Voorwoord
! " &' ( "
#" "
%" "
#
%
*
!
%
"
(
%%
%
# (
#"
-
#
" +
( %
(
(%
%
% %
% "
" %
*% * (
,
$% % &
"
) "
(
# %
"
"
! #
&) . (" /, . 0 -&1 0, * -
M. F. GREEN & B. STAFFORD SMITH : “It is suggested that a rational criterion for the design of any subsystem is that the acceptable return period of inadequacy should be proportional to the consequences of inadequacy.” Bron: Building. Science. Vol. 10, 1975.
2
Samenvatting Comfort speelt een belangrijke rol in de hedendaagse klimaattechnologie. Het staat niet alleen voor gerieflijkheid maar is ook een onderdeel van de gezondheid. Comfort is onder te verdelen in: thermisch, akoestisch, verlichting, geur, esthetisch, emotioneel en sociaal comfort. Om een goede analyse te verkrijgen van comfort in een gebouw moet er dus naar al deze factoren gekeken worden. Sommige factoren zijn goed te analyseren door metingen zoals thermisch en akoestisch comfort. Andere facetten van comfort zijn moeilijker te bepalen, bijvoorbeeld esthetisch, emotioneel en sociaal comfort. Dit zijn de meer subjectieve onderdelen. Thermisch en akoestisch comfort zijn ook te bepalen via simulatie van een gebouw. In het onderdeel ventilatie wordt het minimale en maximale infiltratievoud in zowel de kapel (de bovenverdieping) als in de danszaal (de onderverdieping) van de kapel bepaald. Dit is gedaan met behulp van tracergas metingen. Verder wordt gekeken of er naast de natuurlijke ventilatie, een aanvullende mechanische ventilatie benodigd is. Dit wordt gedaan door middel van toetsing aan de daarvoor gestelde normen. Het ontwerpen van verwarmingsinstallaties bestaat uit het selecteren van het installatieconcept, het dimensioneren van de installatiecomponenten, het vastleggen van de regelstrategie. De doelstelling is energie te sparen door optimalisatie van het gebruik van de verwarmingsinstallaties zonder comfortverlies en het gebouw schade toe te brengen. Optimalisatie zal gebeuren met regeltechniek waardoor ook de ruimten apart van elkaar kunnen worden verwarmd. De transmissiewarmteverliezen, opwarmtoeslagen en eventuele naverwarming van de ventilatielucht gesommeerd over de verschillende ruimten moeten volledig in rekening gebracht worden voor het te installeren vermogen van radiatorverwarming. De warmteverliezen zijn bepaald met simulatieprogramma’s. Simulatie is een veelvuldig gebruikt hulpmiddel bij het onderzoeken of ontwerpen van bouwfysische en installatietechnische details. Hamlab is een module binnen Matlab die warmte-, vocht-, en/of luchttransport simuleert. De resultaten worden gebruikt voor een ontwerp, onderzoek, advies of een combinatie hiervan. Het is in economisch en energetisch opzicht van belang de verwarmingsinstallatie alleen dan in te schakelen wanneer daaraan behoefte is. Verwarming is pas noodzakelijk als de buitentemperatuur langdurig onder de stookgrens blijft en de interne warmteontwikkeling en de in het gebouw geaccumuleerde warmte onvoldoende zijn om de gewenste ruimtetemperatuur te handhaven. Bij langdurige nachtperioden, wordt de installatie zonodig periodiek ingeschakeld voor het handhaven van de minimum toelaatbare ruimtetemperatuur hiervoor kunnen huidige regelkleppen worden vervangen door digitaal aanstuurbare regelkleppen al dan niet zodanig aan te passen, dat deze kleppen geschikt zijn voor aansluiting op de thermostaten. Het aanpassen van de regelklep kan met behulp van zogenaamde servomotoren en stappenmotoren, welke digitaal aangestuurd kunnen worden.
3
Summary Comfort plays an important role in the contemporary climate technology. It stands not only for convenience but is also a component of health. Comfort is subdivided in: thermally, acoustic, lighting, fragrance, aesthetic, emotionally and social comfort. To obtain a good analysis of comfort in a building there must be looked at all these factors. Some facets of comfort like thermally and acoustics can you analyze by measuring. Some other facets of comfort are more difficult to determine, for example aesthetic, emotionally and social comfort. These are more subjective components. Thermal and acoustic comfort can you also determine by simulation of a building. In section ventilation, the minimal and maximum natural quantity of ventilation in the churchroom (the upper story) and the ball-room (the ground-floor) of the chapel are to be determined. This is done using a tracergas measuring method. Furthermore, the additional requirement of mechanical ventilation is researched. That means: if the current physical conditions satisfy the reserved conventions for this particular building type. This satisfaction is verified by comparing the standards of ventilation of the two different rooms and the present natural ventilation. The design of heating installations exist from selecting an installation concept, dimensioning the installation components and parameters, and give information about the control strategy. Energy saving is one of the main concerns for optimalisation of the use of a heating installation without loss of comfort and damage to the building. Optimalisation will happen with control technique as a result of which also the spaces apart of each other can be heated. Transmission heat losses, extra capacity for heating up from a lower temperature, and possible after heating of ventilation air, must entirely be accounted for the capacity to install of radiator heating in the rooms. Heat losses will be stipulated with help of simulation programs. Simulation has been frequently used appliances at examining or designing of installation details. Hamlab is a module in Matlab that simulate warmth, fought, and/or air transport. Results are used for a design, research, recommendation or combination of this. It is for economic reasons important to use the heating installation only when it is necessary. Heating is just necessary if the outside temperature long-term under the border remains. And internal warmth development and the warmth accumulation are insufficient to maintain the desired space temperature in the building. A programmable thermostat senses the room temperature and controls the heating system according to a schedule established by the administrator. This type of thermostat allows different temperature settings to automatically regulate the system at different preset times. This is a manner to rule the temperature in rooms apart from each other.
4
Inhoudsopgave Voorwoord .......................................................................................................................... 2 Voorwoord .......................................................................................................................... 2 Samenvatting....................................................................................................................... 3 Summary............................................................................................................................. 4 Inhoudsopgave .................................................................................................................... 5 Inleiding .............................................................................................................................. 7 1 Algemene informatie .................................................................................................. 8 1.1 Het gebouw ............................................................................................................. 8 1.2 Gebruikers............................................................................................................... 9 1.2.1 Gebruiksprofielen ........................................................................................... 9 1.2.2 Mindervalide gebruikers ............................................................................... 12 1.2.3 Totale lijst gebruikers ................................................................................... 13 1.2.4 Klachten van de gebruikers........................................................................... 14 2 Analyse ..................................................................................................................... 15 2.1 Comfort ................................................................................................................. 15 2.1.1 Thermisch Comfort....................................................................................... 16 2.1.1.1 1e sessie metingen ................................................................................. 16 2.1.1.2 2e sessie metingen ................................................................................. 23 2.1.1.3 Simulatie ............................................................................................... 25 2.1.2 Geur............................................................................................................... 27 2.1.2 Geur............................................................................................................... 27 2.1.3 Akoestiek ...................................................................................................... 28 2.1.3.1 Gemeten parameters en toelichting parameterkeuze ............................ 28 2.1.3.2 Meetresultaten....................................................................................... 29 2.1.3.3 Meetanalyse .......................................................................................... 34 2.1.3.4 Probleemoplossing................................................................................ 38 2.1.4 Esthetisch comfort ........................................................................................ 40 2.1.5 Verlichting .................................................................................................... 41 2.2 Verwarming .......................................................................................................... 42 2.2.1 Warmteverliesberekening ............................................................................. 42 2.2.1.1 Hamlab simulatie .................................................................................. 43 2.2.1.2 Handberekening .................................................................................... 48 2.2.2 Verwarmingssysteem.................................................................................... 51 2.2.3 Regeling voor de verwarming....................................................................... 54 2.3 Ventilatie............................................................................................................... 60 2.3.1 Kapel ............................................................................................................. 60 2.3.2 Danszaal & bijzaal (onderverdieping) .......................................................... 67 2.4 Glas-in-lood beglazing.......................................................................................... 78 2.5 Gebouwbeheer ...................................................................................................... 83 3 Conclusie................................................................................................................... 91 4 Bronnen..................................................................................................................... 94 5 Bijlagen ..................................................................................................................... 96 5.1 Plattegronden .................................................................................................... 96 5.2 Bijlage Hamlab ................................................................................................. 99 5.3 Bepaling U-waarde niet transparante delen .................................................... 101 5
5.4 5.5 5.6 5.5 5.6 5.7
Mollierdiagram behaaglijkheid....................................................................... 103 Behaaglijkheiddiagrammen ............................................................................ 104 Mollierdiagram behaaglijkheid 2.................................................................... 105 Bijlage HAMLAB........................................................................................... 106 Bijlage warmteverliesberekening.................................................................... 114 Resultaten akoestiekmetingen......................................................................... 119
6
Inleiding Het probleem: Vaak worden gebouwen die eigendom zijn van een gemeente of overkoepelende stichting verhuurt aan verschillende verenigingen en stichtingen. De kosten voor verwarming, elektriciteitsverbruik en beheer worden doorberekend aan de gebruikers. Dit gebeurt meestal op basis van een tarief per tijdseenheid. De gebruikers hebben daarmee geen directe invloed op de kosten, zodat het economische gebruik van het gebouw niet wordt gestimuleerd. Als de kosten gecontroleerd zouden worden per gebruiker, zal dit dus leiden tot een reductie in het energieverbruik. De opdracht: De opdracht die gegeven is betreft de ‘Verrijzeniskapel’, dat deel uitmaakt van het voormalige augustijner klooster het Mariënburg. In het gebouw zijn twee zalen, die onder andere gebruikt worden door de ‘Eindhovense Studenten Kerk’ en ‘Stichting Tango Nederland’, maar ook voor dansfeesten en exposities. Het gebouw heeft monumentale waarde en staat dus op de monumentenlijst van Eindhoven. Het gebouw wordt dus aan meerdere gebruikers verhuurd. De vraag die gesteld is, is te onderzoeken hoe de installaties het beste ingericht kunnen worden, zodat de gebruikers comfortabel gebruik kunnen maken van het gebouw, en alle kosten die ze maken op hen doorberekend kunnen worden. Hiernaast moet het gebouw ook nog flexibel en op afstand te beheren zijn. Het feit dat het gebouw monumentale waarde heeft, heeft tot gevolg dat er allerlei extra regels voor gelden. De monumentale waarde moet behouden blijven, dus mogen bepaalde delen van het gebouw niet aangepast worden. Ook is het belangrijk rekening te houden met de Dommel, die langs het gebouw stroomt. Bij hoge waterstanden van de Dommel kunnen er namelijk problemen ontstaan met optrekkend vocht. De gemeente heeft ook nog een aantal wensen waar rekening mee gehouden dient te worden. Het wordt gewenst dat de toegankelijkheid van het gebouw digitaal vergroot en verkleind kan worden, zodat een gebruiker geen toegang heeft tot delen van het gebouw waar hij niet hoeft te zijn. Verder wil de gemeente nog dat het gebouw toegankelijk is voor minder validen. Het rapport begint met de algemene informatie over het gebouw, en een overzicht van de gebruikers. Hoofdstuk 2 gaat over de analyse van het gebouw. Hierin wordt gekeken naar de het comfort, de verwarming en de ventilatie. Ook staat er nog informatie over het glasin-lood en een gebouwbeheersysteem. Het laatste hoofdstuk bevat de conclusie(s).
7
1
Algemene informatie
In dit hoofdstuk staat een korte omschrijving van het gebouw waar dit project om gaat, namelijk vleugel D van het pand aan de Kanaalstraat 8. Deze vleugel zelf ligt aan de Kanaalstraat 6, maar het hoort bij een groter gebouwencomplex. In het project zal er geen rekening gehouden worden met de omliggende gebouwen, het pand wordt beschouwd als een losstaand pand.
1.1 Het gebouw Het gebouw dat dit project behandeld gaat worden ligt aan de Kanaalstraat 6 te Eindhoven. In figuur 1 in de vleugel te zien die behandeld is. De "Verrijzenis" kapel en ondergelegen zaal zijn een onderdeel van het voormalige Augustinianum gebouwencomplex. Het voormalige Augustinianum werd gebouwd als pensionaat en gymnasium van de paters Augustijnen. De vleugel aan de Kanaalstraat en de kapel zijn in 1924-1925 naar een expressionistisch ontwerp van Dom. Paul Bellot aangebouwd. De lange gevel aan de straat wordt geleed door reliëf van metselwerk en de groepering van smalle ramen. Natuurstenen elementen, metselmozaïek, glas in lood en motieven in rode en zwarte dakpannen, behoren tot de typische stijlkenmerken van deze architect. Het gebouw heeft twee verdiepingen, op de bovenste verdieping bevind zich de kapel, en op de begane grond is een recreatiezaal. De zijgevels zijn verdeeld in drie traveeën, elk met een topgevel. De grote ramen zijn geometrisch verdeeld met metselwerk en uitgevoerd in glas in lood. Binnen en buitenzijde van het complex zijn tot rijksmonument verklaard.
Figuur 1
8
1.2 Gebruikers Dit hoofdstuk behandelt de gebruikers van het gebouw. Er wordt ingegaan op de verschillen tussen alle gebruikers, vooral de verschillen tussen de comfortparameters die voor hen nodig zijn. Ook worden de klachten van de gebruikers nog behandeld, en hierbij wordt ook al vooruitgekeken naar de mogelijkheden die er zijn om de problemen die deze klachten veroorzaken op te lossen.
1.2.1 Gebruiksprofielen Omdat verschillende gebruikers ook verschillende behoeften hebben met betrekking tot bijvoorbeeld parameters die betrekking hebben op het comfort, is het belangrijk om deze wensen al van tevoren te weten. Als er niet aan de behoeften voldaan wordt, is het namelijk te verwachten dat er klachten komen over het comfort. Om dit te kunnen voorkomen moet er van elke gebruiker bekend zijn welke klimaatcondities gewenst worden. Omdat sommige gebruikers veel op elkaar lijken qua eisen, is het niet nodig om ze allemaal te evalueren. Voor de gebruikers die qua eisen het meest verschillen staan in dit hoofdstuk de gegevens uitgezet. Er zijn verschillende parameters die invloed hebben op comfort. Deze parameters zijn het thermische, akoestische, visuele, geur, esthetische, emotionele en sociale comfort. Samen zorgen deze voor de beleving van comfort in een gebouw. Als er klachten over comfort zijn, zullen deze meestal over één van deze onderwerpen gaan, maar dat betekend niet dat alleen op dit punt het comfort onvoldoende is. Als er bij al deze punten kleine comfortproblemen zijn, is de ruimte niet comfortabel. In hoofdstuk 2.1 staan alle comfort onderwerpen uitgewerkt. Voor verschillende gebruikers moeten deze parameters niet allemaal hetzelfde zijn, omdat verschillende activiteiten ook vragen om verschillende omgevingsparameters. Met behulp van deze parameters kan het behaaglijkheidgebied voor de gebruiker opgezet worden. Behaaglijkheidmodellen Bekende modellen zoals die van Fanger, Gagge en Stolwijk beschrijven de warmtebalans van het lichaam. De meest gangbare en toegepaste model is het model van Fanger. De volgende comfortparameters spelen bij het model van Fanger een rol: • Parameters die persoon betreffen o Warmteweerstand van de kleding (clo-waarden) o Warmteontwikkeling in de persoon (metabolisme) • Parameters die de omgeving betreffen o Luchttemperatuur o Gemiddelde stralingstemperatuur o Luchtsnelheid o Luchtvochtigheid De PMV waarde dat als resultaat uit het model van Fanger kan worden bepaald is een getal tussen -3 en +3 dat de gemiddelde thermische waardering van een grote groep voorspeld.
9
Aan de hand van de comfortparameters kan de PMV worden berekend waarna de PPD kan worden bepaald. De PPD geeft een kwantitatieve voorspelling van het aantal ontevredenen in het bepaalde klimaat. De richtwaarden die voor het gebouw aan de kanaalstraat worden genomen is categorie B waarbij geldt dat -0.5
SITUATIE
LOCATIE
WANNEER
TIJDSTIP
Grote zaal
AANTAL PERSONEN 30
Theatergroep
Dinsdag
19:00-22:00
Social Dancing Koor
Grote zaal
60-100
16:00-22:00
Kapel
40
2e, 4e en 5e zondag van de maand Vrijdag
19:30-20:45
Kerkdienst
Kapel
60-100
Zondag
11:00-12:00
Op dinsdagavond wordt de grote zaal op de begane grond bezet door een theatergroep en op de 2e, 4e en 5e zondag is er een danswedstrijd en wordt er dus heel actief gedanst. In de kapel oefent vrijdagavond het koor en op zondag is er altijd een kerkdienst. Voor deze gebruikers staan hieronder een aantal parameters, die van belang zijn voor het bepalen van het comfort, gedefinieerd. Tabel 2
SITUATIE
METABOLISME [MET] Theatergroep 2,0 Social 4,0 Dancing Koor 1,7 Kerkdienst 1,0
WINTERSITUATIE CLO-WAARDEN 0,7 1,0 0,7 0,9
ZOMERSITUATIE CLO-WAARDEN 0,3 0,7 0,3 0,5
OLF WAARDEN 2,3 5,0
0,9 0,9
0,5 0,5
1,9 1,0
1,0 1,0
0,7 0,7
[met] is een eenheid voor het metabolisme van de mens. Eén met (58,8 W/m² lichaamsoppervlak) is het metabolisme van een zittend persoon in rust. [clo] is een eenheid voor de warmteweerstand van kleding. Eén clo (0,155 m²K/W) komt overeen met de warmteweerstand van een winterpak voor binnen. Een olf is de mate van luchtverontreiniging veroorzaakt door een standaard persoon. Ook materialen kunnen de luchtkwaliteit negatief beïnvloeden.
10
Zoals in de tabel te zien is, is het metabolisme bij de danswedstrijd het hoogste. Dit is ook logisch, omdat zij de meeste fysieke inspanning leveren. Als het metabolisme een hogere waarde krijgt heeft dit tot gevold dat er meer warmteproductie is door die persoon. Als er veel personen aanwezig zijn kan dit dus voor grote verschillen zorgen, waar rekening mee gehouden moet worden bij de verwarming. Bij de kerkdienst zitten de mensen in rust, dus is de waarde van de met bij hen één. De clo waarden liggen bij de danswedstrijd lager dan bij de rest, omdat dansende mensen meestal lichte kleding aanhebben. Bij de theatergroep liggen de clo waarden meer uit elkaar, omdat in theater verschillende typen kleding gebruikt kunnen worden. Voor het koor en de kerkdienst hebben mensen geen speciale kleding aan, en hier staan dan ook standaard waarden voor de clo ingevuld, welke in de zomer lager zijn dan in de winter, omdat mensen in de zomer dunnere kleding aanhebben. Met behulp van de gebruiksprofielen, zoals ze in dit hoofdstuk beschreven zijn, zijn de berekeningen gedaan die betrekking hebben op het comfort en de ventilatie. Deze zijn verderop in dit verslag na te lezen, in hoofdstuk 2.
