Beperken van de zonnewinsten

Een gebouw wordt steeds blootgesteld aan de zon en heeft bijgevolg in hoofdzaak via de ramen zonnewinsten. Afhankelijk van het type gebouw en het seizoen zullen deze zonnewinsten bijdragen tot de vermindering van de warmtebehoefte (nuttige zonnewinsten) of de verhoging van de energie nodig voor koeling (niet-nuttige zonnewinsten).

• in woongebouwen zijn zonnewinsten vaker nuttig, wegens de beperkte interne warmtewinsten (bezetting, toestellen)
• in kantoorgebouwen zijn zonnewinsten vaak niet nuttig (ook niet in het tussenseizoen), wegens de hoge interne warmtewinsten (bezetting, toestellen)

Bij het ontwerp van een gebouw is het de verantwoordelijkheid van de ontwerper om ervoor te zorgen dat zonnewinsten op nuttige tijden en plaatsen kunnen binnenkomen en anders worden vermeden.

De parameters die de ontwerpers ter beschikking hebben om hieraan tegemoet te komen zijn:

• oriëntatie van het gebouw en de openingen in de gevel;
• grootte en vorm van de openingen in de gevel;
• keuze van de beglazing en zonwering van de openingen in de gevel.

Optimaliseren van de oriëntatie van het gebouw en de openingen

De blootstelling aan zonlicht is afhankelijk van de datum, het tijdstip en oriëntatie, zoals wordt weergegeven in onderstaande grafiek.

© Leefmilieu Brussel

De effecten van blootstelling aan de zon

Elke hoofdwindrichting heeft zijn specifieke effecten:

• Zuid: het hoogteverschil van de zon tussen zomer (hoog) en winter (laag) is hier het grootst. Een zuid-gericht venster krijgt meestal meer zonnestralen dan andere oriëntaties, met een maximum in de herfst. In de zomer beperkt de hoogte van de zon de stralingsdichtheid op een verticaal oppervlak.
• Oost of west : het venster ontvangt heel weinig zonnestralen in de winter, iets meer in het tussenseizoen en maximaal in de zomer. Deze windrichtingen zijn gekenmerkt door de lage positie van de zon het hele jaar door. Daarom zijn ze niet geschikt voor horizontale raampartijen en bevatten ze een groot verblindingsrisico omdat de zon ver licht geeft.
• Noord: hier is geen enkel direct zonlicht (een indirecte zonnestraling is wel aanwezig).
• Het venster in een horizontaal vlak krijgt een maximum aan energie in de zomer. In totaal krijgt dit soort venster het meeste irradiatie doorheen het jaar.

Aanbevelingen om de blootstelling aan de zon te optimaliseren

• Ligging van de vertrekken  binnen het gebouw (de vochtige vertrekken kunnen bijvoorbeeld aan de noordzijde worden geplaatst en de woonvertrekken aan de zuidzijde);
• Verkies een Noord zuid oriëntatie indien mogelijk. Zonnewinsten op zuid geörienteerde ramen zijn makkelijker weg te werken zijn op oost en west geöriënteerde ramen. Onderstaande figuur toont dat bij een Zuid-geöriënteerde gevel de zonnewinsten in de zomer goed afgeblokt kunnen worden met een luifel, terwijl in de winter de zonstraling bijna volledig kan komen. In het tussensiezoen komt de zonnestaling deels binnen. Dit is enkel zo voor de Zuid oriëntatie gezien de zon op deze oriëntatie haar hoogste stand bereikt. Oost- en Westgevels worden gans het jaar door geconfronteerd met lage zonnestanden (van de opkomende of ondergaande zon).

Onderstaand schema laat zien dat bij een zuidgevel de zonnewinsten in de zomer kunnen worden geblokkeerd met een luifel, terwijl de zonnestraling in de winter volledig kan doordringen.

© Leefmilieu Brussel

Zie verderop voor de afmetingen van de luifels.

