Elementen voor een duurzame keuze

Synthese van de elementen voor een duurzame keuze om het thermisch comfort te verzekeren

Technische aspecten

Om duurzaam thermisch comfort te verzekeren, moeten de technieken op 3 niveaus worden gekozen:

1. De locatie van het gebouw in functie van de directe omgeving

2. Het ontwerp van het gebouw: de architectuur

Deze twee eerste niveaus maken de realisatie van passieve oplossingen mogelijk. Ze worden aangevuld met onmisbare actieve maatregelen:

3. De keuze van ventilatie-, verwarmings- en eventueel actieve koelingstechnieken en de regeling ervan.

De locatie van het gebouw in functie van de directe omgeving

Afhankelijk van de ligging zal een gevel meer of minder zon ontvangen (noorden / zuiden) en zal het meer of minder gemakkelijk zijn de gevel te beschermen (zuiden / oosten of westen).

Afhankelijk van het gebruik van het gebouw (woning, kantoren) en meer specifiek het gebruik van bepaalde vertrekken (woonkamer/slaapkamer, individueel kantoor / vergaderzaal) is zon welkom of juist iets om te vermijden: het kan 's winters bijdragen aan het comfort of dat comfort 's zomers in gevaar brengen.

De ligging van het gebouw in het algemeen en de vertrekken in het bijzonder kan dus worden geoptimaliseerd om het comfort te bevorderen, rekening houdend met de schaduw van andere gebouwen maar ook met andere beperkingen op de site: toegang en functie, uitzicht, lawaai…

Het technische en architecturale ontwerp van het gebouw

Bij nieuwbouw kan via de thermische isolatie en luchtdichtheid die door de wet worden opgelegd het comfort in de winter worden verzekerd. Door verbetering van deze aspecten tot voorbij de vereiste minima kan het comfort worden verbeterd, maar vooral ook het energieverbruik worden verlaagd.

Bij renovatie daarentegen, afhankelijk van hoe ingrijpend de aanpassingen zijn, kan de bestaande bouwmantel een bron van koude wanden of tocht blijven, ook als de regelgeving inzake de energieprestaties van de gebouwen wordt nageleefd. De keuzes inzake thermische isolatie (de materialen, de dikte ervan, het type ruiten en kozijnen…) en de luchtdichtheid van het gebouw hebben dus een aanzienlijke invloed op het comfort in de winter.

• Maar ook andere architecturale maatregelen, zoals hieronder vermeld, zullen een invloed hebben op het comfort in de zomer en in de winter en op de benodigde energie om dat comfort te bieden. Ze kunnen het met name mogelijk maken om de behoefte aan koeling te beperken of het zonder actieve koeling (airconditioning) te stellen.
• Deze maatregelen genieten dus de voorkeur!
• Ontwerp van de glazen oppervlakken: dit onderwerp wordt behandeld in de dossier| Zorgen voor visueel comfort dankzij natuurlijk daglicht.
• De zonwering. Zie dossier | Warmtelasten beperken.
• Thermische inertie. Zie dossier | Een hoge thermische inertie verzekeren.

Akoestisch , gedeeltelijk verlaagd plafond

Photo : MATRIciel

• De openingen in de bouwmantel, eventueel aangevuld met schoorstenen voor natuurlijke ventilatie om het gebouw op passieve wijze te koelen. Zie dossier | Een passieve koelstrategie toepassen.
• Een atrium dat als bufferzone dient om het energieverlies van het gebouw te beperken en intensieve ventilatie mogelijk te maken.
• Zie punt 6 van deel 3 "Optimalisering van de architectuur om de behoeften te beperken".

Technische installaties

Naast de architecturale oplossingen die het mogelijk maken de behoefte aan koeling te beperken, bestaan er passieve technische oplossingen waarmee de koeling gedeeltelijk of met een zeer laag energieverbruik kan worden gerealiseerd:

• Geothermie: water- of luchtcirculatie (lucht-bodemwarmtewisselaar) in de bodem om die zo te koelen voordat ze het gebouw binnenkomt
• Adiabatische luchtkoeling.

Indien het niet mogelijk is het comfort in het gebouw uitsluitend via free cooling te realiseren, zullen deze oplossingen worden onderzocht om de passieve architecturale maatregelen aan te vullen alvorens voor airconditioning wordt gekozen.

