Kiezen voor een zware draagstructuur
Voor gebouwen en vertrekken die langdurig worden gebruikt (bijvoorbeeld de woonkamer of de kinderkamer in een woning), vertrekken die veel zon ontvangen en ruimtes met een aanzienlijke interne warmteproductie gaat de voorkeur uit naar een zware structuur met massieve binnenmuren, holle elementen van beton of ruwe aarde enz., ook indien de gevels uit lichte materialen zijn opgetrokken.
Voor residentiële gebouwen adviseren we ten minste een 'halflichte' constructie te hanteren. Voor dit type constructie en voor ‘halfzware' constructies heeft de ontwerper de vrijheid om horizontale of verticale en schuine massieve constructie-elementen te gebruiken.
Zoals hierboven vermeld heeft deinertie van de vloerplaat degrootste impact op het thermisch comfort. Het is dus aanbevolen om allereerst het accent te leggen op de thermische massa van de horizontale constructie-elementen. Let op: deze horizontale elementen mogen niet door binnenisolatie worden afgedekt en moeten een massa van minstens 100 kg/m² hebben (gemeten van binnenuit tot aan de luchtlaag of laag met een thermische geleidbaarheid van minder dan 0,2 W/m.K) om in de zin van de EPB-regelgeving als massief te worden beschouwd.
Om een orde van grootte aan te geven: de λ-waarde van een pleisterachtige droge afwerkingslaag tussen twee lagen karton met een dichtheid van minder dan 800 kg/m³ is ca. 0,22 W/(m.K). Bepaalde typen linoleum hebben eveneens een thermische geleidbaarheid van ca. 0,2 W/(m.K). Tegels en steengoed hebben een thermische geleidbaarheid van ca. 1,2 – 1,6 W/(mK).
Bij "halflichte" constructies moet 50 tot 90% van de constructie-elementen (horizontaal of verticaal en schuin) massief zijn. Bij 'halfzware' constructies stijgt dit percentage tot minstens 90%.
Bij "zware" constructies wordt naar alle constructie-elementen gekeken, zowel horizontaal als verticaal en schuin. Minstens 90% van alle constructie-elementen (horizontaal en verticaal en schuin) moet dan massief zijn.
Voor kantoorgebouwen wordt voor de constructie-elementen gemikt op een specifiek thermisch vermogen van meer dan 55 kJ/(m².K). Dat is de standaardwaarde die binnen de EPB-methode wordt gebruikt; bij de berekening van de koelingsbehoefte werkt dit relatief ongunstig. Het accent ligt opnieuw allereerst bij de horizontale wanden (vloer/plafond); daarna wordt naar de verticale structuurelementen gekeken.
Voor gebouwen met variabele bezetting moet worden onderzocht of het zinvol is de thermische inertie te beperken, zowel wat de structuur als wat de afwerkingselementen betreft. Zo kan een te lange opwarmtijd bij gebruik van het gebouw worden vermeden. Bij deze evaluatie moet in gedachten worden gehouden dat bij een lage thermische inertie voor elementen moet worden gezorgd die de warmteproductie verminderen (in de eerste plaats zonwering) om het zomercomfort te garanderen.
Onderstaande tabel geeft de λ-waarde, de dichtheid, de specifieke warmte en het thermisch vermogen van een reeks veel gebruikte structuurelementen weer.
Thermische prestaties van structuurmaterialen
| Materiaal | Thermische geleidbaarheid (λ-waarde) [W/(m.K)] | Dichtheid [kg/m³] | Specifieke warmte [J/(kg.K] | Thermisch vermogen [kJ/m³.K] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Structuurmaterialen | ||||||
| Blokken kalkzandsteen | 0,91 | 1.800 | 1.000 | 1.800 | ||
| Normaal gewapend beton | 2,5 | 2.400 | 1.000 | 2.400 | ||
| Holle betonblokken | 1,15 | 1.800 | 1.000 | 1.800 | ||
| Aluminium profielen | 160 | 2.800 | 880 | 2.464 | ||
| Massief houten balken | 0,13 | 600 | 1.600 | 960 | ||
Bron: "Choix des matériaux , Eco-bilan des parois" Architecture et Climat, 2010
Er wordt steeds geprobeerd materialen te gebruiken met een zo hoog mogelijk thermisch vermogen. De link met de EPB-waarden wordt eenvoudig gelegd door naar de dikte van het gebruikte materiaal te kijken.
