Infrarood legt 14
HZ Discovery | nummer 5 | november 2008
lekken bloot 15
Infra-Rood onderzoek van warmtelekken in de gebouwde omgeving Tekst: Ir. Bernard Vercouteren van den Berge
Warmtebeelden worden steeds vaker ingezet bij het inzichtelijk maken waar warmte door gevels van gebouwen lekt. Studenten van de opleiding Bouwkunde gaan al enkele jaren op pad met de infraroodcamera om de onzichtbare warmtelekken zichtbaar te maken. Hierbij doen ze vaak opzienbarende ontdekkingen. november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
“Veel warmte verdwijnt door geleiding via de bakstenen muur naar buiten” 16
Samenvatting Studenten van de opleiding Bouwkunde beschikken over een infraroodcamera voor het zichtbaar maken van warmtelekken. Deze thermisch zwakke plekken
M
et de in begin 2006 aangeschafte Infraroodcamera onderzochten studenten van de opleiding Bouwkunde diverse woningen op warmtelekken.
in de gevels van gebouwen leveren veel energieverlies op en kosten de bewoner geld. Elke winter trekken de studenten eropuit en richten de camera op willekeurige woningen om de koudebruggen zichtbaar te maken. Door te zoeken naar de oorzaak van de warmtelekken, leren ze van de praktijk van alledag. Zo weten zij waar de risico’s liggen bij het ontwerpen of bouwen van een gebouw en met het adviesrapport kan de bewoner zijn energiekosten terugdringen.
Studenten maken thermogrammen van de gevels van de woning en tegelijkertijd meten ze de binnen- en buitentemperatuur. Vervolgens wordt na het inmeten van de gevelopbouw met bouwfysische berekeningen bepaald wat de berekende oppervlaktetemperatuur van de woning zou moeten zijn. Uiteindelijk wordt de berekende waarde met de gemeten waarde vergeleken. Als de gemeten waarde hoger is dan de berekende waarde, zou er sprake zijn van overmatig warmteverlies. Bij het constateren van ernstige warmtelekken, geven de studenten bouwkundige adviezen hoe deze op te lossen zijn. Het is dankbaar onderzoek, want niemand stookt graag te veel. De volgende case-studies illustreren de toepassing van de camera. Bij elke woning is een ander aspect van warmteverlies uitgelicht.
HZ Discovery | nummer 5 | november 2008
17 Zien is geloven Locatie: Net buiten de bolwerken van Middelburg. Object: Geschakelde woning uit 1900. Een typische waterwoning met voorzetwanden en een in 1985 aangebouwde serre. In de voorgevel zijn kunststof kozijnen toegepast met HR+-glas. Opvallende resultaten: Deuren en ramen zijn altijd, ook bij nieuwe woningen, de zwakke schakels in de gevel. Na de introductie van dubbel glas in de jaren 70, en vervolgens hoogrendementsglas (HR, HR+ en HR++) is het warmteverlies bij gevelopeningen sterk verminderd. Bij het (na-)plaatsen van nieuwe kozijnen in een bestaande sponning wordt vaak veel speling ingebouwd. Dit vergemakkelijkt het aanbrengen van het kozijn aanzienlijk. Vervolgens is er een goed isolerend kozijn met HR++-glas aangebracht, terwijl de randaansluiting van het kozijn met het metselwerk niet goed luchtdicht is afgedicht met een nieuw warmtelek als gevolg. De IR-camera registreert dit direct. Bij de aangebouwde serre is duidelijk te zien dat de van binnen naar buiten doorlo-
pende wanden een koudebrug vormen: er verdwijnt veel warmte door geleiding via de bakstenen muur naar buiten. Advies: Met het luchtdicht maken van de aansluitingen tussen kozijn en metselwerk kan veel warmteverlies worden voorkomen. Door binnen een eenvoudige voorzetwand te plaatsen en de aansluitingen goed luchtdicht te maken, kan het probleem bij de serre eenvoudig verholpen worden. De bewoners kunnen met het adviesrapport van de studenten het comfort van deze woning sterk verbeteren. Enkele warmtelekken waren een verrassing: het zien van warmtelekken doet mensen pas geloven dat ze bestaan.
