W E R K D O C U M E N T
BEPERKING ENERGIEVERBRUIK E X P O S I T I E GEBOUW KETELHAVEN
door M. P l o e g e r M.J.M. van L i e r o p K.R. van N e s
juni
'
I
S T E R I E V A N V E R K E E R E N W A T E R S T A A T \ ~ n i J K S D I E N 5 T V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S - L E L Y S T A D
7110
INHOUD
1. INLEIDING 2. HET GEBOUW 3. DE BEREKENINGEN 4. DE BOUWKUNDIGE MAATREGELEN
5. DE VERWARMINGSINSTALLATIE 6. DE BRANDSTOFBESPARING
7. DE KOSTEN
1. INLEIDING Het scheepsarcheologisch museum te Ketelhaven is gevestigd in een voormalige graanloods, die destijds voor deze bestemming is aangepast zonder voorzieningen voor thermische isolatie. Het bijgebouw waarin conserverings-, herstel- en onderhoudswerkzaamheden plaatsvinden is inmiddels voorzien van een thermisch isolerend systeemplafond van steenwolplaten op een aluminium cachering. Ook de beide topgevels zijn geisoleerd. Beide gebouwen zijn ca. 13 jaar geleden uitgerust met een eigen oliegestookte verwarmingsinstallatie die thans in het expositiegebouw gedeeltelijk aan vervanging toe is. Uitgaande van de destijds te verwachten warmtevraag voor ruimteverwarming en conservering is de ketel voor het huidige gebruik overgedimensioneerd. De conservering van scheepsonderdelen vindt plaats in elektrisch verwarmde bassins en er'bestaan plannen om de daarvoor benodigde energie in de toekomst op te wekken met een eigen windgenerator. De in dit rapport voorgestelde isolatievoorzieningen zullen de warmtevraag van het expositiegebouw naar schatting ca. 45% reduceren bij onveranderd gebruik waardoor de gesignaleerde overcapaciteit van de verwarmingsinstallatie toeneemt en daarmee eveneens het rendementsverlies en dus deexploitatiekosten. Deze overweging dient in de afweging van investeringen, besparingen en eventueel aangepaste gebruikt te worden opgenomen. Mede daarom zijn de voorgestelde voorzieningen per onderdeel behandeld zodat ze eventueel fasegewijs in de beschreven volgorde kunnen worden toegepast. Bij de materiaalkeuze is tevens zo veel mogelijk rekening gehouden met esthetische wensen van de gebruikers. 2. HET GEBOUW De expositiehal bestaat uit een middenbeuk van 12x76 meter met een 9.5 meter hoog zadeldak, aan weerszijden geflankeerd door platte zijvleugels van 5x76 meter, met een hoogte van 4 meter. Het gebouw is opgebouwd uit een stalen spantconstructie met een houten gordingenkap, afgedekt met asbestcement golfplaten en twee platbalklagen met een teermastiek bedekking. De houten bebordingen zouden bij voorkeur aan de binnenzijde zoveel mogelijk in het zicht moeten blijven. De kopgevels van de middenbeuk zijn over de volle hoogte bezet met enkel glas in houten koqijnen, waarvan de zuidgevel gedeeltelijk demontabel is uitgevoerd. In de kap zijn lichtstroken uitgespaard en afgedekt met transpartante p .v.c. golfplaten. De gevels van de-zijbeuken bestaan uit geprefabriceerde verticale betonelementen waarin betonnen ramen zijn aangebracht met gefigureerd vast glas. In twee spantvakken zijn in de langs-gevels p-ote deuren opgenomen, deze oppervlakken zijn niet in de voorstellen opgenomen. De binnenzijde van de'langsgevels is aan weerszijden over 3 spantvakken bekleed met expositiewanden van spaanplaat. Deze zullen bij isolatie moeten worden verwijderd en kunnen eventueel worden herplaatst, bij de voorstellen zijn zij vervangen door de nieuwe bekleding. De beide natte cellen aan weerszijden van het entreegebied vergen ingrijpende handelingen voor isolatie van relatief,kleine oppervlakken, zij zijn buiten beschouwing gebleven. Ook de c.v.:ruimte is niet in de voorstellen opgenomen.
