Bouwfysisch rekenen heeft de toekomst

In 2009 begon ik aan mijn eerste passiefhuis gebouw, een basisschool in Ede. Bouwfysica was mij niet vreemd, toepassen van bouwfysica gebeurde aan de hand van een aantal stelregels: zonwerend glas, meer dan een Rc van 4,5 haalt toch niets uit, 1 x per uur de gehele inhoud ventileren als basis en ga zo maar door. Voor de passiefhuisschool wilde ik toch graag wat bijles. Omdat een cursus niet door ging kreeg ik van Harry Nieman de mogelijkheid om 4 maanden lang elke vrijdagochtend in de klas te zitten op het HBO Windesheim te Zwolle om bouwfysica van hem te volgen. De schellen vielen van mijn ogen, niet dat het anders was wat ik al eerder had geleerd, maar dat door het rekenen vaak andere uitkomsten tevoorschijn komen dan de regeltjes die ik gebruikte. Mijn gevoel voor bouwfysica moest ik herijken. Terug naar de basis en gewoon vanuit pure bouwfysica gaan rekenen is het credo.

Carl-peter Goossen

Er zit voor ons niets anders op dan onze eigen gevoel voor bouwfysica te herijken. Dat was de uitkomst in 2009 en dat is nu nog steeds voor mij het idee. Waarom herijken, zal u zeggen, wij hebben toch de EPG-berekening met de NEN 7120? Daar rekenen we toch mee! Klopt maar voor mij speelt al meerdere jaren de vraag waarom de NEN 7120 nu andere uitkomsten geeft dan een passiefhuis berekening? Terwijl beide berekeningen dezelfde bouwfysica grondregels gebruiken blijkt in de uitkomst een groot verschil. Tijdens de cursus kreeg ik meer inzicht en zag dat je de cijfers anders kan interpreteren. Hoewel isolatie berekening l x d voor beide gelijk zijn worden ze toch anders in de uiteindelijke berekening gewaardeerd. Daardoor zie je dat de Rc boven de 4,5 een lagere waardering heeft in de EPG-berekening dan in de passiefhuis berekening.

Zie kader voor de verschillende uitgangspunten

RELATIEF

Afgelopen maanden tijdens de opzet van de nZEB tool (nearly Zero Energy Building) samen met een aantal andere bedrijven kwam de discussie steeds weer naar voren: wie had er gelijk de EPG-berekening of de PHPP-berekening die de basis vormt voor de nZEB tool. Bij het verder ontwikkelen van de tool werd het steeds duidelijker wat er aan de hand is. De waardering, aannames en vereenvoudigingen van de EPG zijn gebaseerd op de manier van bouwen in 1994 toen de eerste EPG-berekening werd gemaakt. Een voorbeeld: in artikel 19 van de NEN 7120 wordt de isolatie van de installatie onderdelen als een vaste afslag van de installatie rendement gerekend. Dit komt overeen met ca. 50 m³ gas. Op ons gemiddeld gasverbruik van 1600 m3 is dat 3%. Bij een nZEB woning of een woning met een EPC van 0,0 of lager met een gasverbruik van 170 m3 gas gaat het om 29% van het energieverbruik. Een goed uitgedokterd compacte installatie met weinig leidingen en alle appendages mee geïsoleerd kan dus voor een reductie van de energie van meer dan 20% opleveren, terwijl in de EPG-berekening hier geen enkele waarde aan wordt gegeven!

ONDERZOEK

Er is door de jaren heen veel onderzoek gedaan in verschillende klimaatregio’s met zeer extreem  geïsoleerde woningen. In 1977 is door een groep onderzoekers in Regina Saskatchewan onder leiding van Harold Orr het Saskatchewan Converservation House ontworpen.

Deze woning en nog een aantal experimenten met woningen in Colorado, Aachen (door onze eigen Philips opgezet), Kopenhagen hebben de basis gelegd voor een een goed onderbouwde bouwfysica denken voor zeer energiezuinige woningen. Bo Adamson gebruikte het woord passiefhuis als eerste in 1988, samen met Wolfgang Feist hebben zij in 1990 het eerste passiefhuis in Darmstadt gebouwd. Bo en Wolfgang brachten de gegevens van de huizen samen met de dynamische berekeningen die gemaakt waren. Hieruit is een statische berekening (excel sheets) ontstaan die de praktijk zeer dicht benaderd. Zo is ook de EPN-berekening ontstaan, waarbij de meetwaarden van 4 Hollandse rijwoningen in Petten werden gebruikt. Er is geen uitstapje gemaakt naar extreem geïsoleerde woningen om zo de hele range te overzien. Voor mij is dan ook de EPC-berekening prima te gebruiken voor woningen met een gemiddeld gasverbruik van 1600 m³ gas en de nZEB tool juist voor zeer efficiënte energie woningen met een gemiddeld energieverbruik van 160 m³ gas.