11
1.2.2 Mindervalide gebruikers Een aparte groep gebruikers waar rekening mee gehouden moet worden zijn mindervalide mensen. Onder deze groep vallen onder andere rolstoelgebruikers en ouderen. Deze mensen moeten ook gebruik kunnen maken van het gebouw. De belangrijkste punten waarop dit problemen kan geven zijn bij het gebruik maken van de facilitaire ruimtes, en het bereiken van de eerste verdieping.
Voor de mindervalide mensen zijn er al sanitaire faciliteiten aanwezig, dus hier hoeven geen aanpassingen meer voor gedaan worden. Het bereiken van de verdiepingsvloer is nog niet goed mogelijk voor deze gebruikers, aangezien de enige manier om daar te komen via de trap is. Bij het binnengaan van het gebouw is een trap van een aantal treden die ook voor problemen kan zorgen, maar om dit probleem op te lossen kan er een schuine oprit gemaakt worden bij de hoofdingang. Omdat deze oprit niet zo hoog hoeft te zijn zal dit niet voor problemen zorgen. Om de verdiepingsvloer ook toegankelijk te maken voor mindervalide mensen moet er een grotere aanpassing gedaan worden. Hiervoor zou een lift geplaatst kunnen worden, maar dit zou problemen kunnen geven met de ruimte. Een andere oplossing is een traplift, een stoel die op rails langs de trap omhoog gaat. Hiervoor zou er dus een rail langs de trap geplaatst moeten worden, wat wel problemen zou kunnen geven met het behoud van de monumentale waarde. Het is dus zeer lastig te realiseren om de verdiepingsvloer bereikbaar te maken voor mindervalide mensen.
12
1.2.3 Totale lijst gebruikers Zoals in het voorgaande hoofdstuk al is gezegd, zijn daar niet alle gebruikers uitgewerkt. Omdat het voor bepaalde berekeningen nodig is om een weekplanning te weten, moet deze wel bekend zijn. In dit hoofdstuk staan van alle gebruikers de tijden, data en ruimten, die zij gedurende een week gebruiken. In de tabel die hieronder te zien is staat de totale lijst van gebruikers, met de dagen en tijden erbij. Een deel hiervan was ook al te zien in het hoofdstuk gebruiksprofielen, maar in dit hoofdstuk wordt er minder in detail ingegaan op de waarden voor de warmte- en vochtproductie. Tabel 3
SITUATIE
LOCATIE
WANNEER
TIJD
Scala Theatergroep Danslessen Danslessen Social dancing Koor Kerkdienst Social dancing
Grote zaal Grote zaal Grote zaal Grote zaal Grote zaal Kapel Kapel Grote zaal
Maandag Dinsdag Donderdag Vrijdag Vrijdag Vrijdag Zondag 2e4de5de zondag
19:00-22:00 19:00-22:00 19:00-23:00 19:00-21:00 21:00-01:00 19:30-20:45 11:00-12:00 16:00-22:00
AANTAL PERSONEN 30 30 25 20 30 40 60-100 60-100
De activiteiten van deze groepen liggen ver uit elkaar, maar deze zijn ook grotendeels al beschreven in het hoofdstuk gebruiksprofielen. De gebruikers die daar nog niet zijn behandeld zijn Scala en de danslessen. Scala is een dans en muziekgroep, die qua gebruik te vergelijken is met de theatergroep. Ze hebben gemiddeld dezelfde fysieke inspanning, en ze zijn ook met een vergelijkbaar aantal mensen. De danslessen zijn te vergelijken met Social Dancing. Het verschil is dat bij de danslessen het metabolisme iets lager zal zijn, en bij de danslessen zijn, vergeleken met de Social Dancing van zondag, veel minder personen aanwezig.
13
1.2.4 Klachten van de gebruikers De huidige situatie in het gebouw heeft geleid tot klachten van de gebruikers, welke op het comfort in het gebouw betrekking hebben. In dit hoofdstuk staan de klachten die er zijn vermeldt. In hoofdstuk 2.1 wordt uitgewerkt welke parameters invloed hebben op deze klachten, en ook hoe ze verholpen zouden kunnen worden. Een van de klachten is dat de kleine zaal beneden niet prettig gevonden wordt om in te verblijven. Tijdens de feesten vinden de mensen deze zaal oncomfortabel, maar de reden hiervan is niet bekend. Deze zaal wordt ook gebruikt om in te vergaderen, maar hierbij zijn er problemen bekend met de akoestiek. Deze akoestische problemen kunnen ook de reden zijn dat de ruimte niet comfortabel is om in te verblijven. Ook in de grote zaal zijn comfortproblemen. Tijdens de dansavonden hebben de mensen die langs de kant zitten last van een koude rug. Dit gevoel wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van een temperatuurverschil. Dit temperatuurverschil is echter zodanig groot (door de hogere activiteit van dansende personen), dat het comfort niet ten goede komt. Door de aanwezigheid van eventuele tocht zal dit koude gevoel versterkt worden. In de kerkzaal is er een probleem met geur. Dat er in deze zaal een vreemde geur hangt valt meteen op bij het binnengaan van de zaal. Wanneer mensen gedurende langere tijd in deze zaal blijven zorgt de geur ervoor dat het verblijf in de ruimte minder comfortabel is. Om achter de oorzaken van deze problemen te komen, zijn er metingen gedaan in deze ruimtes. In de kleine zaal op de begane grond is er een akoestiekmeting gedaan, om erachter te komen op welke manier de akoestiek in deze ruimte te verbeteren is. In de grote zaal zijn onder andere metingen gedaan aan de wandtemperatuur en stralingstemperatuur, omdat deze de problemen die bekend zijn zouden kunnen veroorzaken. In de kerk is er gekeken naar de condities die de geurproblemen zouden kunnen veroorzaken.
14
2
Analyse
2.1 Comfort “Health is a state of complete physical, mental, and social well-being and not merely the absence of disease or infirmity” (World Health Organization). Comfort is een deel van deze gezondheidsdefinitie. Naast gerieflijkheid is comfort dus ook een onderdeel van de gezondheid. Bijna iedereen denkt bij het woord comfort aan het thermische aspect ervan, maar er zijn veel meer soorten comfort. Comfort bestaat namelijk uit de volgende onderdelen: • • • • • • •
Thermisch Akoestisch Verlichting Geur Esthetisch Emotioneel Sociaal
Over het emotionele en sociale comfort zal geen extra paragraaf worden gemaakt. Van sociaal comfort is er niet echt sprake, want dat is vooral de omgang van de mens met de buren, en in het pand zullen er weinig activiteiten gelijktijdig plaatsvinden. Daarnaast zullen de aspecten die wel van toepassing zijn op het pand van sociaal en emotioneel comfort behandeld worden in de overige paragraven over comfort.
15
2.1.1 Thermisch Comfort 2.1.1.1
1e sessie metingen
Er zijn metingen verricht vanaf dinsdagmiddag, 13-09-05 (14.30 uur), tot maandag, 1909-05 (14.30 uur). De metingen zijn verricht op de begane grond, 1e verdieping en buiten. Buiten Buiten is er een meetinstrument (een escort) geplaatst die de luchtvochtigheid en temperatuur van de buitenlucht meet. Deze escort was onder een kap geplaatst. In grafiek van deze escort hieronder is te zien dat de luchtvochtigheid nogal schommelt. Overdag heeft de RV relatief lage waarden en ‘s nachts nogal hoge waarden. Om te kijken of de metingen kloppen staat hieronder ook een tabel over het weer van het KNMI en zoals je ziet kloppen de metingen vrij goed. De hoge relatieve vochtigheid heeft waarschijnlijk te maken met de zware bewolking en neerslag. De temperatuur heeft overdag juist pieken in de grafiek, maar dat is natuurlijk vrij logisch. De gemiddelde temperatuur over de gemeten periode is 13.9 °C en RV 79.4 %.
Figuur 2
16
Temperatuur Gemiddelde Maximum Minimum
HET WEER OP WOENSDAG 14 SEPTEMBER 2005 TE EINDHOVEN Normaal Neerslag 16.0 °C 14.1 °C Hoeveelheid 19.2 °C 18.8 °C Duur 10.9 °C 9.5 °C
Zon, bewolking & zicht Duur zonneschijn
0.7
Rel. zonneschijnduur
5
%
Gem. bedekkingsgraad
-
Minimaal zicht
0.9
Relatieve luchtvochtigheid Gemiddelde 94
Wind Gemiddelde snelheid
uur
mm uur
4.5
m/s
7.0
m/s
octa's
Maximale uurgemiddelde snelheid Maximale stoot
10.0
m/s
km
Overheersende richting
231
°C
%
32 %
1.5 4.9
82 %
Luchtdruk Gemiddelde luchtdruk
1021.4
=3 Bft =4 Bft
= ZW
hPa
Tabel 4
Begane grond + kruipruimte De begane grond bestaat uit de volgende ruimtes: een hal met keuken/kantine, ketelruimte, toiletruimte, trappenhuis en twee zalen (een grote en kleine). In de grote zaal hebben is er een comfortmeter geplaatst, een escort die de temperatuur en RV meet en een wandtemperatuurmeter. De comfortmeter heeft de PMV-waarde gemeten. De PMV-waarde is de verwachte gemiddelde waarde van de subjectieve meningen van een groot aantal mensen t.a.v. het binnenklimaat. De uitkomsten van de meter geeft niet voor elke gebruiker de juiste waarde, want van te voren moesten er drie waarden ingesteld worden: De warmteweerstand van kleding uitgedrukt in “clo”-eenheden, de activiteit aangegeven in met (metabolie unit) en de heersende luchtdruk. De ingevoerde clo-waarde was 0.8, dat kan je vergelijken met een licht tropenkostuum. Als luchtdruk is 1.2 kPa genomen en de activiteit is ingesteld op 3 met. Dat is net iets hoger dan een activiteit van iemand die normaal loopt (5 km/h). Hieronder zie je de grafiek van de comfortmetingen. De eenheid op de y-as is de PMV-index. De hoogst gemeten waarde in de zaal is 1.059 en de gemiddelde waarde is 0.748. Om een idee te krijgen van de waarden even een korte uitleg. Een waarde van 0 is optimale behaaglijkheid, een waarde van 1 een weinig warm en een waarde van 2 warm. Er is een verband tussen de PMV-index en het percentage ontevreden mensen over het klimaat (PPD). Er is sprake van een behaaglijk en gelijkmatig klimaat indien bij toepassing van de norm NEN-EN-ISO 7730 als de PMVwaarde tussen de -0.5 en 0.5 ligt, of indien minder dan 10 % van de mensen klachten over het klimaat kenbaar maakt. Dit is algemeen aanvaard als criterium voor toelaatbare thermische belasting. Bij een waarde van 1 bij de PMV-index, zijn er 25 procent van de mensen ontevreden over het klimaat. Je kunt dus stellen uit de meetwaarde dat het thermische comfort slecht is in de beneden zaal. Daarbij moet gezegd worden dat de metingen niet nauwkeurig zijn vanwege de vooraf ingestelde waarde van de warmteweerstand van de kleding en de activiteit. De metingen zijn daarom te ontrouwbaar om drastische maatregelen te nemen. 17
Figuur 3
De temperatuur in de grote zaal is vrij constant, hij daalt langzaam van 20°C tot 17°C. De RV daarentegen schommelt nogal. Hieronder in de grafiek is te zien dat op donderdag 15-09-05 de luchtvochtigheid een waarde heeft van ongeveer 80%. Daarna schommelt het rond de 60% RV. De gemiddelde temperatuur in de grote zaal is 18.4°C en de gemiddelde RV is 65.9%. Gekeken naar een behaaglijkheiddiagram dat het verband aangeeft tussen luchttemperatuur en RV ligt het vlak van de gemeten waarden in de gebieden nog behaaglijk en behaaglijk (zie bijlage behaaglijkheiddiagrammen). Het diagram moet met enige schroom worden gehanteerd, omdat het geldt voor gemiddelde personen die gemiddeld gekleed gemiddelde arbeid verrichten. Als je de gemeten waarden vergelijkt met het behaaglijkheidgebied in het mollierdiagram zie je dat het gebied van de gemeten waarden precies onder het behaaglijkheidgebied ligt(zie bijlage mollierdiagram behaaglijkheid). Dat het gemeten gebied eronder ligt is logisch, want de meting duurde een week en als er geen mensen aanwezig zijn staat de verwarming natuurlijk uit. Als je de lucht verwarmd tot de 20°C zal de RV natuurlijk afnemen en zal deze grootheid ook voldoen aan de eisen van het comfort. Bijvoorbeeld op donderdag 1509-’05 is de RV 80% en de temperatuur 19°C, als je de temperatuur met 2°C laat stijgen, kan je in het mollierdiagram aflezen dat de RV 70% wordt. Om dus voor een goed thermisch comfort te zorgen voor de mens zal je de temperatuur op ongeveer 20°C moeten houden. Zolang het thermisch comfort voor de mens goed is zijn de luchtcondities ook voldoende voor de constructie.
18
Figuur 4
De grafiek van de wandtemperatuur loopt evenredig met die van de luchttemperatuur in de grote zaal. De waarden liggen ongeveer 0.8°C onder die van de luchttemperatuur, daarom is de gemiddelde temperatuur van de wand dan ook 17.6°C. Hieronder zie je de grafiek. Als je ook hier de gemeten waarden vergelijkt in een behaaglijkheiddiagram die het verband aangeeft tussen gemiddelde wandtemperatuur en luchttemperatuur liggen de punten binnen het gebied te koud, nog behaaglijk en een klein stukje in het gebied behaaglijk.(zie bijlage behaaglijkheiddiagrammen). Maar ook aan dit diagram liggen voorwaarden, zoals bij het vorige behaaglijkheiddiagram. De dansers die gebruik maken van de zaal klagen ook over de kou aan de zijkanten van de zaal. Deze klacht zal verderop in dit hoofdstuk nog behandeld worden.
Figuur 5
19
Omdat er klachten waren over het comfort in de kleine zaal is daar ook een escortmeter geplaatst die de temperatuur en RV meet. Sommige dachten dat het aan het temperatuurverschil ligt tussen de twee zalen, andere verwijten het aan de akoestiek in de kleine zaal. Als je de grafieken van de temperatuur en RV van beide zalen langs elkaar legt is te zien dat ze nagenoeg gelijk lopen. De gemiddelde temperatuur van de kleine zaal is iets hoger 18.6°C. De RV is echter iets lager namelijk 65.3%. De comfortklachten liggen dus niet aan het geringe temperatuurverschil, maar waarschijnlijk aan de akoestiek. Dit onderwerp is verderop te lezen in het rapport.
Figuur 6
In de kruipruimte is er ook een escort geplaatst die zowel de temperatuur als de RV meet, want het pand kan schade ondervinden van optrekkend vocht uit de naastgelegen dommel. In de grafiek is te zien dat de luchtvochtigheid in de kruipruimte inderdaad heel erg hoog is. De gemiddelde luchtvochtigheid is dan ook 93.4 %. Dat is zeer hoog, maar omdat de vloer tussen de kruimruimte en de begane grond nogal dik is en geen vocht doorlaat en er ventilatiegaten vanuit de kruipruimte naar buiten zijn zal dit vocht geen invloed hebben om het thermisch comfort op de begane grond.
Figuur 7
20
1e Verdieping De 1e verdieping bestaat uit hetzelfde trappenhuis, een kapel, een sacristie en twee kleine berginghokjes. In de kapel is er ook een comfortmeter geplaatst, een zwarte bol thermometer, wandtemperatuurmeter en een temperatuurmeter voor het glas in lood. Helaas zijn er geen resultaten van de comfortmeter, omdat deze het vreemd genoeg niet heeft gedaan. De zwarte bol thermometer meet de stralingstemperatuur. Hieronder is de grafiek te zien van de zwarte bol thermometer. De gemiddelde stralingstemperatuur is 18.3°C. Met deze waarde en met de metingen die de comfortmeter zou doen, hadden we een uitspraak over het comfort kunnen maken.
Figuur 8
De grafiek van de wandtemperatuur loopt vrij constant. De gemiddelde waarde daarvan bedraagt 17.9°C. Ook deze grafiek loopt een beetje af op het eind, maar dat is te verklaren door de afnemende temperatuur van de buitenlucht.
21
Figuur 9
De laatste meter heeft de temperatuur van het glas in lood gemeten. Zoals je hieronder ziet lijkt de grafiek heel erg op die van de buitenlucht. Alleen deze grafiek ligt een paar graden hoger. De gemiddelde waarde van de temperatuur van het glas in lood is 16.3°C, 2.4°C hoger ligt dan de buitentemperatuur.
Figuur 10
22
2.1.1.2
2e sessie metingen
Er is een 2e sessie metingen gedaan vanaf donderdagmiddag, 13-10-05 (11.00 uur), tot en met dinsdagmiddag, 18-10-05 (17.00 uur). Begane grond Omdat de mensen last hadden van de kou aan de zijkant wanneer ze gingen zitten na het dansen is er een tweede sessie metingen gedaan inde beneden zaal. De overlast zou kunnen komen van een iets te koude wand, zoals bij de 1e metingen is geconstateerd, en/of van tochtverschijnselen. De kou van de wand en ramen zouden via luchtstroming naar beneden geleid kunnen worden. Daarom is de luchtsnelheid op verschillende plaatsen gemeten. Hieronder zie je de grafiek van de luchtsnelheden gemeten op drie verschillende plaatsen. Bij de twee pieken wordt de comfortmeter naar een andere plaats gebracht. De eerste meetplek (tot aan de 1e piek) was in het midden en de twee andere meetplekken aan de wand. De verschillen tussen de meetplekken zijn te verwaarlozen en ongeveer gelijk aan nul. Omdat er dus weinig luchtstromingen zijn in de zaal zullen de klachten over de koude verschijnselen aan de wand niet komen door de tocht. 1.5
Log1 C:4 m/s
1.0
0.5
0.0
-0.5 m/s 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 18-10-2005 16:22:00 16:23:00 16:24:00 16:25:00 16:26:00 16:27:00 16:28:00 16:29:00
Figuur 11
Ook al zou de verwarming het hebben gedaan en zorgen voor warmtestromen in de ruimte en dus zorgen voor een grotere luchtsnelheid dan nog niet zal dat zorgen voor de kou aan de zijkant. Want de radiatoren zijn onder tegen de muur bevestigd en zorgen ervoor dat de kou die van de wand en ramen afkomt verwarmd wordt en dus naar boven stroomt. De mensen die aan de zijkant zitten zullen dan dus geen kou voelen. Alleen als de radiatoren uitstaan kan de kou naar benenden zakken en de mensen bereiken. Om dit te verhelpen moet je eerst kijken aan welke comfortparameter het ligt. 23
Aan de luchttemperatuur, RV en luchtsnelheid ligt het niet. Dus dan blijft de stralingstemperatuur over. De straling vanuit de wand en ramen zorgen voor de koude verschijnselen bij de stilzittende mensen. Om dit probleem te verhelpen zou je bijvoorbeeld gordijnen voor de wanden met ramen kunnen plaatsen zodat de straling vanuit de wand tegen gehouden wordt. Het probleem dan alleen is dat je geen gebruik kan maken van de natuurlijk ventilatie doormiddel van de ramen. 1e verdieping Omdat de comfortmetingen in de kapel de eerste keer waren mislukt zijn deze ook een keer overgedaan. Er is gebruik gemaakt van het apparaat Testo, deze meet de fysische factoren om het comfort te bepalen apart. De enige factor die ontbreekt, is de stralingstemperatuur, deze is dus apart gemeten. Maar ook bij deze tweede comfortmeting in de kapel was er tegenslag. De ketel bleek namelijk kapot te zijn waardoor de verwarming het niet deed en de luchttemperatuur en stralingstemperatuur niet meer betrouwbaar zijn om het comfort te bepalen. Dus over het thermisch comfort in de kapel is er geen reële analyse gemaakt. Vanwege de constructie moet de relatieve vochtigheid in de kapel tussen de 55 en 75 procent liggen. Zoals je hieronder kan zien voldoet de RV in de kerk hier aan, maar ook dit is onbetrouwbaar omdat de RV natuurlijk afhangt van de luchttemperatuur. Log1 C:2 %rH 70
65
60
55
14-10-2005 0:00:00
15-10-2005 0:00:00
16-10-2005 0:00:00
17-10-2005 0:00:00
Figuur 12
24
2.1.1.3
Simulatie
Met behulp van het programma Hamlab is er een model gemaakt van het pand. Het thermisch comfort is te simuleren doormiddel van dit model. Om realistische waarden te verkrijgen is het gebruikersprofiel ook toegevoegd aan het model. Hieronder zie je een uitkomst van het model. Het geeft de comfortzone weer in het mollierdiagram met de waarden van de luchttemperatuur en RV in de grote zaal met als simulatie jaar 1974, dit is een gemiddeld jaar. Zoals af te lezen in de tabel valt 78% van de tijd in de comfortzone. 4% is te vochtig en 1% is te warm, dit is te verwaarlozen. Echter is er 14% van de tijd te weinig vocht aanwezig. Maar deze gegevens zijn over een heel jaar en als er mensen aanwezig zijn neemt de RV toe, omdat de mens vocht produceert vooral gezien de activiteiten met een hoog metabolisme die er plaatsvinden. Daarom zal de vochtigheid waarschijnlijk voldoende zijn als er mensen aanwezig zijn. Anders kan je de temperatuur iets verlagen zodat de RV toeneemt. Dit kan gemakkelijk want bij een metabolisme van 1,7 met (lage activiteit, zit tussen dansen en zitten in) ligt de comfortzone tussen de 17°C en 21°C (bijlage mollierdiagram behaaglijkheid 2, uit ISSO publicatie 19) en daarbij komt dat er vooral te weinig vocht aanwezig is in de winter en dan ben je natuurlijk dikker aangekleed en kan je de temperatuur binnen in ieder geval iets verlagen. In de zomer is het iets te vochtig maar dan kan de binnentemperatuur op 23°C gehouden worden, want men heeft zomerkleding aan, zodat de RV weer binnen de grens van 70% komt.
