1
BIJLAGES: Variety is the spice of life Adaptieve gevel voor energie neutraal wonen Hanneke Godfroij Bijlage bij afstudeerverslag Bouwtechniek - 21 februari 2013 Afstudeercommissie: prof. dr. ir. Jos Lichtenberg, prof. dr. ir. Chris Geurts en ir. Pieter Weijnen
2
Bijlage 1: berekeningen aan Trombe wand Om het opwarmen en afkoelen van de gevel te benaderen is hij verdeeld in 10 lagen. De berekeningen gaan uit van één vierkante meter gevel, randeffecten zijn genegeerd. Vervolgens is gekeken hoe de temperatuur verandert bij een bepaalde temperatuur buiten, binnen en een bepaalde zonkracht.
Opwarming De opwarming van een laagje is gegeven door de formule: 𝑇𝑡,𝑛 = 𝑇(𝑡−1),𝑛 + 𝑄(𝑡−1),𝑛 ∗ 𝑉 ∗ 𝜌 ∗ 𝑐
𝑇𝑡,𝑛 (℃) = temperatuurvan laag n op tijdstip t 𝑄 (J) = ingaande energie op tijdstip t 𝑉 (m3 ) = volume van één laag kg 𝜌 ( 3 ) = dichtheid van het materiaal m 𝐽 𝑐 � � = warmte capaciteitvan het materiaal 𝑘𝑔𝐾
Bij deze formule is een stapgrootte van 1 seconde aangehouden. In de resultaten is de totale warmte-inhoud, die bestaat uit het volume vermenigvuldigd met de dichtheid en de warmtecapaciteit, steeds op de x-as geplaatst. De warmtecapaciteit van een materiaal is bij een PCM niet constant. De latente warmte-inhoud van een PCM is gemodelleerd als een voelbare warmte inhoud die voor de smelttemperatuur ± 0,5 ℃ bestaat uit de werkelijke voelbare warmtecapaciteit en de latente warmtecapaciteit (Ghoneim 1991). Uit dit onderzoek blijkt dat de bandbreedte van de smelttemperatuur weinig of geen effect heeft op de prestatie van de wand. Nu de opwarming van de wand kan worden bepaald, moet voor alle gevallen de warmtestroom worden berekend. Hiervoor worden verschillende formules gebruikt.
Zoninstraling De warmtestroom van de buitenlucht naar de buitenste laag van de de wand is gemodelleerd als : 𝑄𝑡,𝑛 = 𝐼 ∗∝ −�𝑇𝑡,𝑛 − 𝑇𝑢𝑖𝑡 �/𝑅𝑐
𝑄𝑇,𝑛 (J) = warmteoverdracht van buiten naar wand(van buiten naar binnen is steeds positief) W 𝐼 ( 2 ) = zoninstraling m ∝ = reductiefactor van de zoninstraling m2 K 𝑅𝑐 ( ) = isolatiewaarde van het glas dat voor de wand zit W
De zoninstraling is benaderd als een constante waarde die 5 uur lang aanhoudt. Daarna is aangehouden dat hij 0 is. Omdat de stapgrootte precies 1 seconde is, kunnen Watt en Joule door elkaar gebruikt worden. Data uit IES Virtual Environment geeft de volgende frequenties van zoninstraling voor referentiejaar 1999 Schiphol. Aantal uren tussen september en maart dat de zoninstraling boven een waarde komt: 𝐼
2
50 100 200 500
𝑢𝑢𝑟
1481 1051 542 60
Zoninstralingen van 50, 100 en 200 W/m zijn meegenomen in de berekeningen, hogere waardes komen in het stookseizoen te zelden voor om echt veel bij te dragen. Van deze zonstraling wordt een reductiefactor afgehaald. De reductiefactor is opgebouwd uit de g-waarde van het glas, de absorptie van de wand en een reductie ten gevolge van de oriëntatie. Dit wil zeggen, dat de zon
3 niet altijd recht op de gevel staat, maar vaker onder een hoek op de gevel valt. De g-waarde volgt uit het programma van eisen, de absorptie van de wand is 0,9 en de reductie ten gevolge van oriëntatie is afgeleid uit zonhoogte en draaiing. Deze is 0,7. De reductiefactor komt hierdoor totaal op 0,44.
Warmteverlies door conductie De isolatie waarde is zolang de zon schijnt gebaseerd op de U-waarde van het glas, en daarna op de isolatie van glas en luik samen. Warmteverlies door IR-straling wordt genegeerd, het glas houdt deze warmte binnen.