Het PassReg EU project die we afgelopen jaar hebben afgesloten heeft goed laten zien wat er allemaal aan onderzoek en rapportages is over dit onderwerp. Op PassReg website is dan ook een wiki gemaakt met alle publicaties van de afgelopen 3 jaar. Er is daar veel terug te vinden over monitoring, integraal bouwen, pilot projecten etc. zie  Solutions open source wiki

COMFORT

Ik had een vast idee over comfort, lekker warm op de begane grond en iets kouder op de slaapkamers, maar als het echt koud wordt dan kan ik ook daar de verwarming aan doen. Ventilatie 1 x per uur het gehele volume ventileren en door een goede installatie is alles te regelen. Comfort is de laatste jaren vooral een combinatie van sensoren die van alles meten en daarop actie ondernemen. Vanuit alle onderzoeken vanaf 1974 bij de start van het Converservation house tot nu weten we dat het zeer goed mogelijk is om het comfortabel te krijgen zonder sensoren.

Vanuit Nederland is op comfort gebied veel onderzoek gedaan in de jaren ’90, onder andere door Piet Vroon ten aanzien van het sickbuildingsyndroom. Hij kwam tot de conclusie dat de hoeveelheid klachten steeds groter wordt naarmate dat de gebruiker minder invloed kan hebben op de beheersing van het comfort. Hij kwam met vijf psychologische basisbehoeften:

• Verandering (in de omgeving, in de persoonlijke ontwikkeling)
• Zelf kunnen ingrijpen in de omgevingscondities (klimaat, inrichting)
• Een eigen territorium (invloedgebied, ook op de werkplek)
• Betekenis kunnen geven aan waarnemingen (geur, klank, beeld enz.)
• Nabijheid van of uitzicht op natuur

Vooral zelf kunnen ingrijpen door een raam open te zetten, daglicht te temperen etc. en direct daar het resultaat van zien of voelen zorgt ervoor dat we het gebouw als prettig wordt ervaren.Dit is terug te lezen in het boek Architectuur als klimaatmachine van Andy vd Dobbelsteen en Kitty Huijbers

Comfort gaat verder dan alleen thermisch comfort ook luchtkwaliteit, visueel comfort en akoestisch comfort hebben zeker invloed op het comfort alhoewel het thermisch comfort de overhand heeft. Zie kader. Bij de renovatie van de portiekflats in de wijk Presikhaaf te Arnhem, hebben gekozen om alleen de temperatuur te regelen met een thermostaat en verder een zomernachtluik aan te brengen zodat de koeling door de nachtventilatie in de zomer kan gebeuren. Eenvoud en toch zeer comfortabel. De ventilatie kan alleen maar op aanwezig en niet aanwezig ingesteld worden.

INTEGRALE RICHTLIJNEN OM GOED TE REKENEN.

In de nZEB tool willen we de nadruk leggen op comfort. Energieverbruik en comfort gaan echt wel samen!

OPPERVLAKTETEMPERATUUR

Bij elke woning die we ontwerpen zorgen we ervoor dat in de koudste periode de oppervlaktetemperatuur zeker niet lager is dan 4,2 gr. Onder de ruimtetemperatuur. Dit levert voor het comfort een heel fijne ruimte op. Geen kouval, geen koudestraling en geen convectie waardoor het verwarmen met ventilatie lucht heel makkelijk wordt. Alle aspecten grijpen dus op elkaar in!

Een voorbeeld: Vele oude huizen hebben een radiator onder het raam om deze koudeval tegen te houden en laten voor het raam een convectie ontstaan die veel energie kost maar het comfort verhoogt. In nieuwe nu ontworpen huizen wordt veel gebruik gemaakt van vloerverwarming met een laagtemperatuur verwarmingssysteem. Dubbel glas komt in een koude periode niet boven de 17 gr en veroorzaakt koudeval die door de vloerverwarming niet tegen wordt gehouden. Gevolg: tochtklachten en asymmetrische temperatuur. Het lastige is dat het geheel voldoet aan de NEN en NPR-richtlijnen.