Ω november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
18 Oude fouten herstellen Locatie: Bomenbuurt, een van oude uitbreidingswijken van na-oorlogs Middelburg. Object: Halfvrijstaande woning uit de jaren ‘40 met diverse aanpassingen in de loop der jaren, waaronder een aluminium schuifpui aan de achterzijde en een met PS-korrels (piepschuim bolletjes) na-geïsoleerde luchtspouw. De woning is ontworpen door architect Arend Rothuizen als onderdeel van een groter geheel: de “Bomenbuurt”. Op dit moment wordt onderzocht of deze buurt de monumentenstatus zou moeten krijgen. Opvallende resultaten: Vanaf de jaren 70 zijn veel woningen na-geïsoleerd met allerlei produkten. Deze isolatie is niet zonder risico. Nieuwe problemen, zoals vochtdoorslag kunnen ontstaan. Vaak is het isolatieprodukt niet goed verdeeld over de gehele spouw van de woning en na verloop van tijd zakt de isolatie in of verteert. Bij de voorgevel is dit goed zichtbaar bij de binnenhoek van het metselwerk. Hier zijn ongelijkmatige vlekken waar de warmte bijna ongehinderd de woning verlaat. Waarschijnlijk zijn ook bij de bouw hier koudebruggen ontHZ Discovery | nummer 5 | november 2008
staan door bijvoorbeeld valspecie, dat tijdens het metselen in de spouw is gevallen. De verhuurder van de woning heeft in het verleden aluminium schuifpuien geplaatst in de achtergevel. De kozijnen van de pui zijn zoals dat heeft “thermisch ononderbroken”, wat neerkomt op massief aluminium van binnen naar buiten. Aluminium is een prima warmtegeleider, wat ook blijkt uit de foto’s: het metaal heeft dezelfde buitentemperatuur als de binnentemperatuur. De woning wordt met natuurlijke ventilatie belucht. De mede hiervoor benodigde ventilatieroosters in de schuifpuien zijn in principe gaten in de gevel waar de warmte zonder enige belemmering ontsnapt. Advies: Aluminium puien vervangen door beter isolerende puien. Gezien de verwachte monumentenstatus, passen houten kozijnen beter in het beeld van woningen uit de veertiger jaren. In de bomenbuurt staan veel nagenoeg identieke woningen die in het bezit zijn van woningbouwvereniging Woongoed. Samen met de (o.a. op duurzaamheid) actieve buurtvereniging en op basis van het rapport van de studenten, kan een plan gemaakt worden de woningen te verbeteren.
“Infrarood betekent letterlijk: onder het rood” Onder het rood
19
Bepaalde soorten ratelslangen gebruiken als koudbloedige dieren warmtestraling om hun warmbloedige prooien op te sporen. Sinds de ontdekking van infrarode straling door de Engelse sterrenkundige van Duitse afkomst William Herschel (1738-1822) in 1800 en het ontwikkelen van een FLIR (Forward Looking Infrared)-camera ruim een eeuw later, ziet ook de mens wat zijn ogen niet kunnen zien. Warmte wordt door een infraroodcamera zichtbaar gemaakt: per beeldpunt meet deze de temperatuurverschillen van een oppervlak en stelt daar een “warmtebeeld” van samen. Dit noemen we “thermografie”. Infrarood betekent letterlijk: “onder het rood”, vertaald in een lagere frequentie, dus langere golflengte dan rood licht. Zichtbaar licht bevindt zich tussen de 380 nm en 780 nm van het brede spectrum van elektromagnetische straling. Infrarood is straling met golflengten tussen circa 780 nanometer en 1000000 nanometer. Licht onder de 380 nanometer noemen we ultraviolet licht. Hoewel niet zichtbaar voor de mens, kan warmtestraling wel worden waargenomen door de huid. Ieder voorwerp dat een temperatuur heeft boven het absolute nulpunt straalt warmte uit. Hoe warmer, hoe meer de straling die wordt uitgezonden. De zon bijvoorbeeld straalt naast zichtbaar- en ultraviolet licht een grote hoeveelheid warmtestraling uit. Zelfs ijsblokjes gloeien op onder de infraroodcamera. Ω november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
20