Warmteverlies door ventilatie Als de wand dient om te koelen, gaan de ventilatieroosters in het kozijn open en komt er een luchtstroom op gang. Voor meer exacte berekeningen wordt verwezen naar de simulaties, in dit model is de warmteoverdracht bepaald met een warmteovergangs-coefficient, 8, die bestaat uit een deel convectie en een deel straling. De zoninstraling is in dit geval altijd 0, want koelen gebeurt ’s nachts. De formule wordt dan: 𝑄𝑡,𝑛 = �𝑇𝑡,𝑛 − 𝑇𝑢𝑖𝑡 � ∗∝
𝑄𝑇,𝑛 (J) = warmteoverdracht van buiten naar wand(van buiten naar binnen is steeds positief) ∝ = warmteovergangscoefficient, 8 (Ghoneim 1991 en WTH 2012)
Interne warmteoverdracht in de wand
De volgende stap is het bepalen van de warmtestroom tussen de lagen. Deze is berekent met behulp van de volgende formule:
𝑅𝑑 (
𝑄𝑡,𝑛 = (𝑇𝑡,(𝑛−1) − 𝑇𝑡,𝑛 )/𝑅𝑑
m2 K ) = isolatiewaarde van de wand W
Overdracht van wand naar ruimte
De warmteoverdracht vindt dus volledig plaats door conductie. De warmteoverdracht van de wand naar de ruimte vindt volledig plaats door convectie, en wordt dus bepaald met: 𝑄𝑡,𝑛 = �𝑇𝑡,(𝑛−1) − 𝑇𝑖𝑛 � ∗∝
𝑄𝑇,𝑛 (J) = warmteoverdracht van de wand naar binnen 𝑇𝑡,(𝑛−1) (℃) = temperatuur van de binnenste laag van de wand 𝑇𝑖𝑛 (℃) = binnentemperatuur
Door deze warmteoverdracht over een aantal uur op te tellen, kan de totale warmteafgifte worden bepaald. Om de afkoeling in een zomernacht te bepalen, is gebruik gemaakt van de formule voor warmtecapaciteit. Het gemiddelde temperatuurverschil over de 10 lagen van de muur is vermenigvuldigd met de warmtecapaciteit van de muur, hieruit volgt de afkoeling. Hiervoor is er een theoretisch maximum: de warmte die de muur zou kunnen afstaan als hij de gehele nacht even warm zou blijven. Aangezien het oppervlak van de wand en de warmteoverdrachts-coefficienten constant zijn, is de warmteoverdracht recht evenredig met het 2 2 temperatuurverschil. In dit geval zou in 5 uur 2,9 MJ/m en in 8 uur 4,6 MJ/m kunnen worden afgekoeld. Bij iedere combinatie van een isolatiewaarde en een massa van de wand kan vervolgens worden berekend hoeveel procent van dit maximum wordt benut.
Berekeningen Op basis van deze formules zijn berekeningen uitgevoerd. Ventilatie van de spouw van de Trombe wand naar de binnenruimte is dus buiten beschouwing gelaten. De warmtecapaciteit van de wand en de isolatiewaarde zijn gevarieerd, net als de zoninstraling. Andere waarden zijn constant gehouden. Voor verwarmen is een buitentemperatuur van 10 graden en een binnentemperatuur van 20 graden aangehouden. De wand begint op 2 2 20 graden. De isolatiewaarde van het glas is 1 Km /W en de isolatiewaarde bij verhoogde isolatie is 4 Km /W. Bij koelen begint de wand op 27 ⁰C, de buitenlucht en de binnenlucht zijn allebei 17 ⁰C.
4 De binnentemperatuur is dus ook als een constante aangenomen, die niet door de Trombewand wordt beïnvloed. Het model is daarom niet geschikt om te bepalen hoeveel de wand bijdraagt aan het klimaat. Er kan alleen worden berekend hoeveel warmte de wand afgeeft aan de binnenruimte bij een bepaalde binnentemperatuur. In het geval van de PCM’s zijn ook de smelttemperatuur en de latente warmtecapaciteit variabel. De resultaten van deze berekeningen staan in het verslag.
5
Bijlage 2: Keuze tussen leem, pcm of combinatie Nadat met het rekenmodel uit bijlage 1 is bepaald wat de beste isolatie en massa zijn zonder PCM’s te beschouwen, is in deze bijlage gekeken naar geschikte PCM’s. Eerst is gekeken welke waarden (smelttemperatuur, latente en voelbare warmtecapaciteit, isolatie) het beste resultaat geven voor het opslaan van warmte en afkoeling. Vervolgens is gekeken naar producten die bij deze waarden in de buurt kwamen, deze zijn vergeleken. Het product met de meest geschikte eigenschappen bleek de gipsplaat met BASF Micronal met een smelttemperatuur van 26 graden. Er bestaat ook een leemplaat met Micronal er in, maar daarvan was geen data te vinden. Twee van deze platen tegen elkaar geven onderstaand resultaat. De grafieken geven het temperatuurverloop over 24 uur als er de eerste 5 uur lang een constante zoninstraling van 100 respectievelijk 200 Watt is, en daarna het luik sluit. De totale warmteoverdracht naar de ruimte is 0,35 2 2 2 resp. 1,04 MJ. De waarden voor één paneel: Rc 0,08 Km /W, C latent 330 KJ/m , Cvoelbaar 14 KJ/Km . Buiten is het tien graden, binnen twintig.
Twee panelen met BASF Micronal er in. Links bij 100 Watt zoninstraling, rechts bij 200 Watt.
Hetzelfde is gedaan voor een wand met 16 cm leem, waarmee de ideale massa die eerder bepaald was 2 2 benaderd wordt. De isolatiewaarde is 0,15 Km /W, de massa is 300 KJ/Km . De warmteoverdracht is respectievelijk 0,36 en 0,91 MJ.
16 cm leem opgewarmd door een zon van 100 W/m2 (links) en 200 W/m2.
Uit praktische overwegingen (de PCM-plaat moet ergens op worden bevestigd) is overwogen om een combinatie van PCM en leem toe te passen. De onderstaande grafieken geven het resultaat bij een leemwand van 8 cm die aan de binnenkant is afgewerkt met één plaat met PCM capsules. De opbrengst wordt 0,41 respectievelijk 1,06 MJ. Bij beide waardes voor zoninstraling geeft dit dus de meeste opbrengst.
6
8 cm Leem aan de buitenkant en één plaat met PCM’s aan de binnenkant. Er is een subtiel verschil als de pcm aan de buitenkant zit: 0,39 of 1,04 MJ.