VENTILATIE EN LUCHTKWALITEIT

In Nederland is veel te doen om goede ventilatie te maken. Een onderzoek in nov. 2007 door VROM-inspectie: Eindrapportage Woonkwaliteit Binnenmilieu in nieuwbouwwoningen gaf toen aan dat 50% niet voldoet aan de vereiste afvoercapaciteit en 20% niet voldoet aan de vereiste toevoercapaciteit. De overstroom capaciteit onder de deuren door is helemaal bedroevend nadat de vloerbedekking is gelegd. Zembla maakte hiervan een in maart 2008 een uitzending die maar 1 aspect uitlichte van een rij woningen waar het echt geheel fout zat. In plaats van de oorzaken in de bouw op te lossen zijn de ventilatie debieten verder omhoog geschroefd, om zo te weten dat het wel goed komt. Maar als je het bouwbesluit goed leest dan zie je dat het wel meevalt met de de verhoging van het debiet. Het gaat er meer om om een goed evenwichtig ventilatiesysteem te maken, daarom wordt er in het bouwbesluit van 2012 een aantal artikelen opgenomen om de ventilatie stromen in cascade te zetten bijvoorbeeld van slaapkamers, naar overloop, deels naar de badkamer en deels na de woonkamer. Immers als je slaapt ben je niet in de woonkamer en andersom. Het is voor de goede nachtrust belangrijk om zeker 25 m³/h per persoon aan frisse lucht toe te voegen in de normaal stand. Voor woningen is er gekozen voor een oppervlakte benadering waarbij in feite de hoofdslaapkamer te kort wordt gedaan omdat bij 0,7 l/s.m² en een oppervlakte gemiddeld van 14 m² niet hoger dan 9,8 l/s oftewel 35 m³/h. Terwijl in feite bij twee personen 50 m³/h nodig is om de slaapkamer s ‘nachts onder de 800 ppm CO₂ te houden.

Mij was geleerd dat zeker 1 x per uur geventileerd moest worden, dat komt op zeker 300m³/h neer. We gebruiken nu het onderstaande schema dat met 175 m³/h (capaciteit volgens bouwbesluit) en 120 m³/h in de normaal stand een eengezinshuis van 100 m² goed kan ventileren. Het beste is om de woning tussen de 0,35 en 0,45 voud te ventileren om ook de relatieve luchtvochtigheid op peil te houden.

Ventilatie schema volgens bouwbesluit richtlijnen met de nadruk op de slaapkamers. Hiervoor is er wel een overstroom rooster nodig na de woonkamer.

LUCHTDICHTHEID

Infiltratie is lange tijd geen issue geweest. De meeste woningen van voor 2003 halen Klasse 1 nauwelijks. Tijdens de bouwfysica lessen van Harry Nieman werd het al snel duidelijk. Goede luchtdichtheid en goed ventileren gaan heel goed samen. Anders dan luchtdichtheidsklasse 3: Q_v10 = 0,15 l/s.m² zullen zal ik dan ook niet meer toepassen.

Luchtdicht renoveren is geen sinecure, bij het plaatsen van de gevelelementen moest alles direct luchtdichtzijn.

DAGLICHT

Een goed ontworpen woning of gebouw begint met een goed daglicht plan. Daglicht heeft de grootste impact op de vormgeving, oriëntatie en invulling van het programma, maar óók op het energieverbruik! Door zonlicht in de winter zo diep mogelijk het gebouw in te kunnen laten komen en zomers alleen indirect is het mogelijk dat het verlies door de ramen geheel te compenseren met de warmte die via zonlicht binnenkomt. In feite zijn de ramen mits goed geplaatst en voorzien van triple glas een warmteopwekker en geen verliespost. Voor de rekenaars: zontoetredingsfactor  (ZTA of G waarde) van 0,6 en een U waarde van het raam U_window = 0,8

De nZEB woning is het verlies door de ramen minder dan de zonnewinst

INTEGRAAL

Alles grijpt op elkaar in: comfort, energie, daglicht, etc. De vormgeving (compactheid) en daglicht hebben de grootste invloed op de energierekening, vandaar is het belangrijk om hier te starten met het ontwerp. Door alle bouwfysische aspecten op elkaar af te stemmen ontstaat er een nieuw concept. De onderzoeken die eind jaren ’70 zijn gedaan en het onderzoek van Wolfgang Feist geven aan dat bij een zeer goede isolatie en passiefgebruik van zonlicht de andere aspecten eenvoudig met elkaar integraal opgelost kan worden. Vooral verwarmen kan eenvoudig met de normale ventilatie lucht (25 m3/h) als in de koudste periode van het jaar de warmte transmissie van de schil niet meer is dan 10 a 12 W/m². Rest alleen nog de koeling die met zomernachtventilatieluiken eenvoudig opgelost kan worden.

Kortom comfort kan je aan rekenen!