De toegankelijkheid van de thermische massa van de constructie-elementen behouden en
Kiezen voor afwerkingselementen met een zo beperkt mogelijke isolerende werking
Nadat is bepaald welke wanden massief zullen zijn, moet ervoor worden gezorgd dat deze massa in contact komt met de omgevingslucht.
In het kader van de EPB-regelgeving houdt de definitie van 'massief constructie-element' rekening met de volgende elementen:
Voor woningen: er wordt rekening gehouden met de aanwezigheid van isolatiemateriaal. De massa van het constructie-element wordt berekend vanaf de binnenkant tot aan een luchtlaag of een laag met een thermische geleidbaarheid van minder dan 0,20 W/(m.K). Indien sprake is van binnenisolatie wordt de massa van het constructie-element dus als nul beschouwd.
Voor kantoor- en schoolgebouwen hangt de definitie af van de gebruikte berekeningsmethode :
Voor de vereenvoudigde methode wordt rekening gehouden met de aanwezigheid van een gesloten verlaagd plafond en/of verhoogde vloer. Onderstaande tabel geeft een overzicht van het specifiek thermisch vermogen per gebruikte m² waarmee rekening wordt gehouden voor de massa van de vloer.
Minimummassa van de vloerstructuur per gebruikte oppervlakte-eenheid (kg/m²) Effectief thermisch oppervlaktevermogen per gebruikte oppervlakte-eenheid Gesloten verlaagd plafond en verhoogde vloer Gesloten verlaagd plafond of verhoogde vloer Geen gesloten verlaagd plafond of verhoogde vloer < 100 55 55 55 100 tot 400 55 110 180 > 400 55 180 360 - Een verlaagd plafond wordt als gesloten beschouwd wanneer netto minder dan 15% van de plafondoppervlakte open is.
EPB-regelgeving – vereenvoudigde methode
Het effectief thermisch vermogen van de energiesector i, Cseci, in kJ/K, wordt zoals volgt bepaald op basis van de massa van de vloer:
Cseci = ΣjDj.Af,sec i,j
Waarbij
- Dj het specifieke effectief thermisch vermogen in kJ/(m².K), overgenomen uit bovenstaande tabel (De standaardwaarde is 55 kJ/(m².K)).
- Af,sec i,jkomt overeen met de gebruikte oppervlakte van deel j van de energiesector i, in m².
Alle j-gedeelten moeten bij elkaar worden opgeteld; het geheel daarvan vormt de gebruikte oppervlakte van sector i.
- Voor de gedetailleerde methode wordt rekening gehouden met de actieve massa van alle structuurelementen. Om deze actieve massa te berekenen wordt rekening gehouden met de volgende parameters:
- De volumieke massa van het materiaal
- De specifieke warmte van het materiaal
- De actieve dikte van het materiaal
- De oppervlakte van het constructie-element
EPB-regelgeving – gedetailleerde methode
Het effectief thermisch vermogen van de energiesector i, Cseci, in kJ/K, is de som van de actieve massa van alle structuurelementen die zich in energiesector i bevinden of die omgeven. De niet-dragende binnenmuren worden niet in aanmerking genomen. De som ziet er als volgt uit:
Cseci = Σkρk.ck.dk.Ak
Waarbij
- ρk is de volumieke massa van het materiaal k, in kg/m³
- ck is de specifieke warmte van het materiaal k, in kJ/kg.K
- dk is de effectieve dikte van het materiaal k, in m, bepaald als de dikte van het constructie-element,
mits de thermische weerstand van het constructie-element, loodrecht berekend vanaf de binnenoppervlakte, lager is dan 0,25 m².K/W,
dk niet meer is dan 100 mm en niet meer dan de helft van de totale dikte van de constructie uitmaakt
en bij structuren met zwevende plafonds waarvan minstens netto 15% van de oppervlakte open is, deze niet wordt meegerekend bij de bepaling van de thermische weerstand van het constructie-element vanaf de binnenoppervlakte,
- Ak is de oppervlakte van het constructie-element k, in m².