Voor het gebruik als Trombewand, is een leemstenen wand met daarop PCM platen dus de beste keuze. Maar ook het koelen mag niet worden vergeten. Er is vanuit gegaan dat de wand 27 graden is, het buiten 17 graden is en binnen (dankzij ventilatie) 20. In deze afbeeldingen is te zien dat de temperatuur het meeste daalt met de PCM platen. Hier staat echter tegenover, dat deze constructie de volgende dag ook net zo snel weer opwarmt tot aan de smelttemperatuur. Het effect van de PCM materialen is te zien aan de steile stukken die bij de afkoeling van de leemwand niet te vinden zijn. Er wordt gekozen voor de PCM aan de binnenkant van een lemen muur, omdat dit zorgt dat de stralingstemperatuur binnen ’s avonds snel daalt, terwijl de muur ook veel warmte kan afstaan. Eigenlijk is dit het beste van twee werelden: aan de binnenkant dankzij de PCM veel opslagcapaciteit bij een constante temperatuur en aan de buitenkant dankzij de massa veel opslagcapaciteit en een groot temperatuurverschil, waardoor er meer warmte kwijtgeraakt kan worden.
Afkoeling van de verschillende materialen
7
Bijlage 3: Wanneer in welke stand? Er is exact bepaald wanneer welke stand nodig is. Dit is hoe de wand zou reageren als de wand in de automatische stand staat. Daarnaast is een eventuele aanwezigheids sensor niet meegenomen. Ook vertraging is in dit schema niet te zien: als een bepaalde waarde pas net is overschreden, kan het in de praktijk voorkomen, dat de reactie nog even uitblijft om te veel heen en weer gaan te voorkomen. Er zijn vijf mogelijke posities, die worden weergegeven in het overzicht hieronder. Om te bepalen hoe de wand zich moet gedragen moeten vijf variabelen bekend zijn. De lichtsterkte bepaald of het nacht is om het luik te kunnen sluiten en of de zon schijnt om oververhitting te voorkomen of de zon juist te benutten. Vanaf 5 lux wordt de zon benut, vanaf 2000 lux kan niet meer worden gekoeld en vanaf 20.000 lux is zonwering nodig. De binnen- en buitentemperatuur worden daarnaast ook gemeten. Hierbij wordt de binnentemperatuur ook een tijdlang onthouden: als de temperatuur boven de 24 graden komt, en de wand in de koelstand gaat, blijft hij in die stand tot de temperatuur weer onder de 21 graden komt. Nogmaals wordt hierbij aangemerkt dat de exacte waardes waarbij dit allemaal gebeurd, gezien moeten worden als een soort ‘fabrieksinstelling’. De bewoners kunnen het anders instellen, en bijvoorbeeld beslissen dat de zonwering pas bij 30 kLux omlaag moet. Om de tabel kort en overzichtelijk te houden, is ‘niet van toepassing’ aangegeven als de variabele er niet toe doet voor de uitkomst.
Zomerstand/ winterstand?
Licht sterkte?
Tin
Tuit/Tin
Tin komt van boven 24?
Positie?
Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand Zomerstand
< 5 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 5 - 2000 lux 2000 - 20.000 lux > 20.000 lux > 20.000 lux > 20.000 lux > 20.000 lux
<21 <21 21-24 21-24 21-24 >24 >24 <21 <21 21-24 21-24 21-24 >24 >24 nvt <21 21-24 21-24 21-24
Tin
Tuit TinTuit nvt TinTuit TinTuit TinTuit nvt TinTuit nvt nvt TinTuit nvt
nvt nvt ja ja nee nvt nvt nvt nvt ja ja nee nvt nvt nvt nvt ja ja nee
1 5 1 2 (+ ventilatie) 1 5 2 (+ ventilatie) 1 1 1 2 (+ ventilatie) 1 1 2 (+ ventilatie) 1 3 3 4 (+ ventilatie) 3
8 Zomerstand Zomerstand Winterstand Winterstand Winterstand Winterstand Winterstand Winterstand Winterstand Winterstand
> 20.000 lux > 20.000 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux < 5 lux 5 - 20.000 lux > 20.000 lux > 20.000 lux > 20.000 lux
>24 >24 <21 <21 21-24 >24 nvt <21 21-24 >24
TinTuit TinTuit nvt nvt nvt nvt nvt nvt
ja ja nvt nvt nvt nvt nvt nvt nvt nvt
3 4 (+ ventilatie) 1 5 1 5 1 2 2 1
9
Bijlage 4: MCA De multi-criteria analyse is heel bruikbaar om meerdere alternatieven te vergelijken. Meerdere criteria, waarvan sommige niet meetbaar of kwantitatief zijn, kunnen worden bekeken. De eerste stap in een mca is om het hoofddoel en de doelstellingen te bepalen. Het hoofddoel is het onderzoeksdoel van het gehele project. Dat kan voor deze analyse worden vertaald in vier doelstellingen: de gevel is adaptief en spaart daarmee energie uit, de gevel is maakbaar, de gevel wordt door de gebruikers gewaardeerd en hij is betaalbaar. De volgende stap is om deze brede en vage doelstellingen om te zetten in heldere en meetbare criteria en die van weegfactoren te voorzien. Vervolgens worden de bijbehorende berekeningen gedaan en tot slot is er een sensitiviteitsanalyse en een betrouwbaarheid analyse om de resultaten op hun robuustheid te toetsen.
Criteria: Hoeveel zon kan er geweerd worden? Het programma van eisen heeft gesteld welke g-waarden toelaatbaar zijn. Er is steeds gekeken of de zonwering ten alle tijden de gestelde reductiefactor kan maken. Het concept met de bolletjes kan zoveel als nodig worden gevuld met bolletjes of vloeistof. Door een vloeistof met de juiste lichtdoorlatendheid te kiezen, kan iedere LTA en g-waarde gehaald worden. Het vouwluik en het definitieve plan bieden bescherming door middel van een overstek. Hoewel dit extra effectief is als de zon hoog staat, op de warmste momenten dus, blijkt het onvoldoende bescherming te bieden. In de paragraaf over de zonwering is te zien dat op de zuidoost gevel zelden meer dan 50% gehaald wordt. van het directe licht geweerd kan worden. Op de zuid-, zuidwest- en zuidoost gevel zal een minimum van 70% wel gehaald worden, maar alleen tussen twaalf en één in juni en juli. Het is echter goed denkbaar dat er ook bijvoorbeeld in augustus om drie uur in de middag behoefte is aan zonwering. Op dat moment kan echter maar 50% van het directe licht worden geweerd, wat erg weinig is. Gemiddeld wordt over het hele jaar 30% van het raamoppervlak in de schaduw gezet, en in de zomer 40%. Het langer maken van de overstek heeft nauwelijks invloed. Het zou wel kunnen helpen om bredere ramen te maken met bescherming aan de zijkanten. Het schuivende luik wordt door een losse zonwering beschermd. Hiermee kan makkelijk aan de eis worden voldaan. Hetzelfde geldt voor lamellen.
