Rapport
Powerhouse skole i Drøbak

Powerhouse skole i Drøbak
Drøbak Montessori Ungdomsskole er det første skolebygget, og det første nybygget, som oppfyller Powerhouse-definisjonens strenge miljøkrav.
Foto: Stephen Citrone
Prosjektopplysninger
Adresse: Batteriveien 1, 1443 Drøbak
Lokalisering: Akershus
Kommune: Frogn
Ferdigstilt: 2018
Status: Ferdigstilt
Prosjekttype: Nybygg / Tilbygg
Funksjon/Bygningstype: Skole/undervisningsbygg
Konkurranseform: Direkte engasjement
Entrepriseform: Totalentreprise
Miljøstandard: Plusshus
Forbildeprogram: Powerhouse
Byggherre: Drøbak Montisorri skole
Arkitekt: Snøhetta as
Landskapsarkitekt: Snøhetta as
Interiørarkitekt: Snøhetta as
Prosjektledelse (PL): Snøhetta as | Skanska Norge AS
Miljørådgiver: Skanska Norge AS |
Rådgivende: Dr.Techn. Kristoffer Apeland AS (RIB) | Skanska Norge AS (RIV) | Heiberg og Tveter (RIE) | Multiconsult
Hovedentreprenør: Skanska Norge AS
Prosjektbeskrivelse

Prosjektbeskrivelse

Et Powerhouse skal gjennom driftsfasen genere mer fornybar energi enn det som brukes til produksjon av byggevarer, oppføring, drift og avhending av bygget i løpet av byggets levetid som er satt til 60 år. 

Tomten er omkranset av vakker skog mot sør og øst. Det har vært et mål å forsterke nærheten til naturen, som pedagogisk og holdningsskapende element i elevenes hverdag. Plasseringen av den rektangulære bygningskroppen nært skogbrynet åpner tomten opp mot skogen og skaper et stort og variert uteområde med god kontakt med naturen. Undervisnings- og fellesarealer vender mot skogen, og gjennom store vinduer og glassfelt bringes naturen inn i bygget.

Utformingen springer ut av energikonseptet, Montessoriskolens pedagogikk og tomtens egenskaper i tillegg til økonomiske og reguleringsmessige rammer. Arkitekturen er tenkt som et sosialt og pedagogisk redskap, oppbygd rundt powerhousekonseptet som det sentrale formgivende elementet.

Passive tiltak, som et kompakt bygningsvolum, gode U-verdier, enkle og energieffektive tekniske installasjoner og materialer med lav bundet energi minimerer energibehovet.

Bygningskroppen gjennomskjæres av en skråstilt skive; “solskiven”. Denne rommer de aktive elementene som er nødvendig for å oppnå Powerhouse-målsetningen; solcellepaneler utvendig og tekniske føringer innvendig. Ved å skape naturlig oppdrift i bygget er den også en del av ventilasjonssystemet. Vinkel og helning er optimert for effektiv utnyttelse av solcellepanelene og sammenfaller med helning på trapp og amfi. Solskiven skaper dermed også sosiale og pedagogiske arenaer i form av utvendige og innvendige amfier og trapper som er styrende for skolens romlige organisering og logikk. Den danner et naturlig overbygget inngangsparti og er en tydelig veiviser og identitet for bygget.

Prosess

Powerhouse er per dags dato den strengeste plusshus-definisjonen i Norge, og for å lykkes kreves integrerte, helhetlige løsninger og tverrfaglig samhandling gjennom hele prosessen. Prosessen er designet spesielt for dette og foregår ved en serie tverrfaglige workshops hvor alle fag er representert fra tidligfase. I en Powerhouseprosess er målsetningen forankret og definert fra start og det er konsensus i prosjekteringsgruppen om at denne har høyeste prioritet. Dette bidrar til en smidig prosess og godt samarbeid i gruppen. I hvilken grad man er på rett vei visualiseres ved at regnskapet oppdateres ved hver workshop og løsningene justeres med henblikk på å optimere dette. I Powerhouse Drøbak Montessori Ungdomsskole deltok Skanska og Snøhetta fra Powerhousesamarbeidet.