De vloer bestaat uit in zand gelegde betonnen visbekblokken, in het entreegebied afgedekt met betonnen trottoirtegels 30x30 cm in cementspecie, Bij de isolatievoorstellen blijft de gehele vloer buiten beschouwing. 3. DE BEREKENINGEN
Om inzicht te krijgen in het temperatuurverloop en de vochtopslag in de voorgestelde constructies zijn enkele in aanmerking kornende alternatieven doorgerekend en grafisch weergegeven in de figuren 1 tot en met 5. Hieruit zijn de constructies 1 en 4 gekozen voor respectievelijk het dak en detetongevels uit kosten- en rendementsoverwegingen. Constructie 5 is een controleberekening, 'zonder dampremmende laag voor het geval zou worden gekozen voor een opbouw met losse plaatmaterialen in plaats van de beschikbare produkten waarin deze laag standaard is opgenomen, Deze constructie blijkt vochttechnisch minder goed maar blijft alleszins acceptabel bij de vochtigheidsgraad van 60%.binnen en 80% buiten. Bij alle berekeningen is uitgegaan van de genormeerde therqische materiaaleigenschappen en gestandaardiseerde afmetingen. De vochtigheidsgraad is gemiddeld per jaar in gebruikstoestand aangenomen en voor de buitenternperatuur zijn zowel de gebruikelijke extremen als de.gemiddelde jaartemperatuur in Nederland gehanteerd. Voor debinnentemperatuur is 18" C aangehouden, hoger dan de gebruikstoestand, om de materiaalbelastingen niet te gunstig voor te stellen bij gewijzigd gebruik. De maxirn.ale.,,dampspanning bij-184 C en 60% R.V. komt overeen met die bij 12O C e n 8% R.V. 4. DE BOUWKUNDIGE MAATREGELEN A . Kierdichting
Direct noodzakelijk en mogelijk in eigen beheer uit te voeren is de afsluiting van de open naden in de nok, de kopgevelaansluiting en de lichtstroken in de kap, door: 1. De naad tussen beide nokgordingen aan de onderzijde af te plakken (en te nieten) met een strook P.E.-folie (".landbouwplastic") en af te timmeren met een strook multiplex 12 mm van ca. 20 cm breedte om een strak aanzicht te verkrijgen, totale lengte ca. 76 meter. 2. De ruimte tussen de gordingen boven de buitenste kapspanten te vullen met mineraalwolplaat 10 cm, af te plakken met P:E.-folie en dicht te zetten met multiplex 12 mm. Op de detailtekening is deze ruimte opengelaten. 3. De randen van de lichtstroken dicht te zetten. Dit kan gebeuren door de openingen onder golfplaten te stoppen met losse mineraalwol, af te schuimen met PUR-schuim en na het vlak afsnijden van overtollig schuim af t& timmeren met iultiplex "~o~elsdhroten" van 13 cm hoogte, totale lengte ca. 125 meter:'. Voor deze contramallen zijn speciale stroken kunststof in de handel, voor toepassing daarvan zullen de golfplaten echter moeten worden gelicht met de daaraan vergonden bezwaren, omdat de golfplaten rechtstreeks op het dakbeschot zijn bevestigd en de golven dus niet onder: ling in verbinding staan. . ' 4. De zijkanten van de lichtstroken af te timmeren met multiplex scheg-
C. De gevelbekleding Ook voor de isolatie van de prefab betonnen gevelelementen kan worden uitgegaan van een opbouw van losse plaatmaterialen die zelfs in de D.H.2.-handel verkrijgbaar zijn. Hier is echter gekozen voor samengestelde panelen van grote afmetingen die het aantal bewerkingen tot een minimum beperken. Het betreft hier verdiepinghoge gipsplaten (voor woningbouw) die van fabriekswege voorzien zijn van een dampremming van aluminiumfolie en een 5 cm dikke glaswoldeken die tegen elke gladde constructie kunnen worden gelijmd volgens voorschrift van de fabrikant. De afmetingen bedragen 120x160 cm, de indeling is weergegeven in figuur 7C Door BBn paneel per spantvak in de lengte door te zagen kan per vak wordenvolstaan met twee, platen. De resterende 90 crn aan de onderzijde kan worden bekleed met een houten lambrizering, die minder gevoelig is voor mechanische beschadigingen bij het verplaatsen van de nogal omvangrijke museumstukken. De ruimte tussen de horizontale en verticale panelen kan worden gevuld met geschaafde houten ribben 5x6 cm, die de gevelindeling nog extra scanderen. Evenals voor de lichtstroken in het dak kunnen in de gevelbekleding Hostalit kanaalplaten in een houten randafwerking achter de vaste betonranden worden geplaatst. Het in de berekening opgenomen aantal gevelvakken bedraagt 33, exc1usie.f de grote zijdeuren, de C.V.-ruimte en de beide natte cellen. De opbouw van.de wandafwerking is.dan als volgt: 1. Een hardhouten plintregel 48x72 mm, totale lengte 33x3,90 = 129 m'. 2. Vuren regelwerk 48x48 mm, totale lengte 33 (5x0,8+3,9) = 261 m'. 3. 5 cm glaswolvulling 33x6x2/3 = 132 platen 60x135 cm = 107 m2. 5. Isover Calibel 50 mm 120x260 cm , 66 stuks = 206 m2. 6. Geschaafde hardhouten vulregels 48x60 mm, totaal 3 3 ~ 2 ~ 1 .=2 80 m'. 7. Multiplex omranding betonramen met meranti kantlat = 238 m'. 8. Hostalit kanaalplaten in houten omranding = 80 m2. 9. Multiplex vulstrook boven de ramkn = 33x3,9 = 129 m'
.