Hoeveel doet de raamisolatie?
2
De eis uit het programma van eisen is, dat de isolatie van 0,3 naar 1 W/m K gebracht kan worden. Dit is haalbaar met alle concepten. In het geval van het schuivende luik echter, zit het luik aan de binnenkant, wat de effectiviteit vermindert en het risico op glasbreuk vergroot (Quirouette 1980). Daarbij kan het luik niet tegelijk het raam isoleren en de PCM rubber isoleren, wat nodig is om de warmte over de nacht vast te houden. Er wordt daarom aangenomen dat het luik maar voor 70% effectief is. Benodigde hoeveelheden isolatiemateriaal: Voor het bolletjes en vloeistof concept: 8,8 cm EPS korrels in de raamspouw (hierin is meegenomen dat in de spouw geen edelgas kan worden opgenomen als er ook isolatiebolletjes in en uit gepompt worden) Alle luiken: 8 cm EPS of 4,8 cm resolschuim Lamellen: ook hier bolletjes in spouw, dus ook hier 8,8 cm.
Hoe goed kan het systeem zonlicht opvangen? De opslagcapaciteit kan in alle systemen voorzien in de behoefte. Dit geldt ook voor de opslag voor koeling. Dit wordt bereikt met 1,5 cm PCM voor de bolletjes en het vouwluik. Omdat het schuivende luik een kleiner oppervlak heeft, wordt hier 6 cm PCM materiaal aangenomen. Voor de lamellen wordt uitgegaan van 7 cm water.
10 Bij de lamellengevel is geen systeem om licht te vangen, deze scoort dus 0%. Alle andere systemen vangen zonlicht op. Bij de bolletjesgevel is dat op alle oppervlak van de gevel. Bij het vouwluik alleen boven het raam en bij het schuifluik in de plaats van het raam. Het gevangen zonlicht wordt bij het vouwluik onmiddellijk naar binnen verplaatst, terwijl de bolletjesgevel deze warmte ook kan bewaren aan de buitenkant tot hij binnen gewenst is. Nadeel: zolang de massa aan de buitenkant zit, verliest hij warmte aan de omringende lucht. De afgifte gaat in alle gevallen met pcm, en dus met een prettige constante temperatuur.
Hoe goed kan het systeem koelen De eisen voor thermische opslagcapaciteit worden in alle gevallen gehaald (zie hierboven). De lamellengevel kan geen koeling bieden en valt dus af. De andere delen koelen de massa in de nacht voor hoger comfort overdag. Het vouwluik kan hierbij op de hemel gericht worden voor een hoger rendement, wat misschien compenseert voor het iets kleinere oppervlak dan de bolletjes gevel. Bovendien wordt de koelte meteen naar binnen gebracht, zodat ook massa die niet bij de gevel hoort, zoals de vloer of de meubels, afkoelt. Het schuifluik kan alleen de massa aan het raam koelen. Dit is veel minder effectief, door het kleine oppervlak. Het beste koelt het definitieve plan, omdat dat het enige ontwerp is waarbij de muur van twee kanten gekoeld kan worden.
Kunnen alle combinaties worden gemaakt? Deze informatie is al in de tekst terug te vinden. De afbeeldingen laten precies zien hoe het zit.
Hoeveel energie verbruiken de motors? Om een vergelijking te kunnen maken is bekeken wat er nodig is om de gevel van positie 1 in positie 4 te zetten en dan in positie 5. Daarbij wordt iedere positie 3 uur aangehouden. Het gebruik is berekend voor een gevel van 7 meter breed. Aannames over het energiegebruik van de motors zijn gebaseerd op de case van de zonweringssystemen (Vestiatic Wiso, Elero AstroTec en Somfy) en het gebruik van een pomp voor 1 vloerverwarming . Bij de bolletjes, moet de vloeistof verplaatst worden om van positie één naar positie vier te kunnen. Voor positie vijf moet de vloeistof naar de spouw waar de bolletjes in zitten worden gepompt, zodat de isolatiebolletjes de glasspouw in worden gedrukt. Hierna wordt de vloeistof teruggepompt naar de andere spouw waar hij gewenst is. Het totale gebruik hiervoor is 45 kJ. Het vouw luik moet het grote luik in de schaduwstand krijgen, drie uur lang pompen en dan sluiten. Dit vergt 576 KJ. Het schuivende luik moet sluiten en de zonwering moet aan, dit verbruikt 42 KJ. De lamellen en water gevel kan zijn massa op zo’n korte tijdsschaal niet aanpassen. Het bewegen van de lamellen kost 12 KJ. Voor het definitieve ontwerp moeten beide luiken beide keren worden bewogen, zodat het verbruik op 72 KJ komt. Aannames: Pomp verbruikt 50 Watt Buismotor verbruikt 100 Watt voor zonwering, 200 Watt voor een klein luik en 300 Watt voor grote luiken Het duurt 60 seconden om een luik te openen of een zonwering neer te laten Het duurt 5 minuten om de vloeistof van de ene naar de andere spouw te verplaatsen.