Passieve koeling >< actieve koeling

Passieve maatregelen zoals de ligging, de thermische isolatie en de luchtdichtheid volstaan in België niet om het comfort 's winters te verzekeren.

Het comfort 's zomers daarentegen kan in veel situaties zonder actieve koeling worden gerealiseerd, uitsluitend (of grotendeels) met passieve maatregelen.

Er moet een afweging worden gemaakt tussen de potentiële energiebesparing en het haalbare comfort:

• Passieve koeling via free cooling vraagt geen energie en veroorzaakt geen CO2-uitstoot (behalve het minieme elektriciteitsverbruik van de gemotoriseerde openingen. In dat geval is het geleverde koelingsvermogen variabel. Het is afhankelijk van de weersomstandigheden. De omgevingstemperatuur zal daardoor in de loop van de dag fluctueren.
• Via actieve koeling kan een maximale binnentemperatuur worden verzekerd, onafhankelijk van de omstandigheden buiten. Het zomercomfort is volledig onder controle, maar daar staat een hoger verbruik tegenover.

Als middenweg tussen beide oplossingen zijn er bijvoorbeeld free cooling bijgestaan door ventilatoren die op bepaalde tijden van het jaar worden ingeschakeld of geothermie, waarvoor een pomp nodig is die energie verbruikt.

Voorbeeldgebouw Cameleon

Efficiënte kunstmatige verlichting en zonwering houden de thermische belasting beperkt.

De ventilatie en koeling van het gebouw gebeuren hoofdzakelijk op natuurlijke wijze. De lucht wordt ververst dankzij een "schoorsteeneffect" dat wordt gecreëerd door de opening van vensters in de gevel en opening van koepelramen in de centrale lichtschacht. De koeling van het gebouw wordt door hetzelfde principe verzorgd en wordt bijgestaan door de accumulatie van nachtelijke koelte in het beton.

Er is slechts één hulpkoelgroep voorzien met het oog op een eventuele hittegolf.

[Batex-fiche Cameleon 025].

Gebouw Caméléon in Brussel

Foto  MATRIciel

Mechanische free cooling: de juiste oplossing?

Natuurlijke free cooling heeft grote beperkingen en is soms onverenigbaar met een stedelijke omgeving: lawaai, stof...

Koeling is dan mogelijk via intensieve mechanische ventilatie 's nachts. Deze oplossing kan interessant blijven als de behoefte beperkt blijft dankzij passieve maatregelen (zonwering, efficiënt beheer van de interne warmteproductie…), als de leidingen op groot formaat zijn uitgevoerd (voor een maximaal debiet), de ventilatoren efficiënt werken en het beheer goed aan de behoeften is aangepast (variabele snelheid op basis van de behoefte aan hygiënische ventilatie en verkoeling, regeling van de warmteterugwinning in functie van de omstandigheden binnen en buiten). Zonder die maatregelen is deze oplossing vanuit het oogpunt van energieverbruik en comfort waarschijnlijk uiteindelijk minder interessant dan een goed afgesteld, efficiënt klimaatregelingssysteem.

Eindunits

In het kader van een renovatie, als de temperatuur van de wanden sterk varieert (lichte renovatie, als monument geklasseerde gedeelten van het gebouw…), zal de keuze van de eindunits voor verwarming en/of eventuele actieve koeling een aanzienlijke impact hebben op het comfort. De voorkeur gaat in zo'n geval uit naar straling als middel voor warmte- of koelteoverdracht. Dat is het meest comfortabel voor het menselijk lichaam. Vloerverwarming of verwarming via de wanden zijn aanbevolen, evenals grote radiatoren met lage temperatuur.

OPGELET: indien de stralingsverwarming of -koeling plaatsvindt via een wand met een goede thermische inertie, kan deze keuze juist een grote mate van ongemak veroorzaken als de bezetting en de interne warmteproductie niet goed worden beheerst (bijvoorbeeld een klas met een groot aantal leerlingen, zonbestraling van een grote glazen wand zonder zonwering).

