themaThermisch actieve gebouwen420114themaThermisch actievegebouwenBehalve reeds gekende eigenschappen als sterkte, stijfheid, brandwerendheid en geluids-isolatie is het afgelopen decennium ook het thermisch accumulerend vermogen van eenbetonconstructie een belangrijke troef gebleken. Door zijn thermische massa te `active-ren' met behulp van ingestorte watervoerende leidingen, ook wel bekend als betonkern-activering, kan een betonnen gebouw zowel worden verwarmd als gekoeld. Dit bespaartenergie en zorgt tegelijkertijd voor een comfortabeler binnenklimaat. Steeds meer utili-teitsgebouwen worden ontworpen met betonkernactivering als belangrijkste klimatise-ringsysteem. Ook in de woningbouw is het systeem meer en meer succesvol.1Thermisch actieve gebouwen 42011 51 E?n van de specifieke eigenschappen van BKA is dat debetonoppervlakken in staat moeten zijn voldoende warmteof koude uit te wisselen met de ruimte. In de praktijk betekentdit bijvoorbeeld dat het plafondoppervlak zoveel mogelijk vrijmoet blijven (foto: ROC Deltion College, Zwolle)2 Akoestiek en ventilatie ge?ntegreerd in een breedplaatvloerBetonkernactivering (BKA) werkt met zeer-hogetemperatuur-koeling (ZHTK, 14 ? 20 ?C) en zeer-lagetemperatuurverwar-ming (ZLTV, 24 - 30 ?C). De combinatie met energie-effici?nteen duurzame technieken als warmtepompen en warmte-/koudeopslag maakt van BKA een robuust en toekomstbesten-dig systeem. Massa heeft zonder interventie al de natuurlijkeeigenschap te werken als temperatuurbuffer. Het effect van debuitentemperaturen op de temperatuur binnen, wordt door debufferende werking van de massa vertraagd. Door de gebouw-massa `actief' als warmte- of koudebuffer in te zetten en alselement dat deze warmte/koude uitstraalt, ontstaat een effici-ente klimaatinstallatie die bovendien een aanzienlijke energie-besparing kan opleveren.Ontwerpen en het bouwprocesHet ontwerpen van een thermisch actief gebouw is een samen-spel tussen opdrachtgever, architect, constructeur, bouwfysicus,installatieadviseur, bouwkundig aannemer en installateur. Zo isde keuze van het type constructie ofwel de maximale overspan-ningsmaat van invloed op de functionele indeling van hetgebouw. Het gewenste binnenklimaat en de te bereiken ener-gie-effici?ntie van het gebouw be?nvloeden niet alleen dekeuzes op het gebied van installaties, maar ook de construc-tieve mogelijkheden. Andersom kan de functie van een gebouwof de gewenste flexibiliteit leidend zijn in de installatie- enconstructiekeuze. Ook de gewenste uitstraling van een gebouwstelt eisen aan de klimaatinstallatie en de constructie. Bij eentransparant gebouw hoort een ander constructie- en energie-concept dan bijvoorbeeld bij een gebouw met een meer geslo-ten uitstraling. Knelpunten bij een vorig project worden dooruitvoerende partijen aangegrepen om in een volgend projectmet significante verbeteringen te komen.Het integraal afwegen van alle aspecten zorgt ervoor dat eruiteindelijk een doordacht gebouw staat dat aan alle gesteldeeisen voldoet, de gewenste energieprestaties levert en waarinhet prettig is om te verblijven. In een goed ontwerpproceswerken betrokkenen uit alle disciplines nauw samen.EnergieconceptenEnergieprestatie-eisen (EPC, Energie Prestatie Co?ffici?nt)voor nieuwbouw worden regelmatig aangescherpt, tot uiteinde-lijk het niveau energieneutraal in 2020. De energieprestatie-eisen zijn vastgelegd in het Bouwbesluit.Voor woningbouw is per 1 januari 2011 de EPC-eis aange-scherpt van 0,8 naar 0,6. Verder is aangekondigd dat voor 2015de EPC-eis van 0,6 naar 0,4 gaat, en voor 2020 de woning ener-gieneutraal is (geen fossiele