Tung House

Tung House

Lincoln, Massachusetts, USA | 2017 
[ cover story, SPACE magazine | SARA NY award | Archdaily feature ]

Located on a strictly preserved wooded area, this project converges with the site and environment through a zero-energy strategy. While the massing adheres to tight setback restrictions, the roof breaks free of the house’s orthogonal geometry to optimize orientation of the solar panels. At the same time, the resulting roof overhang shields the interior from hot summer sun while allowing winter sunlight in for passive heating. To minimize site disturbance, the natural site slope is used to generate a split level section that connects public, semi-public and private zones of the house with the natural surrounds.

Tung House interior
The interior space is a series of terraces that follow the natural slope of the existing topography.

 

Tung House_Diagrams animate700
The site was minimally disturbed through a split-level layout. A rotated roof on the exterior maximizes the efficiency of the solar panels while creating unique interior volumes. A parametric script developed by P:A and a Harvard research team was used to optimize the geometry of the roof and placement of windows.
tung house site plan
site plan
1st floor plan


2nd floor plan
 
tung house north side
As the north side has few opening for insulation purposes, a monolithic appearance is intentionally sought.
west-east section


south-north section
 
Overhangs produced by the solar orientation of the roof are also used to shelter openings to the surrounding landscape.
tung house entry
The double height entry connects the front and back, exterior and interior.
east elevation

west elevation
 
tung house living
The double height living area invites views of the tall trees of the preservation areas beyond. The corner doors extend the activities to an adjacent deck.
tung house kitchen
The open kitchen is the geometric and social center adjacent to the main stair.
tung house ceilingscape
The public spaces are interconnected in plan but still separated by changes in levels and differing roof profiles.
tung house stair
By matching the existing sloped site, the house is organized in half-levels creating a constant flow between spaces.
tung house mezzanin
A semi-public mezzanine craft room hovers above the more public living spaces below and acts as a transition before entering the private spaces of 2nd floor bedrooms.
tung house bath
The master bath takes advantage of the roof geometry to create a lofty place of retreat.
tung house 0473 Custom 1
As a figure in the landscape, the house is clad in white cement board panels as a full-scale diagram of the way the traditional pitched-roof typology is transformed.

 

Architect
John Hong AIA (principal in charge)
Jinhee Park (SsD), Taylor Harper, Daniel Carlson, Hyein Kim, Kiwon Jeon, Victor Michel, Yufeng
Zheng (design team)

Structural Engineer
Evan Hankin

Mechanical and Electrical Engineer
Peter Osowski, Vanguard Energy Partners

Construction
Mattos Construction

Photography
P:A

Project Info
Location: Lincoln, Massachusetts, USA
Program: Residence
Area: 285 m² + 68 m² basement

 

Tacit Struggle: Converging Architectural Experience and Sustainable Strategies
암묵적 싸움: 건축 경험과 지속가능 전략의 융합
[ published in SPACE magazine, issue 601, December 2017 | Kim Narae, editor ] 

 
 
Sustainable Strategies
1. solar hot water panels for radiant flooring
2. vented rising heat from ground floor radiant flooring
3. radiant heat supplied by solar panels
4. summer sun shaded by overhangs / winter sun allowed in for passive heating
5. roof optimized for 36 PV solar panels
6. stack ventilation on moderate days

With the recent institutionalization of sustainability earmarked by the advent of the LEED ‘scoring’ system in the mid-1990’s, there has constantly been a tacit struggle between energy performance and architectural form. An important historical detail is that LEED’s early founders were scientists, not architects, even as they sought broad-based consensus across disciplines. In this way ‘building science’ has accelerated as an autonomous discipline shaping sustainable architecture, and its major components of envelope and mechanical systems have become its most powerful signifiers. Exposed solar panels and super-insulated walls have come to represent architecture’s advocacy of environmental design as an ‘agenda,’ becoming a kind of semantic stand-in for the politics that the building represents.

In an attempt to reclaim architecture’s position in generating form and refining typology, Tung House converges active and passive sustainability strategies with architectural sequence and space in the creation of a zero-energy dwelling. Located on a strictly regulated and preserved wooded area in Massachusetts, the double challenge was to preserve the existing physical conditions of the site while maximizing the potential for energy generation in a northerly climate where sunlight is less abundant.

Because of ‘buffer zones’ protecting the wetlands near the property, the relatively large parcel of land contained only a small buildable area. While the building massing adheres to these tight setback restrictions, the roof breaks free of the orthogonal geometry to optimize the orientation of the solar panels for the active generation of electricity and hot water. The 36 PV panels provide over 9-kW of power in the summer providing an excess of energy that is then transferred back into the municipal power grid. In the wintertime where less sunlight is available, the system equalizes the use of energy by also relying on 3 hot-water solar panels that provide the heating for the hydronic radiant floor systems.

The specific calibration of the roof overhangs also provides passive energy solutions: Their geometry shades the interior from the summer sun while allowing winter sunlight in for supplemental heating. In terms of the building profile, decoupling the roof geometry from the building mass creates a new typological variation of the traditional pitched roofs seen in the area. Viewed from the entry, the massing appears as a compact ‘barn-like’ profile, while from the backyard the same roof appears as cantilevered wings that provide shelter for social activities connecting house and landscape.