Figuur 13
25
Omdat er geen bruikbare metingen zijn van de kapel kunnen we toch iets zeggen over het comfort doormiddel van simulatie. Gezien de schilderingen in de kapel is het aangeraden om de temperatuur onder de 20°C te houden en de relatieve vochtigheid tussen de 55% en 75%. Met de simulatie is rekening gehouden met de nachtverlaging die we toepassen. Als er dus niemand in de kerk aanwezig is gaat de verwarming uit en daalt de temperatuur minimaal tot 12°C. Hieronder is de simulatie weergeven in het mollierdiagram met de comfortzone voor de constructie. Je ziet dat er 42% van de tijd een ideale situatie heerst om de schilderingen in goede staat te houden. Dit is logisch gezien er naast de verwarming geen mechanische klimaatbeheersing aanwezig is. Er is geen nader onderzoek gepleegd over de eventuele schade aan de schilderingen als het binnenklimaat buiten de gewenste waarden valt.
Figuur 14
26
2.1.2 Geur
Naast het bekende thermische comfort zijn er ook andere zaken die het comfort bepalen, zoals akoestiek, esthetisch comfort, sociaal comfort en geur. Geur kan dus een belangrijke factor spelen in bepaling van het comfort. Aangezien er in het gebouw klachten zijn ondervonden van de geur op de eerste verdieping speelt geur hier een rol in het comfort en daarom is er een onderzoek gepleegd naar de mogelijke oorzaak hiervan. Waarnemen van geuren De mens neemt geuren waar met de hersenen die worden gestuurd door prikkelingen in de neus. De neus is het reukorgaan dat wordt bekleed door reukepitheel. Bij de mens zijn alleen het dak van de neus en een klein deel van het neusseptum bekleed. Het ruiken van geuren gebeurt met behulp van receptoren die zijn geconcentreerd in het reukorgaan helemaal boven in de neus. Ruiken vindt plaats als vluchtige, chemische stoffen in het neusslijmvlies zijn opgelost en de receptoren prikkelen. Vanuit het reukorgaan worden zenuwimpulsen via de reukzenuw geleid naar het centrum voor geur en smaak waarneming, een plat eivormig orgaantje dat bulbus olfactorius heet. Van hieruit wordt de informatie over geuren via de tractus olfactorius naar verschillende delen van de hersenen gevoerd. De hersenen nemen dan de geuren waar . Afhankelijk van de interpretatie van mensen op de geur kunnen klachten ontstaan over het comfort van het binnenklimaat. Bron: het boek Human Anatomy van Elaine N. Marieb, Jon Mallatt & Patricia Wilhelm.
Voorspelling Mogelijk: Geurklachten door ventilatie Slechte ventilatie kan een oorzaak zijn van vermindering van luchtkwaliteit resulterend in geurhinder en eventueel gebouw gerelateerde gezondheidsklachten. Ventilatie op de 1e verdieping van het gebouw is alleen mogelijk door infiltratie, er is bijna geen mogelijkheid om een raam te openen, tevens zitten er geen roosters in de gevel. Dus misschien zijn de bronnen van geur dan wellicht aanwezig op de verdieping zelf. Mogelijk: Geurklachten door voorwerpen in de ruimte Ook een mogelijke oorzaak van het geurprobleem is door de stoelen of andere voorwerpen die op de bovenverdieping staan. De stoelen zijn gemaakt van tabaksbladen die mogelijk het probleem kunnen veroorzaken of versterken. Resultaat Uit onderzoek is gebleken dat de geur afkomstig is van de stoelen, want deze zijn namelijk gemaakt van tabaksbladen. Om de geur te verminderen kan je gaan ventileren, maar dat is heel moeilijk in de kapel. Er is namelijk nauwelijks natuurlijke ventilatie en vanwege de status als monument en vanwege de prijs is mechanische ventilatie ook geen goed idee. Dus om de geur te bestrijden moeten de stoelen vervangen worden. 27
2.1.3 Akoestiek De opdrachtgever gaf aan dat tijdens vergaderingen in de kleine zaal specifieke comfortklachten optreden. Gedacht werd aan een akoestische achtergrond. De opdrachtgever constateerde namelijk een lichte galm en dat kwam de spraakverstaanbaarheid niet ten goede. Om dit probleem op te lossen, of in ieder geval te verminderen, zal dit onderzocht moeten worden. Er zal middels akoestische metingen geprobeerd moeten worden, een beeld te krijgen van de akoestische toestand van de grote en de kleine zaal. Aan de hand hiervan kunnen verbanden, oorzaken, conclusies en oplossingen worden opgesteld voor het gestelde probleem.
2.1.3.1
Gemeten parameters en toelichting parameterkeuze
Voor het meten van de akoestiek zijn verschillende parameters te meten. Allereerst is het van belang te bepalen wat de symptomen zijn en op basis van die symptomen parameters te selecteren die ermee samenhangen. De symptomen die hier zijn geconstateerd zijn vooral spraakverstaanbaarheid en galm. Aan deze twee symptomen zijn de volgende parameters gekoppeld: Nagalmtijd Ruimtematen Speech Transmission Index [STI] Een andere belangrijke factor is de aanwezigheid van stoorgeluiden. Deze kunnen zowel van aangrenzende ruimten als van de omgeving komen. Een te hoog geluidsniveau van stoorgeluid heeft invloed op het effectieve verloop van activiteiten in een bepaalde ruimte. Om deze effectiviteit zo hoog mogelijk te houden, zal dus geprobeerd moeten worden de aanwezigheid van stoorgeluiden zoveel mogelijk te reduceren. Allereerst moet er worden bepaald of er sprake is van stoorgeluiden. Als de hoeveelheid stoorgeluiden te groot is, dan zullen er maatregelen genomen moeten worden om deze geluidsoverlast in te perken. Dit kan in de vorm van onder andere geluidwering of verwijdering/aanpassing van de geluidsveroorzaker (de bron). De bepaling van de stoorgeluiden, kan in dit geval worden meegenomen in het meten van de spraakverstaanbaarheid. Bij de meting van spraakverstaanbaarheid worden namelijk omgevingsgeluiden als factor meegerekend. Deze factor wordt de zogenaamde signal-tonoise ratio genoemd en zal hieronder uitvoerig worden besproken met betrekking tot de Verrijzeniskapel. Signal-to-noise ratio (S/N-ratio) Bij akoestische metingen is het belangrijk om, wanneer storende geluiden aanwezig zijn, deze te compenseren. Vaak is het bij meetsituaties onmogelijk om achtergrondgeluiden te verminderen of te stoppen. Daarom is de signal-to-noise ratio ingevoerd. Dit verband geeft de verhouding tussen signaalsterkte en omgevingsruis aan. Het wordt uitgedrukt in dB(A). De S/N-verhouding verschilt per situatie en is daarom uniek. Hieronder is een overzicht gegeven met richtlijnen voor de S/N voor verschillende omgevingen. 28
Tabel 5 RUIMTE DB(A) Werkplaatsen 65-75 Kantoren met apparatuur 55-60 Gymzalen, sportzalen, zwembaden 45-55 Restaurant, bar, cafetaria 40-50 Privé-kantoor, leeszaal, rechtszaal 35-45 Bioscoop, ziekenhuis, kerk, kleine conferentiezaal 30-40 Leslokalen, tv-studio’s, grote conferentiezalen 25-35 Concertzaal, schouwburg, onderzoekskamers 25-30 Audiometer-kamers 15-25 [ Aarts, M.P.J. , Bakker, F.E., Schellen, H.L. , Hak, C.C.J.M (2004), Dictaat Bouwfysisch Ontwerpen 1, Fysisca van de ruimte, Eindhoven: TU/e ]
Omdat het in de Verrijzeniskapel een combinatie van kerkfunctie, vergaderzaal en danszaal betreft zijn er verschillende keuzes mogelijk. Echter, voor de beschouwing van de kleine zaal is de functie kerk en kleine conferentiezaal voldoende. In de kleine zaal wordt onder andere vergaderd en worden activiteiten gedaan die niet heel veel geluidoverlast veroorzaken. De maximale grens is hier dus 30 tot 40 dB(A). Deze S/Nratio is als uitgangspunt gebruikt bij het uitvoeren van de akoestische metingen.
2.1.3.2
Meetresultaten
Aan het monument zijn, zoals eerder is beschreven, akoestische metingen verricht. Het betreft metingen aan de nagalmtijd en de Spraakverstaanbaarheid. Tijdens de metingen is, zoals beschreven in het meetplan (zie bijlagen), uitgegaan van vijftien meetpunten. De keuze voor dit aantal meetpunten is te verklaren aan de hand van de eerder uitgelegde S/N ratio. De S/N-ratio hangt namelijk ook samen met het aantal meetpunten en wordt nauwkeuriger naarmate meer meetpunten worden gekozen. Er is gekozen voor vijftien meetpunten, omdat dit een goede kwaliteit-/tijdverhouding opleverde: in een relatief korte tijdsperiode kon een voor deze situatie nauwkeurige meting genomen worden die een S/N-ratio tussen de 35 en 45 had. Deze bevat dus de S/N-ratio bestemd voor de betreffende situatie. Hieronder zijn de resultaten van de metingen gegeven. Deze resultaten zijn echter niet volledig. Een volledig overzicht van de resultaten is in de bijlagen te vinden.
29
Nagalmtijdmetingen In de kleine zaal zijn metingen verricht naar de nagalmtijd. Daarbij zijn drie verschillende situaties onderscheiden: 1. Alle ramen en deuren dicht en gordijnen open 2. Alle ramen en deuren dicht en gordijnen dicht 3. Hoekpositie, deuren en ramen dicht en gordijnen open De gordijnen zijn als bepalende factor opgenomen, omdat deze een groot deel van de glasvlakken kunnen bedekken, Het gevolg is dat de hoeveelheid kaatsvlakken in de ruimte hierdoor kan worden verminderd. De invloed hiervan zal hieronder uit de meetresultaten volgen. In de eerste twee situaties is een omnidirectionele microfoon midden in de ruimte gezet en bij de derde meetsituatie is de microfoon in de hoek gezet. Er is voor deze hoekpositie gekozen, omdat het plafond in de hoeken namelijk schuine vlakken bevat, waardoor een ander kaatsingspatroon in de ruimte wordt bewerkstelligd. Ook de invloed hiervan zal in onderstaande grafieken zichtbaar zijn. Resultaten meetsituatie 1: Meting 1 2.000 1.800 1.600
Nagalmtijd [s]
1.400 1.200 Meting 1
1.000 800 600 400 200 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Frequentieband [Hz]
Figuur 15
30
Resultaten meetsituatie 2: Meting 2 1.800 1.600 1.400
Nagalmtijd [s]
1.200 1.000 Series1 800 600 400 200 0 0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
Frequentieband [Hz]
Figuur 16
Resultaten meetsituatie 3: M eting 3 2.500
Nagalmtijd [s]
2.000
1.500 Meting 3 1.000
500
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Frequentieband [Hz]
Figuur 17
31
Spraakverstaanbaarheid Zoals al eerder is vermeld, is er niet alleen aan de nagalmtijd gemeten, ook zijn er metingen met betrekking tot de spraakverstaanbaarheid verricht. Omdat deze metingen in dezelfde ruimte plaats hebben gevonden als de nagalmtijdmetingen, verandert de S/Nratio niet. De S/N-ratio is hier dus ook 30-40 dB(A) en het aantal meetpunten 15. De meetresultaten zijn wederom gemiddeld, om een indruk te krijgen van de meest voorkomende spraakverstaanbaarheid. Ook hier zijn, net als bij de nagalmtijdmetingen, drie verschillende meetsituaties onderscheiden: 1. Alle ramen en deuren dicht en gordijnen open 2. Alle ramen en deuren dicht en gordijnen dicht 3. Hoekpositie, deuren en ramen dicht en gordijnen open Hieronder zijn voor de drie situaties de resultaten van de spraakverstaanbaarheidsmetingen weergegeven: Resultaten meetsituatie 1: Meting 1 0.7
Spraakverstaanbaarheid [STI]
0.6 0.5 0.4 Meting 1 0.3 0.2 0.1 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Frequentieband [Hz]
Figuur 18
32
Resultaten meetsituatie 2: Meting 2 0.8
Spraakverstaanbaarheid [STI]
0.7 0.6 0.5 0.4
Meting 2
0.3 0.2 0.1 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Frequentieband [Hz]
Figuur 19
Resultaten meetsituatie 3: Meting 3 0.7 0.6 0.5 0.4 Meting 3 0.3 0.2 0.1 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Frequentieband [Hz]
Figuur 20
33
Ruimtematen De ruimtematen zijn al eerder opgenomen voor andere onderzoeken aan de Verrijzeniskapel. De maten betreffen: Muren: Hoogte: 4,5 m. Lengte: 10,75 m. Breedte: 8,3 m. Ruimtevolume: l*b*h = 4,5*10,75*8,3 = 401,5 m3 Raamoppervlakken: Raamoppervlakte zijmuur 7: 6,5m2. Raamoppervlakte zijmuur 8: 5,81m2.
2.1.3.3
Meetanalyse
Nagalmtijden Zoals uit de resultaten van de metingen blijkt, is voor situatie 1 de minimale nagalmtijd ongeveer 0.03 seconde en de maximale nagalmtijd ongeveer 3,4 seconde. Deze waarden zijn overigens afkomstig uit de tabellen (bijlagen). Gemiddeld is over alle frequentiebanden een nagalmtijd tussen de 1,2 seconden en 1,8 seconden waar te nemen. Deze waarden liggen ruim boven het geldigheidbereik van aanbevolen nagalmtijden voor spraak, zoals uit onderstaande figuur is te concluderen. Deze figuur is gebaseerd op DINnorm 18041. Volgens deze richtlijn is een Om de voor spraak gewenste nagalmtijd te bereiken is het aan te raden maatregelen te nemen. Deze maatregelen dienen zodanig te zijn, dat de nagalmtijd ermee verkort kan worden. Met andere woorden, er moet getracht worden, de afstand tot de kaatsvlakken, in dit geval de muren en plafonds, binnen de gestelde maximale galmstraal te houden. Een andere optie is de hoeveelheid geluidsabsorptie in de scheidingsconstructies te vergroten, dus de ruwheid van deze constructies te vergroten. Een aantal oplossingen en middelen hiervoor zullen in de paragraaf ‘probleemoplossing’ te vinden zijn. Het verschil tussen meetsituatie 1 en situatie 2 is in de grafieken duidelijk waarneembaar. In meting 2(met gordijnen dicht), zijn de nagalmtijden in de lage frequentiebanden (125 Hz – 1kHz) gemiddeld met 0,2 seconden afgenomen en in de hoge frequentiebanden (2kHz – 4 kHz) zelfs meer dan de helft tot 100 procent. Dat betekent dat met lichtgewichte materialen al een flinke hoeveelheid geluidenergie van de hogere frequenties kan worden geabsorbeerd. Meetsituatie 3 verschilt niet heel erg veel van situatie 1. Bij deze situatie is in de hoek gemeten, omdat zich daar schuine vlakken in het plafond bevinden. Eerder werd gedacht dat deze schuine vlakken extra storende reflecties tot gevolg zouden hebben, maar uit de galmmetingen is dus een minimale invloed van deze schuine vlakken te traceren. In de hoeken hoeven daarom in principe geen aanvullende maatregelen genomen te worden, omdat het verschil minimaal is met metingen midden in de ruimte.