Vloerverwarming met een deklaag die zodanig inert is dat ze nog lang warm blijft nadat de verwarming is uitgeschakeld, kan daardoor oververhitting en/of een aanzienlijk extra energieverbruik veroorzaken.

Binnen performante gebouwen (nieuwbouw, grondige renovatie…) zorgt de grondige thermische isolatie voor wanden met een globaal homogene temperatuur. Er is dan dus geen koude-wandeffect dat door een radiatiesysteem moet worden gecompenseerd en het verschil in comfort tussen de verschillende systemen is daardoor veel beperkter.

Bij dit type gebouw, dat een beperkt verwarmings- en koelvermogen vereist, moet zeer goed op het beheer van de systemen worden gelet, want als dat te globaal is, kan ongemak ontstaan.

Zie dossier Verwarming en sanitair warm water: efficiënte installaties garanderen (distributie en afgifte)

Milieuaspecten

Voor het garanderen van thermisch comfort zijn architectonische en passieve oplossingen nodig die het energieverbruik drastisch verminderen, zowel voor warmte als voor koeling.

We wijzen erop dat het gewenste comfortniveau een zeer grote impact heeft op het energieverbruik en de CO2-uitstoot van het gebouw: een hogere streeftemperatuur in de winter en een lagere streeftemperatuur in de zomer zullen een grotere behoefte aan verwarming of juist koeling genereren. Een afwijking van de omgevingstemperatuur met 1°C in vergelijking met de streeftemperatuur van 20°C tijdens het stookseizoen levert een verbruiksverschil van minstens 7% op.

Er moet prioriteit worden verleend aan architecturale en passieve oplossingen om het comfort te verzekeren. Deze oplossingen maken het mogelijk om

• de vastgelegde doelstellingen te behalen met een minimaal energieverbruik en een minimale CO2-uitstoot
• de installatie van bepaalde technische systemen (bijvoorbeeld airconditioning) en dus ook het grijze energieverbruik en het energieverbruik van de toestellen zelf te vermijden.

De besparing van deze installatie heeft meerdere voordelen op milieugebied:

• Minder energieverbruik door vermijding van het gebruik van het systeem ;
• Minder onderhoud ;
• Geen productie van lawaai binnen of buiten het gebouw ;
• Eventueel een beperking van het gebruikte materiaal en dus van het gebruik van grijze energie en grondstoffen ;
• Eventueel een beperking van de benodigde ruimte in de technische vertrekken (vooral bij luchtkoeling) en dus van het gebruikte bouwmateriaal.

Om meer te weten zie dossiers | een efficiënte verwarmingsinstallatie ontwerpen, warmtelasten beperken, een passieve koelstrategie toepassen.

Economische aspecten

De kosten van passieve koeling vergeleken met airconditioning

Investeringskosten

De verhouding tussen de investering in passieve en actieve maatregelen is sterk afhankelijk van de gebruiksomstandigheden van het gebouw, de architectuur van het pand en de nabije omgeving.

Een voorbeeld: als de aanpalende gebouwen en de architectuur vanzelf voor schaduw zorgen, zullen misschien weinig aanvullende passieve maatregelen nodig zijn om airconditioning overbodig te maken. Die maatregelen zijn dus voordeliger dan de eventuele installatie van een actief koelsysteem.

Andersom zal bij een gebouw met een aanzienlijke interne warmteproductie en grote blootstelling aan de zon een investering in meerdere zonweringssystemen en gemotoriseerde en geautomatiseerde vensteropeningen nodig zijn om 's nachts een efficiënte natuurlijke ventilatie mogelijk te maken en zo zonder airconditioning het nodige comfort te bieden. Dit kan duurder zijn dan de installatie van een airconditioningssysteem. De terugverdientijd van de extra investering kan kort of lang zijn – in sommige gevallen 20 jaar of meer.

Exploitatiekosten

Passieve maatregelen maken per definitie een verlaging van het energieverbruik en dus van de exploitatiekosten mogelijk.

Ter illustratie: de energie-impact van koeling in kantoorgebouwen varieert van 15 tot 25 kWh/m².jaar en kan tot meer dan 50 kWh/m².jaar stijgen als er sprake is van energievernietiging (slechte regeling van de installaties, waardoor tegelijk warmte en koude in het gebouw of in een vertrek zoals een landschapskantoor wordt geproduceerd).