Det er vesentlig at løsningene tilpasses presist brukers behov for å unngå unødvendig energibruk i bygget. Tett involvering av bruker er derfor en forutsetning for å komme i mål, og disse deltar i alle workshops. I PH DMUs tilfelle deltok både lærere, elever og skolens ledelse i workshopene og deres input var avgjørende for løsninger og utforming. Den tette involveringen og samarbeidet har gjort at bruker har fått et sterkt eierskap til arkitekturen og løsningene.

Økonomi/merkostnader og finansiering

Opprinnelig måltall: 27 000 000

Kostnader bygg: 29 929 000,- eks. mva

Kostnader bygg pr. BTA (980 BTA): 30 540,- eks mva

Andre kostnader: ny trafo: 460 000,- eks mva, riving eksisterende bygg: 571 000,- eks mva

Mottatt støtte fra Enova: 700 000

Mottatt støtte fra Husbanken: 500 000

Festet tomt.

Nøkkeltall

AREALFORBRUK

87m2 (oppvarmet BRA) fordelt på 80 elever, 10 årsverk.
Areal BTA 980 m2
Areal BRA 916 m2
Oppvarmet areal BRA 877 m2
Antall beboere/brukere 90

ENERGI

Varmeproduksjon fra VP. Estimert ut ifra en energidekningsgrad fra VP på ca. 98 % (beregnet). Beregnet ut ifra inndata iht. SN/TS 3031:2016 samt reelle luftmengder

Kun frikjøling. Beregnet ut ifra inndata iht. SN/TS 3031:2016 samt reelle luftmengder.
Energimerke: labelA
Oppvarmingskarakter: green
Netto energibehov: 100 kWh/m2/år (NS3031)
53 kWh/m2/år passivhusstandard
Beregnet levert energi: 45 kWh/m2/år (NS3031)
28 kWh/m2/år passivhusstandard
Energikilder: Varmepumpe for oppvarming og varmt tappevann. Elektrisk energiproduksjon via solceller plassert på tak Elektrokjel for spisslast

ENERGIBUDSJETT

Ventilasjonskjøling 7 kWh/m2/år

BYGNINGSTEKNISK

Varmegjenvinneer ventilasjons 86 %

TRANSPORT

Avstand til sentrum 1600 m
Nærmeste høyfr. koll.knutepkt: 850 m
Sykkelparkeringsplasser: 63 (pr 1000 m2)

KOSTNADER OG STØTTE

29.93 MNOK
Miljøtiltak

Konstruksjon og materialbruk

For å minimere bundet energi i materialer er PH DMU er et bygg hovedsakelig i tre både i konstruksjon og overflater. Tre er en fornybar ressurs som binder Co2, hvilket gjør tre uovertruffent som miljøvennlig byggemateriale. Det har vært viktig å finne tresorter med lang holdbarhet (min. 60 år), som ikke inneholder eller er behandlet med giftstoffer. Bærekonstruksjonen er tre bindingsverk i ytter - og innervegger (konstruksjonsvirke i gran og furu). Eksponerte limtrebjelker i dekker og tak med forsterkninger i stål i store spenn . Solskiven bæres av en limtrekonstruksjon med stedvis stor utkraging og lange spenn. Solskiven og bygningskroppen virker sammen og stabiliserer hverandre.

Limtrekonstruksjonen i solskiven. Fra byggeplass:

Limtrekonstruksjon

For å understreke lesbarheten av solskiven som sammenhengende element falt valget på horisontal spilekledning i termofuru siden denne kan brukes både utvendig og innvendig, som himling, trapp/amfi og på vegg. Termofuru er er ikke tilsatt noen kjemikalier, kun vanndamp og den har lang holdbarhet. Utvendig kledning på yttervegg er stående panel, også i termofuru. Ny termofuru er brun, men over tid får den en sølvgrå patina. Grad av patina vil variere med de ulike flatenes eksponering for vær og vind og blir dermed et uttrykk for hvordan naturen virker på bygget, i tråd med tanken om bygget som pedagogisk redskap.

Innvendig er det valgt lavemitterende materialer som gir godt inneklima, hvilket er gunstig både for helse, trivsel og innlæringsevne samt bidrar til reduksjon av ventilasjonsbehovet. Voksbehandlet furupanel, voksbehandlet furufiner og malt gips på vegger, treullitt og eksponerte lintrebjelker i himlinger samt slipt betong påstøp på gulv for termisk masse.

Alle materialer bortsett fra PV panelene, PV stativene, kryssfiner og glassvegger er lokale.

Bundet energi til materialer (primærenergi).