De afmetingen en vorm van de openingen kiezen

De afmetingen en vorm van de openingen hangen nauw samen met de keuze van de beglazing en de zonnewering. Een hoogwaardige zonnewering biedt meer keuzevrijheid wat de afmetingen van de vensters betreft. Wel kunnen enkele algemene aanbevelingen worden gedaan:

• Vermijd grote glazen oppervlakken , tenzij:

  • ze in de winter echt nodig zijn vanuit thermisch oogpunt;
  • ze voldoende kunnen worden beschermd in de zomer;
• Bepaal voor elke ruimte de  verhouding van de beglazing  ten opzichte van het vloeroppervlak om een voldoende hoeveelheid natuurlijk licht te garanderen volgens de comfortcriteria die voor het project zijn vastgelegd of ten minste volgens de reglementaire vereisten van de  GSV ;
• Geef bij hetzelfde beglazingsoppervlak de voorkeur aan  ramen met een steunmuur  boven ramen die tot op de vloer doorlopen (het onderste deel van het raam laat weinig licht binnen);
• Kies  een groot raam  in plaats van meerdere kleine ramen om de verhouding van de beglazing ten opzichte van de kozijnen te vergroten;
• Plaats vertrekken met  aanzienlijke interne winsten  (kantoren, vergaderzalen, klaslokalen enz.) aan de noordzijde of kies in deze vertrekken, indien mogelijk, voor openingen op het noorden;
• Plaats vertrekken met een  hoge warmtebehoefte  (woonvertrekken) aan de zuidkant van het gebouw of kies in deze vertrekken, indien mogelijk, voor openingen op het zuiden (tenzij de omgeving veel schaduw biedt);
• Kies voor  zijdelingse openingen  (verticaal) in plaats van zenitale openingen (horizontaal). Met name de zonnewinsten van dakramen zijn zeer hoog en moeilijk te beheersen. Deze openingen zijn daarom problematisch in termen van oververhitting. Bovendien hebben ze nadelen op het gebied van warmtewinsten. Ze moeten daarom in het project worden vermeden. In de winter is de stralenbundel van dakramen kleiner dan in de zomer, in tegenstelling tot verticale beglazing, die in de winter een bredere stralenbundel doorlaat;
• Een  verticaal beglaasde dakkapel  biedt een alternatief voor horizontale dakramen. Doordat de ramen verticaal zijn, laat dit type constructie in de winter een bredere bundel binnen dan in de zomer.

© Leefmilieu Brussel

• Vermijd grote glasoppervlaktes, tenzij (a) ze echt nodig zijn (via de warmtebalans aangetoond) om tijdens de winter voldoende warmte ‘op te vangen' en (b) ze tijdens de zomer voldoende afgeschermd kunnen worden (met zonwering).
• Bepaal per oriëntatie het aandeel oppervlakte beglazing t.o.v. oppervlakte geveldeel. Dit wordt bepaald door de noodzaak aan zonnewinsten en door de noodzaak aan daglicht. Elke gevel zal voor elk type lokaal een optimum hebben inzake zonnewarmte en daglicht binnenlaten en zonnewarmte en daglicht weren, al dan niet seizoensafhankelijk via zonwering.
• Bepaal per raam van een gebruiksruimte het aandeel beglazing t.o.v. de vloeroppervlakte. Dit i.f.v. de garantie op voldoende daglicht voor ‘gebruiksruimten'. Hiervoor legt de Gewestelijke Stedenbouwkundige Verordening (GSV) een minimale glasoppervlakte op die voor verticale ramen overeen komt met 20% van de vloeroppervlakte van het lokaal en voor daklichten met minimaal 1/12 van de vloeroppervlakte.
• Voor eenzelfde oppervlakte zullen ramen met een borstwering meer daglicht binnenlaten dan ramen tot op de grond. Hoe beter de vorm en positie van de ramen hoe minder oppervlakte men voor daglicht nodig heeft en hoe beter men de zonnewinsten reeds kan beheersen.
• Voor eenzelfde raamoppervlakte hebben bv. 2 kleine ramen doorgaans meer profiel en minder beglazing dan 1 groot raam.