brandstoffen).Voor utiliteitsbouw geldt: nieuwbouw 50% energiezuiniger in2017.Nieuwe gebouwen moeten hoe dan ook aan deze minimumenergieprestatie-eisen voldoen. Opdrachtgevers kunnennatuurlijk een hoger ambitieniveau nastreven, bijvoorbeeld10% beter dan de eis uit het Bouwbesluit of nog beter: energie-neutraal. Er zijn zelfs opdrachtgevers die nog verder willengaan en gebouwen energieproducerend willen maken.Een van de wegen naar een energie-effici?nt gebouw is hethanteren van de `Trias-Energetica' als ontwerpuitgangspunt,waarbij ontwerpkeuzen of maatregelen worden afgewogenvolgens onderstaande rangorde:Stap 1: Beperk de energievraag;Stap 2: Gebruik duurzame energie;Stap 3: Indien nodig, gebruik fossiele brandstoffen zo effici?nten schoon mogelijk.KlimaatinstallatieconceptenEr zijn twee belangrijke eisen waaraan een goed klimaatinstalla-tieconcept moet voldoen. Allereerst moet het concept zorgdragenvoor een thermisch behaaglijk binnenklimaat, zodat het prettig isom in het gebouw te werken of te verblijven. Ook zijn de energie-zuinigheid en de energie-effici?ntie van de installatie erg belang-rijk. Het gaat hier om de wijze waarop warmte en koude wordenopgewekt, maar ook of er sprake is van `energievernietiging'bijvoorbeeld door warmteverlies via ventilatie (fig. 4).Een installatieconcept is succesvol als het gebruik, de bouw-kundige en de installatietechnische maatregelen goed op elkaarzijn afgestemd. Vanzelfsprekend moet de capaciteit van deinstallaties voor verwarmen, koelen en ventileren afgestemdzijn op de verwarmingsbehoefte, koudebehoefte en ventilatie-behoefte.2Thermisch actieve gebouwen420116thema1000peil3050+6100+9337+dak:Rc 4,0 m?K/Wbuitenwand:Rc >3,5 m?K/Wcementdekvloerge?soleerde (leiding)kanaalplaat op nokken60 min. wbdbofundering:ge?soleerde bekistingZwevende dekvloerbuitenbeglazing:Uglas 1,2 W/m?Kbegane grond:Rc 4,0 m?K/Wventilatie:gebalanceerd met warmteterugwinningen vraaggestuurde naverwarmingplafondkoeling en plafondverwarming:thermisch geactiveerde kanaalplaatvloer1920 115003 De installatietechnische werk-zaamheden moeten goed zijnafgestemd op de werkzaamhe-den van de ruwbouw(foto: Nieuwbouw Goedefroo+Goedefroo, Ooigem (B))4 Klimaatconcept Hof vanKlarenbeek5 Thermisch actieve betoncon-structies kunnen worden toege-past in vrijwel elk gebouw(foto: Deventer Ziekenhuis)sche belasting in het gebouw ontstaat, heeft er via het betonop-pervlak een temperatuuruitwisseling plaats. Naarmate hettemperatuurverschil tussen de ruimte en het betonoppervlakgroter wordt, komt er automatisch meer warmte of koude vrij.Dit zelfregelende effect is ??n van de voordelen van hetsysteem. Zo kan de thermische buffer tijdens de nacht opladenen gedurende de dag warmte of koude afgeven. De buffer vlaktpiekbelastingen af.In theorie is het mogelijk BKA zonder regelstrategie vanbuitenaf toe te passen. Wanneer er continu het gehele jaar doorwater met een temperatuur van 22 ?C in de betonconstructiewordt rondgepompt, zou de ruimtetemperatuur ongeveerdezelfde temperatuur aannemen. In werkelijkheid is dat niethaalbaar, omdat de interne en externe warmtelasten meestal tegroot zijn voor het zelfregelende effect om op te vangen. VoorHet gebouwontwerp, de gebouwori?ntatie, het materiaalge-bruik en de constructie hebben invloed op de benodigde instal-latiecapaciteit. De fysische eigenschappen en effecten van hetgebouwontwerp, de condities van het buitenklimaat, hetgebruik en de installatie zelf bepalen samen welke prestaties detoe te passen systemen voor warmte- en koudeafgifte moetenleveren.RegelsystemenBetonkernactivering is in principe een traag werkend systeemdat