Nog eeuwen woonplezier Locatie: Historische binnenstad Middelburg Object: Geschakeld rijksmonument met als geschat bouwjaar 1610, maar met bouwelementen van eind van de 15 eeuw. De woning heeft deelgenomen in de landelijke DUMO-pilot(DUurzame MOnumenten), waarin 5 monumenten op energiegebied klaar werden gemaakt voor de toekomst, zonder dat dit de esthetische waarde van het pand in gevaar brengt. Opvallende resultaten: Omdat deze woning al wat vaker onderzocht is met de infraroodcamera is het mogelijk hier foto’s van voor en na de ingreep te vergelijken. De woning is na diverse restauraties en verbouwingen in de loop der eeuwen, in 2007 geïsoleerd met alternatieve isolatiematerialen en voorzien van niet-alledaagse installaties. Als een gebouw geïsoleerd wordt, moet men er voor zorgen dat alle vlakken van isolatie voorzien worden. In deze woning is het dak HZ Discovery | nummer 5 | november 2008
geïsoleerd met speciale renovatieplaten die de kromming van het historische dak goed kunnen volgen. Ook de dichte geveldelen zijn geïsoleerd en er is gelaagd isolerend glas in de vensters aangebracht. Met de infraroodcamera stelden studenten vast dat de topgevel op het dak erg warm was. Dit deel van de woning was (nog) niet geïsoleerd en vormt daardoor een thermische lek. Ook de dakdoorvoeren voor de ventilatie en de rookgasafvoer zjjn altijd goed zichtbaar. Bij de ongeïsoleerde achtergevel bleek bij infraroodonderzoek in 2006 dat de radiator (nr. 2) dwars door de muur te zien was. Ook de stalen balk boven de balkondeuren was een soort koelrib aan de woning. De gevel werd geïsoleerd met kunststofschuim platen, waarvoor het metselwerk rondom de kozijnen werd ingezaagd om het uiterlijk te gehouden en warmtelekken te voorkomen. Bij hernieuwd onderzoek afgelopen winter bleek de situatie drastisch verbeterd. De tochtstrips rondom de deur zijn nu de zwakste schakel in deze gevel.
Lateien zijn vaak koudebruggen en radi atoren geplaatst tegen een ongeïsoleerde muur is vragen om problemen. De stippen in de isolatie zijn de
21
kunststof ankers om de isolatieplaten op de gevel te bevestigen.
Een ander aspect van gebruik van een infraroodcamera is bij preventief onderhoud van installaties. Uit nieuwsgierigheid werd de camera gericht op de sterk verouderde meterkast van de woning. Op het thermogram1 sprong één stop er uit door zijn temperatuur t.o.v. de andere stoppen. Bijna alle installaties worden eerst warm voor zij defect gaan, dus de conclusie zou kunnen zijn, dat deze stop als eerste zou gaan doorbranden. Bij nadere bestudering van de temperaturen, bleek het slechts een temperatuurverhoging te zijn van enkele graden doordat die stop iets zwaarder werd belast dan de andere stoppen omdat er op dat moment een draaiende wasmachine op was aangesloten.
Advies: De in 2006 ontdekte warmtelekken zijn allemaal aangepakt en verwerkt in de DUMO-pilot. Dit monument is klaar voor de toekomst: de woning staat al 400 jaar en blijft nu opnieuw vele jaren geschikt om als comfortabele woning te dienen met acceptabele stookkosten. Op dit moment verbruikt deze woning op jaarbasis net zoveel energie als een recente nieuwbouwwoning met hetzelfde volume en is daarmee een voorbeeld voor andere monumenten. In september 2008 is het “Handboek Duurzame Monumentenzorg” gepubliceerd, waarin dit monument en de aanpassingen als uitgebreid voorbeeld toegelicht worden.
Met de infraroodcamera is het meteen duidelijk welke stop in deze meterkast het eerst zal gaan door branden.
november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
Ω
“Stoken voor de mussen is al jaren uit de mode” Infraroodsauna
22
Toepassingen van infrarood licht kom je ongemerkt veel tegen in het dagelijkse leven. Bijna niemand realiseert zich dat de afstandsbediening van de televisie met infrarood licht werkt en dat de satellietfoto’s van wolken die je op televisie ziet, in feite ingekleurde infraroodfoto’s zijn. Infrarood-foto van het wolkendek boven Nederland op het moment van het schrijven van dit artikel op een grauwe dag.
Ook de terrasverwarming of houtkachel haalt zijn werking grotendeels uit infrarode straling. De wetenschappelijke toepassingen van infrarood in spectroscopie of onderzoek aan oude schilderijen zijn sprekende voorbeelden. Zo is er laatst nog een overgeschilderd portret van een boerin gevonden onder het schilderij “Grasgrond” van Vincent van Gogh. “Grasgrond” van Vincent van Gogh met uitsnede waaronder een portrek werd ontdekt.