34
Figuur 21: Aanbevolen nagalmtijden voor spraak volgens DIN 18041
De aanbevolen nagalmtijd voor de kleine zaal moet op basis van het ruimtevolume. Het volume van de kleine ruimte is 401,5 m3. Uit bovenstaande figuur (vorige bladzijde), volgt dat de gemiddelde galmtijd tussen de 0,7 en 0,9 seconden moet liggen. Zoals hierboven is gesteld, moet de galmstraal verkort worden. Allereerst moet betekend worden wat de galmstraal op dit moment is. De galmstraal kan berekend worden met behulp van de volgende formule:
Q⋅ A [m] 16π Waarbij Q de richtfactor van de geluidsbron is. Voor deze situatie (spreeksituatie) is een richtfactor Q = 3 een goede keuze. De parameter A is de totale oppervlakte van het kaatsvlak(ken). De totale oppervlakte van de kaatsvlakken is berekend aan de hand van de ruimtematen en bedraagt: Rgalm =
A = (10,75*4,5) + (10,75*4,5) + (8,3*4,5) + (8,3*4,5) + (10,75*8,3) + (10,75*8,3) = 349,9 m2. De galmstraal wordt dan: Rk =
3 ⋅ 349,9 = 4,57 m. 16π
Er moet dus binnen een lengte van rgalm = 4,57 m absorberend materiaal gehangen worden. 35
Spraakverstaanbaarheid Uit de meetresultaten van de spraakverstaanbaarheid zijn ook opmerkelijke verschillen te zien. Voor meetsituatie 1 is de gemiddelde spraakverstaanbaarheid 0,61. Uit onderstaande figuur is een overzicht gegeven van de beoordeling van de spraakverstaanbaarheid in een ruimte aan de hand van de RASTI index. De RASTI index is een eenvoudigere variant van de STI index. Bij RASTI (Rapid Speech Transmission Index) wordt namelijk over een nauwer frequentiebereik gemeten. Bij de STI is dit over het hele spectrum en wordt dit uitgerekend over de frequentiebanden van 125Hz tot 4kHz. Onderstaande figuur geeft voor de Verrijzeniskapel al een voldoende goede schatting van de spraakverstaanbaarheid, omdat in de kleine zaal spraak niet het meest belangrijke aspect is. De ruimte is niet specifiek bedoeld voor spraaktoepassingen, maar een goede spraakverstaanbaarheid is wel aan te raden. Een spraakverstaanbaarheid van 0,61 is volgens onderstaande figuur als ‘redelijk’ tot ‘goed’ te veronderstellen. Dit is dus nog niet een heel overtuigende spraakverstaanbaarheid. De gemiddelde spraakverstaanbaarheid mag daarom wat hoger liggen. Een verhoging van de spraakverstaanbaarheid is dan ook goed waar te nemen uit de meetresultaten van situatie 2. Daar zijn de gordijnen dichtgedaan en is het aantal reflecties in de hogere frequentiebanden dus lager. De spraakverstaanbaarheid heeft dan een gemiddelde waarde van ongeveer 0,67 STI. Uit de figuur valt dan een goede spraakverstaanbaarheid af te leiden. Meetsituatie 3 heeft ook hier geen extreme verschillen met situatie 1 opgeleverd. De waarde is zelfs iets verbeterd tot een gemiddelde van 0,63 STI. Dit komt nog steeds met een goede spraakverstaanbaarheid, maar nog steeds aan de relatief lage kant. Dat betekent dat de spraakverstaanbaarheid door de schuine vlakken in het plafond niet erg veel beïnvloed wordt.
Figuur 22: Relatie tussen RASTI index en waardering voor spraakverstaanbaarheid
36
Analyse scheidingsconstructies Muren Buiten de akoestische metingen is er ook nog gekeken naar de scheidingsconstructies van de kleine zaal. Daaruit zijn enkele opmerkelijke ontdekkingen gedaan, met betrekking tot akoestiek. Wat allereerst opviel, was de aanwezigheid van geglazuurde bakstenen. Hieruit is de aanwezigheid van gladde, weerkaatsende oppervlakken te constateren. Deze weerkaatsende oppervlakken dragen daardoor in belangrijke mate bij aan de weerkaatsing van geluidsstralen in de ruimte en daarmee aan de nagalm in de kleine zaal. Op onderstaande foto zijn de geglazuurde en ongeglazuurde stenen in een van de muren van de kleine zaal te zien. De akoestiek zou verbeterd kunnen worden, door de gladheid van de muren te verminderen. Richtlijnen hiervoor zijn gegeven in de paragraaf ‘Probleemoplossing’.
Figuur 23: geglazuurde bakstenen hebben invloed op de akoestiek
Plafond en vorm Ook is aan de hoogte en vorm van de kleine zaal te zien dat er op het gebied van akoestiek wel iets van galm te verwachten is. Deze karakteristieke vorm heeft dus wel degelijk invloed op weerkaatsing van geluidsstralen. Hier kan dus al een gedeelte van de oplossing gevonden worden: het veranderen van de vorm van de ruimte en de hoogte van het plafond, zodat een andere weerkaatsing van de geluidsstralen wordt bereikt.
Figuur 24: de karakteristieke vorm van de kleine zaal
37
Glasvlakken Een ander materiaal dat ook veel invloed heeft op de weerkaatsing van de geluidsstralen is glas. Doordat de gladheid van glasvlakken veel groter is dan die van het in verhouding poreuzere beton, baksteen en hout, zullen er door het glas veel meer geluidstralen terug de ruimte in gekaatst worden. Het beton, baksteen (niet-geglazuurd) en hout, daarentegen, zullen veel meer geluidsenergie absorberen. Aangezien er veel glas in de muren en deuren van de kleine zaal verwerkt is, leveren de reflecties door glasvlakken ene belangrijke bijdrage aan de akoestiek van de ruimte. Om de akoestiek te verbeteren is het aan te raden om de hoeveelheid glasvlakken te beperken. Mogelijkheden hiervoor zijn te lezen in onderstaande paragraaf.
2.1.3.4
Probleemoplossing
In deze paragraaf zullen enkele voorstellen ter verbetering van de akoestiek worden gedaan, aan de hand van voorgaande meetanalyses. Hierbij zal worden gekeken naar verschillende onderdelen. Er zal getracht worden per onderdeel economische en praktische oplossingen te geven. Zoals bij de analyse van de nagalmtijdmetingen al besproken is, is het nodig om de nagalmtijd te verkorten. Op deze wijze kan de gewenste nagalmtijd voor de kleine zaal bereikt worden. Deze ligt tussen de 0,7 en 0,9 seconden. Bij de spraakverstaanbaarheid geldt eigenlijk hetzelfde. Om de spraakverstaanbaarheid te verbeteren, kan geprobeerd worden de nagalmtijd te verkorten. Een goede oplossing daarvoor is het aanbrengen van geluidsabsorberend materiaal binnen de galmstraal, dus binnen een afstand van ongeveer 4,57m. Op deze wijze treden minder reflecties op en neemt de hoeveelheid galm af. De eerste oplossing is het aanbrengen van gordijnen en doeken. Dit is een maatregel die al voor een gedeelte is toegepast door de gebruikers. Op de glasvlakken aan de zijkant van de kleine zaal zijn reeds gordijnen te vinden. De gordijnen adsorberen een groot gedeelte van de hoge frequenties (1kHz-4kHz). Voor deze hoge frequenties is het mogelijk om met lichte materialen het aantal reflecties te verminderen. Het aanbrengen van extra gordijnen op glasvlakken die nu nog niet zijn bedekt door gordijnen is daarom een goede eerst oplossing. Er kan ook gekozen worden voor andere afdekkende materialen, onder de voorwaarde dat de gladheid van de oppervlakten daardoor lager wordt als die van het huidige glas. Voor de absorptie van de lagere frequenties is massa benodigd of de toepassing van geluidsisolerende materialen. De kosten kunnen bij keuze van deze optie echter snel oplopen en het aanbrengen van deze materialen kan schadelijk zijn voor de monumentale waarde van de ruimte.
38
Een andere oplossing is te vinden bij het plafond. Het plafond in de kleine zaal heeft een hoogte van 4,5m en een karakteristieke vorm, zoals eerder besproken. Een deel van dit plafond kan buiten de galmstraal liggen en daardoor ongewenste reflecties veroorzaken. Om dit tegen te gaan, kunnen bijvoorbeeld een verlaagd plafond worden aangebracht of doeken aan het plafond worden opgehangen. Het aanbrengen van kaatsvlakken of geluidsisolatie is ook mogelijk maar is minder praktisch en duurder. Bovendien is het een beetje overbodig voor deze ruimte. De gebruikers hebben al een goede derde oplossing laten zien, namelijk het bedekken van de geglazuurde stenen. De geglazuurde stenen bevinden zich grotendeels aan de onderzijde van de muren en kunnen ook zorgen voor ongewenste reflecties en dus nagalm. Door deze af te dekken, door er bijvoorbeeld stoelen of tafels voor te zetten of een radiator ervoor te hangen, kan een deel van de geluidsenergie in deze objecten worden geabsorbeerd.
39
2.1.4 Esthetisch comfort Omdat we te maken hebben met een monument wordt ook het esthetisch comfort behandeld. Esthetisch comfort is te beschrijven als het gevoel dat je krijgt wanneer je een gebouw bekijkt, hoe je de bouwstijl beleeft. Een deel van het pand in de kanaalstraat is gebouwd in de Berlagiaanse stijl en is gebouwd naar een expressionistisch ontwerp van Dom. Paul Bellot. Als liefhebber van architectuur of vaderlandse geschiedenis is dit gebouw dan ook zeer aangenaam om in te verblijven. Ook al ben je geen liefhebber dan nog is de kapel een mooie verblijfsruimte, vooral de schilderingen en het glas in lood zijn de moeite waard om te bezichtigen. Het is daarom wel jammer dat er zo weinig van de kapel gebruik wordt gemaakt. De ruimtes beneden zijn voor hun functie normaal ingericht en zullen daarom niet door hun “uiterlijk” tot klachten leiden.
Figuur 25: Schilderingen en glas in lood.
40
2.1.5 Verlichting De verlichting in een gebouw is verantwoordelijk voor een groot deel van het energiegebruik. Dit betekend niet dat er altijd gereduceerd kan worden op de verlichting, ook al verbruikt het veel energie. De verlichting moet voldoende zijn, omdat het anders voor comfortproblemen kan zorgen. Comfortproblemen kunnen ook ontstaan als er te veel verlichting is. Het is zelfs zo dat te veel licht vaker als hinderlijk wordt ervaren dan te weinig licht. Voor de verschillende gebruikers is verschillend licht nodig. Tijdens de kerkdienst, die van 11:00 tot 12:00 is, hoeft er niet elektrisch verlicht te worden. In de kapel, waar deze dienst plaatsvindt, zijn voldoende ramen aanwezig om daglicht naar binnen te laten. Op de tijd waarop de dienst is, is er ook voldoende zonlicht. Voor het koor is er wel verlichting nodig, omdat zij van 19:30 tot 20:45 repeteren. Op deze tijd kan het zonlicht al onvoldoende zijn om de ruimte voldoende te verlichten. Naar eigen inzicht kunnen zij de verlichting in de kapel aanzetten, omdat het niet altijd nodig zal zijn. Aangezien er geen klachten bekend zijn van het koor over de verlichting, kan er vanuit gegaan worden dat de mogelijkheden de kapel te verlichten al voldoende zijn. In de kapel is het dus niet nodig de verlichting aan te passen. Op de benedenverdieping is er speciale verlichting aanwezig voor de dansfeesten. Tijdens deze feesten is er geen verdere verlichting nodig. De theatergroep kan ook gebruik maken van deze verlichting. De speciale verlichting zorgt voor een goed comfort qua licht tijdens het dansen en het toneelspelen. Het is niet nodig om de verlichting aan te passen, aangezien het comfort al goed is. De geldbesparing die wellicht wel mogelijk zou zijn zou dan ten koste gaan van het comfort, wat niet de bedoeling is.
41
2.2 Verwarming 2.2.1 Warmteverliesberekening Voordat een verwarmingsinstallatie ontworpen kan worden moet een berekening worden uitgevoerd. In het bouwbesluit is geen methode aangewezen voor het berekenen van warmteverlies.1 Verwarming van monumentale kerkgebouwen vraagt een andere warmteverliesberekeningswijze dan bij moderne goed geïsoleerde kerkgebouwen. De opwarmtijd van de kerkgebouwen is door de grote steenmassa lang. Ook dient rekening gehouden te worden met de invloed van het binnenklimaat op de constructie en apparaten in de kerk. De warmteverliesberekening is gemaakt aan de hand van een simulatieprogramma hamlab wat is geïmplementeerd in Matlab. Daarna is deze berekening getest aan de hand van de volgende methodes voor warmteverliesberekeningen. Verder in dit hoofdstuk nog een uitleg over de implementatie in Hamlab. De berekening van warmteverliezen is afhankelijk van bepaalde factoren zoals: • Verwarming alleen tijdens gebruiksperiode • Verwarming permanent in gebruik, op verlaagd niveau als het gebouw niet in gebruik is. Het benodigde vermogen voor het verwarmen van een ruimte wordt als volgt berekend: [W ] tot = t + v + op Tabel 6 tot t
v 0p
= = = =
Benodigd vermogen Transmissiewarmteverlies Ventilatiewarmteverlies Opwarmtoeslag
[W] [W] [W] [W]
Het te berekenen warmteverlies φ van de kerkruimte volgt uit de verschillende berekeningen die in bijlage 5.6 uitgelegd staan.
1
EN 12831, ISSO-publikaties 51, 53, 57
42
2.2.1.1
Hamlab simulatie
Simulatie is een veelvuldig gebruikt hulpmiddel bij het onderzoeken of ontwerpen van bouwfysische en installatietechnische details. Hamlab is een module binnen Matlab die warmte-, vocht-, en/of luchttransport simuleert. De resultaten worden gebruikt voor een ontwerp, onderzoek, advies of een combinatie hiervan. In dit hoofdstuk wordt verder uitgelegd welke parameters er zijn gebruikt voor een simulatie van vleugel D van het augustijner klooster. Met het programma Hamlab wordt tevens een warmteverliesberekening uitgevoerd zoals hierboven beschreven staat. De parameters zijn in bijlage 5.2 beschreven, verderop in dit hoofdstuk wordt uitgelegd hoe deze waarden zijn berekend en ingevoerd. Uitleg over invoer van de gebruiksprofielen In het simulatieprogramma hamlab is er invoer nodig om rekening te houden met de gebruikers in de berekening. Hiervoor is het nodig te weten op welke tijden de personen aanwezig zijn, wat de totale interne warmteproductie is, en wat de totale interne vochtproductie is. Deze parameters omschrijven voor hamlab samen de gebruiker, maar er kan ook nog ingevoerd worden binnen welke grenzen de temperatuur en de relatieve vochtigheid moeten liggen. Verdere invoer is nog de zonneweerstand, het minimale ventilatiedebiet, het ventilatiedebiet voor koeling en vanaf welke temperatuur gekoeld moet worden, maar zijn minder afhankelijk van de gebruikers. Doordat de interne warmte- en vochtproductie kan verschillen voor de diverse gebruikers, is er meer of minder ventilatie en verwarming nodig. Deze parameters hangen onder andere af van de warmte- en vochtproductie, dus van de gebruikers. Voor de gebruikersgegevens in hamlab staan de waarden grotendeels in hoofdstuk … In hamlab is gebruik gemaakt van de totale lijst van gebruikers, omdat er op die manier ook rekening gehouden wordt met het feit dat verschillende gebruikers achter elkaar van een ruimte gebruik maken, waardoor die ruimte dus op temperatuur kan blijven. De warmteproductie en vochtproductie zijn benaderd met behulp van het “handboek installatietechnologie” en het dictaat “basisbegrippen in de klimaattechniek”. Invoer Om het vermogen voor verwarming met behulp van hamlab te bepalen, zijn de scheidingswanden ingevoerd en aangegeven in de onderstaande figuur. De getallen in het figuur komen overeen met de index van externe, interne, constante temperatuur en adiabatische wanden in de .m file op de cd in de bijlage. De externe en interne deuren zijn eveneens opgenomen in hamlab, echter staan deze niet in de tekening weergeven, maar ze zijn wel van de oppervlakte afgeteld van de constructie waarin deze zich bevinden. In hambase is het vereist het glasoppervlak per wand aan te geven. In de figuren in bijlage 5.2 is te zien hoe de muren genummerd zijn zoals deze in het programma Hamlab zijn ingebracht. In de tabellen vanaf pagina 111 staan per muur de oppervlakten glas en deuren. 43
De kozijnen zijn verrekend in oppervlakten van glas, omdat deze pas een belangrijke rol gaan spelen in het warmteverlies van het gebouw als het glas goed is geïsoleerd en warmte de ruimte alleen kan verlaten via de wanden en kozijnconstructies. Echter voor de benedenverdieping waar de nooddeuren zitten hebben we de kozijnen niet als glasoppervlak meegeteld. Omdat er geen doorsneden beschikbaar waren met de oppervlakten van het glas, zijn deze berekenen aan de hand van verhoudingen in foto’s die van het gebouw zijn gemaakt. Geavanceerde meetmethodes zijn bijvoorbeeld afmetingen bepalen met behulp van laserstralen, hiermee kunnen de afmetingen nauwkeuriger bepaald worden dan uit foto’s. Deze meetmethodes zijn niet toegepast omdat de nauwkeurigheid van de oppervlakten van glas in de warmteverliesberekening niet op de cm nauwkeurig hoeven worden ingebracht. Hieronder staat een foto weergegeven met de bepaling van het oppervlakte glas, kozijn en deur.
Figuur 26
44
Totale oppervlak van deur glas en kozijn
(0.95 + 2.1 + 0.27 ) ⋅ (0.80 + 2.1 + 0.80 ) − 2 ⋅ 0.80 ⋅ 0.95 − 2 ⋅ 21 ⋅ 0.27 ⋅ 0.66 + 2 ⋅ 1.6 ⋅ 0.4 = 10.9
Totale oppervlak glas
5 ⋅ 0.33 ⋅ 0.80 + 6 ⋅ 0.3 ⋅ 0.22 + 4 ⋅ 0.27 ⋅ 0.22 + 9 ⋅ 0.37 * 0.33 + 4 ⋅ 0.33 ⋅ 1.1 + 4 ⋅ 0.27 ⋅ 0.33 + + 6 ⋅ 0.25 ⋅ 0.30 + 6 ⋅ 0.66 ⋅ 0.25 + 6 ⋅ 0.30 ⋅ 0.25 + 2 ⋅ 0.4 ⋅ 1.6 = 8.03
m2
Totale oppervlakte glas in deur 6 ⋅ 0.25 ⋅ 0.30 + 6 ⋅ 0.66 ⋅ 0.25 + 6 ⋅ 0.33 ⋅ 0.25 = 1.94
m2
Totale oppervlakte deur inclusief glas 2 .2 ⋅ 2 .1 = 4 .6
m2
Totale oppervlakte deur exclusief glas 4.6 − 1.94 = 2.67
m2
Totale oppervlakte kozijn 10.9 − 8.0 − 2.67 = 0.23
m2
Overige hamlab parameters: Bij de gebruiksprofielen zijn minimale waarden ingevuld voor factoren die afhangen van de bezetting van bepaalde ruimten. De gebruikersprofielen kunnen worden gebruikt voor het bepalen van het comfort in de ruimten. Het ventilatievoud is alleen gezet op benodigd ventilatievoud bij bezetting. De systeemkeuze voor het project staat vastgesteld op een keuze van radiatorverwarming, het warmteverlies via koudebruggen is onbekend, verdere informatie over het model is te vinden in de bijlage in de betreffende m-file voor warmteverliesberekening. De ontwerpcondities in verwarmde zone’s wordt gesteld op 20 graden Celsius, en er is nachtverlaging toegepast van 6 graden Celsius. Er is doorgerekend in een extreem koude periode van 9 koude dagen met als begindatum 30 december 1978. In de grafiek hiernaast is de buitentemperatuur bepaald met het matlabbestand CLIMDATAF.m uit het matlabpakket bouwfys. Hiermee kunnen verschillende parameters van het weer van vroeger aangeroepen en geplot worden. Figuur 27: Buitentemperatuur
45
m2
Resultaten Standaard situatie De temperatuur in de ruimten is hieronder in de grafiek per zone aangegeven. De temperatuur in de verwarmde ruimten is aangegeven met de rode lijn. De blauwe lijn geeft de temperatuur voor de ruimte waarin de ketel is geplaatst. De gele lijn geeft dit aan voor het trappenhuis, en de groene lijn voor de kruipruimte. Deze ruimten zijn onverwarmd. Bij deze simulatiewaarden is geen rekening gehouden met de interne warmtebelasting in de ruimten, mocht het zo zijn dat dit gesimuleerd moet worden moet dit bij de gebruiksprofielen worden ingevoerd. Op de horizontale as is de tijd weergegeven in het aantal uren, waarbij de buitentemperatuur verloopt zoals figuur 27.