D. De beglazing De beide kopgevels van de middenbeuk zijn over het volle oppervlak bezet met enkel glas. De sponningdiepte aan zowel de binnen- als de buitenzijde bedraagt 4.5 cm, "oldoende voor hetaanbrengen van een tweede enkele beglazing of vervanging door een thermische dubbele beglazing. De grote afrnetingen van de afzonderlijke ruiten maken toepassing van zgn. voorzetrarnen echter problematisch omdat ze draaibaar moeten worden gemaakt ten behoeve van het periodiek schoonmaken van het glas: Vervanging van alle ruiten door thermische beglazing wordt erg kostbaar door de vorm van de bovenste ruiten. Het oppervlak van de rechthoekige ruiten bedraagt ca. 34 en 39,5 m2 voor resp. de noorden de zuidgevel hetgeen neerkomt op ca. f 15.000,- bij handhaving van enkel glas in de bovenste ruiten (figuur 6) met een toenemende kans op condensvorming ter plaatse. Een:.andere mogelijkheid is het dichtzetten met sandwichpanelen van die ramen die niet strikt noodzakelijk zijn voor de dagverlichting, zonder de structuur van de oorspronkelijke gevel al'te zeer te veranderen (figuur 8 en 9). Een bijkornend voordeel van een dergelijke aanpassing is dat door toevoeging van enkele tussenregels of "kalevn" op een betrekkelijk eenvoudige manier uitzetramen of ventilatiekleppen kunnen worden opgenornen ten behoeve van een natuurlijke dwarsventilatie, die ook na de isoiatie van het gebouw dringend gewenst blijft.
Het glasoppervlak dat na deze ingreep voor vervanging in aanmerking komt bedraagt dan nog resp. 29 en 35 m2 voor noord- en zuidgevel. 5. DE VERWARMINGSINSTALLATIE
A. De bestaande installatie De verwarmingsinstallatie in het museum is eind 1968 - begin 1969 geinstalleerd. De installatie bestaat uit een oliegstookte centrale verwarmingsketel, 12 stuks ventilatorconvectoren voor het opwarmen van de expositieruimte en een aantal radiatoren en verwarmingsspiralen voor het verwarmen van de overige ruimten. Het opwarmen van het verwarmingswater wordt geregeld door het met de hand verstellen van de ketelregelthermostaat, afhankelijk van de buitentemperatuur. De regeling van de ruimtetemperatuur vindt plaats met behulp van thermostatische radiatorafsluiters op de ventilatorconvectoren en de radia-. toren. Deze verouderde regeling voldoet niet meer en is energetisch gezien vrij duur. Van de 12 geynstalleerde ventilatorconvectoren zijn er momenteel 6 defect en niet meer te repareren, aangezien geen onderdelen meer verkrijgbaar zijn. De centrale verwarmingsketel inclusief de oliebrander is in 1977 vernieuwd. De ketel is toen op verzoek van de W.A. ruim (ca. 85 kW) overgedimensioneerd i.v.m. het plan de c.v.-installatie uit te breiden met een groep voor stoombevochtiging t.b.v. de scheepsconservering Dit plan is op deze wijze nooit uitgevoerd.
B. De nieuwe installatie 1. Gebouw zonder isolatie De transmissieverliezen van het gebouw zonder thermische isolatie (bestaande toestand) bedragen 366 kW, berekend bij een buitentemperatuur van -12O C, een windsnelheid van 8 m/sec. en een binnentemperatuur in de expositieruimte van 12" C. Om deze transmissiever'liezen te dekken, zouden bij het vernieuwen van de installatie weer 12 grote ventilatorconvectoren geplaatst moeten worden. Deze zijn in die grote capaciteit echter niet meer verkrijgk baar, zodat 18 convectoren met een geringere capaciteit geplaatst zullen moeten worden. Zij worden aangesloten op het bestaande leidingnet. Voorts verdient het aanbeveling de bestaande transportleidingen langs de gevels van het gebouw te isoleren, de ketelregeling weersafhankelijk te automatiseren, alsmede de ruimtetemperatuurregeling te verbeteren door het foepassen van ruimtetemperatuurvoelers. Hiervoor is het noodzakelijk ook de elektrische bekabeling van de regeling aan te passen. De bestaande centrale verwarmingsketel (met de te grote capaciteit) kan compleet met oliebrander geinstalleerd blijven. Het brandstofverbruik van deze vernieuwde installatie zal nagenoeg gelijk blijven. Daar de bestaande installatie niet meer goed kan functioneren, zullen bovenstaande voorzieningen, i.v.m. de continuering van het bedrijf, in ieder geval v66r het stookseizoen 1982-1983 moeten worden gerealiseerd.