De medische wetenschap bedient zich steeds vaker van infrarood camera’s voor bijvoorbeeld het ontdekken van ontstekingen. Die laten zich relatief eenvoudig ontdekken door de verhoogde lokale temperatuur van het weefsel. Dat is met name handig in de diergeneeskunde, waar de patiënt moeilijk uit kan leggen waar de pijn zit. Rook blijkt voor een infraroodcamera doorzichtig, bij brand dus een handig hulpmiddel voor de brandweer om te bepalen hoe de brand het beste bestreden kan worden. De grootste afzetmarkt van infraroodcamera’s wordt gevormd door het leger en de politie. Het leger kan in oorlogstijd gemakkelijk de vijand in het donker bespieden en de politie kan in de winter wietplantages op zolders opsporen.
HZ Discovery | nummer 5 | november 2008
23 Mussen Keer op keer treffen de studenten onvoorziene lekken aan in de thermische schil van gebouwen. Vaak bij gebouwen stammend uit een tijd dat isolatie nog geen enkele rol speelde, maar ook verrassend vaak bij recent gebouwde, goed geïsoleerde woningen. Bij analyse van het lek, blijkt de oorzaak soms bij het hobbymatig klussen van de bewoner te liggen, een ontwerpfout van de architect, of door een ondoordachte uitvoering van de aannemer. Toch zijn deze kleine lekken goed voor zo’n 30% van het energieverbruik van die gebouwen. De gemeente Nijmegen was in het voorjaar van 2008 in het nieuws met het maken van warmtekaarten van haar oude wijken. Op deze luchtfoto’s is duidelijk te zien welke daken warmer zijn dan andere. Zo kunnen
bewoners zien of hun woning beter geïsoleerd moet worden (beeld: de Volkskrant).
In een tijd waarin de energieprijzen stijgen winnen alternatieve energiebronnen in populariteit en willen we de fossiele brandstoffen zo weinig mogelijk verspillen. Dit alles zou ontwerpers, bouwers en bewoners moeten inspireren tot een toenemende inzet van de infraroodcamera. Want stoken voor de mussen is al jaren uit de mode.
Onder: Twee isolatieruiten die per ongeluk binnenstebuiten zijn geplaatst door de glaszetter.
november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
“Reflecties spelen een belangrijke rol tijdens de metingen” Grauwe winterdag
24 Bij het onderzoek naar warmtelekken bij gebouwen zijn er nog wel wat hindernissen. Zo is glas, in tegenstelling tot wat veel mensen denken, ondoordringbaar voor infrarode straling. Daarom zijn de lenzen van de camera ook niet van glas gemaakt maar van het veel duurdere Germanium, dat wel transparant is voor infrarode straling. Defecte radiator doet het maar voor de helft. Aan de onderzijde van de foto is de reflectie van de radiator te zien op de plavuizenvloer.
Ook reflecties spelen een belangrijke rol tijdens de metingen. Als we onze camera onder een opwaartse hoek plaatsen voor een raam, dan meten we niet de temperatuur van het glas, maar de reflectie van de hemelkoepel (-273ºC, ofwel 0º Kelvin)! Om een betrouwbare meting uit te voeren moet het verschil tussen de binnen- en buitentemperatuur zo groot mogelijk zijn. Dan komen de plekken waar de warmte uit het gebouw ontsnapt het duidelijkst in beeld. Thermografie komt het best tot zijn recht wanneer het buiten onder de 5ºC is en er binnen flink gestookt wordt, bij voorkeur tot een graad of 23. Zonlicht op een gebouw kan een meting onbetrouwbaar maken. Door de opwarming van de zon warmt de gevel op en kunnen hogere oppervlaktetemperaturen gemeten worden. Dit leidt wellicht tot verkeerde conclusies. Kortom, een infraroodmeting komt het best tot zijn recht op een koude, zwaarbewolkte, winterdag.
HZ Discovery | nummer 5 | november 2008
25
Ir. Bernard Vercouteren van den Berge, geschoold aan de dit jaar afgebrande faculteit Bouw kunde van de TU Delft, is sinds 1993 part-time verbonden aan de opleiding Bouwkunde van de HZ en tevens werkzaam als zelfstandig architect. Bouwfysica en duurzaamheid zijn al jaren onderdeel van zijn werk, met name toegespitst op bestaande gebouwen en dan in het bijzonder monumenten (zie www.duurzamemonumenten.nl). Sinds enkele jaren maakt hij samen met studenten Infrarood studies van bestaande gebouwen om inzicht te krijgen in problemen en mogelijke oplossingen van lekken in de thermische schil. november 2008 | nummer 5 | HZ Discovery