Figuur 28: Temperaturen in de ruimten (nachtverlaging)
In de tabel hieronder staan belangrijke gegevens voor warmteverlies per zone weergegeven, die uit hamlab verkregen zijn. Tabel 7 ZONE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW]
Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
0 7 15 28 56 0 221 4 7 4 0 342 kW Het totaal benodigde vermogen van de ketel is de som van het benodigde vermogen per ruimte. 46
Trappenhuis verwarmen Als het trappenhuis tevens als verwarmde ruimte wordt gekozen zijn de volgende vermogens nodig om de temperatuur op 20 graden Celsius te houden bij extreem koude perioden, en met nachtverlaging van 9 °C. Tabel 8 ZONE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN
Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW]
0 6.5 15.2 26.2 55 50 220 4 6.5 4 0 390 kW
47
2.2.1.2
Handberekening
Om de orde van grootte van het vermogen van het verwarmingssysteem, dat berekend is met matlab, te controleren, is er een handberekening uitgevoerd voor het warmteverlies in de grote zaal op de benedenverdieping. Deze zaal is aangrenzend aan de verwarmde ruimtes de kleine zaal en de kapel, en de onverwarmde ruimtes de kruipruimte en het trappenhuis. Dit is te zien in de onderstaande figuren. De constructie van de muren hebben we bepaald aan de hand van de plattegrond en een identificatie van het soort materiaal. De oppervlakte van een vlak is berekend uit de afmetingen zoals die zijn gedefinieerd in NEN 2580. Rm-Rc en U-waarden zijn berekend aan de hand van NEN-1068
Figuur 29: Verticale dwarsdoorsnede grote zaal
Figuur 30: Horizontale dwarsdoorsnede grote zaal
48
Constructiegegevens Muren in contact met buitencondities: Tabel 9
INDEX 1 2
MATERIAALSOORT DIKTE Hardsteen 0.5 Hardsteen 0.6
LAMDA 2.9 2.9
OPPERVLAK 123 8.3
LAMDA 1.4, 0.15, 0.17 0.15
OPPERVLAK 170
Muren in contact met verwarmde ruimten: Tabel 10
INDEX 7
3
MATERIAALSOORT Kanalenvloer, Spaanderplaat, linoleum Spaanderplaat
DIKTE 0.37, 0.03, 0.02 0.33
37.4
Glasoppervlak in contact met de buitencondities: Tabel 11
SOORT GLAS
4
UWAARDE 5.8
OPPERVLAK
28.82
Oppervlakten in contact met onverwarmde ruimten: Tabel 12
INDEX 6
5 8
MATERIAALSOORT DIKTE Grindbeton, naaldhout 0.4, 0.03 Hardhout 0.1 Hardsteen 0.6
LAMDA 0.17, 0.14 0.15 2.9
OPPERVLAK 170
2 36.3
Berekening Rm Rc en U-waarde per wand: Tabel 13
WAND
RM
RC
1 2–8 3 4 5 6 7
0.5/2.9=0.17 0.6/2.9=0.21 0.33/0.15=2.2
2.10^3 0.036 2.03
0.1/0.15=0.66 0.497 0.4/0.17+0.3/0.14=2.6 2.4 0.37/1.4+0.03/0.15+0.02/0.17=0.58 0.412
UWAARDE 5.8 4.8 0.43 5.8 1.5 0.38 1.5
49
Transmissiewarmteverlies Tabel 14
H t ,ie
= (123*5.8*1)+(8.3*4.8*1)+(28.8*5.8*1)+0.1=920.3 [W/K]
H t ,ia
= (170*1.5*((20+3)-(10+3)/(2010))+(37.4*0.43*1)=271 = (170*0.38*0.5)+(2*1.5*1)+(36.3*4.8*1)=209
[W/K]
= 20 = -10
[C] [C]
H t ,io i e
t
= (H t ,ie + H t ,ia + H t ,io + H t ,ib + H t ,ig )(
i
−
e
[W/K]
) = (920.3 + 271 + 209 )(30) = 42kW
Het totale transmissiewarmteverlies is 42 kW. Warmteverlies door infiltratie Tabel 15
HI i e
= 1200*0.002*(123+8.3+28.8)=3842 = 20 = -10 i = Hi ( i
[W/K] [°C] [°C]
e ) = 3842 * 30 = 11,5kW
Er hoeft geen rekening gehouden te worden met warmteverlies door mechanische ventilatie omdat deze niet aanwezig is. Opwarmtoeslag Om de opwarmtoeslag te bepalen, hebben we gekozen voor een karakteristieke opwarmtijd van 4 uur en een nachtverlaging van maximaal 9 graden. De waarde voor de specifieke opwarmtoeslag is te bepalen uit de paragraaf specifieke opwarmtoeslag dat in de bijlage warmteverlies is opgenomen. Oppervlakte kolom in de ruimte: 0.5*4.5=2.25 m2. Tabel 16
Aa P
=
(123+8.3+28.8+6*2.25)*1=173.6
[M2]
=
4
[W/m2]
= P ⋅ Aa = 4 * 173.6 = 0.7kW Totale benodigde vermogen: 42+11.76+0.7=55 kW op
50
2.2.2 Verwarmingssysteem De transmissiewarmteverliezen, opwarmtoeslagen en eventuele naverwarming van de ventilatielucht gesommeerd over de verschillende ruimten moeten volledig in rekening gebracht worden voor het te installeren vermogen van de radiatorverwarming. Het ventilatiewarmteverlies t.g.v. infiltratie in elke ruimte is gebaseerd op het feit dat de wind op de gevel staat. Omdat dit niet voor alle ruimten gelijk is moet een fractie z van de som van deze verliezen in rekening worden gebracht. Deze waarde is 0.5 voor utiliteitsgebouwen. Voor het te installeren vermogen in de verrijzeniskapel worden de waarden aangehouden die met behulp van hamlab zijn gesimuleerd. Centrale verwarmingsketel De warmteopwekking kan geschieden op de volgende manieren: -Centrale verwarmingsketels -Warmtepompen -Zonne-energiesystemen Centrale verwarmingsketels kunnen worden opgedeeld op het soort brandstof: -Gasgestookt -Atmosferische branders -Voorzet of overdrukbranders -Oliegestookt -Vaste brandstoffen Bij een gasgestookte installatie moeten de ketel en brander voldoen aan de Giveg-keur, en bij een belasting groter dan 660kW aan de Visa-voorschriften. Voor de regelgeving voor de opstelling van ketels in een ruimte gelden de volgende normen: -NEN 1078 Eisen en bepalingsmethoden voor huishoudelijke gasleidinginstallaties. Deze norm is van toepassing op alle installaties voor nietindustriële processen volgens het besluit gastoestellen. -SPE 1078 Leidraad bij NEN 1078. -NEN 3028 Veiligheidseisen voor centrale verwarmingsinstallaties -NPR 3378 Leidraad bij NEN 1078. Voor de utiliteitsbouw worden zowel atmosferische als overdrukketels toegepast. De onderdrukketels hebben in het algemeen als voordeel compacter te zijn en dat het regelbereik groter is. Nadeel is een grotere geluidsproductie. Zowel de atmosferische als overdruikketels zijn in HR-uitvoeringen verkrijgbaar. HR-ketels hebben als eigenschap dat de rookgassen tot onder het dauwpunt worden afgekoeld. Het condensaat dat daarbij vrijkomt dient te worden afgevoerd. Hierdoor hebben HR ketels een hoger rendement.
51
Bij het gebouw hebben we te maken met centraal gestookt systeem met stralingspanelen. De ketel is oliegestookt en eventueel zou deze kunnen worden vervangen door een gasgestookte HR ketel. Dit zorgt voor een betere energieprestatie en betere regeling van de temperatuur in de ruimten. Warmtetransport Het warmtetransport van de ketel naar de radiatoren geschiedt door het transport van warm water. Het afgekoelde water vanaf de radiatoren wordt naar de ketel getransporteerd en daar opgewarmd. De leidingsystemen zijn in te delen in 2 soorten leidingsystemen namelijk: − Tweepijpssystemen − Eenpijpssystemen In de kapel is er te maken met een eenpijpssysteem. Daarbij zal na elke radiator een mengtemperatuur ontstaan. Deze mengtemperatuur is de aanvoertemperatuur voor de volgende radiator. Warmteafgifte De warmteafgifte in de vertrekken vindt plaats door middel van radiatoren, deze zijn te verdelen in: − Paneelradiatoren − Paneelconvectoren − Ledenradiatoren − Decorradiatoren De warmteafgifte van radiatoren vindt plaats door convectie en straling. De totale warmteafgifte kan worden bepaald volgens NEN-EN 442. Deze waarden zijn ook bij de fabrikanten te vinden. De totale warmteafgifte van alle radiatoren in een ruimte moeten overeenkomen met het te installeren vermogen in een ruimte. Voor de plaatsing van de radiatoren is van belang dat dit onder een raam gebeurt om koudeval tegen te gaan en hoge luchtsnelheden in de ruimte te vermijden. Overige componenten Componenten voor watervoerende installaties zijn: − Pompen − Ontluchters − Expansievat − Thermostatische afsluiters − Drukbeveiliging Op de volgende bladzijde worden deze componenten allemaal kort besproken.
52
Pompen Pompen zijn functioneel voor het laten stromen van het water door de pijpleidingen. De kenmerkende variabelen voor de pomp zijn de opvoerhoogte, dit is de druktoename in de pomp herleidt tot de hoogte van een kolom van de verpompte vloeistof, en de volumestroom. De pomp heeft een zekere minimumwaarde nodig die kan worden aangeduid met de NPSH-behoefte. Deze waarden staan bij de fabrikant aangegeven voor verschillende verwarmingssystemen. Ontluchters Het goed kunnen ontluchten van warmwaterverwarmingssystemen is van groot belang om een capaciteitsvermindering en corrosie te voorkomen. Voor de ontluchting van het leidingsysteem worden tegenwoordig steeds vaker automatische ontluchters toegepast. De werking van de ontluchters is gebaseerd op een vlotter, die via een hefboomstelsel het ontluchtingsventiel kan openen. Aanbeveling is dat alleen automatische afsluitbare ontluchters toe worden gepast. Expansievaten Expansievaten worden toegepast om bij de temperatuursverandering optredende volumeverschillen van het warmtetransportmedium op te vangen. Een vat dient gemonteerd te worden op de minst warme plaats van de installatie, dus aangesloten op de retourleiding van de ketel. Thermostatische afsluiters Door toepassing van thermostatische afsluiters in verwarmingsinstallaties wordt de ruimtetemperatuur individueel geregeld, wat het comfort verhoogd. Daarnaast kan op het energieverbruik worden bespaard. Voor een optimaal rendement is het daarom van groot belang om het juiste type thermostatische afsluiter te kiezen. Het toepassen van thermostatische afsluiters is een vereiste in de opdracht voor het beheer van het gebouw, dit is daarom ook uitgewerkt in het hoofdstuk gebouwbeheer. Compressorvaten Om een groter deel van het vat voor expansie te kunnen gebruiken kan men tijdens het verwarmen lucht laten ontsnappen, en tijdens het afkoelen lucht inbrengen. Dit is het principe waarop de werking van een compressorvat gebaseerd is. Drukbeveiliging Een drukbeveiliging dient ertoe te voorkomen dat in installaties hogere drukken voorkomen dan waarvoor zij ontworpen zijn.
53
2.2.3 Regeling voor de verwarming Het ontwerpen van klimaatinstallaties bestaat uit het selecteren van het installatieconcept, het dimensioneren van de installatiecomponenten en het vastleggen van de regelstrategie. In de volgende paragraaf wordt advies gegeven over de regeling van de verwarmingsinstallatie. Hiervoor wordt eerst de karakteristieke opwarmtijd bepaald. Bepaling van de mate van afkoeling/opwarming van het gebouw Voor gebouwen met een grote tijdsconstante kan de afkoeling worden benaderd door een eerste orde systeem. De afkoeling ∆ voor een gebouw met een grote tijdconstante volgt dan uit: ∆ =( i −
e
)− (
i
−
e
)e
−
t
Tabel 17
T i e
= = = =
TIJD VAN AFKOELING Tijdsconstante Ontwerpbinnentemperatuur Ontwerpbuitentemperatuur
[S] [s] [°C] [°C]
Bepaling van de tijdsconstante De tijdsconstante wordt door twee grootheden bepaald: − De warmteweerstand van de gebouwschil − De warmte-inhoud van het gebouw Bepaling warmteweerstand van de gebouwschil In de bepaling van de warmteweerstand van de schil moet zowel het transmissieverlies als het infiltratieverlies worden meegenomen.
H =(
Ht ,ie +
Ht ,ia +
Ht ,io +
Ht ,ib +
De waarden van Ht ,ie , Ht ,ia , Ht ,io , in hoofdstuk warmteverliesberekening
Ht ,ig + Hi ) Ht ,ib ,
Ht ,ig , H i zijn tevens uitgewerkt
Bepaling van de warmteinhoud van het gebouw De bepaling van de warmte-inhoud van het gebouw gebeurd in 2 delen: − Warmte-inhoud van de constructiedelen die deel uitmaken van de gebouwschil − Warmte-inhoud van de inwendige constructiedelen 54
De warmte-inhoud wordt bepaald door: C constr =
allelagen i =1
d i ⋅ Ai ⋅ ⋅ c p
Tabel 18
DI Ai Cp
= THERMISCH EFFECTIEVE DIKTE; BIJ STEENACHTIGE CONSTRUCTIES 60 MM = Oppervlakte van het betreffende vlak = Dichtheid van het materiaal = Soortelijke warmte
[M] [m2] [kg/m3] [J/(kgK)]
Verder geldt: C = C inwendig + 0.5C gevel Tabel 19
CGEVEL
Cinwendig
=
C constr OVER ALLE UITWENDIGE SCHEIDINGSCONSTRUCTIES = C inw over alle inwendige constructiedelen.
[J/K]
[J/K]
De tijdsconstante van het gebouw volgt uit: C = H Uit een handberekening die in exel is uitgevoerd is de karakteristieke tijd voor het opwarmgedrag bepaald. De waarden voor de dichtheid en soortelijke warmte van de materialen zijn genomen uit het hoofdstuk stofeigenschappen in het ISSO handboek installatietechniek 2002. Tabel 20
C H
131300 24500 5,4
Uit de eerste-ordebenadering kan worden afgeleid dat na een keer de karakteristieke tijd te doorlopen hebben de temperatuur bij afkoeling van het gebouw 63% van de beginwaarde is. Na 3 keer de karakteristieke tijd zal het gebouw volledig zijn afgekoeld tot de beginwaarde. 55
In matlab is een grafiek geplot voor de afkoeling van het gebouw met een karakteristieke tijd van ongeveer 5 en een half uur.
Figuur 31: Afkoelgedrag
Voor het opwarmgedrag geldt de volgende grafiek, de karakteristieke tijd blijft gelijk.
Figuur 32: Opwarmgedrag
56
Advies regeling verwarming De doelstelling is energie te besparen door optimalisatie van het gebruik van de verwarmingsinstallaties, zonder comfortverlies, en zonder het gebouw schade toe te brengen. Optimaliseren betekent dat bij lage buitentemperaturen de verwarmingsinstallatie vroeger en bij hogere buitentemperaturen later wordt ingeschakeld. In vergelijking met vaste inen uitschakeltijden wordt hiermee een aanzienlijke besparing bereikt op het brandstofverbruik, er is echter gekozen voor regeling zonder terugkoppeling met de buitencondities. Daarbij is het doelmatig de verwarmingsinstallatie in te schakelen als daaraan werkelijk behoefte bestaat. Door het toenemende gebruik van de digitale regeltechniek zijn de voor de optimalisering benodigde functies nu ook beschikbaar in standaard weersafhankelijke regelaars en onderstations. Dit is ook te lezen in hoofdstuk gebouwbeheer. Het is voor economisch energiegebruik van belang de verwarmingsinstallatie alleen dan in te schakelen als daaraan behoefte is. Verwarming is pas noodzakelijk als de buitentemperatuur langdurig onder de stookgrens blijft en de interne warmteontwikkeling en de in het gebouw geaccumuleerde warmte onvoldoende zijn om de gewenste ruimtetemperatuur te handhaven. Bij langdurige nachtperioden en/ of bij zeer lage buitentemperatuur, wordt de installatie zonodig periodiek ingeschakeld voor het handhaven van de minimum toelaatbare ruimtetemperatuur, en zonodig als vorstbeveiliging voor de technische installaties. 2 In de onderstaande grafiek staat met behulp van de gebruiksprofielen die te zien zijn in hoofdstuk 1 een schema met de tijd van uitschakelen en inschakelen van de verwarmingsinstallatie zonder extra opwarmvermogen. De minimale temperatuur van het gebouw wordt gesteld op 12 graden Celsius en de buitentemperatuur is gekozen als de ontwerptemperatuur van -10 graden Celsius. Ook wordt rekening gehouden met het opwarmgedrag van het gebouw dat hierboven in het hoofdstuk is te zien.
2
ISSO-68, Energetisch optimale stook-koellijnen, ISSO, Rotterdam, 2002.
57
Figuur 33
Het gebouw zal vanaf 4 uur in de ochtend moeten worden opgewarmd om het rond 19.00 uur op de gewenste temperatuur te krijgen. De rode grafiek curve en de blauwe curve zijn eerste ordebenaderingen van de afkoeling en opwarming van het gebouw. Met gebruik van extra opwarmvermogen kan het gebouw sneller worden opgewarmd om tot de gewenste temperatuur te komen. Als deze een bepaalde waarde niet overschrijdt zal ook het energieverbruik hierdoor lager worden. Uit hamlab volgt de volgende berekening, voor het bepalen van het extra opwarmvermogen. Dit is gedaan door het vermogen te bepalen met constante temperatuur in de ruimten en met nachtverlaging. Wegens tijdgebrek is deze waarde niet meer gecontroleerd en zal echter wat aan de te hoge kant zijn, omdat de grafieken in matlab aangeven dat de temperatuur van 12 tot 20 graden in 2 uur bereikt wordt.
58
Constante temperatuur in de ruimten Als de temperatuur constant 20 graden Celsius wordt gehouden komen de volgende waarden voor de vermogens uit. Tabel 21
ZONE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN Onverwarmde ruimte
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW] 0
Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
5.65 13.31 22.84 50.4 0 202.15 3.37 5.5 3.29 0 307 kW
Als er ongeveer 9 graden Celsius verlaging wordt toegepast op de verwarming krijgen we de volgende waarden, zoals ook te zien is in hoofdstuk verwarming. Tabel 22 ZONE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN Onverwarmde ruimte
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW] 0
Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
7 15 28 56 0 221 4 7 4 0 342 kW
Hieruit kunnen we concluderen voor een snellere opwarming tot de gewenste waarden dat er ongeveer 30 kW extra verwarming zal moeten worden geïnstalleerd. 59
2.3 Ventilatie In dit hoofdstuk wordt het natuurlijke ventilatievoud bepaald van de kerkruimte (de bovenverdieping) en de danszaal (de onderverdieping) van de verrijzeniskapel in Eindhoven. Dit wordt gedaan aan de hand van tracergasmetingen. Verder wordt er gekeken of deze natuurlijke ventilatievouden voldoende zijn voor de twee verschillende ruimtes. In dit hoofdstuk wordt dus bepaald of er naast de natuurlijke ventilatie in de verrijzeniskapel ook nog mechanische ventilatie nodig is.