Kan de gevel voor minstens 75% uit glas bestaan? Bij veel passiefhuizen is een grote hoeveelheid glas op de zuidoriëntatie een belangrijk onderdeel van de strategie, en ook voor de architectuur kan het wenselijk zijn hierin vrijheid te hebben. Bij het vouwluik is dit geen punt. Alleen is er ruimte boven het glas nodig om het luik weg te kunnen klappen. Het schuifluik heeft even groot luik als raam nodig. Met aftrek van kozijn etc. is dus 45% het hoogst haalbare. De bolletjes gevel en lamellengevel zijn voor hun massa afhankelijk van de dichte delen. Zoals gezegd in het programma van eisen, moet de verhouding dichte gevel-vloer daarvoor tenminste 30% zijn. Dat zal niet altijd kunnen. Bij de verhouding van 60% (compact gebouw), betekent dat slechts 50% glas (met aftrek van kozijn 45%). Ik neem het gemiddelde van dit minimum en een normale situatie (verhouding 1 op 1), en kom zo op 70+50/2= 60% 1
http://www.warmevloer.nl/faq/de-pompschakelaar.html
11 Is het systeem technisch haalbaar? Minpunten voor de volgende zaken: Kan niet op de bouwplaats worden gemaakt, maar alleen als één geheel in de fabriek (1 punt) Er moeten pompen in de gevel worden gebouwd (1 punt) Moeilijk omdat het nieuw is en er een element of techniek in zit die nooit in een gevel is gebruikt, zoals vloeibare of rubberen PCM, water en isolatie op één plaats, isolatie die tussen spouwen verplaatst ( 1 punt per element) Sluit meerdere bouwsystemen, zoals stapelbouw, hsb, elementen bouw uit (1 punt) Verschillende systemen in één gevel (1 punt)
Is het systeem kwetsbaar? -
Risico op lekken ( één punt voor ieder onderdeel dat een vloeistof kan bevatten) Moeilijk te repareren (drie punten als motors, pompen of natte delen moeilijk bereikbaar zijn) Alles wat beweegt, kan kapot: (een punt voor iedere klep, pomp, scharnier, motor etc.) Onderhoudsbehoefte (rank)
Produceert de gevel geluiden? x volledig stil xx hoorbaar, maar alleen tijdens het omzetten xxx voor langere tijd hoorbaar xxxx herrie als hij wordt omgezet xxxxx voortdurend herrie
Zijn er daglicht en uitzicht, ook als er zonwering is? x uitzicht wordt altijd door de zonwering geblokkeerd xx uitzicht wordt soms door de zonwering geblokkeerd xxx uitzicht is perfect
Hoe ‘normaal’ ziet de gevel er uit? Dit argument is vooral meegenomen omdat het de acceptatie door bewoners vergroot. x Sommige delen zien er erg vreemd uit xx Sommige delen wijken iets af xxx sommige delen wijken soms iets af
Hoe goed is de gevel te begrijpen? Ook dit is belangrijk voor de acceptatie, maar ook om goede aansturing door de gebruiker beter haalbaar te maken Mensen kunnen zien wat er gebeurt (een punt voor iedere variabele: zonwering, isolatie raam en isolatie gevel) De hele gevel werkt met één principe ( 3 punten) De gevel doet denken aan bestaande systemen (één punt voor luiken en één punt voor zonwering) De gevel verzamelt geen koude of warmte
Wat kost de gevel? Hiervoor is een zeer grove schatting gemaakt voor een gevel van 2,5 meter hoog met een raam van 1,5 m hoog. Uit begrotingen van projecten van Upfrnt zijn de volgende aannames gedaan: 2 1,5 m raam, kan open, kost € 1500,2 1 m houtskeletbouw kost €150-700,Zonwering van 1,5 m2 kost €180,-
12
Schatting bolletjes: vouwluik: Schuifluik: Lamellen: definitief plan:
€ 4000,€ 3200,€ 2700,€ 4000,€ 3000,-
Wat is een extra verkoopargument? bolletjes: Luik verhoogt veiligheidsgevoel vouwluik: Luik verhoogt veiligheidsgevoel, Kan worden toegepast in bestaande woningen! schuivend luik: Luik verhoogt veiligheidsgevoel, vanwege goede zichtbaarheid zeer geschikt voor verhogen bewustwording lamellen: Luik verhoogt veiligheidsgevoel, ramen kunnen veilig open (want er zitten tralies voor) definitief plan: luik verhoogd veiligheidsgevoel, geschikt voor verhogen bewustwording
13
Tabel met criteria, weegfactoren en ingevulde scores Adaptief Effectieve zonwering? Effectieve raamisolatie? Effectief zonlicht vangen? Effectief koelen 's nachts? Alle combinatie te maken? Energiegebruik om de gevel aan te sturen? Techniek Lijkt het idee technisch haalbaar? Is het kwetsbaar? Gebruiksvriendelijk produceert de gevel geluid? daglicht en uitzicht oké? Aantrekkelijk uiterlijk? begrijpelijk? Economisch Wat kost de gevel? Zijn er nog andere verkoop argumenten?