2. Gebouw met isolatie Indien het gebouw van een thermische isolatie wordt voorzien volgens de in dit rapport genoemde voorstellen, zullen de transmissieverliezen 195 kW bedragen, eveneens berekend bij een buitentemperatuur van -12O C, een windsnelheid van 8 m/sec. en een binnentemperatuur in de expositieruimte van 12" C. Om deze transmissieverliezen te dekken kan een kleinere c.v.-installatie geinstalleerd worden, bestaande uit 12 i.p.v. 18' convectoren, eveneens aan. te sluiten op het bestaande leidingnet. De bestaande c.v.-ketel zal echter vervangen moeten worden, aangezien de overcapaciteit dan dermate groot wordt, dat het brandstofverbruik zeer ongunstig wordt beinvloed. Verder dienen, wat betreft de leidingisolatie en de regeling, dezelfde werkzaamheden verricht te worden zoals onder 5.B.1 is omschreven. Indien besloten wordt het gebouw we1 te isoleren, maar dit in fasen uit te voeren, is het aan te bevelen de c.v.-installatie a1 te baseren op de uiteindelijk benodigde capaciteit in geysoleerde toestand. We1 zay hierbij geaccepteerd moeten worden, dat in de beginperiode de gewenste ruimtetemperaturen niet altijd gehaald kunnen worden. 6. DE BRANDSTOFBESPARING
Het gemiddelde brandstofverbruik over de jaren 1978-1981 t.b.v. het ongeIsoleerde gebouw bedroeg 73.000 liter huisbrandolie per jaar. Door het gebouw van de omschreven thermische isolatie te voorzien, zal het brandstofverbruik bij gelijke binnentemperatuur worden teruggebracht tot ca. 40.000 liter huisbrandolie per 'jaar. De besparing bedraagt dus ca. 33.000 liter per jaar. 7. DE KOSTEN
De kosten voor het treffen van de bouwkundige maatregelen, zoals omschreven in hoofdstuk 4 A- D; worden geraamd op f 210.000,-. Onder meer ten gevolge van deze maatregelen zal naar verwachting, zoals vermeld in hoofdstuk 6 , een verminderd olieverbruik optreden van ca. 33.000 liter. Tegen de huidige huisbrandolieprijs van f 0,88/liter, betekent dit een jaarlijkse besparing aan stookkosten van ca. f 29.000,-. Het groot-onderhoud aan de verwarmingsinstallatie van het gebouw staat op zich en zal nog dit jaar moeten worden opgedragen. In het gebouw zonder isolatie zal dit onderhoud, uitgevoerd zoals in hoofdstuk 5 onder B.l omschreven, ca. f 85.500,- kosten. Wordt het gebouw geIsoleerd dan zullen de kosten voor dit groot-onderhoud uitgevoerd zoals in hoofdstuk 5 onder B.2 omschreven, echter ca. f 66.700,- bedragen. Alle in dit hoofdstuk genoemde prijzen zijn inclusief B.T.W.
.
. .. . .
.
TEMPERRTUURSVERLDDP SCHRRL I CM = I0 K LENSTESCHRRL 1:s
.
DRHPSPRNNIN~~~VERLDOP SCHRRL . . . . I ~. CM . .= 208 PR
.
MAX. DAMPSI? , OPTR. DAMPSP
.
.
CONSTRUCTIE 1
. .
. .
.
.. .
.
,
.
. .- .. ..
.
. . , .. .
fig. 1
TEMPERRTUURNERLOOP SCHRRL I CM = 18 K LENSTESCHRRL 1:s
DRMPSPRNNINESVERLOOP SCHRRL .I. CM = 280 PR MAX DAMPSP OPTR DAMPSP
.
CONSTRUCTIE 3
fig. 3
0=
ISOLERENE BEGLAZING 43,5 m? per gevel
,loo SO 600
50
2600
m
600
LOOO
BINNENBEKLEDING
'7'
CALIBEL 260 MET
fig. 6
fig. 7
NOORDGEVEL
fig. 8
ZUIDGEVEL
fig. 9