Post

Verdi

Solcellepaneler

5,6 kWh/m2

Materialer i bygget

25,9 kWh/m2

Transport av materialer

5,9 kWh/m2

Energi til oppføring

4,7 kWh/m2

Avhending

3,2 kWh/m2

Total

45,3 kWh/m2

 

Prefabrikkert konstruksjonselement av trevirke med spikerplater - Norske Takstolprodusenters Forening (NTF)
Rockwool Flexi A-plate/ I-Plate A 0,037
Troldtekt acoustic panels - white - 25mm
EPS isolasjon (trykkfasthet 80) - EPS gruppen
Glava Proff 35 0,035
Structural timber of spruce and pine – Treindustrien
Gyproc Normal - Std Plasterboard 12,5 mm
Gyproc GUB vindtett
Windows, wooden frame with alu clad , tripleglazed – Nordan
Styrofoam - XPS glava
Norbetong Vibrerbar betong, Østfold
Steel reinforcement products for concrete – Celsa
Prefabrikkert konstruksjonselement av trevirke med spikerplater - Norske Takstolprodusenters Forening (NTF)
Glassvegg - Schuco

 

Alle materialer bortsett fra PV panelene, PV stativene, kryssfiner og glassvegger er lokale.

Armeringsstål Celsa 40 km
Betong Norbetong 36 km
Løsmasse Åsland pukkverk AS 21 km
Søyler / Bjelker stål IPOA 70 km
Limtre Jatak 185 km
Konstruksjonsvirke Moelven 46 km
Konstruksjonsvirke Jatak 185 km
Tre/alu vinduer Nordan 450 km
GU-gips Gyproc 46 km
Trekledning Woodify 400 km
Standard gips Gyproc 46 km
Trepanel Woodify 400 km
Innvendige dører Daloc 349 km
Innvendig trekledning Woodify 400 km
OSB Kronospan 46 km
EPS Glava 38 km
XPS Glava 38 km
Mineralull Glava 38 km
Treullsementplater Troldtekt 556 km
Mineralull Rockwool 38 km

 

Energi

Byggets energistrategi baserer seg på lavt varmetap, en innovativ og energieffektiv klimatiseringsløsning, energieffektive installasjoner, innovativ og høyeffektiv bergvarmepumpe for oppvarming og kjøling og produksjon av fornybar elektrisitet ved hjelp av solceller. Å kombinere ekstrem energiytelse med godt innemiljø, lav miljøbelastning og robuste løsninger på kommersielle vilkår, krever en annen tilnærming enn i tradisjonelle byggeprosjekt. Nøkkelen til å lykkes ligger i integrerte, helhetlige løsninger. Dette krever samhandling, spisskompetanse og helhetstenking fra tidlig fase i prosjektet.

Bygningskroppen er prosjektert med henblikk på å trenge minimalt med energi til oppføring og drift, og er derfor så kompakt som mulig innenfor de gitte rammer.

Ved PH DMU har byggherren sammen med prosjekteringsgruppen lagt vekt på fleksibilitet, generalitet og sambruk av lokalene. Disse valgene fører til lavere plassbehov, lavere energibehov, samt mildere tekniske krav til bygget og reduserer dermed miljøpåvirkningen fra skolen betraktelig. Foldevegger og åpne kjerneareal sørger for stor fleksibilitet og arealeffektivitet. Ventilasjonsprinsippet er tilpasset dette og er planlagt for å være mest mulig robust og tilpasningsdyktig.

Planløsningene for PH DMU tar sikte på å gjøre det enkelt å dele inn i hensiktsmessige ventilasjonssoner, og utnytte overstrømning fra mer forurensede soner til mindre forurensede. Dette reduserer det totale ventilasjonsbehovet, og dermed behovet for energi. Planløsningen er organisert slik at friskluft tilføres diffust i klasserom/cellekontor, som har overtrykk. Deretter siver luften via lyd-dempede overstrømningsventiler ut i korridor / allrom. Avtrekk skjer via toaletter, kjøkken og sentralt avtrekk i 1. et. over amfiet. Her er også åpningsbare luker for naturlig avtrekk når det ikke er behov for varmegjenvinning.