beschikt over een grote thermische buffer. Een externeenergiebron zoals een warmtepomp, levert warmte of koudedie via watervoerende leidingen tijdelijk wordt opgeslagen inde betonmassa en later weer vrijgegeven. Zodra er een thermi-34Thermisch actieve gebouwen 42011 7Systeemplafonds zijn handig omdat leidingwerk van installatieserachter kan worden weggewerkt. Ook is een goed akoestischklimaat met behulp van systeemplafonds eenvoudig te realise-ren. Verlichtingsarmaturen en ventilatieroosters zijn bovendiengemakkelijk te integreren in een systeemplafond. Bij de toepas-sing van betonkernactivering moet er voor al deze zaken eentechnisch goede, maar ook esthetisch aanvaardbare oplossingworden gevonden (foto 2).het verwarmen moet er een lichte overtemperatuur en voorkoeling een ondertemperatuur worden gerealiseerd. Er is duswel een regelstrategie nodig. Verschillende eigenschappen vanhet systeem, de traagheid en het zelfdragende effect maken deinregeling niet eenvoudig.Betonkernactivering is in feite een basis klimatiseringsysteemdat in combinatie met aanvullende systemen het gewenste ther-mische comfort van een gebouw levert. Dit comfort is te verta-len naar de comforttemperatuur, het gemiddelde van de lucht-temperatuur en de stralingstemperatuur. In de zomerperiodemag de variatie in comforttemperatuur tussen de 2 en 3 ?Cbedragen, afhankelijk van het gewenste comfortniveau. In dewinterperiode is de toegestane variatie respectievelijk 3 en 4 ?C.Conventionele klimatiseringsystemen zijn gebaseerd op hetcontinu in stand houden van een ruimtetemperatuur. Juist hetlicht vari?ren van de ruimtetemperatuur gedurende de dag bijeen BKA-systeem wordt als comfortabeler ervaren dan eencontinu gelijke temperatuur.Akoestiek, ventilatievoorzieningen en verlichtingE?n van de specifieke eigenschappen van BKA is dat de beton-oppervlakken van wanden, vloeren en plafonds in staat moetenzijn voldoende warmte of koude uit te wisselen met de ruimte.In de praktijk betekent dit bijvoorbeeld dat het plafondopper-vlak zoveel mogelijk vrij moet blijven. Standaard toepassingenvan verlaagde systeemplafonds zijn dus geen optie. Ook hettoepassen van sterk isolerende vloerbedekking is ongunstigvoor een effici?nte werking van het systeem.Principes betonkernactiveringOmdat gebruik wordt gemaakt van grote warmtestralende oppervlakken(vloeren/plafonds en eventueel wanden), kan het klimaatinstallatieconcept metbetonkernactivering functioneren bij kleine temperatuurverschillen tussen deruimtetemperatuur en de temperatuur van het BKA-systeem. Daardoor is erweinig energie nodig om de gewenste temperaturen te bereiken. De combina-tie met energiezuinige energiebronnen zoals warmtepompen is hiervoor bijuitstek geschikt. Het natuurlijke proces waarbij een voorwerp dat warmer is danzijn omgeving, zijn warmte afgeeft aan die omgeving en daardoor zal afkoelen,is bij een warmtepomp precies andersom.De warmtepomp onttrekt warmte aan een warmtebron (water, grond, lucht) opeen lage temperatuur (-10?C tot +10?C) en geeft die warmte op een hogeretemperatuur af aan het verwarmingsysteem (+25?C tot +45?C). De warmte-pomp`pompt'dus warmte van een laag naar een hoog temperatuurniveau. Hetsysteem kan nog energiezuiniger werken door bijvoorbeeld gebruik te makenvan de grondwatertemperatuur, die vrijwel constant is. In de winter is hiermeede watertemperatuur enkele graden te verhogen en`s zomers te verlagen.5Thermisch actieve gebouwen420118themaKosten en baten betonkernactiveringBetonkernactivering levert voordelen op in materi?le en inimmateri?le zin. De financi?le voordelen worden zichtbaartijdens de gebruiksfase