As the city ordinance strictly limited disturbing the existing site, the orientation of the massing also minimizes excavation. The section of the house follows the site’s natural contours, creating a split-level condition of half-levels. The result is a continuous experience from public, semi-public, and private spaces. As one enters, a view directly connects the front of the house to the preserved natural landscape of the backyard. An open stair becomes the communicating core of the house: A half-level down takes one to a large loft-like public area containing living, kitchen, dining, and play areas. These directly connect to the landscape through large swing doors that erode the corners of the room. Meanwhile, a half-level up connects to a hovering mezzanine with a craft and play area that is visually connected to but private from the living areas directly below it.

Even as the house is open, rather than presented as one undifferentiated volume, the ceiling height varies drastically, defining diverse areas of use. At the upper levels, the rotated roof creates dynamic relationships between the regularity of rectangular rooms and the irregularity of the varied ceiling planes. It constantly and subtly ‘unsettles’ the occupant, suggesting varying perspectives, movements, and lighting conditions that change with one’s specific position.

Beyond the experiential level, the section is also integral to the passive and active ventilation strategies. In the summer months, natural cooling is provided by stack ventilation where automated skylights draw cooler air from the lower regions of the house releasing the hotter air through the roof. Similarly, in the winter, the system is engineered so that radiant flooring only needs to be provided on the lower levels: Rising heat is vented to the upper private level through low-energy consuming fans rather than large ducted systems. The implementation of this optimized HVAC system is critical not only for a zero-energy result but in also minimizing construction costs.

Instead of the incorporation of sustainable strategies separately applied to the architecture after the architectural logic of the project is set, the Tung House is a small-scale example of how the convergence of building science and spatial relationships can create something more than the sum of its parts. Through simultaneously solving site conditions, patterns of use, and energy optimization, a new synthesis can be produced beyond either the autonomous architectural project or the successful implementation of sustainable strategies. In the case of the Tung House, the decoupling of the roof from the programmatic volume aims to extend both technical and experiential aspects. For the former, active solar performance and the use of daylighting for passive energy is optimized. For the latter, the typological ‘play’ of the traditional pitched roof form is turned into something slightly odd or incidental that transforms expectations when viewed from the exterior. From the interior, the roof form creates differentiation and subtle discontinuity within an otherwise open volume.

1990년대 중반 LEED에서 건축물의 친환경 설비들에 대한 점수 계산식 시스템을 도입하면서 친환경 건축이라는 개념이 제도적으로 정립되기 시작하였다. 그리고 이 과정 속에는 에너지 효율과 건축적 형태 사이의 끊임없는 무언의 갈등이 존재해왔다. 비록 여러 분야들 간의 논의를 통해서 그 기준이 수립된 것이라 해도, LEED의 초창기 설립자는 건축가가 아닌 과학자들이었기 때문에, 건축의 담론, 규범과의 갈등이 필연적으로 생겨난 것이다. ‘건축공학’이라는 분야가 친환경적인 건물들의 형태를 결정하고 있으며, 외피와 기계 설비 시스템이 이를 말해주는 지표가 되어버렸다. 태양광 패널과 강력한 단열 벽체는 그 건물이 이러한 오늘날의 추세를 따르고 있다는 강력한 증거가 되었으며, 그 건물이 표상하는 가치를 대변하는 상징과 같은 역할을 하게 되었다.

건축의 본연의 역할이 형태를 만들어내고 유형을 찾아내는 것이라는 점을 다시 주장하기 위해서, 텅 하우스는 기계식과 자연식 친환경 설비들이 건축적 공간 경험과 결합되어 있는 새로운 방식의 제로 에너지 주거를 표방하고 있다. 사이트가 매사추세츠주의 엄격한 규제로 보호받고 있는 삼림지역에 위치하고 있기 때문에, 지역이 가지고 있는 기존의 물리적 환경을 보호하는 동시에, 태양광이 충분하지 않은 미북부 지역의 기후에 대응하여 에너지 생산해내는 것이 디자인에 있어 두가지 관건이었다.

필지 주변의 습지 보호를 위한 ‘버퍼존’ 때문에, 상대적으로 큰 규모의 대지임에도 불구하고 실제로 건물을 지을 수 있는 영역은 극히 제한적이었다. 따라서 건물이 건축후퇴선에 가까이 붙어 배치될 수밖에 없었기에, 지붕을 직교 좌표 상에서 분할하여 전기와 온수를 위한 태양광 패널이 최대한의 햇빛을 받을 수 있도록 하였다. 여름의 경우 36개의 PV 패널들은 9킬로와트가 넘는 전력을 생산해내며, 남는 전력은 도시의 전력망으로 흘러들어 간다. 겨울에는 태양광의 양이 적기 때문에, 3개의 온수 발전 태양광 패널을 통해서 이를 충당하며, 여기서 발생된 온수는 건식 바닥 온수 난방에 사용된다.