2.3.1 Kapel Natuurlijk ventilatie
Tabel 23
In de kerkruimte in de verrijzeniskapel is geen raam dat open kan. Er zitten wel enkele ramen die open konden, maar deze zitten vast doordat ze jaren niet zijn gebruikt. In deze ruimte hebben we een tracergasmeting gedaan om het ventilatievoud te bepalen. Het betreft in dit geval de natuurlijke ventilatie en daarnaast het infiltratievoud. Spuiventilatie is hier dus niet van toepassing, omdat de ramen nauwelijks worden gebruikt en de deuren in de kerk tijdens kerkdiensten (dus op het moment dat er personen aanwezig zijn) gesloten zijn. Aan de natuurlijke ventilatie valt dus weinig te veranderen. Het gas dat gebruikt is voor deze meting is SF6 (zwavelhexafluoride). Dit gas komt niet in de natuur voor. Daardoor kan er van nature geen SF6 in de ruimte zijn of van buiten naar binnen stromen. Door dit gas in een ruimte te spuiten en de afname van de concentratie in een bepaalde tijd ervan te meten, kan het ventilatievoud bepaald worden.
TIJD
0 0:06:42 0:13:21 0:20:04 0:26:35 0:33:08 0:40:08 0:46:44 0:53:23 1:00:02 1:06:45 1:13:26 1:20:12 1:26:43 1:32:41 1:38:29 1:43:56 1:49:36 1:54:59 2:00:29 2:06:04 2:11:45 2:17:19
PPM 16,22333 10,66667 10,28333 9,861667 9,406667 8,976667 8,603333 8,178333 7,748333 7,491667 7,203333 6,97 6,583333 6,215 5,97 5,848 5,578 5,446 5,272 5,1 4,902 4,68 4,516
60
Meetresultaten
afname hoeveelheid SF6 (in ppm)
18 16
hoeveelheid SF6 (ppm)
concentratie [ppm]
14 12 10 8 6 4 2
0: 0 06 0: :42 13 0: :21 20 0: :04 26 0: :35 33 0: :08 40 0: :08 46 0: :44 53 1: :23 00 1: :02 06 1: :45 13 1: :26 20 1: :12 26 1: :43 32 1: :41 38 1: :29 43 1: :56 49 1: :36 54 2: :59 00 2: :29 06 2: :04 11 2: :45 17 :1 9
0
tijd
Figuur 34
Bepaling ventilatievoud Definitie ventilatievoud: De toegevoerde hoeveelheid ventilatielucht per uur gedeeld door de netto inhoud van de ruimte, m.a.w.: het aantal malen dat het totale ruimtevolume per uur wordt ververst.
Met behulp van de onderstaande formule is het ventilatievoud te berekenen aan de hand van de geschatte methode van concentratiebederf. V⋅
dC i = −V 'C i dt
Tabel 24
V Ci V’
= = =
VOLUME VAN DE RUIMTE Concentratie van het gas als functie van tijd. Ventilatie + infiltratievoud
[M3] [kg/m3] [m3/s]
61
Het ventilatievoud n is te berekenen door de volgende formule: V' n= V Het ventilatievoud n is tevens het exponent als de formule om het concentratiebederf te bepalen wordt omgeschreven in een functie van tijd. Omrekenen van ppm naar mg/m3 De meetresultaten van de tracergasmeting zijn in ppm SF6 per tijdseenheid. Deze metingen dienen te worden omgezet naar de eenheid kg/m3. p C (mg / m3) = ⋅ M ⋅ C ( ppm) , p= 760 mm Hg & R=62.4 (dit zijn engelse waardes) RT 760 C (mg / m3) = ⋅ M ⋅ C ( ppm) 62,4 ⋅ T C = concentratie [mg/m3] of [ppm] T = temperatuur [K] M = Molaire massa [g] De molecuulmassa van SF6 is: 146,06 gr/mol. De gemiddelde omgevingstemperatuur in de kapel is 18,6 °C (=291,76K). En de concentratie verandert steeds na elke meting. Bron: NEN 8087 (2001) & het proefschrift van Henk Schellen
In de tabel op de volgende pagina staan de afname van de concentratie SF6 in ppm eenheden, de omgerekende concentratie in mg/m3 en de natuurlijke logaritme van de concentratie weergegeven:
62
Tabel 25
TIJD
0 0:06:42 0:13:21 0:20:04 0:26:35 0:33:08 0:40:08 0:46:44 0:53:23 1:00:02 1:06:45 1:13:26 1:20:12 1:26:43 1:32:41 1:38:29 1:43:56 1:49:36 1:54:59 2:00:29 2:06:04 2:11:45 2:17:19 Ci = Ci ,0 ⋅ e
CI,0 =
−
V' t V
CONCENTRATIE CONCENTRATIE LN (PPM) (MG/M3) (CONCENTRATIE) (PPM) 16,22333 99,04 2,786451 10,66667 65,12 2,367124 10,28333 62,78 2,330524 9,861667 60,2 2,288655 9,406667 57,42 2,241419 8,976667 54,8 2,194629 8,603333 52,52 2,15215 8,178333 49,93 2,101488 7,748333 47,3 2,047478 7,491667 45,73 2,013791 7,203333 43,97 1,974544 6,97 42,55 1,941615 6,583333 40,19 1,884541 6,215 37,94 1,826966 5,97 36,44 1,786747 5,848 35,7 1,7661 5,578 34,05 1,71883 5,446 33,25 1,694881 5,272 32,18 1,66241 5,1 31,13 1,629241 4,902 29,92 1,589643 4,68 28,57 1,543298 4,516 27,57 1,507627 = Ci ,0 ⋅ e − nt
BEGINCONCENTRATIE GAS OP T=0
[KG/M3]
Gegevens uit de grafiek halen: V 'V V' − ⋅ − t V dan krijg je: Ci = Ci ,0 ⋅ e V V ' Ci = C i , 0 ⋅ e V t= = V'
= Ci ,0 ⋅ e −1
= C i , 0 ⋅ 0,37 Om het ventilatievoud te berekenen is de tijdsconstante, , benodigd. Hiervoor moet in de grafiek hieronder bij Ci = Ci ,0 ⋅ e −1 en bij Ci , 0 de tijd afgelezen worden. Het verschil tussen deze 2 tijdstippen is gelijk aan .
63
C i (τ ) = C i ,0 ⋅ e −1 Ci , 0 t0
= 65 kg/m3 (zie grafiek hieronder) = om 14:30uur = 17:00 uur – 14:30 uur = 2,5 uur. Uit deze resultaten is af te leiden dat bij deze meting te kort is gemeten. Hierdoor valt de C i ,0 ⋅ e −1 -term (en daarmee de ) buiten de grafiek. De grafiek is daarom geëxtrapoleerd, zodat toch een goed overzicht beschikbaar is.
Ci,0
Ci,0 · e-1
t0 Figuur 35
Uit bovenstaande gegevens kan nu het ventilatievoud (=n) berekend worden volgens onderstaande formules: V V' V 3356,5 V’= = = 1342 τ 2,5
=
n=
V' V
64
n=
V ' 1342 = = 0,4 V 3356,5
Het huidige ventilatievoud in de kerkruimte, zoals berekend met bovenstaande formules, komt dus uit op een waarde van 0,4. Dit betekend dat 0,4 keer het totale volume (=3356,5m3) van de kerkruimte per uur wordt ververst met lucht van buiten.
Omdat de grafiek (in werkelijkheid) een e-macht is, blijkt nu dat het ventilatievoud gelijk is aan de helling van de grafiek waarin de natuurlijke logaritme van de concentratie SF6 (in ppm) tegen de tijd is uitgezet. De gasconcentratie is om deze reden, per definitie niet nodig om de ventilatievoud van de betreffende ruimte te bepalen.
Figuur 36
Het ventilatievoud kan worden bepaald aan de hand van de volgende formule: n=
(ln(C begin ) − ln(C eind )
∆t
65
Tabel 26
C ∆t n n=
= = =
CONCENTRATIE Tijdsverschil Ventilatievoud
[PPM] [h] [-]
2,4 − 1,5 = 0,4 . 2,25
Dit ventilatievoud komt overeen met het eerder berekende ventilatievoud. Deze berekende waarden zijn voor deze situatie echter wel aan de lage kant. Als er bijvoorbeeld dansgroep van 80 personen in de grote zaal aanwezig is, wordt er een grote hoeveelheid CO2 en andere gassen geproduceerd. Luchtverversing is dan zeker nodig. Een ventilatievoud van 0,4 is daarom veel te laag. Daarom is het aan te raden zorg te dragen voor een hoger ventilatievoud. Mechanische ventilatie In kerken wordt over het algemeen alleen natuurlijke ventilatie toegepast. De meeste kerken zijn zo hoog dat er een heel groot luchtvolume ter beschikking is, waardoor de warmte en vochtafgifte van de kerkgangers nauwelijks invloed hebben op de luchtconditie. Bij kleine- en middelgrote kerken met een hoge bezettingsgraad is vaak wel mechanische ventilatie nodig. Voor kerken geldt dat bij een inhoud van 6,5 m3 per kerkganger bij een dienst van gemiddeld 1,5 uur, nog nét acceptabele ruimtecondities gehandhaafd kunnen worden. De MAC-waarde voor CO2 (Maximaal Aanvaardbare Concentratie van een hoeveelheid gas, damp, nevel of stofvormige agens dat in de lucht mag zitten) is dan bereikt. Namelijk 0,5‰ Hierbij is de infiltratie buiten beschouwing gelaten. Is er een kleinere inhoud per kerkganger, dan moet er wél mechanische ventilatie in de ruimte worden aangebracht. Er moet dan 10m3/h per kerkganger mechanisch worden afgezogen. Er ontstaat op deze manier een CO2-concentratie van ongeveer 0,1‰. Dit is de grenswaarde voor de frisheid. Wil men tochtklachten tegen gaan, dan moet de inblaaslucht in de winter voorverwarmd worden tot 15ºC. De kapel die gesitueerd is in het monument, behoort tot de kleine- en middelgrote kerken. De kapel heeft een vloeroppervlakte van 257 m2 en hoogte van 11,5m. Het totale volume van de kerk bedraagt 3356,5 m3. Uit de gebruikersprofielen (hoofdstuk 1.2.1) volgt dat er elke zondag een kerkdienst gehouden wordt van ongeveer een uur (van 11 tot 12 uur). Er bevinden zich dan 60 tot 100 personen in de kapel. Uitgaande van 100 personen (het maximale aantal) wordt de inhoud per kerkganger 3356,5 = 33,57m 3 . Deze inhoud is vele malen hoger dan de gesteld 6,5 m3 per 100 kerkganger, die benodigd is om de ruimteconditie acceptabele te houden. De kerkdienst is daarnaast korter van duur dan de 1,5 uur die wordt genomen als uitgangspunt in de nom. De MAC-waarde zal dus niet overstegen worden. 66
Uit de voorgaande informatie is te concluderen, dat in de kerkruimte (de bovenverdieping), ondanks de lage ventilatievoud, niet mechanisch hoeft te worden geventileerd.
2.3.2 Danszaal & bijzaal (onderverdieping) Natuurlijke ventilatie in de danszaal In de danszaal zijn twee tracergasmetingen gedaan om zodoende de maximale en minimale natuurlijke ventilatiewaarden in kaart te brengen. Ook voor deze metingen is gebruik gemaakt van het tracergas SF6 (zwavelhexafluoride). Meting 1: De eerste meting is bedoeld om het minimale infiltratievoud te bepalen. Dit is de hoeveelheid ventilatie door naden en kieren. Bij deze meting zijn dus alle deuren en ramen gesloten. Daardoor kan het gas alleen via de kieren en naden naar buiten. Meting 2: Met de tweede reeks metingen is het maximale infiltratievoud vastgesteld. Er is bij deze meting gekozen, niet alle nooddeuren open te zetten. In de winter zijn deze deuren immers gesloten, in verband met warmteverliezen (met name voor zittende personen). De ramen en deuren die in verbinding staan met de ingang en de keuken TIJD HOEVEELHEID stonden tijdens de meting wel open, omdat deze tijdens dansavonden SF6 (PPM) meestal ook open staan om het de zaal enigszins te koelen. 0 36,5 Tijdens de meting was het niet windstil: er stond een matige tot vrij 0:06:47 29,68333333 krachtige wind buiten. Door deze weersinvloed is het infiltratievoud 0:13:29 28,58333333 beter meetbaar. 0:20:13 27,91666667 0:27:05 27,41666667 Meting 1: minimale ventilatievoud 0:33:56 25,45 De meetresultaten 0:40:41 24,36666667 0:47:24 24,2 0:54:24 21,88333333 1:00:40 21,92 1:07:00 20,71666667 1:13:10 20,78 1:19:18 19,55 1:25:42 17,42 1:31:54 16,2 1:38:37 16,43333333 1:45:19 15,03333333 1:52:09 14,06666667 1:59:01 12,83 2:05:16 12,52 2:11:21 11,115 Tabel 27
67
afname hoeveelheid SF6 (in ppm) 40 35 hoeveelheid SF6 (ppm)
concentratie [ppm]
30 25 20 15 10 5
0: 0 06 :4 0: 7 13 :2 0: 9 20 :1 0: 3 27 :0 0: 5 33 :5 0: 6 40 : 0: 41 47 :2 0: 4 54 :2 1: 4 00 :4 1: 0 07 :0 1: 0 13 :1 1: 0 19 :1 1: 8 25 :4 1: 2 31 :5 1: 4 38 :3 1: 7 45 :1 1: 9 52 :0 1: 9 59 :0 2: 1 05 :1 2: 6 11 :2 1
0
tijd
Figuur 37
Bovenstaande meetresultaten zijn wederom in parts per million-eenheden weergegeven en moeten weer omgerekend worden naar mg/m3 volgens de berekening in Omrekenen van ppm naar mg/m3. Gegeven hierbij is dat de molecuulmassa van SF6 146,06 gr/mol is. De gemiddelde omgevingstemperatuur in de danszaal is 18,4°C (=291,56K). De concentratie verandert voortdurend. Hierdoor ontstaat de volgende grafiek:
68
afname hoeveelheid SF6 (in mg/m3) 250
hoeveelheid SF6 (mg/m3)
concentratie [mg/m3]
200
150
100
50
0: 0 06 : 0: 47 13 : 0: 29 20 : 0: 13 27 : 0: 05 33 : 0: 56 40 : 0: 41 47 : 0: 24 54 : 1: 24 00 : 1: 40 07 : 1: 00 13 : 1: 10 19 : 1: 18 25 : 1: 42 31 : 1: 54 38 : 1: 37 45 : 1: 19 52 : 1: 09 59 : 2: 01 05 : 2: 16 11 :2 1
0
tijd
Figuur 38
Bepaling minimale ventilatievoud Om het minimale ventilatievoud te bepalen is weer de natuurlijke logaritme van de concentratie (in ppm) nodig. Het ventilatievoud is: n=
(ln(C begin ) − ln(C eind )
∆t
Tabel 28
C ∆t n
n=
= = =
CONCENTRATIE Tijdsverschil Ventilatievoud
[PPM] [h] [-]
3,5 − 2,5 = 0,44 2,25
69
TIJD 0 0:06:47 0:13:29 0:20:13 0:27:05 0:33:56 0:40:41 0:47:24 0:54:24 1:00:40 1:07:00 1:13:10 1:19:18 1:25:42 1:31:54 1:38:37 1:45:19 1:52:09 1:59:01 2:05:16 2:11:21
CONCENTRATIE CONCENTRATIE LN(CONCENTRATIE) PPM (PPM) (MG/M3) 36,5 222,97 3,597312 29,68333333 181,33 3,390586 28,58333333 174,61 3,352824 27,91666667 170,54 3,329224 27,41666667 167,48 3,311151 25,45 155,47 3,236716 24,36666667 148,85 3,193216 24,2 147,83 3,186353 21,88333333 133,68 3,085725 21,92 133,91 3,087399 20,71666667 126,55 3,030939 20,78 126,94 3,033991 19,55 119,43 2,972975 17,42 106,42 2,857619 16,2 98,96 2,785011 16,43333333 100,39 2,799312 15,03333333 91,84 2,71027 14,06666667 85,93 2,643808 12,83 78,38 2,551786 12,52 76,48 2,527327 11,115 67,90 2,408296 Tabel 29
Figuur 39
70
Het minimale ventilatievoud van de danszaal beneden in de verrijzeniskapel is dus 0,44. Het totale volume (=1105m3) van de danszaal wordt dus 0,44 keer per uur ververst. In de kerkruimte en de danszaal is, zoals uit de meetresultaten volgt, maar een klein verschil in natuurlijke ventilatievoud door naden en kieren (het minimale ventilatievoud) waarneembaar. Meting 2: maximale ventilatievoud De meetresultaten afname hoeveelheid SF6 (in ppm) 9 8
concentratie [ppm]
7
hoeveelheid SF6 (ppm)
6 5 4 3 2 1
0: 0 06 :0 0: 4 13 :1 0: 4 20 :0 0: 4 26 :1 0: 1 31 :4 0: 6 37 :1 0: 7 43 :0 0: 7 48 :4 0: 1 54 :1 8
0
tijd
Figuur 40
De eenheden van deze meetresultaten worden weer omgezet in mg/m3, volgens de berekening gegeven in paragraaf “Omrekenen van ppm naar mg/m3”. Gegeven hierbij is dat de molecuulmassa van SF6 146,06 gr/mol, de gemiddelde omgevingstemperatuur in de danszaal 18,4°C (=291,56K) is en de ppm steeds verandert.