De zontoetredingsfactor van de beglazing kiezen

Ook afgezien van de afmetingen en vorm van de openingen vormen ramen, dakkapellen, dakramen enz. een belangrijk onderdeel van het ontwerp van het gebouw. De kenmerken van deze openingen (maar gedeeltelijk ook hun afmetingen en vorm) worden in het ontwerp bepaald door een hele reeks parameters (contact met de buitenwereld, zonnewinsten, natuurlijk licht, risico op oververhitting enz.). De verschillende aspecten van de beglazing zijn schematisch weergegeven in onderstaande figuur.

Verschillende ontwerpoverwegingen bij de glaskeuze

© Leefmilieu Brussel

Combinatie van de zontoetredingsfactor en de lichttoetredingsfactor voor beglazingen

In de context van de beperking van de warmtewinsten hebben twee parameters van de beglazing een bijzonder belang: de zontoetredingsfactor (g) en de lichttoetredingsfactor (LTA). Het belang van de thermische prestaties van de beglazing en van andere constructieparameters van de beglazing is minder groot.

© Leefmilieu Brussel

Deze grafiek geldt voor gebouwen met een reële warmtebehoefte (dat wil zeggen de meeste gebouwen) en laat zien dat in de winter een hoge en in de zomer een lage zontoetredingsfactor optimaal is. Een hoge lichttransmissie is steeds zinvol. Als men enkel kiest voor beglazing, zonder zonwering, is men het ganse jaar door gebonden aan eenzelfde zonnefactor (g-waarde). Men zal deze dan selecteren op basis van de warmtebalans. Een bepaalde g-waarde zal een optimum geven tussen de g-waarde en de energievraag in de winter en het discomfort in de zomer.

Door middel van zonwering kan men evenwel de g-waarde aanpassen in functie van het seizoen of de omstandigheden die dag, uur of minuut. Zoals hoger reeds aangegeven spreekt men dan van een gecombineerde g-waarde van de beglazing in combinatie met zonwering. Men kiest dan voor heldere beglazing met een hoge g-waarde om in de winter veel zonnewinsten te hebben en in de zomer voor een zonwering die de g-waarde doet dalen. Dit zal een gunstiger optimum geven voor de energievraag en het zomercomfort dan enkel beglazing.

Paramètres énergétiques des principaux types de vitrage

Energetische parameters van verschillende types beglazing

De zontoetredingsfactor (factor g) kan worden verbeterd door een combinatie van beglazing met zonnewering (en de totale factor g kan op die manier eventueel dynamisch worden gemaakt). Optimalisatie in het kader van de warmtebalans maakt het mogelijk om de mate van bescherming te bepalen die de zonnewering moet bieden om het gebruik van actieve koeling te vermijden. De voornaamste conclusies van de warmtebalans kunnen als volgt worden samengevat:

• dynamische zonnewering (gebaseerd op interne en externe sensoren) biedt altijd het beste compromis tussen natuurlijk licht, warmtebehoefte in de winter en bescherming tegen de warmte in de zomer. Dynamische latten zijn over het algemeen twee keer zo efficiënt als conventionele schermen en bieden bovendien een beter visueel comfort;
• voor zuidgeoriënteerde ramen zijn ook horizontale luifels zeer performant;
• zonwerende beglazing kan aangewezen zijn als de zon (bijna) het ganse jaar door buiten dient gehouden te worden. Dit kan het geval zijn in gebouwen met continu zeer hoge warmtelasten.

Hierbij aansluitend dient ook opgemerkt te worden dat het principe van de zonnefactor (g-waarde) moeilijk toe te passen is bij het dimensioneren van luifels (afdaken), gezien hun bescherming variabel is doorheen de tijd.