door de energiebesparing. Maar er zijnook kosten aan verbonden. De vraag is: hoe verhouden zich deinvesteringskosten tot de kostenbesparingen, oftewel: wat kostbetonkernactivering en wat levert het op? Deze vraag is nieteenvoudig te beantwoorden. Betonkernactivering is een onder-deel van een integraal concept, dat specifieke eisen stelt aangebouw en overige installaties om optimaal te kunnen functio-neren.Een gebouw met betonkernactivering leidt vaak tot (beperkte)meerkosten. Daarentegen kost een gebouw met betonkernacti-vering in de gebruiksfase minder dan conventionele gebouw-systemen. Door energiebesparing wordt een reductie op deenergiekosten bereikt. Door de jaarlijkse besparing op deexploitatiekosten te vergelijken met de meerinvestering, kanworden bepaald in welke periode de meerinvestering kanworden terugverdiend. Dit is de terugverdientijd.Als richtlijn wordt aangehouden dat de meerkosten van eengebouw met betonkernactivering gemiddeld binnen 2 tot 7 jaarzijn terug te verdienen ten opzichte van een traditioneelsysteem, als wordt uitgegaan van een warmtepomp enwarmte-/koudeopslag als opwekkingsysteem.Verder kan worden gekozen voor natuurlijke ventilatie, eenvolledig mechanisch ventilatiesysteem of een combinatie vanbeide. Voor de meeste utilitaire gebouwfuncties is een volledignatuurlijke ventilatie niet haalbaar; een volledig mechanischventilatiesysteem leidt daarentegen sneller tot comfortklachten.Vaak wordt daarom gebruikgemaakt van natuurlijke luchtaan-voer en mechanische luchtafvoer.Ligging BKA-leidingen in doorsnedeBij de eerste BKA-systemen werden de watervoerende leidingennog in het hart (de`kern') van een betonconstructie aangebracht.Inmiddels heeft voortschrijdend inzicht ertoe geleid dat deleidingen meer naar het betonoppervlak zijn verschoven (foto 6).Leidingen onderin een vloerdoorsnede zijn gunstig voor koelingvia het plafondoppervlak; door natuurlijke circulatie zal hetvermogen voor plafondkoeling groter zijn dan het vermogenvoor plafondverwarming. Omgekeerd zal voor vloeren hetvermogen voor vloerverwarming groter zijn dan het vermogenvoor vloerkoeling. De keuze voor het type betonkernactiveringhangt nauw samen met de functie van het gebouw. Als er eengrotere koelbehoefte is, ligt het voor de hand de leidingenonderin de vloer te plaatsen.6Thermisch actieve gebouwen 42011 96 Voortschrijdend inzichtheeft ertoe geleid dat deleidingen meer naar hetbetonoppervlak zijn ver-schoven7 Het boek`ThermischActieve Gebouwen; beton-kernactivering in vloercon-structies', te bestellen opwww.aeneas.nlranciers en op onderdelen verschillende onderaannemersaansturen.Een voorbeeld van deze afstemming is de wijze waarop dewatervoerende leidingen in het vloerpakket worden aange-bracht. Wordt dit in de prefab-betonelementen ingestort of ophet werk aangebracht? En gebeurt dit laatste door prefab regis-ters aan het wapeningsnet of de tralieliggers te knopen of deleidingen vanaf de rol tussen de reeds aangebrachte wapeningte vlechten? En in hoeverre zijn deze installatietechnischewerkzaamheden afgestemd op de werkzaamheden van deruwbouw? Hoe verhoudt zich daarbij het afpersen van deleidingen tot het storten van beton?Breed toepassingsgebiedThermisch actieve betonconstructies kunnen worden toegepastin vrijwel elk gebouwtype (foto 5). Elk gebouw heeft specifiekekenmerken die bepalen of betonkernactivering als klimaatin-stallatieconcept meer of minder geschikt is. De gebouwfunctiekan daarbij leidend zijn. In grote lijnen is er een tweedeling temaken tussen utiliteitsgebouwen en woningen.Betonkernactivering is een uitstekend basis klimatiseringsysteemin