71
afname hoeveelheid SF6 (in mg/m3) 60
concentratie [mg/m3]
50
hoeveelheid SF6 (mg/m3)
40 30 20 10
0: 0 06 :0 0: 4 13 :1 0: 4 20 :0 0: 4 26 :1 0: 1 31 :4 0: 6 37 :1 0: 7 43 :0 0: 7 48 :4 0: 1 54 :1 8
0
tijd
Figuur 41
Bepaling maximale ventilatievoud Voor de bepaling van het ventilatievoud wordt de natuurlijke logaritme van de concentratie [ppm] uitgezet tegen de tijd:
TIJD
HOEVEELHEID SF6 (PPM) 8,544
0:06:04
4,646666667
0:13:14
3,223166667
0:20:04
1,648666667
0:26:11
1,2768
0:31:46
0,9048
0:37:17
0,6922
0:43:07
0,26736
0:48:41
0,30144
0:54:18
0,15156
Tabel 30
72
Het ventilatievoud wordt bepaald met de volgende formule: n= C ∆t n n=
(ln(C begin ) − ln(C eind )
∆t = = =
CONCENTRATIE Tijdsverschil Ventilatievoud
2,2 − −1,9 = 4,1 1
[PPM] [h] [-] Tabel 31
Het maximale ventilatievoud van de danszaal is dus 4,1. Het totale volume (=1105m3) van de feestzaal wordt met alle ramen en enkele deuren open 4,1 keer per uur ververst. Het open van ramen en deuren Vergroot het ventilatievoud met een factor tien. Uit het voorgaande kan het volgende geconcludeerd worden: Het minimale ventilatievoud danszaal = 0,44 De maximale ventilatievoud danszaal = 4,1 Ventilatie voor het verblijven van mensen De ventilatievoorschriften voor verblijfruimtes zijn bedoeld om de kwaliteit van de binnenlucht op peil te houden. Dit betekend dat de verontreinigingen door chemische, biologische en fysische agentia zo klein zijn, dat deze geen nadelen voor de gezondheid van de gebruikers tot gevolg hebben. Ook niet op de lange termijn en bij de gevoelige groepen (zoals baby’s, ouderen en zwangere vrouwen). Om de kwaliteit van de binnenlucht in een verblijfsruimte te waarborgen, moet aandacht worden besteed aan: de kwaliteit van de toegevoegde lucht de verontreinigingsbronnen van de binnenlucht het debiet van de voorziening voor luchtverversing de inrichting van de voorziening Kwaliteit toevoerlucht Van de kwaliteit van de buitenlucht die toe wordt gevoerd in de ruimte mag worden aangenomen dat deze voldoet aan de ‘Wet inzake luchtverontreiniging’ en de ‘Wet milieubeheer’. Voor het tegengaan van overige verontreinigingen (door bijvoorbeeld buren) zijn voorschriften opgenomen in ‘de Algemene Plaatselijke verordening’; en in ‘de gemeentelijke bouwverordening’. 73
Er mag dus vanuit worden gegaan dat de toegevoerde lucht in de verrijzeniskapel voldoende schoon is (ondanks het feit dat Eindhoven een verzamelpunt van fijnstof uit onder andere het Ruhrgebied en de Randstad is). De Verrijzeniskapel zelf zorgt niet voor vervuiling van de omgevingslucht. Al met al, volgt uit bovenstaande tekst dat de luchtkwaliteit van de Verrijzeniskapel wel aan de eisen voldoet. Ventilatiedebiet in relatie tot de verontreiniging van binnenlucht De aanwezigheid van mensen in een ruimte, die geen activiteiten verrichten, veroorzaakt al luchtverontreinigingen(door lichamelijke processen, maar bijvoorbeeld ook door roken). De lucht wordt namelijk gebruikt tijdens de ademhaling van de aanwezige personen. Tijdens ademhaling wordt zuurstof omgezet in koolstofdioxide. En de lucht wordt ook nog eens vervuild doordat mensen (ook al vertonen ze geen activiteit) vervuilende gassen, stoffen en dampen afvoeren aan de omgevingslucht. Verder wordt de binnenlucht ook verontreinigd door vrijkomende straling, vluchtige- en vaste stoffen uit bouwmaterialen, de ondergrond, inrichting van de ruimte etc. Hoe actiever een persoon is en hoe langer een persoon in een bepaalde ruimte aanwezig is, des te meer afvalstoffen er aan de ruimte afgegeven worden. Daarom wordt er onderscheid gemaakt tussen verschillende situaties die zich voor kunnen doen in een ruimte. Met betrekking tot de ventilatie in een ruimte wordt uitgegaan van drie situaties: ruimten waarin kan worden overnacht (Ventilatieklasse V1) ruimten waarin langdurig wordt verbleven en ruimten waarin kan worden gesport (Ventilatieklasse V2) ruimten die bedoeld zijn voor een relatief kort verblijf en waarin niet wordt gesport (Ventilatieklasse V3) De verschillende Ventilatieklassen zijn ingedeeld naar acceptabele toename van het koolzuurgehalte in de lucht bij de verschillende situaties. Bij alle drie de situaties is uitgegaan van normaal ruimtegebruik. De verrijzeniskapel in Eindhoven is een utiliteitsgebouw. Er moet daarom gekeken worden naar de ventilatienormen bestemd voor utiliteitsbouw. Het vereiste ventilatiedebiet in utiliteitsgebouwen wordt buiten de ventilatieklasse ook bepaald door de bezettingsgraad. Deze bezettingsgraad is onderverdeeld in vijf klassen.
KLASSE
BEZETTINGGRAAD IN GEBRUIKSOPPERVLAKTE
B1 B2 B3 B4 B5
0 t/m 2m2 per persoon 2 t/m 5m2 per persoon 5 t/m12m2 per persoon 12 t/m 30m2 per persoon 30m2 of meer per persoon
BEZETTINGSGRAAD IN VLOEROPPERVLAKTE AAN VERBLIJFSGEBIED 0 t/m 1,3m2 per persoon 1,3 t/m 3,3m2 per persoon 3,3 t/m 8m2 per persoon 8 t/m 20m2 per persoon 20m2 of meer per persoon
Tabel 32: Bezettingsgraden
74
De drie ventilatieklassen, gecombineerd met de bezettinggraden leveren de volgende matrix op met 15 mogelijkheden:
BEZETTINGGRAAD GRENSWAARDE CAPACITEIT IN DM3/S PER M2 VLOEROPPERVLAK VERBLIJFSGEBIED/VERBLIJFSRUIMTE
B1 B2 B3 B4 B5
V1 15 / 12 6 / 4,8 2,4 / 1,9 1/1 1/1
VENTILATIEKLASSE V2 V3 8 / 6,4 4,8 / 3,8 3,2 / 2,5 1,9 / 1,5 1,3 / 1 0,8 / 0,6 0,5 / 0,4 0,5 / 0,4 0,5 / 0,4 0,5 / 0,4 Tabel 33
De danszaal van de verrijzeniskapel is verdeeld in 2 gescheiden ruimten: een kleine zaal en een grote zaal. De kleine zaal is alleen bestemd voor te zitten en te staan. In de grote zaal wordt gedanst en wordt er gekeken naar dansvoorstellingen. Voor de kleine zaal geldt dus een ventilatieklasse V3. En voor de grote zaal geld dus voor het toeschouwersgedeelte een ventilatieklasse V3 en voor het dansgedeelte een ventilatieklasse V2. Op de 2e, 4e en 5e zondag van de maand is het in deze zaal het drukst. Er zijn dan 60 tot 100 personen in de zaal aanwezig bij het zogenaamde ‘Social Dancing’. Tijdens het gebruik van de danszaal, worden zowel de grote als de kleine zaal op de benedenverdieping gebruikt. De tussendeuren zijn altijd geopend. Omdat de personen ongelijk verdeeld zijn over de 2 ruimten en de tussenwand toch voor het grootste deel openstaat, wordt de ventilatie van de twee ruimten samengevoegd. Het totale vloeroppervlak van de benedenverdieping (grote en kleine zaal) is 242m2. De hoeveelheid vloeroppervlakte per persoon is dus 242/100 = 2,42m2. De bezettingsgraadklasse voor de benedenverdieping komt daarmee op waarde B2. De danszaal is een verblijfsruimte. Voor verblijfsruimten dienen de vetgedrukte waarden uit de tabel gebruikt te worden. Uitgaande van de ventilatieklasse waar het meest voor geventileerd moet worden (dus V2) en van een bezettingsgraad B2, wordt het vereiste ventilatiedebiet 3,2 dm3/s per m2 vloeroppervlak. Het ventilatiedebiet in de hele danszaal is dan: 2,5 · 242= 605 dm3/s = 2178 m3/h. Het maximale ventilatievoud in de danszaal is 4,1 en het volume van de danszaal is 1105m3. Het maximale debiet voor natuurlijke ventilatie in deze ruimte is (4,1 · 1105 =) 4530,5m3/h. Deze waarde is volgens NEN-1087 voldoende voor de betreffende ruimte. Het minimale ventilatievoud in de danszaal is 0,44. Het minimale infiltratiedebiet in de danszaal is: (0,44·1105=) 486,2m3/h. Het infiltratiedebiet voor de Verrijzeniskapel voldoet dus niet aan de gestelde eisen. 75
Er worden in de danszaal ook feesten gegeven. Het zou kunnen dat er dan meer dan 100 mensen aanwezig zijn. Om het ventilatiedebiet niet te hoog te laten worden, mag de bezettingsgraadklasse niet kleiner worden dan B2. Bij een bezettingsgraad B1 hoort namelijk een debiet van 6,4dm3/s per m2, omgerekend naar m3/kg komt het debiet voor de gehele zaal uit op (6,5·242·3,6=) 5662,8 m3/h. Het benodigd ventilatiedebiet overstijgt hiermee het maximaal realiseerbare debiet in de ruimte. Om een bezettingsgraadklasse B2 te houden moet de gebruiksoppervlakte per persoon groter worden dan 2m2. Het maximum aantal personen dat op een feest aanwezig mag zijn moet daarom worden gesteld op 242/2=121 personen. Er is dus geen extra mechanische ventilatie nodig om de verontreinigde lucht af te voeren. Er moet daarom gezorgd worden voor meer open ramen en deuren, want het infiltratiedebiet is niet voldoende volgens de normen. Het maximaal aantal personen in de danszaal bedraagt 120 personen. Afvoer van de ventilatielucht De ventilatielucht moet rechtstreeks van buiten komen (eventueel via een ventilatiesysteem) en mag afgevoerd worden via utilitaire ruimten (bijvoorbeeld toilet of keuken). Als hierbij een inwendige scheidingsconstructie worden gepasseerd dan mag niet worden volstaan met het open zetten van een deur. In de inwendige scheidingsconstructie moet een overstroomvoorziening van voldoende capaciteit zijn aangebracht. Een spleet onder de deur met genoeg oppervlakte is vaak voldoende. Het aantal overstroomvoorzieningen dat in een luchtstroomtraject mag worden opgenomen, is vastgesteld op twee. Let wel: een luchtstroomtraject onder een deur kan niet gelijktijdig als toevoer en afvoer dienen! Inrichting ventilatievoorziening Voor de inrichting van ventilatievoorzieningen zijn richtlijnen in het bouwbesluit opgenomen. Enkele belangrijke richtlijnen, welke ook van toepassing zijn op de verrijzeniskapel betreffen: Een in- en uitstroomopening van een ventilatie voorziening moeten op een afstand van min. 2m van de perceelgrens liggen (hart van weg, openbaar water of openbaar groen) Een instroom opening die zich bevindt in de uitwendige scheidingconstructie moet bij nieuwbouwregels regelbaar zijn. Hieraan wordt bijvoorbeeld voldaan door het toepassen van een ventilatierooster. Voor bestaande bouw als de verrijzeniskapel in Eindhoven, mag elke opening van elk raam en elke deur (en ook eventuele kieren) in rekening worden gebracht
76
Een instroom opening in een uitwendige scheidingsconstructie moet zo worden geplaatst dat in de leefzone van de ruimte geen toch ontstaat. De luchtsnelheid mag dan niet hoger dan 0,2 m/s zijn. In NPR 1080 is aangegeven dat hier aan is voldaan als de opening zich op 1,8 meter boven de vloer bevindt Bij een ventilatiekanaal of mechanische afzuiging moet de luchtstroom van de instroomopening in de uitwendige scheidingsconstructie met een hoek groter dan 45º naar de uitstroomopening van het kanaal of systeem stromen
77
2.4 Glas-in-lood beglazing De verrijzeniskapel bevat een hoeveelheid glas-in-lood ramen, welke al dan niet voorzien zijn van een voorzetraam van polycarbonaat. Dit voorzetraam moet zorgen voor bescherming tegen vandalisme, weersinvloeden en andere factoren die schade aan het glas kunnen toebrengen. Dit met als doel het waardevolle glas in zijn volle glorie te behouden. Echter, er zijn nog al wat twijfels over de goede werking van dit systeem. In dit hoofdstuk wordt getracht een mogelijke oplossing voor dit probleem te vinden. Historie en fabricage Glas-in-lood ramen zijn ontstaan in de vroege (pre-)Middeleeuwen, zo rond het jaar 1000. De meeste ramen dateren echter uit de 17e eeuw. Rond 1450 zijn namelijk veel ramen verwoest door de invloed van oorlogen, opstanden en ander rebellisme. Over de historie van de glas-in-lood ramen van de Verrijzeniskapel is vooralsnog niets bekend. De fabricage van de glas-in-lood ramen is sinds de late middeleeuwen eigenlijk nauwelijks meer veranderd. Althans, de technieken zijn zo ongeveer identiek gebleven, alleen de toegepaste verven, loodstrips, kitten en coatings zijn sterk verbeterd in eigenschappen, kwaliteit en diversiteit. Glas-in-lood ramen worden vervaardigd door geverfde stukken glas naast elkaar te leggen in een loodstrip. De naden en kieren tussen deze strip en het glas worden vervolgens met een speciale kit opgevuld en afgedicht met een tweede loodstrip. Daarna worden de loodstrippen aan elkaar gesoldeerd met tin en worden kitresten met behulp van zaagsel weg gewreven. Door op deze wijze vele glasstukjes aan elkaar te monteren, ontstaat een mooie glasmozaïek die als raam kan worden gebruikt. Tenslotte wordt dit raam in een kozijn of stalen frame verankerd en indien nodig verstevigd met staven. Huidige (voorzet)glas Het glas-in-lood in de Verrijzeniskapel bevat op dit moment al voorzetramen van polycarbonaat op verscheidene plaatsen. Echter, dit polycarbonaat blijkt, zoals op sommige plaatsen goed te zien is, ook gevoelig te zijn voor weersomstandigheden. Er is namelijk een groen-bruine aanslag te herkennen op sommige plaatsen. Dit zou op den duur tot algengroei en schimmelgroei kunnen leiden en als gevolg daarvan ontstaat aantasting van het materiaal. Dit alles werkt natuurlijk door op de glas-in-lood ramen. De aanslag op de ramen komt aan de andere kant het aanzicht van het gebouw niet ten goede. Te meer een reden om ervoor te zorgen dat er een goed alternatief wordt gezocht ter bescherming van de waardevolle glas-in-lood beglazing. In de Verrijzeniskapel is grondig gekeken naar de staat van het glas-in-lood. Het betreft hier het glas in het trappenhuis en de vele glas-in-lood ramen in de kapel, Er is gekeken naar de toestand van het glas, de toestand van het lood en de verbindingen, de toestand van de kozijnen. Verder is ook de staat van de voorzetbeglazing aan de buitenzijde bekeken. Het onderzoek is uitgevoerd aan de hand van een zogenaamde checklist. 78
Op deze checklist, afkomstig van stichting Monumentenzorg Nederland, zijn belangrijke criteria voor de bepaling van de kwaliteit van glas-in-lood-constructies gegeven. De criteria zijn nagelopen op volgorde van de gestelde lijst. In de bijlagen is deze checklist te vinden. De resultaten zijn: Toestand glas Op veel panelen is lichte tot matige bolling van het glasvlak te constateren. Dit is ook te zien op de foto’s. Er is ook een zwarte (roet-)aanslag te zien op vele glaspanelen. Vooral bij de panelen in de kapel is dit duidelijk zichtbaar. Er is geen losse verf of verfafbladdering te constateren op het betreffende glas-in-lood. Het glas op de eerste verdieping bevat op veel plaatsen barsten, scheuren en gaten. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk vandalisme, maar ook thermische spanningen en de bolling/uitzakking van het glasvlak speelt hierin een belangrijke rol.
Toestand lood
Figuur 42: Bolling en uitzakking van het glas. Gevolg: lood en glas breken
De toestand van de loodstrips is aan de binnenzijde overal van afzonderlijk goede kwaliteit. De verbindingen zien er goed behouden uit en bevatten een impregneer/laklaag van goed zichtbare kwaliteit. De dwarsstrips van lood zijn van goede kwaliteit, de sterkte laat echter op sommige plaatsen toch te wensen over. Het gebruikte lood is wellicht toch iets te zacht en wellicht fout verwerkt of bewerkt. Aan de buitenzijde is door de voorzetbeglazing toch een iets mindere kwaliteit van het lood te zien. De loodstrips bevatten vaak een soort wittige waas en wit, lichtgrijze plekjes. Dit zou een soort van corrosie, afbrokkeling kunnen zijn. Echter zal dit niet direct schadelijk hoeven te zijn, want aan de binnenzijde is van deze schade weinig merkbaar.
79
Toestand draagframe/voorzetglas De kozijnen zijn in goede staat behouden. De laklaag lijkt recent vervangen of bijgewerkt te zijn en de houten kozijnen zijn stevig in de muren bevestigd. Het voegwerk is overal ook goed gerestaureerd en bijgewerkt. Daarbij komt dat de bakstenen ook van een goede kwaliteit zijn. Het raamwerk lijdt in ieder geval niet onder de aanwezigheid van een slechte kozijnconstructie. De huidige voorzetbeglazing heeft geen mooi aanzicht en het glas-in-lood is er niet door zichtbaar. De binnenzijde van het glas is misschien wel mooi zichtbaar, maar het zou mooi zijn als beide zijden van het glas-in-lood kunnen stralen. Vandaar dat het aan te raden is om het materiaal te vervangen door nieuw materiaal. het voorzetglas is op sommige plaatsen van slechte toestand. De werking is echter uitstekend. Er is geen vocht in de tussenliggende holte te constateren en het geheel is droog. De voorzetramen zijn ook goed gemonteerd, echter het materiaal, polycarbonaat, is door de weersomstandigheden gaan aantasten. Deze aantasting komt het aanzicht niet ten goede. Zoals in onderstaande illustraties is te zien, verschilt de toestand nogal. Het is, om het aanzicht te verbeteren, aan te raden om de voorzetbeglazing op sommige plaatsen grondig te reinigen en indien nodig, te vervangen.
