med en størrelse mellom 12 og 16 m² kan bli lett tilpasset mange forskjellige aktiviteter over tid.

Arealeffektivisering

Tiltak som øker arealeffektivitet:
Bruk av fellesfunksjoner
Dobbeltutnyttelse av funksjoner: Samlokalisering av beslektede funksjoner vil normalt redusere arealforbruket betydelig.
Komprimering av funksjoner
Tempraturdifferensiert funksjonsfordeling: Ved å legge mindre varmekrevende funksjoner utenfor de mest ressurskrevende helklimatiserte arealene vil bygningens miljøbelastning kunne reduseres betydelig.
Redusert romantall
Redusert gangareal
Sentralt plassert adkomst enten utenfra, fra trapperom eller korridor vil redusere kommunikasjonsarealene, og i rekkehus bør den helst anlegges fra baksiden.
Utnyttelse av ubenyttet arealer/volum
Optimalisert komponent- og elementplassering
Økt romhøyde
Utsyn og åpning av visuelle akser
Fargesetting

Energieffektivitet

Bygg godt isolerte ytterkonstruksjoner.
Energikonsept kan baseres på forbrenning av fornybar biomasse i høyeffektive kakkelovner eller små pelletsovner i mindre boliger.
Bevisst bruk av vindu og andre åpninger i bygningskroppen. Store glassflater gjør temperaturstyring vanskeligere og mer ressurskrevende og medfører økt risiko for overoppvarming, økt strålingstap med følgende strålingsasymmetri og høyere lufttemperatur
Tilpass oppvarmingskilden til oppvarmingsbehovet.
Bruk av strålevarme kan oppnå termisk komfort med lågere temperaturer sammenliknet med andre oppvarmingsmetoder.
Vannbårent varmeanlegg lagt i sand eller en trefiberplate og overdekket med tegl- eller tregolv som lett kan demonteres og legges tilbake igjen er en effektiv varmeløsning som er både energieffektiv og behagelig
Takmonterte solfangere kan dekke det meste av varmtvannsbehov og romoppvarming med supplement fra vedovn.

Økologiske kretsløp

Plantesamfunn blir integrert med boligen.
Vurder gjenvinning av vann og energi fra avløpsvann.
Vurder lokal behandling av grått avløpsvann.
Bruk av biologiske toalett produserer intet svart avløpsvann.
Kompostering inngår som en del av en tilknyttet hage.
Sett av god plass til kildesortering på kjøkkenet.
Boligen sammen med hagen blir utformet som et økosystem.

Unngå risiko for fuktskader

Hindre vann i å trenge inn i bygningen, blant annet ved opplagte tiltak som å unngå flate tak og ved å reduser gjennomføringer og oppbygg på tak.
Reduser og unngå kuldebroer mest mulig.
Vær særdeles nøye med lufttetting av konstruksjoner under byggefasen.
Reduser konsekvens av fukt ved å benytte mineralske materialer i fuktutsatte situasjoner som baderom, gulv på grunn osv.
Ha tilstrekkelig fuktkapasitet til å utjevne varierende fuktbelastning på døgnbasis.

Temperaturkontroll

Gjør bevisst bruk av glass slik at en unngår overoppheting av oppholdsrom (i oppholdstiden) og unngår sjenerende strålingstap (strålingsasymetri).
Sikre god temperaturstyring.
Ha tilstrekkelig varmekapasitet: Konstruksjonen kan forvarmes på vinteren slik at lufttemperaturen i oppholdstiden holdes lavere. Konstruksjonen kan også brukes til passiv kjøling ved å utnytte lave nattetemperaturer
Huset kan bli delt opp i forskjellige termiske soner som får sine egne regulerte temperaturer. Der bygget er oppdelt i flere termiske soner og kravene til U-verdi og lufttetthet er oppfylt, bør det kunne benyttes lågere settpunktverdier for oppvarming.

Luftkontroll

Bygget må utføres så tett som mulig. Dette gir bedre kontroll på totale luftutvekslinger og minsker risiko for fuktskader som følge av kondensering i konstruksjonen.
Det er en fordel med et innvendig undertrykk. Dette reduserer ytterligere risiko for fuktskader som følge av kondensering i konstruksjonen.
Styr tilluften i forhold til utetemperatur. Dette gir automatisk årstidstilpassning.

Naturlig ventilasjon

Naturlige ventilasjon omfatter alle de passive virkemidlene for å ventilere boligen og redusere behovet for ventilasjon i utgangspunktet – varmekapasitet, fuktkapasitet, prekondisjonering i uteområdet, selvdrag, osv. Ofte kommer en i mål med bare passive tiltak, mens andre ganger må en supplere med aktiv automatikk, vifter, filtre etc.
Naturlig ventilasjon løser mange problem knyttet til mekaniske ventilasjonsanlegg, skadelig inneluft og dårlig inneklima. Naturlig ventilasjon gjør det mulig å unngå å bruke høyverdig elektrisitet til vifter, pumper, og ikke minst til kjøling av bygg.
Ettersom boligen utsettes for svært varierende belastninger gjennom døgn og år bør ventilasjonen behovstyres.
Forsterket selvdrag er selvdragsventilasjon der sol forsterker de termiske drivkreftene. Vind kan også bli en drivkraft bak naturlig ventilasjon på grunn av trykkforskjellene som den kan skape rundt huset. Huset kan utstyres i tillegg med proppellvifter som trer inn når selvdraget blir for svakt. Vifter åpner ofte for bedre kjølemuligheter ved at kjølig natteluft kan utnyttes.

Allment gode løsninger

Bygg for høy teknisk holdbarhet. Alle kabler og installasjoner skal være lett tilgjengelig for vedlikehold og oppgraderinger. El-føringer kan bli montert i langsgående kabelbaner med skrulokk.
Romfunksjoner med høye temperaturkrav (kjøkken, bad og stue) skal være plassert sentralt i huset og bli skjermet av soverom, gjesterom, boder osv.
Kald matbod mot nord reduserer behovet for kjøleskap.
Et eget tørkerom for urter og klestørk kan være basert på naturlig luftsirkulasjon.