Alle k-constructie-elementen die zich binnen de energiesector bevinden of die omvatten, worden bij elkaar opgeteld, behalve de niet-dragende muren.
Er moet worden gezorgd voor voldoende contactoppervlakte tussen de zware constructie-elementen en de omgevingslucht om een goede accumulatie en een goede afgifte van de warmte of koelte te verzekeren.
Concreet gebeurt dit door:
- isolerende vloerbekledingen te vermijden (parket, vloerbedekking, tapijt, verhoogde vloeren en in mindere mate vinyl en linoleum). Jammer genoeg voelen massieve materialen die worden aangeraden voor de vloerbedekking (tegels, afgestreken vloerplaten enz.) koud en oncomfortabel aan als men er met blote voeten over stapt. Dit kan niet worden vermeden en zal er sommige bouwmeesters toe aanzetten om de voorkeur te geven aan thermische massa's in andere wanden dan de vloer.
- de uitrustingen in andere oppervlakken onder te brengen (kabels, leidingen enz.). In kantoren bijvoorbeeld is het mogelijk om verlaagde plafonds te voorzien die slechts een deel van het plafond bedekken (EPB-criterium van netto 15% van het plafond). In zo'n geval is een convectiebeweging tussen het verlaagde plafond en de binnenzijde van de plaat mogelijk.
De thermische massa van het plafond is toegankelijk doordat de verlaagde plafonds slechts gedeeltelijk aanwezig zijn
Onderstaande tabel geeft de λ-waarde, de dichtheid, de specifieke warmte en het thermisch vermogen van een reeks veel gebruikte structuurelementen weer.
Thermische prestaties van isolatie- en afwerkingsmaterialen
| Materiaal | Thermische geleidbaarheid (λ-waarde) [W/(m.K)] | Dichtheid [kg/m³] | Specifieke warmte [J/(kg.K] | Thermisch vermogen [kJ/m³.K] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Isolatiematerialen | ||||||
| Hennepvezelplaat | 0,04 | 45 | 1.550 | 69,75 | ||
| Houtvezelplaat | 0,04 | 160 | 1.470 | 235,2 | ||
| Cellulosekussen | 0,04 | 70 | 1.900 | 133 | ||
| Kurkplaat | 0,04 | 120 | 1.700 | 204 | ||
| Geëxpandeerd perliet | 0,057 | 90 | 900 | 81 | ||
| Steenwol | 0,035 | 100 | 1.030 | 103 | ||
| Piepschuim | 0,035 | 30 | 1.450 | 43,5 | ||
| Polyurethaan | 0,025 | 40 | 1.400 | 56 | ||
| Afwerkingsmaterialen | ||||||
| Marmer | 3,5 | 2.800 | 1.000 | 2.800 | ||
| Gepolijste betonnen vloer | 2 | 2.275 | 1.000 | 2.275 | ||
| Linoleum | 0,17 | 1.700 | 1.400 | 2.380 | ||
| Steengoedtegels | 1,20 | 2.000 | 1.000 | 2.000 | ||
| Houten vloer | 0,13 | 600 | 1.600 | 960 | ||
| Kleipleister | 0,8 | 1.800 | 1.000 | 1.800 | ||
| Gipspleister | 0,57 | 1.200 | 1.000 | 1.200 | ||
| Gipsvezelplaten | 0,32 | 1.150 | 1.100 | 1.265 | ||
| Gipskartonplaten | 0,25 | 900 | 1.000 | 900 | ||
Bron: "Choix des matériaux , Eco-bilan des parois", Architecture et Climat, 2010 en Fiche 3.6 van de "Guide pour la construction de logements individuels durables" © Architecture et Climat.