Bolletjes en vloeistof
Vouwluik
Schuivend luik
Lamellenwater
Definitieve plan
+/-'
dimensie
77 100 100 90 5 45.000
50 100 90 100 5 576.000
77 70 20 20 5 42.000
77 100 0 0 3 12.000
50 100 100 120 5 72.000
+ + + + + -
% % % % out of five Joule
5 11
0 8
2 4
4 9
1 4
-
kwalitatieve kwalitatief
xx xx xxx 5
xxx xxx xx 5
xx xx x 7
xx x x 4
xx xxx xx 7
+ + +
kwalitatief kwalitatief kwalitatief kwalitatief
4000 x
3200 xxx
2700 xx
4000 xx
3000 xx
+
€/m kwalitatief
Gewicht 45 5 5 10 10 10 5 25 15 10 15 3 5 2 5 15 10 5
14
Dominantiescores In de volgende tabellen staan de dominantiescores die uit de vorige tabel zijn berekend. Een positieve score wil zeggen dat het concept uit de linker kolom beter scoort dan het concept uit de bovenste rij. Bij de kwantitatieve criteria zijn de scores naar ratio bepaald, waarbij de laagste score 0 haalt en de hoogste de volledige weegfactor. Bij de kwalitatieve criteria is alleen gekeken welk van twee concepten beter is, dit concept krijgt het aantal punten van de weegfactor. Uit deze twee subcategorieën is de uiteindelijk score bepaald die in de onderste tabel op deze pagina staat Dominantie scores kwantitatief; Bolletjes Bolletjes
Vouwluik
Schuifluik
Lamellen-water
Definitief
3,7
8,8
27,2
-5,0
5,1
23,5
-8,7
18,4
-13,8
Vouwluik
-3,7
Schuifluik
-8,8
-5,1
lamellen
-27,2
-23,5
-18,4
Definitief
5,0
8,7
13,8
32,2
Vouwluik
Schuifluik
Lamellen-water
Definitief
-30,0
-33,0
-18,0
-40,0
9,0
39,0
10,0
35,0
8,0
-32,2
Dominantie scores kwalitatief Bolletjes Bolletjes Vouwluik
30,0
Schuifluik
33,0
-9,0
lamellen
18,0
-39,0
-35,0
Definitief
40,0
-10,0
-8,0
37,0
Vouwluik
Schuifluik
Lamellen-water
Definitief
-1,9
-1,2
3,6
-4,4
1,7
7,8
-0,8
6,5
-1,9
-37,0
Dominantie scores overall Bolletjes Bolletjes Vouwluik
1,9
Schuifluik
1,2
-1,7
lamellen
-3,6
-7,8
-6,5
Definitief
4,4
0,8
1,9
Uiteindelijke volgorde: 1 Definitief 2 Vouwluik 3 Schuifluik 4 Bolletjes 5 Lamellen
-9,3 9,3
15
Sensitiviteitsanalyse In de volgende tabel zijn zogenaamde turning points bepaald: hoeveel een weegfactor had moeten afwijken voordat er een ander resultaat uit was gekomen dan nu het geval is. Als deze waardes erg laag zijn, blijkt daaruit dat het resultaat niet erg robuust is. Daarnaast is gekeken hoe het resultaat zou worden beïnvloed als bepaalde criteria helemaal niet waren meegenomen.
Adaptief Effectieve zonwering? Effectieve raamisolatie? Effectief zonlicht vangen? Effectief koelen 's nachts? Alle combinatie te maken? Energiegebruik om de gevel aan te sturen? Techniek Lijkt het idee technisch haalbaar? Is het kwetsbaar? Gebruiksvriendelijk produceert de gevel geluid? daglicht en uitzicht oké? Aantrekkelijk uiterlijk? begrijpelijk? Economisch Wat kost de gevel? Zijn er nog andere verkoop argumenten?
Turning point
Wat is dan het beste?
14 none none none none 55 of -4
vouwluik
12 -7
vouwluik vouwluik
Vouwluik of schuivend luik
none none none none 26 11
Schuifluik vouwluik
16 Volgorde 1 2 3 4 5
Definitief Vouwluik Schuifluik Bolletjes Lamellen
Volgorde zonder economie 1 Definitief 2 Vouwluik 3 Bolletjes 4 Schuifluik 5 Lamellen
Volgorde zonder gebruikers 1 Definitief 2 Vouwluik 3 Schuifluik 4 Bolletjes 5 Lamellen Volgorde zonder techniek: 1 Definitief 2 Bolletjes 3 Vouwluik 4 Schuifluik 5 Lamellen
Analyse en conclusie: Op de afgelopen pagina’s staan de criteria ingevuld in de tabel en de overzichten van de dominantiescores, uitgesplitst naar kwalitatief en kwantitatief. Hieruit blijkt dat het definitieve idee het beste is. De sensitiviteitsanalyse laat zien, dat dit een robuuste conclusie is, alleen als de weegfactoren heel erg anders worden, wordt de conclusie er door beïnvloed. Ook wanneer een categorie criteria helemaal buiten beschouwing wordt gelaten, blijft die conclusie hetzelfde
a a a a a a a a a a a a a a
os:t / s:i uaddeis 9 U! J~OIA ap uee ~uawaia uaa U~A ~u!~i~saAa9 o~:i / s:I uadd~s s u~ ~uawaia U~ U~A Mnoqdo s:i s~ae~ap aIeD!~aA s:t
iIe~ap
Iee.~uoZuOH
o~:t sapausioo~
u~ uiu~ ~ :~ a~e~:
Opbouw één element Stap 1: frame
Opbouw één element Stap 2: rail en stellat
Opbouw één element Stap 3: kozijn en wieltjes
Opbouw één element Stap 4: luiken ophangen
Opbouw één element Stap 5: buismotor en afwerking
Bevestiging elementen Stap 1: vloer
Bevestiging elementen Stap 2: bevestigingshaken met slobgaten
Bevestiging elementen Stap 3: onderste element
Bevestiging elementen Stap 4: volgende laag haken
Bevestiging elementen Stap 5: bovenste element
Bevestiging elementen Stap 6: afwerking van vloer en elementen
Bijlage 6: Simulatie Het ontwerp voor het kantoor in Amsterdam is op de volgende pagina’s te vinden. De omliggende bebouwing is in afbeelding xx te zien in geel, en de twee gebouwen met en zonder adaptieve gevel zijn in paars te zien. Dit model is in Virtual environment geladen om het te analyseren.