세밀한 계산을 통해서 돌출된 지붕들은 패시브 에너지 공급 또한 담당한다. 여름에는 지붕이 집 안으로 태양빛이 들어오는 것을 막으면서, 겨울에는 집 안을 충분히 따뜻하게 할 정도로 빛이 들어올 수 있게 디자인되어 있기 때문이다. 건물의 매스와 분리된 지붕이 만들어내는 건물의 프로필을 보면 이것이 전통적인 박공지붕의 새로운 유형을 제시하고 있다는 것을 알 수 있다. 입구에서 바라보면 건물이 전체적으로 작은 헛간처럼 보이지만, 같은 지붕을 뒷마당에서 바라보면 이들이 캔틸레버로 뻗어 나와 야외활동을 위한 그늘을 제공하며 집과 주변 자연경관을 연결시킨다.

시 조례가 기존 대지를 강력하게 보호하고 있었기 때문에 건물 매싱 또한 이를 최대한 훼손하지 않는 방향으로 계획되었다. 건물의 단면은 대지 본래의 지형을 따르고 있으며, 건물은 이에 따라 반층 단위로 나누어진다. 이러한 반층 구조는 실내에서 공적 공간, 반 공적 혹은 반 사적 공간, 그리고 사적 공간의 연속적인 연결을 가능하게 한다. 건물에 진입하는 순간 곧바로 건물의 정면과 함께 반대편의 자연 경관이 한눈에 들어온다. 개방된 계단실은 거주자들을 위한 소통의 교점이 되며, 계단을 따라 반층 아래로 내려가면 로프트와 같은 넓은 공용 공간을 마주하게 된다. 이곳에는 거실, 부엌, 주방, 그리고 놀이 공간이 위치하고 있으며, 방 모서리의 큰 스윙 도어가 실내외의 경계를 흐리면서 두 공간을 연결시킨다. 반면 반층 위로 올라가게 되면, 수공예와 놀이 공간이 위치한 부유하는 듯한 중층에 이르게 된다. 이 중층은 바로 아래의 거실과 시각적으로는 연결되어 있지만 그 상대적 높이 차이가 사적인 느낌을 보호해준다.

실내는 같은 높이의 일체화 된 덩어리가 아닌, 다양한 층고의 공간들을 각 공간의 쓰임새를 만들어낸다. 건물 상층부에는 지붕의 방향에 따라 만들어진 다양하고 불규칙적인 천장 면들과 규칙적인 사각형의 방들이 극적인 조화를 이루고있다. 이러한 구성은 거주자들을 계속해서 ‘움직이게’ 만들며, 집 안에서의 위치에 따라 다양한 시점과 동선, 그리고 채광 환경을 경험할 수 있도록 유도한다. 또한 이런 경험적 차원을 넘어서, 건물의 단면은 자연 환기와 강제 환기 시스템이 결합된 공학적 결과물이다. 여름에는 태양빛을 받은 상부의 공기가 밖으로 나가면서 연돌효과에 의해 집안의 차가운 공기가 위로 상승하게 된다. 마찬가지로 겨울에는 바닥 복사 난방이 오직 저층부에만 필요하게끔 설계되었다. 바닥에서 나온 열이 저전력 팬을 통해서 상층부의 개별 공간들로 퍼져나가기 때문이다. 따라서 거대한 배기 시스템이 불필요하다. 이 최적화된 냉난방 및 환기 시스템은 제로에너지 주택을 위해서도 중요하지만, 전체적인 공사비용을 절감하는데도 많은 도움을 준다.

텅 하우스는 건물 자체의 건축적 논리가 이미 결정된 후에 건물의 친환경 설비 계획을 부차적으로 적용하는 방식에서 벗어나, 건축 공학과 건축 공간이 이들의 단순 합을 넘어서는 무언가를 어떻게 만들어낼 수 있는 지를 보여주는 작은 예시이다. 대지 조건, 생활 방식, 그리고 에너지 최적화 문제를 통합적으로 해결하려는 시도 속에서, 단순히 자율적인 건축적 프로젝트나 성공적인 친환경 설계를 뛰어넘는 새로운 통합적인 결과물이 생산될 수 있었다. 이 경우 텅 하우스는 지붕을 건물의 본체에서 분리시킴으로써 더욱 공학적이면서도 높은 미적 효과를 얻어내고자 하였다. 기능적으로 태양광 패널의 발전력과 자연 냉난방을 위한 일조량을 조절하는 데에 최적화 되어있으면서도, 새로운 유형을 위한 ‘실험’으로서 전통적인 박공지붕의 형태에 변화를 주어 실내외에서 각기 다른 감상을 자아내는 것이다. 지붕을 밖에서 보았을 땐 기대와 달리 어딘가 어색하고 우연적인 느낌이 강조되면서도, 실내에서 올려다 본 지붕은 개방적인 내부에선 볼 수 없는 시각적 변주와 미묘한 불연속성을 연출한다.

– translated by Lee Youngju
– 번역 이영주