Ventilasjonssystemet er basert på fortrengningsventilasjon med ekstremt lave trykkfall over komponenter og i føringsveier. For å forenkle kanalsystemet mest mulig, og redusere trykkfall og det totale ventilasjonsbehovet, benyttes overstrømningsventiler fra soner med høy til soner med lavere prioritet. For øvrig bidrar bruk av lavemitterende materialer til ytterligere reduksjon av ventilasjonsbehovet. Pga. den svært godt isolerte og lufttette klimaskjermen er oppvarmingsbehovet særdeles lavt. Dette kan utnyttes til å forenkle oppvarmingssystemet. Oppvarming og kjøling i bygget foregår utenom driftstiden og utelukkende via ventilasjon. Det konvensjonelle oppvarmingssystemet er fjernet helt.

Energisystemene (varme, ventilasjon, kjøling og belysning) er planlagt med fokus på at det kun skal brukes energi når det er reelt behov, samtidig som antall sensorer og styringsenheter forsøkes begrenset til et minimum. Ved hjelp av sensorer måles tilstedeværelse, dagslysforhold og temperatur der det er hensiktsmessig, og systemene styres slik at luftmengde, lys og temperatur er mest mulig i samsvar med faktiske behov.

Solskiven inneholder noen av de viktige tekniske installasjonene for bygget; solcellepaneler og tekniske føringer. Hoved inntak og avkast for ventilasjon er plassert i solskiven og fungerer som en skorstein for avkastluften. Ved å orientere solskiven rett mot sør og gi den optimal helning mot solen, 33 ᵒ, oppnås maksimal effekt og utnyttelse av solcellepanelene. Solcelleanlegget på solskiven er på ca. 150 m2 og vil ha en installert effekt på 30,15 kWp. Estimert produksjon ved et normalår fra solcellene er på 32 871 MWh pr. år.

Termisk energi hentes via 2 energibrønner a 300 meter, der det sirkuleres væske i lukket krets. Den tempererte væsken utnyttes direkte til frikjøling sommerstid, og til produksjon av lavtemperatur varme vinterstid.

Basert på simuleringer av energibruk er størrelsen av varmepumpen vurdert. Varmepumpen dimensjoneres for å dekke ca. 98 % av oppvarmingsbehovet og ca. 95 % av tappevannsbehovet, resterende energibehov (spisslast) dekkes via elektrokjel. Ut ifra dette er størrelsen av varmepumpen beregnet til 12 kW, dette vil gi en effektdekning på ca. 90 %. COP faktor for oppvarming er 5,5 og for varmtvann 4,5. For optimal drift av varmepumpen benyttes varmepumpe med inverterstyring og utekompensering.

Løsningen kombinerer et høyeffektivt ventilasjonssystem basert på fortregningsventilasjon, med lavtemperatur ventilasjonsvarme via varmepumpe. PH DMU er trolig det første skolebygget i verden med denne typen oppvarmingssystem. Driftserfaringene vil derfor være av svært stor interesse og ha stor spredningseffekt.

Klimaskjermen har lave U-verdier og dokumentert god tetthet

Sentrale inndata for bygget:

Komponent

Verdi

Kommentar

U-verdi yttervegg

0,14 W/m2K

Ca. 350 mm isolasjon

U-verdi yttervegg under bakken

0,15 W/m2K

Ca. 200 mm isolasjon

U-verdi yttertak

0,09 W/m2K

Ca. 400 mm isolasjon

U-verdi gulv på grunn (ekvivalent verdi)

0,10 W/m2K

Ca. 300 mm isolasjon

U-verdi vinduer

0,75 W/m2K

3-lags energiglass med isolert karm

g-verdi vindusruter

0,07-0,50

3-lags energiglass med lystransmisjon på c. 70 % med utvendig solskjerming på solbelastet fasade

Normalisert kuldebroverdi

0,03 W/m2K

Godt prosjekterte kuldebroløsninger

Lekkasjetall (målt)

0,43 oms/t

Dokumentert god tetthet

Normalisert varmekapasitet

81 Wh/m2K

Gulv med eksponert betong

 

Energibudsjett for DMU:

Energipost

Spesifikk energibehov

Energibehov

1a Romoppvarming

0,0 kWh/m2

0 kWh

1b Ventilasjonsvarme

18,7 kWh/m2

16 568 kWh

2 Varmtvann

3,2 kWh/m2

2 835 kWh

3a Vifter

3,7 kWh/m2

3 278 kWh

3b Pumper

1,0 kWh/m2

886 kWh

4 Belysning

6,6 kWh/m2

5 848 kWh

5 Teknisk utstyr

13,0 kWh/m2

11 518 kWh

6a Romkjøling

0,0 kWh/m2

0 kWh

6b Ventilasjonskjøling

1,8 kWh/m2

1 595 kWh

Totalt netto energibehov, sum 1-6

48,0 kWh/m2

42 528 kWh

 