Afmeting van luifels

Belemmering van de zonnewisten in functie van de hoogte van de zon en de verhouding tussen diepte van het afdak en de hoogte van het venster

Men moet proberen een totale bescherming van het venster te verkrijgen die overeenstemt met de hoogste zonnestand in mei (55° in het zuiden, wat overeenstemt met een verhouding van 70 % tussen de diepte van het afdak en de hoogte van het venster). Zo zal de bescherming 's zomers het efficiëntst zijn. Een dergelijke zonwering is vooral doeltreffend op in het zuiden, maar voor oriëntaties naar het oosten en naar het westen vereist de lagere zonnestand veel diepere afdaken voor een efficiënte werking.

Vindt men ook volgende eenvoudiger vuistregel terug: om een venster op naar het zuiden is gericht volledig met een afdak af te schermen wanneer de zon tijdens de langste zomerdagen zeer hoog staat, moet de diepte van dat afdak minstens evenveel bedragen als de helft van de hoogte van het venster. Voor overige oriëntaties is een horizontale oversteek veel minder geschikt.

Oververhitting in bufferruimten voorkomen

Om de energieaanvoer in de winter en de hoeveelheid licht te optimaliseren, zijn bufferruimten met zonneverwarming (veranda, wintertuin enz.) en atriums grotendeels van glas voorzien.  Hoewel deze situatie gunstig is wanneer we moeten verwarmen, kan zij in de zomer leiden tot aanzienlijke oververhitting, die ook alle aangrenzende ruimten kan treffen.  In dit opzicht is het een goede strategie om in het ontwerp een reeks voorzieningen te treffen om het risico van oververhitting te beperken.

• Zonnewering
  Door gebruik te maken van mobiele externe zonnewering en van natuurlijke zonnewering kan de zonnewarmte tijdens kritieke perioden worden beperkt en beheerst.
  Het is raadzaam een automatische zonnewering te gebruiken om verkeerd gebruik te voorkomen (grote glasoppervlakken, doorgangsruimten enz.).
• Ventilatie
  Het gaat erom te zorgen voor een strategie van free-cooling door te ventileren via een schoorsteeneffect of dwars. De openingen kunnen worden gemotoriseerd en gecontroleerd door binnen- en buitentemperatuursensoren en een windsensor.
• Thermische inertie
  Een voldoende grote thermische massa kan in de muren en vloeren van de bufferruimte worden toegevoegd om de overdag opgevangen zonne-energie op te slaan en in de loop van de tijd uitgesteld af te geven.
• Gebruik
  De bufferruimte kan onderhevig zijn aan grote temperatuurschommelingen, die afwijken van de gebruikelijke comfortperiodes. Daarom is het van belang dat het gebruik van deze ruimte in overeenstemming is met het geplande scenario. Bijvoorbeeld, in een atrium dat gebruikt wordt voor verplaatsing tussen verdiepingen, moeten de toegangsdeuren tot de verdiepingen gesloten blijven. In de zomer, wanneer het atrium wordt gebruikt als inrichting voor intensieve ventilatie, wordt de gebruikers echter aangeraden de deuren open te laten. Een slecht gebruikte bufferruimte kan de thermische prestaties van het gebouw snel verkleinen, wat contraproductief werkt. De gebruiker is een essentieel element. Hij moet worden geïnformeerd over wat hij wel en niet moet doen.

  Zie de voorziening | Gidsen voor de beheerder en de gebruiker

De zonnewering kiezen

Naast het bovenstaande kan binnen het project ook worden gekozen voor zonnewering uit de volgende categorieën:

• Externe zonnewering *** lien vers dispo ***

  • Structureel
  • Mobiel
  • Natuurlijk
• Geïntegreerde zonnewering
• Interne zonnewering

Zie ook de vergelijkende tabel van de verschillende zonneweringen