Afbeelding 1: afmetingen van de omgeving
Fijne simulatie In eerste instantie is gekeken naar de winter situatie. Twee dingen zijn aangepast ten opzichte van de gewone simulatie: de reflectie en de aansturing. Met suncast is gekeken naar zonstand en de hoeveelheid reflectie die verwacht kan worden. In de hele week komt de zon helemaal niet op de gron in de tuin, daarvoor staat hij te laag. De g-waarde is daarom steeds gewoon 0,65. Er is nog een poging gedaan om PCM’s te simuleren met een omweg: Het openemen en afgeven van warmte door de muur simuleren door een interne warmtebron in de muur de juiste hoeveelheden warmte of koude af te laten geven. Dit is echter niet gelukt, het ging vriezen of er gebeurde helemaal niets. Wel is de aansturing verfijnd. Het grootste deel van de aansturing was al helemaal goed. De luiken voor de ramen sluiten automatisch in de nacht. De uitzonderingen, zoals wanneer het binnen te warm wordt, kwamen in deze week niet voor. De luiken van de ramen waren dus van zichzelf al goed. De ventilatie bleek ook al goed te gaan met de grove instelling. Het enige dat echt is aangepast is het criterium om de luiken te openen. In de grove simulatie is hiervoor de globale zoninstraling gebruikt. In deze simulatie kon de instraling op het oppervlak worden genomen als criterium. Er zijn twee groepen luiken gedefinieerd: één op het zuiden en één op het oosten. Vervolgens is gekeken hoeveel er gestookt moet worden als de luiken open gaan bij verschillende zoninstralingen en wat er zou gebeuren als ze altijd open of dicht zouden blijven. De resultaten 2 staan in tabel 1. Ze laten zien dat 40W/m het beste criterium is, dat is dan ook gebruikt. Zoninstraling op verticaal vlak 0 (altijd open) 25 40 50 70 800 (altijd dicht)
gestookt in een week (kWh) 82,4 61,6 61,4 61,9 64,3 101,5
Tabel 1: Relatie tussen zoninstraling waarbij het luik opent en het verbruik.
In de zomersimulatie bleken ook de meeste instellingen al goed te gaan. Het luik hoefde niet dicht, omdat het buiten niet te koud was, noch zo extreem warm dat het luik ’s nachts de hitte buiten moest houden. Dus het luik voor ramen staat gewoon uit. In grote simulatie is dat niet, daar gaan ze iedere nacht dicht. Verder zijn de roosters vande trombewand en de luiken zo ingesteld dat ze openen als de zon niet op de gevel staat (in de praktijk is dat ’s nachts) en het binnen 24 graden is. De temperatuur daalt vervolgens tot 20 graden. Zo veel koelt het op geen enkele nacht af. In deze week staat het gebouw op 7, 8 en 10 juni te koelen, en verder niet. Veel van de criteria voor het aanpassen van de gevel zullen vooral in het tussenseizoen van belang zijn, als er vaker gewisseld wordt tussen koelen en verwarmen.
Sensitiviteit en betrouwbaarheid In deze paragraaf worden de betrouwbaarheid van de conclusie en de data die eraan ten grondslag liggen onderzocht. Hiertoe wordt ook beschreven hoe de resultaten worden beïnvloed door kleine variaties in de aannames. In de betrouwbaarheid van de data is de isolatiewaarde van het luik een van de opvallendste. Voor het luik 2 inclusief kozijn en glas is een Rc van 5 Km /W aangehouden. Er is geen enkel praktijkvoorbeeld gevonden van een luik dat dat ook daadwerkelijk presteerde. In de detaillering moet hard gemaakt worden, dat dit luik een 2 dusdanig goede luchtdichting en koudebrugonderbreking heeft, dat 5 Km /W inderdaad haalbaar is. Mocht dit nu veel lager uitvallen, bijvoorbeeld als isolatiewaarde 2 blijkt te zijn, dan worden de resultaten slechter. Het totale stookverbruik van het gebouw zou van 1,47 MWh naar 1,80 MWh gaan. Dat wil zeggen dat het echt belangrijk is de hoge isolatie waar te maken. Een andere variabele is de massa van de Trombe wand. Hier is gekeken in hoeverre de massa en isolatie uit het programma van eisen inderdaad het beste bleken. Een iets hogere massa dan berekend heeft toch een beter effect. Dit kan waarschijnlijk verklaard worden doordat in de simulatie ook het effect na meer dan 24 uur is meegenomen en dat, zoals eerder gezegd, in de berekeningen geen rekening is gehouden met ventilatie. Een Trombewand met ventilatie werkt optimaal bij een iets grotere dikte dan een wand zonder ventilatie (Ghoneim 1991). Voor de natuurlijke ventilatie moeten aannames gedaan worden over de omgeving en de luchtstroom. Verschillende standaard instellingen, zoals semi-blootgesteld, beschut, langere of kortere wanden en verschillende maten voor hoogbouw zijn daarom doorgerekend. De invloed bleef beperkt tot enkele procenten. De aanname dat er natuurlijke ventilatie is, is het meest realistisch voor zo’n klein gebouw, maar maakt wel de resultaten onderzekerder. Bij mechanische ventilatie kan immers exact worden bepaald hoeveel lucht er op ieder moment wordt aangezogen. Tot slot wordt de betrouwbaarheid ook bepaald door de kwaliteit van de simulatie als geheel. Zijn er geen effecten vergeten, is alles wat moest worden ingevuld, ook ingevuld en zijn de gegevens goed geïnterpreteerd? Om dit te waarborgen, zijn de resultaten voorgelegd aan Pieter-Jan Hoes, promovendus bij bouwfysica, die niet alleen de resultaten, maar ook de meeste invoervelden heeft bekeken om te controleren of er niets vergeten was. Het energiegebruik is erg afhankelijk van zoveel verschillende variabelen, dat een case nooit een algemeen bewijs voor het effect kan zijn. Dat hoeft niet als probleem gezien te worden, daar adaptief hier nu juist voor bedoeld is: omdat het aanpasbaar is, kan bij meerdere gebruiksprofielen, omgevingen, verhoudingen tussen glas een vloeroppervlak enzovoorts een ideale samenstelling worden gemaakt.