gebouwen waarin geen sterke wisselingen zijn in warmte- enkoudebehoefte en waaraan geen extreme klimaateisen wordengesteld. Dit geldt onder meer voor kantoren en scholen. Bijgebouwtypen waar de interne warmtelast sterk fluctu-eert, zoals theaters, of waar de eisen per vertreksterk verschillen, zoals tussen woonkamers enslaapkamers, vraagt de toepassing van een BKA-systeem extra aandacht vanwege de tragere reac-tietijd. Combinaties met snel reagerende systemenzijn in deze gevallen het overwegen waard.Bij appartementgebouwen leidt verwarming of koeling vaneen vloer van de eigen woning ongevraagd tot temperatuuref-fecten bij de onderburen. Energetisch gezien ligt de keuze voorBKA dan niet voor de hand, tenzij wordt uitgegaan van eencollectief basisklimaat.ThemanummerIn dit themanummer van Cement wordt ingegaan op het belangvan thermisch actieve gebouwen voor opdrachtgevers en staanenkele recent uitgevoerde thermisch actieve gebouwencentraal. Verder worden de uitgangspunten van het passiefhuis? de ogenschijnlijk terminologische tegenhanger ? toegelichten wordt verslag gedaan van een vergelijkend onderzoek naarverschillende klimaatinstallatieconcepten. Henk WapperomUitvoeringsaspectenDe uitvoering staat gewoonlijk onder leiding van de bouwkun-dige aannemer. Diverse onderaannemers voeren hun werkonder zijn regie uit. Ook installateurs zijn van oudsher gewendin opdracht van de aannemer te werken. Binnen de aanneem-som nemen installaties evenwel de laatste jaren een steedsbelangrijkere rol in. Als gevolg neemt daarmee het belang vande installateur op de bouwplaats toe. Bij sommige projectenheeft dat zelfs geleid tot het apart aanbesteden van de installa-ties, in de verwachting op beide onderdelen scherp te kunneninkopen.De installateur promoveert dan van onderaannemer tot neven-aannemer. Om ervoor te waken dat het gezamenlijke projectbe-lang in de knel komt, is overeenstemming in de werkmethodieknoodzakelijk op het gebied waar de bouwkundige en installa-tietechnische werkzaamheden in elkaar grijpen. Zeker omdatbeide penvoerders ook nog eens gebruikmaken van aparte leve-Betonkernactivering invloerconstructiesDe toepassing van betonkernactiveringheeft in korte tijd een enorme vlucht genomen.Inmiddels is er een groot aantal betonkernactive-ringsystemen op de markt. Nog steeds zijn ernieuwe systemen in ontwikkeling. Wat zijn de voor- ennadelen van de verschillende systemen? Wanneer moetik welk systeem toepassen? Wat is het meest geschiktesysteem voor mijn gebouw? Met welke randvoorwaardenmoet ik bij het ontwerp rekening houden? Allemaal vragenwaarvoor opdrachtgevers, architecten en adviseurs zijn komen testaan. Doordat de ontwikkeling van de verschillende systemen delaatste jaren snel is gegaan, is de kennis momenteel sterk versnipperd. Ditterwijl we bij het maken van keuzes en beslissingen in het ontwerpprocesjuist behoefte hebben aan objectieve informatie over concepten.Op initiatief van het BetonPlatform is bij ?eneas, uitgeverij van vakinfor-matie bv, het boek`Thermisch Actieve Gebouwen; betonkernactivering invloerconstructies'verschenen (foto 7). Dit boek doet een poging deverspreid aanwezige kennis te bundelen en maakt een objectieve keuzevoor een passend BKA-systeem mogelijk. Met aansprekende voorbeeldenwordt het energieconcept toegelicht vanuit de architect en adviseurs.Ingegaan wordt op bouwkosten en gebruikskosten, gerelateerd aan ener-giemaatregelen en energiekosten. Tekeningen, principedetails en concep-tuele schema's vormen een bruikbaar startpunt voor nieuwe, nog teontwikkelen gebouwen.Het boek kost 29,95 en is te bestellen via www.aeneas.nl.7