Dit betekent in primaire energie een verbruik van 37,5 tot meer dan 125 kWh ep/m².jaar en financieel 2 tot meer dan 6,5 euro/m².jaar ex. btw (uitgaande van een gemiddelde elektriciteitsprijs van 0,13 euro/kWh ex. btw).

De economische impact van ongemak

Volgens de Observatoire de la qualité de vie au bureau, de exploitatie kan ongemak op drie manieren een financiële impact hebben:

• In de tertiaire sector heeft het ongemak van de gebruiker een impact op diens productiviteit en absenteïsme ;
• In een kantoor waar het te warm is, raken de gebruikers vermoeid. Hoge temperaturen veroorzaken vaak vermoeidheid, lusteloosheid, prikkelbaarheid, hoofdpijn en vermindering van de prestaties, de coördinatie en de levendigheid ;
• Anderzijds leidt een te lage temperatuur op kantoor de aandacht van de werknemers af. Ze raken geagiteerd en eenvoudig afgeleid.

Rekening houdend met de loonkosten zijn de kosten van productiviteitsverlies of toename van het absenteïsme vaak hoger dan de kosten van het energieverbruik in het gebouw.

Er is ook aangetoond dat een binnenomgeving van goede kwaliteit de werk- en leerprestaties in hun geheel kan verbeteren en het absenteïsme doet afnemen.

Verband tussen de luchttemperatuur en de prestaties van de werknemers volgens verschillende studies

[“Quantitative measurement of productivity loss due to thermal discomfort”, Energy and Buildings, 2011]

In een passief kantoorgebouw met 100 personen, een oppervlakte van 15 m² per persoon en een verwarmingsverbruik van 15 kWh/m².jaar, het totale verwarmingsverbruik is 22.500 kWh/jaar of 1.350 euro/jaar (bij een gasprijs van 0,06 euro/kWh). Als de loonkost van de werknemers 75 euro/u bedraagt, betekent een productiviteitsverlies van 15 minuten gedurende het volledige stookseizoen een kost van 100 pers. X 0,25 u/pers.jaar x 75 euro/u = 1.875 euro/jaar.

In woningen brengt ongemak de trouw van de huurders in gevaar: huurders die niet tevreden zijn met het comfort, zullen geneigd zijn van woning te veranderen. De eigenaar loopt dus meer risico op perioden van leegstand en verlies aan huurinkomsten.

Algemeen gesproken kan ongemak ook snel leiden tot energieverspillend gedrag (afschaffen van intermittentie, stijging van de aanbevolen temperaturen, energievernietiging, etc.). Dit gedrag levert extra verbruik op. Dit kan tientallen procenten bedragen, waardoor een deel van de inspanningen bij het ontwerp van het gebouw voor niets is geweest.

Kosten van de regeling

Investeringskosten

De regeling van de verwarming en/of de koeling heeft als doel deze volledig aan de behoeften van de gebruikers in de verschillende vertrekken te laten voldoen en zo de tevredenheid van de gebruikers en de beperking van het energieverbruik met elkaar te combineren. Om deze regeling mogelijk te maken, is het volgende nodig:

• Adequate, gebruiksvriendelijke beheerselementen (sondes, thermostaten, kleppen, etc.) ;
• Een voldoende groot aantal van deze elementen: per vertrek, per x werkplekken enz. ;
• De eventuele extra kosten van een aangepast ontwerp van de netwerken ;
• De meet- en registratietoestellen (omgevingstemperatuur, luchttemperatuur, etc.) om de regeling bij de ingebruikname te kunnen optimaliseren en het comfort tijdens de exploitatie te kunnen opvolgen.

Exploitatiekosten

Met een goede regeling waarmee precies aan de behoeften van de gebruikers wordt voldaan, kan verspilling worden vermeden (die bedraagt al snel 15 tot 30% van het energieverbruik).

Een passief kantoorgebouw van 1.600 m² met een warmtebehoefte van 13,7 kWh/m².jaar en een isolatiedikte van de muren van 20 tot 32 cm grafietpolystyreen (0,032 W/mK) en 30 cm ingeblazen cellulose (0,04 W/mK).