Zijaanzicht (oost)
Vooraanzicht (zuid)
Zijaanzicht (west)
Achteraanzicht (noord)
01
02
Doorsnede A-A
+300 +26
+300
B
B
Doorsnede B-B
8.000 8.000 300
7.400 2.450
300
700
800
2.000
300
400
2.000 6.400 7.000
B
8.000
Begane grond
WAND C
300
4.000
1.000
KANTOOR AMSTERDAM 4.000
3.400 300
MERK B
project
opdrachtgever
A
----CHASSESTRAAT 71, AMSTERDAM tekening
1.001 MERK A
1.000
B
2.000 MERK C
WAND D
03 1.000
1e verdieping
WAND B
WAND F
300 2.000
R GE IG I-L
300
5x
WAND E
VLOER C
R GE IG I-L
4.000
VLOER B 5x
A
VLOER A
R GE IG I-L
R GE IG I-L
R GE IG I-L
R GE IG I-L
A
300 2.240
WAND A
5x
5x
5x
5x
A
1.401
DAK C
2.000
DAK B
1.700
DAK A
300
2.710
REKENMODEL (CONCEPT)
1.800 300
print datum
schaal
09-‐‑10-‐‑12
1:100
tekenaar
architect
MS
PW/MS
nummer
1 Hamerstraat 3 1021 JT Amsterdam t +31(0)202600145 [email protected]
B 8.000 8.000 300
7.400 2.450
4.000
4.000
300
A
800
MERK B
2.000
400
2.000
WAND C
1.800
300
1.001 MERK A
1.000
3.400
2.000
1.000
WAND B MERK C
WAND D
1.700
03
project
KANTOOR AMSTERDAM opdrachtgever
----CHASSESTRAAT 71, AMSTERDAM
300
700
300
6.400
1.000
7.000 8.000
B
1.401
WAND F
R GE IG I-L
300
5x
R GE IG I-L
WAND E
VLOER C
5x
300
VLOER B
VLOER A
R GE IG I-L
2.000
2.240
WAND A
5x
A
4.000
2.000
300
2.710
300
300
tekening
PLATTEGROND
print datum
schaal
09-‐‑10-‐‑12
1:50
tekenaar
architect
MS
PW/MS
nummer
1 Hamerstraat 3 1021 JT Amsterdam t +31(0)202600145 [email protected]
3100+ (bk. dakrand)
297
240
12
HWA / noodoverstort
12
3
13
20
2700+ (ok. plafond)
2
DETAIL 1 - DAKRANDdakopbouw (van buiten naar binnen)
sedum dak EPDM Dakbedekking OSB plaat / mulJplex afschotlaOen OSB plaat / mulJplex Houten I-‐profielen Isofloc cellulose isolaJe (ingeblazen of platen) dampopen/dampdichte folio (intello) OSB plaat / mulJplex
18 mm 5-‐25 mm 15 mm 240 mm 240 mm 15 mm
vloeropbouw (van binnen naar buiten) Vloer OSB plaat 18 mm Houten I-‐profielen 240 mm Houtwol/cellulose isolaJe 240 mm (ingeblazen of platen) OSB plaat 12 mm VenJlaJelaOen (tbv. stellen) 20 mm Waterdichte folie bestaande fundering (Stelcon platen)
6
12
200
22
20
20
20
20
20
300 6
12
200
22
20
wandopbouw (van buiten naar binnen) Gevelbekleding (verJcaal) 20 mm zwart hout Tengels (horizontaal) 20 mm VenJlaJelaOen (verJcaal) 20 mm UD Q11 protectplaat 22 mm Houten I-‐profielen 190 mm Houtwol/cellulose isolaJe 190 mm (ingeblazen of platen) OSB zero plaat / mulJplex 15 mm Stucwerk 13 mm Rc > 6m2 K/W
300+ (bk. vloer) project
18
KANTOOR AMSTERDAM opdrachtgever
240
300
Geisoleerde kantplank
----CHASSESTRAAT 71, AMSTERDAM
1
tekening
DETAILS
12
print datum
schaal
09-‐‑10-‐‑12
30
peil = 0 (bk. stelcon) tekenaar
architect
MS
PW/MS
nummer
1
DETAIL 2 - VLOER
Hamerstraat 3 1021 JT Amsterdam t +31(0)202600145 [email protected]
MERK C
1
1
600
2.400
MERK B
1
2.400
MERK A
2.000
2.000
2.000
-‐ deuren, ramen en kozijnen inbraakwerendheid volgens NEN5096 / weerstandsklasse III -‐ isolerende beglazing in de buitenkozijnen en ramen: 3 voudig glas U<=0,8 W/m2K, LTA = 0,6 -‐0,7 ZTA= 0,50-‐0,52psi waarde glasrand max. 0,038psi en kozijnaansluiXng max. 0,04 -‐ dikte beglazing e.d. volgens bouwbesluit
project
KANTOOR AMSTERDAM 2.000
2.000
2.000
opdrachtgever
----buitendraaiend
binnendraaiend
binnendraaiend
CHASSESTRAAT 71, AMSTERDAM tekening
KOZIJNSTAAT
print datum
schaal
09-‐‑10-‐‑12
1:50
tekenaar
architect
MS
PW/MS
nummer
1 Hamerstraat 3 1021 JT Amsterdam t +31(0)202600145 [email protected]