Er wordt steeds geprobeerd materialen te gebruiken met een zo hoog mogelijk thermisch vermogen. De link met de EPB-waarden wordt eenvoudig gelegd door naar de dikte van het gebruikte materiaal te kijken.
Bovenstaande tabel laat ook zien dat de isolatiematerialen met een hoog thermisch vermogen meestal "ecologische" materialen zijn. Indien isolatie is vereist (bijvoorbeeld omdat de regels dat voorschrijven), moet worden geprobeerd dit type isolatiemateriaal te gebruiken, want dat geeft de wanden ondanks alles een zekere thermische inertie.
Vertrekken met variabele bezetting
In een ruimte waar enkel ‘s nachts mensen zijn, zoals een slaapkamer voor volwassenen, moet de inertie zwak zijn om de warmte die overdag wordt opgeslagen in de materialen te beperken en om de omgevingstemperatuur snel te doen dalen (door de warme lucht te verversen met aanvoer van verse buitenlucht). Andersom is in een ruimte die overdag wordt ingenomen inertie belangrijk om de warmte die overdag aanwezig is in de materialen te absorberen en zo temperatuurpieken te beperken. De opgeslagen warmte wordt dan ‘s nachts geleidelijk verwijderd.
In een lokaal waar slechts nu en dan iemand aanwezig is, kunnen isolatiematerialen een nuttige rol vervullen. De inertie verhoogt in feite de tijd om de ruimte tijdens de winter op temperatuur te brengen. Lokalen die slechts nu en dan bezet zijn, moeten niet permanent worden verwarmd. De opstartduur zal dus een belangrijke beheerparameter zijn in deze ruimtes. Voor dit soort bezettingsgraad is het voor het comfort van de aanwezigen beter om de voorkeur te geven aan lichte constructies, die sterk geïsoleerd zijn, die snel op temperatuur kunnen worden gebracht na een periode zonder verwarming wanneer het lokaal niet wordt gebruikt. Omdat er geen inertie is, is het bijzonder belangrijk om dit type lokaal goed te beschermen tegen de zomerzon.
Interactie met de technische installaties in het gebouw: activering van de betonnen kern
Door de thermische inertie van het gebouw toegankelijk te houden, kan hier gebruik van worden gemaakt voor de toegepaste technische installaties. Zo maakt de activering van de betonnen kern het mogelijk de accumulatiecapaciteit van de betonmassa voor warmte of koelte te gebruiken om het thermisch comfort te verzekeren (verwarming en koeling).
Zie dossier | Verwarming en sanitair warm water: efficiënte installaties garanderen (distributie en afgifte)
Het zomercomfort nagaan via dynamische simulatietools
Voor ten minste de vertrekken met een hoge interne thermische belasting moeten dynamische thermische simulaties worden gerealiseerd. Dit geldt bijvoorbeeld voor kantoren: daar moet het zomercomfort worden gesimuleerd. De gebruikte dynamische simulatietool moet rekening kunnen houden met de inertie van de gebruikte materialen.
Zo kan het comfort in kritieke vertrekken worden geëvalueerd, rekening houdend met de thermische faseverschuiving die door de massa van het gebouw wordt gecreëerd. Deze faseverschuiving is met name zichtbaar wanneer gebruik wordt gemaakt van nachtventilatie.
In situaties waarin een gedetailleerde thermische simulatie niet haalbaar is (voor kleine projecten bijvoorbeeld), kan gebruik worden gemaakt van software om het comfort in de vertrekken op een meer gestandaardiseerde manier te beoordelen. Deze software kan laten zien in welke vertrekken een risico op oververhitting bestaat. Het ontwerpteam kan het project dan eventueel aanpassen (optimalisatie van de glazen oppervlakken, toepassing van zonwering…). Deze tools bieden echter geen gedetailleerd beeld van het thermisch gedrag van het gebouw. Het is daarom moeilijk om te beoordelen of passieve koeling een mogelijkheid is. Voor dit laatste punt vormt de gedetailleerde thermische simulatietool vaak de enige optie.