• 15% extra verbruik als gevolg van slecht beheer staat gelijk aan een 9 cm dunnere isolatielaag voor alle muren (15,7 kWh/m²) ;
• 30% extra verbruik als gevolg van slecht beheer staat gelijk aan een 14 cm dunnere isolatielaag voor alle muren (17,8 kWh/m²).

Goed beheer van de technische installaties (en keuze van het juiste systeem) is even belangrijk als isolatie van de bouwmantel om het label "passief" te verdienen. Het voordeel van een "passieve" of "energiezuinige" bouwmantel mag niet verloren gaan doordat de technieken en de besturing ervan worden verwaarloosd.

Socio-cultureel aspecten

Ieder zijn comfort

De comfortbehoeften van personen verschillen naargelang de leeftijd. Oudere of zwakke personen en kleine kinderen zijn gevoeliger voor kou en hitte. Na de hittegolven van de voorbije jaren is men zich hier bewuster van geworden. Er zijn preventieplannen opgesteld om zulke situaties het hoofd te bieden. In het kader van duurzame bouw is het belangrijk om rekening te houden met de specifieke behoeften van deze personen. Er kan bijvoorbeeld voor worden gezorgd dat zich in elke woning een vertrek bevindt – een slaapkamer bijvoorbeeld – dat dankzij de ligging op het noorden, een beperkte vensteroppervlakte en een aanzienlijke thermische massa tijdens een hittegolf koeler zal blijven dan de rest van de woning. Idealiter bevindt zich in deze ruimte ook een aansluiting op de waterleiding.

De comfortcriteria in een vertrek zijn ook afhankelijk van de activiteit van de gebruikers. In laad- en los- en productiegebouwen moet dus bijzondere aandacht worden besteed aan passieve of actieve maatregelen om oververhitting in de zomer te voorkomen.

Een redelijke definitie van het gewenste comfortniveau is dus gewenst om het energieverbruik van het gebouw te beperken.

Andersom moet er bij de toepassing van maatregelen om het verbruik te beperken op worden gelet dat het thermisch comfort niet wordt aangetast. Het comfort van de gebruikers heeft prioriteit binnen een duurzaam gebouw.

Beide aspecten zijn perfect met elkaar verenigbaar door:

• de uitrustingen te installeren die nodig zijn om het comfort te garanderen in extreme gebruiksomstandigheden (hoge / lage buitentemperatuur, hoge / lage bezettingsgraad)

• aangevuld met een efficiënte regeling die het mogelijk maakt de werking van het gebouw aan te passen aan de omstandigheden buiten en de gebruiksomstandigheden.

Bewustmaking van de gebruiker

De gebruiker is het best in staat zijn eigen comfort te beoordelen. Daarom is het wenselijk dat hij participeert in het beheer van het klimaat binnen het gebouw. De beheersnetwerken en -toestellen moeten daarom met die participatie in gedachten worden ontworpen (beheer mogelijk per zone in plaats van per gevel of per volledige verdieping) en gebruiksvriendelijk in elkaar zitten.

Deze verantwoordelijkheid van de gebruiker moet vergezeld gaan van goede informatie over het juiste beheer van de installaties en bewustmaking inzake de milieu-impact. De controle moet dus niet in alle vertrekken "uit handen worden gegeven". Op bijvoorbeeld plekken met veel verkeer of waarvan onduidelijk is wie de "eigenaar" is (gangen in kantoorgebouwen, inkomhallen, wachtkamers, vergaderzalen) kan lokale controle aanzienlijke ongewenste effecten hebben. Wel verdient lokale controle de voorkeur in woningen, kantoren, handelszaken enz.

De notie adaptatief comfort is hier volledig van toepassing in vertrekken met meerdere personen.

Follow-up van het comfort

Aan het comfort moet niet alleen tijdens de ontwerp- of renovatiefase van het gebouw worden gedacht. Een follow-up van de verschillende comfortparameters en tevredenheidsenquêtes onder de gebruikers maken het mogelijk de werking van de installaties aan het begin van de gebruiksperiode te optimaliseren en nadien, wanneer het gebouw in gebruik is, eventuele afwijkingen op te sporen.

Zie punt 9 van deel 3 en Dossier | Een kwaliteitsprocedure van otwerp tot onderhoud opstellen