Levert energi for DMU:

Energipost

Spesifikk levert energi

Levert energi

Vifter og pumper

4,7 kWh/m2

4 164 kWh

Lys

6,6 kWh/m2

5 848 kWh

Utstyr

13,0 kWh/m2

11 518 kWh

Varmepumpesystem

3,0 kWh/m2

2 655 kWh

Elkjel

3,7 kWh/m2

3 239 kWh

Kjøling

0,0 kWh/m2

32 kWh

Sum levert energi

31,0 kWh/m2

27 456 kWh

Sum levert energi, eksl. utstyr

18,0 kWh/m2

15 938 kWh

 

Levert energi i drift eksklusiv utstyr er beregnet til 18,0 kWh/m2år. Med en primærenergifaktor på 2,5 gir dette primærenergi i drift på 45,0 kWh/m2år.

 

Bundet energi til materialer (primærenergi):

Post

Verdi

Solcellepaneler

5,6 kWh/m2

Materialer i bygget

25,9 kWh/m2

Transport av materialer

5,9 kWh/m2

Energi til oppføring

4,7 kWh/m2

Avhending

3,2 kWh/m2

Total

45,3 kWh/m2

  

Summen av energibruk for bygget over livsløpet på 60 år:

Powerhouse regnskap for DMU.

Energipost

Verdi

Kraftproduksjon solceller

104,1 kWh/m2

Bundet energi

-45,3 kWh/m2

Energibruk i drift

-45,0 kWh/m2

Sum energibalanse over levetiden

13,7 kWh/m2

Universell utforming

Alle byggets hovedfunksjoner er på inngangsplanet. Organiseringen er enkel og ryddig. Bygget er prosjektert i henhold til TEK10.

Andre miljøtiltak

Arbeids og undervisningsrom er plassert i byggets hjørner og har store vinduer i to retninger. Dette sikrer godt dagslys, hvilket er hensiktsmessig av helse, trivsel og innlæringsmessige årsaker, men også for å redusere behovet for energi til kunstig belysning.

Det gir samtidig brukerne mulighet til å følge lysets skiftninger gjennom dagen og året og bidrar således til kunnskap og forståelse for naturen og elementene.

Skogen fungerer som naturlig solavskjerming, men vinduer mot sør og vest er i tillegg utstyrt med utvendige screens.

Det er åpningsbare vinduer med mulighet for kryssventilering i undervisnings - og arbeidsrom.

Erfaring/konklusjon

Den tette involveringen av brukerne i prosessen har de fått et sterkt eierskap til bygget. Dette gjør at elever og ansatte behandler bygget med stor respekt og omsorg. Det er gledelig å se at hele bygget, inkludert tekniske løsninger som ventilasjonssystemet, er tatt i bruk som aktivum i undervisningen i enda større grad og på flere måter enn vi hadde forutsett.

Stram økonomi i prosjektet  gjorde at utgifter til detaljprosjektering og byggeplassoppfølging fra arkitektenes side ble redusert fra opprinnelig planlagt nivå. Dette har medført at en del overganger og detaljer er løst på byggeplass uten arkitekts involvering. Energi - og miljøambisjon har imidlertid ikke vært skadelidende.

Skolen har kun vært i drift i 3 måneder og på nåværende tidspunkt er det for tidlig å sammenligne målt energiforbruk opp mot beregnet.

Tegninger
Publisert
Naturligvis, passiv klimatisering av fremtidens energieffektive bygg - erfaringsrapport.

Skanska, Snøhetta, SINTEF Byggforsk, Futurebuilt, Avantor, Lindab, AJL, Rockfon, Acusto, Unicon, Brekke og Strand, Fokus Rådgivning, OPAK, WindowMaster, Erichsen og Horgen, finansiert av Norges Forskningsråd.
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Stephen Citrone
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Robin Hayes
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Robin Hayes
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Robin Hayes
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Stephen Citrone
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Stephen Citrone
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Stephen Citrone
Arkitekt: Snøhetta
Foto: Stephen Citrone