Figuur 43: Het huidige voorzetglas
Figuur 44: Niet overal is het voorzetglas van goede kwaliteit
Mogelijkheden Er zijn tegenwoordig vele verschillende systemen op de markt die geschikt zijn om waardevolle beglazing te beschermen tegen allerlei invloeden. De beschermingsmaatregelen zijn globaal in te delen in drie categorieën: beglazing directe bescherming gaas Beglazing Onder deze beschermende maatregel moet men aanvullende beglazing verstaan in de vorm van een voorzetraam. Het glas-in-lood raam wordt dan samen met een voorzetraam in een profiel gezet en wordt thermisch geïsoleerd. Aanvullend worden spouwvoorzieningen, ter voorkoming van inwendige condensatie, aangebracht. Deze methode is op dit moment ook toegepast in de Verrijzeniskapel. 80
De beglazing kan gemaakt zijn van allerlei materialen: van gelaagd veiligheidsglas tot allerlei kunststoffen. De materiaalkeuze hangt af van de reden van bescherming (weersinvloeden, vandalisme, allebei?), ook kosten spelen een rol en natuurlijk de huidige raam- / kozijnconstructie. Directe bescherming Bij deze methoden wordt een beschermende laag direct op het glas aangebracht. Het voordeel van deze methode is, dat met relatief eenvoudige methoden een bescherming kan worden geboden tegen weersinvloeden. Echter, condensvorming en vandalisme kunnen hiermee niet bestreden worden. De sterkte van het glas gaat er door dit soort bescherming in de meeste gevallen niet op vooruit. Een ander nadeel van directe bescherming is dat de beschermende laag de glasverf, de kit en andere kwetsbare onderdelen kunnen aantasten. Om deze redenen wordt directe bescherming nauwelijks meer toegepast. Gaas Een laatste beschermingsmethode is het gebruik van een gaas dat voor de raam wordt gespannen. Het gaas kan, net als bij beglazing van vele verschillende materialen zijn. Meestal wordt voor een metaal gekozen, in verband met verwerking, sterkte en kosten. Gaas kan een goede bescherming bieden tegen vandalisme, omdat het een stevige barrière tussen glas en vandaal kan vormen. Weersinvloeden, condens en ongedierte kunnen echter niet worden bestreden met behulp van gaas. Bijkomend nadeel is, dat het gaas kan gaan roesten door weersomstandigheden en op den duur kan deze roest zich ook gaan afzetten op het glas. Vaak maakt de toepassing van gaas het aanzicht van buitenaf er ook niet mooier op. De keuze van deze beschermende maatregel zal dan ook sterk afhankelijk zijn van het al dan niet aanwezig zijn van de behoefte aan een mooi uitziende gevel. Alternatief voor de Verrijzeniskapel Om de beglazing van de Verrijzeniskapel in een goede staat te behouden, is er onderzoek verricht naar de huidige staat van het glas en de voorzetramen. De resultaten van dit onderzoek zijn op bladzijde 78 te vinden onder het kopje “Huidige (voorzet)glas”. De voorzetbeglazing is, zoals gebleken, qua functionaliteit van goede kwaliteit, maar qua uiterlijk verschilt het nog wel eens. Het polycarbonaat, het materiaal waar de voorzetramen van gemaakt zijn, zijn gevoelig voor aantasting door weersomstandigheden en dat zorgt voor een glazig aanzicht. Het glas-in-lood is hierdoor niet meer mooi zichtbaar en de kleuren vervagen. Dat is natuurlijk jammer. De beste oplossing voor de Verrijzeniskapel zal dezelfde zijn: een bescherming door middel van voorzetbeglazing. Het aanzicht van de beglazing kan daarmee worden behouden, het systeem is relatief goedkoop en eenvoudig aan te brengen en het is weersen vandalismebestendig, mits er gebruik wordt gemaakt van de goede materialen. Het gebruik van de goede materialen, daar zit dus de oplossing. Polycarbonaten zijn op zich goede materialen, maar zijn daarnaast ook in vele verschillende typen verkrijgbaar. Wellicht dat door de uitvoerder van de voorzetbeglazing een fout soort polycarbonaat is gekozen. Een goed soort polycarbonaat is het type Xantar. Zie de volgende bladzijde voor een beschrijving. 81
Xantar polycarbonaat (DSM) Xantar is een polycarbonaat die ontwikkeld is door het Nederlandse chemieconcern DSM. Xantar heeft vele eigenschappen en toepassingen. Zo wordt het onder andere in verkeerslichten gebruikt en heeft het materiaal een goede helderheid. Logisch ook, want verkeerslichten dienen altijd helder van kleur en zichtbaarheid te zijn. Ook de duurzaamheid en slagvastheid van het materiaal is groot. Hieronder zijn van Xantar beknopt, de eigenschappen en toepassingen weergegeven: Eigenschappen: - hoge slagvastheid - duurzaam - goed bestand tegen zuren (zure regen e.d.) - Hoge helderheid - Goede kleurvastheid Toepassingen: - auto-industrie - gebruiksartikelen zoals telefoons en tuinverlichting - voedingsmiddelenindustrie Voor meer informatie kunt u de brochure van Xantar op de website (http://www.xantar.com ) raadplegen. Het materiaal zou dus een goede vervanger kunnen zijn van de huidige voorzetbeglazing. Het kostenplaatje dient daarbij nog wel bekeken te worden, maar als het glas-in-lood daarmee kan worden behouden zou dit toch wel het overwegen waard zijn. Advies Het advies, met betrekking tot het behoud van het glas-in-lood is als volgt: Het is aan te raden om de huidige voorzetbeglazing te vervangen. Zeker wanneer er een mooi aanzicht van de gehele gevel gewenst is. Als oplossing zijn er dan twee keuzen: 1. Allereerst kan hetzelfde materiaal worden vervangen. Daarmee wordt een relatief goede beveiliging van de glasvlakken gewaarborgd, maar een langdurige bescherming van de voorzetbeglazing tegen weersinvloeden is toch vrij gering. Na een bepaalde tijd zal er toch weer vervaging en aantasting van het materiaal plaatsvinden. Net als nu het geval is. 2. Een tweede oplossing is het gebruik van een ander materiaal als voorzetglas. Een goede keuze zou bijvoorbeeld de polycarbonaat Xantar, van het chemieconcern DSM zijn. Andere geschikte materialen zijn nader te bepalen, indien naar deze keuze meer interesse is. Indien niet overgegaan wordt tot vervanging van de huidige voorzetbeglazing, dan hoeven er geen zorgen om het behoud van het glas-in-lood te zijn. De huidige voorzetbeglazing functioneert namelijk naar behoren: er is geen vocht of condensatielaag te zien en het geheel is goed gemonteerd en afgewerkt. Het niet vervangen van de voorzetbeglazing, zal echter het uiterlijk van de gevel niet ten goede komen. 82
2.5 Gebouwbeheer Tegenwoordig spelen energiebesparing, duurzaamheid en management een belangrijke rol in de beheersing en succesvolle voortgang van allerlei processen. Zo ook in gebouwen. Met behulp van allerlei intelligente systemen en technieken kunnen nieuwe besturingen gebouwd worden, waarmee de efficiency en het overzicht van bestaande en nieuwe gebouwen sterk kan worden verbeterd. In dit hoofdstuk zal geprobeerd worden een goed beeld te vormen van de mogelijkheden die de hedendaagse markt biedt met betrekking tot gebouwbeheer. Op basis van deze informatie zullen vervolgens concepten worden opgesteld welke goed in de toekomstige situatie van de Verrijzeniskapel passen. Ontstaan gebouwbeheer Vroeger werd er weinig aandacht besteed aan het goed inrichten, monitoren en onderhouden van technische installaties in het gebouw en het gebouw zelf. De levensduur van gebouwen was dan ook niet heel erg efficiënt benut en het gevolg was dat een gebouw na zo’n 25 à 30 jaar totaal vervangen of vernieuwd moest worden. Tegenwoordig weet men wel beter: een gebouw is een kostbaar goed en het is dus zaak om dit goed voor een zo lang mogelijke periode bruikbaar te houden. Daarom is er de afgelopen jaren veel meer aandacht besteed aan het goed bijhouden van de staat van een gebouw en de parameters die grote invloed op verval van het gebouw hebben. Vandaag de dag speelt rendementsverbetering een grote rol in de bouw- en installatiewereld: de tegenwoordige gebouwen zijn beter geïsoleerd, er worden hogere eisen gesteld aan de thermische eigenschappen en installaties en daarbij behorend beheer en onderhoud zijn energiezuiniger en duurzamer geworden. Daardoor is vraag naar een goed en overzichtelijk systeem ontstaan, waarmee zelfs per gebruiker, gewenste parameters kunnen worden bestuurd. Met een gebouwbeheersysteem is dat mogelijk. Een gebouwbeheersysteem is een breed toegepast begrip: van kamerthermostaat tot groot datanetwerk met allerlei regel- en meetinstrumenten. Echter hebben ze allen één gezamenlijk doel: het meten van parameters en op basis van deze metingen processen sturen en bijsturen. Vroeger werd alles via analoge apparatuur gestuurd, tegenwoordig is het met de komst van de computer en digitale schakelingen mogelijk geworden om het geheel digitaal in te richten. Over deze digitale besturing, evenals de analoge besturing en een mengvorm van beiden gaat onderstaande tekst. Regeling Tegenwoordig wordt veel met digitale circuits gewerkt in het meten en regelen van allerlei processen. Deze processen kunnen op allerlei manieren ingericht worden. Met betrekking tot gebouwbeheer hebben we drie manieren: - volledig digitaal beheer - volledig analoog beheer - semi-digitaal beheer Elk van bovenstaande typen zal hier besproken worden, eventueel verduidelijkt met een voorbeeld. 83
Volledig gedigitaliseerde systemen Gebouwbeheer via datanetwerken is een veel toegepast principe in de wat grotere gebouwen en gebouwcomplexen. Het principe is dat men een groot datanetwerk heeft, waarin zich centraal een of meerder hosts bevinden en daaraan gekoppeld een willekeurige hoeveelheid clients. Aan dit netwerk zijn via modules sensoren, meters en actuatoren gekoppeld, die elk een eigen functie hebben. Via de clients en hosts gebeurt de aansturing van deze componenten: in de software is alles vastgelegd en via de hardware worden de taken verricht. De actuatoren kunnen vervolgens handelingen uitvoeren aan de hand van de data, die geleverd wordt door de hosts. Via het netwerk worden de nodige signalen getransporteerd die nodig zijn om de data over en weer te zenden en op deze wijze aansturing te bewerkstelligen. Databussen en netwerken In een netwerk komen databussen voor. Databussen zorgen voor aansluitingen van componenten op het netwerk. Via een databus kan een component aangestuurd worden. De databussen kunnen op verschillende manieren worden gerangschikt in een netwerk. De manier hangt onder andere af van het type netwerk. Zo kan een netwerk in ringvorm zijn opgebouwd, in een parallelle vorm, een soort van boomstructuur, serie geschakeld of bijvoorbeeld een combinatie van bovengenoemde typen. Welke structuur wordt toegepast is onder andere afhankelijk van het soort componenten, de omvang van het netwerk, de ligging en rangschikking van bestaande componenten etc. Welk type geschikt is voor een bepaalde situatie kan het beste met een specialist worden besproken. Er zijn vele bedrijven op de markt die verschillende typen datanetwerken aanbieden voor de toepassing in gebouwbeheersystemen. Het gevolg is een grote diversiteit aan typen en protocollen. Deze verschillende datanetwerken kunnen door deze grote verscheidenheid niet altijd met elkaar communiceren. De keuze van het soort netwerk is daarom van groot belang. Er kan naast gebouwbeheer bijvoorbeeld ook internetverkeer, intranetverkeer, telefonie en ander verkeer over netwerken getransporteerd worden. Een veelgebruikt type is bijvoorbeeld BACnet. Modules en software Om het mogelijk te maken analoge/digitale sensoren en actuatoren in het netwerk op te nemen is het nodig om panelen en modules op te nemen die AD-converters bevatten. De analoge signalen kunnen dan omgezet worden in digitale signalen, zodat deze ook geschikt zijn voor het digitale netwerk. Op deze wijze kunnen ook de ‘ouderwetse’ analoge apparaten in het systeem opgenomen worden. In een gebouwbeheersysteem speelt software ook een belangrijke rol. Met software kunnen onder andere regelprogramma’s worden opgesteld en gegevens worden geanalyseerd. De software is dus het hart van het hele systeem en daardoor een onmisbaar element in een gebouwbeheersysteem. Zonder software is werking van de componenten onmogelijk: de componenten werken namelijk op signalen, welke geleverd moeten worden door de software. Een goed softwarepakket is dus van belang.
84
SCADA Het zogenaamde SCADA (System Control And Data Aquisition) is een mooi voorbeeld van een softwarepakket, wat in vele toepassingen wordt gebruikt. Bedrijven als Siemens en Honeywell hebben gebouwbeheersystemen die met behulp van SCADA werken. SCADA software vereist wel een bepaalde mate van kennis van het systeem. De mate van complexiteit kan hierdoor toenemen. De inschakeling van servicebedrijven is dan aan te raden. Op afstand beheren Met netwerkgeoriënteerde gebouwbeheersystemen is het mogelijk om op afstand gebouwen te beheren. Vele soorten datanetwerken die tegenwoordig op de markt zijn, maken het namelijk mogelijk om op grote afstanden zowel met of zonder draad (wireless) bereikbaar te zijn. Internet is daar het misschien wel het duidelijkste voorbeeld van. Maar ook telefonienetwerken, zoals UMTS, ADSL, ISDN en de analoge telefoonlijn kunnen gebruikt worden om op afstand te beheren. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om per SMS berichten te krijgen over de toestand van de installaties in een gebouw dat bijvoorbeeld 100 km verderop ligt. Of bijvoorbeeld met de laptop alle energieverbruiken van het afgelopen jaar uit de digitale energiemeter downloaden. Er is een scala van mogelijkheden op dit gebied. Hieronder is een reeks veelvoorkomende mogelijkheden gegeven. Mogelijkheden Sinds de ontwikkeling en sterke opkomst van de computer is het ontstaan van nieuwe technologische ontwikkelingen in een rap tempo toegenomen. Een groot deel van deze ontwikkelingen heeft ook aftakkingen naar de wereld van het gebouwbeheer gekregen. Daardoor zijn op dit gebied een heleboel dingen mogelijk geworden. Dit zijn onder andere: Beveiliging (Security & Life Safety) Beveiliging is sinds de vele aanslagen na 11 september 2001, niet meer uit de hedendaagse samenleving. Beveiliging is een integraal onderdeel van de gebouwinstallaties geworden: beveiligingselementen zoals CCD-camera’s, bewegingsdetectoren, magneetcontacten en infrarood detectoren kunnen met behulp van een module aan het netwerk gekoppeld worden en via een goed softwarepakket bestuurd worden. Ook brandveiligheidelementen, zoals rookmelders, gasdetectoren, sprinklerinstallaties en branddeuren kunnen aan een datanetwerk gekoppeld worden. Het overzicht in een gebouw is dan bijvoorbeeld meteen via een computerscherm te volgen. Dit is cruciaal wanneer er brand of een andere ramp in een gebouw uitbreekt: de vluchtwegen moeten duidelijk zichtbaar zijn. Mede dankzij zulke gebouwbeheersystemen, is dit mogelijk.
85
Energiemanagement De laatste jaren is energiebesparing een hot item. Zeker met de huidige olie- en gasprijzen. Niet alleen de prijzen, maar ook het gemiddelde verbruik van energie is omhoog gegaan. Om de energierekening zo laag mogelijk te houden, is het de bedoeling, dat er nuttig wordt omgegaan met energie. Onnodig de verlichting of verwarming aan laten staan hoort natuurlijk niet in dit rijtje thuis. Toch komt dit nog al te vaak voor. Door consequenter met energiegebruik om te gaan, kunnen dit soort dingen worden tegengegaan. Met behulp van gebouwbeheer kan het energieverbruik in de hand worden gehouden. Door het slim plannen en regelen van verwarmen, koelen, verlichten en het bijhouden van het energieverbruik (per gebruiksaccount), kan er een beter overzicht worden behouden en kan er efficiënter energie worden verbruikt. Installatiebeheer/klimaatbeheersing Klimaatbeheersing kan ook in het gebouwbeheer worden meegenomen. Klimaatinstallaties zijn tegenwoordig steeds vaker uitgerust met digitale schakelingen, waardoor verbinding met een netwerk ook mogelijk is. Zo kunnen luchtbehandelingkasten, ventilatoren, leidingsensoren en andere elementen veel eenvoudiger aan het netwerk gekoppeld worden. Door het gebruik van computers en software is de manipulatie van meetgegevens en regeling van apparatuur veel efficiënter en sneller geworden. Toegangscontrole Toegangscontrole (met behulp van een chipkaart of bijvoorbeeld biometrische apparatuur) is, voortbordurend op de beveiliging die al eerder is besproken, een functie die de veiligheid in een gebouw aanzienlijk kan vergroten. Er kan door een goed georganiseerde toegangscontrole met bijvoorbeeld chipkaarten of badges een overzicht worden bereikt van de mensen die zich in het gebouw bevinden. Onbevoegden worden op deze manier beter buiten de deur gehouden. Door verschillende gebruikersaccounts in te stellen, kunnen voor elke gebruiker ook de gebouwinstellingen apart ingesteld worden. Daarmee kan niet alleen veiligheid gegarandeerd worden, ook een beter comfort kan worden bereikt. De energierekening kan op deze wijze ook per gebruiker worden bijgehouden en afgerekend. Door nu deze toegangscontrole te integreren in het gebouwbeheersysteem, kan alles digitaal bijgehouden worden, met als voordeel dat de gebruikers ook hun eigen data kunnen uitlezen en zelf ook kunnen bijhouden wat ze allemaal verbruiken. Kortom, door gebruikersaccounts in te voeren, kan het overzicht fors toenemen. Dit zijn slechts enkele mogelijkheden die de hedendaagse techniek ons biedt. De inrichting van gebouwen en hun installaties zijn door dit soort systemen aanzienlijk uitgebreider en complexer geworden. Ook de kosten van gebouw en bijbehorende installaties is hierdoor gegroeid. Als hiermee, echter een duurzamer gebouw een grotere energieprestatie en op de lange termijn forse energiebesparingen kunnen worden bereikt, dan zijn zulke systemen zeker het overwegen waard.
86
Analoge gebouwbeheersystemen Een tweede categorie gebouwbeheersystemen geschiedt met behulp van eenvoudigere methoden: systemen zonder uitgebreide (digitale) datanetwerken. Bij deze soort van systemen is meestal sprake van eenvoudige verbindingen, zoals tweedraadslijnen of meeraderige kabels. Doordat het aantal kabels en componenten aanzienlijk minder is, is zo’n systeem eenvoudiger in de aanleg. De regeling is dan ook eenvoudiger en daarom kan worden volstaan met analoge regelunits. Een goed voorbeeld van een analoog systeem is de oude kamerthermostaat. Deze kamerthermostaat is uitgerust met volledig mechanische componenten en, indien elektronica aanwezig is, zitten er geen digitale schakelingen in. Dus voornamelijk weerstanden, condensatoren, spoelen, veertjes, palletjes etc. Met de analoge systemen kan het hoogst noodzakelijke geregeld worden: de temperatuur regelen en enkele dingen instellen. Het instellen van bijvoorbeeld stookprogramma’s, vakantieprogramma’s en nachtverlagingen kan hier niet automatisch gebeuren. Ditzelfde geldt voor het uitlezen van bijvoorbeeld de luchtvochtigheid, of het toepassen van aanwezigheidsregistratie. Alles moet manueel ingesteld en geregeld worden. Het gevolg is dat dit veel meer tijd kost en niet erg handig is. Het automatisch uitschakelen zou in sommige gevallen kunnen, maar meestal niet. De tegenwoordig geleverde systemen bevatten echter veelal digitaal of semi-digitaal binnenwerk. Door de beperkte mogelijkheden en moeilijkere productie, worden analoge systemen tegenwoordig nauwelijks meer toegepast; vervanging door digitale apparatuur is wenselijker. Semi-digitaal gebouwbeheer Naast volledig digitaal en analoog bestaat er ook nog een tussenvorm: een systeem op basis van analoge en digitale componenten. Dit is een type dat tegenwoordig veel gezien wordt. De schakeleenheden (thermostaten, klimaatregelingen, stoppenkasten, energiemeters e.d.) zijn meestal met digitale chips uitgerust, welke de regelschema’s bevatten. Het denkende gedeelte dus. De verbindingen tussen de schakeleenheden en de uitvoerende componenten zijn meestal twee- of meeraderige kabels. Bij semi-digitaal kan bijvoorbeeld ook gedacht worden aan meet- en regelapparatuur die gegevens digitaal opslaat in geheugenmodules, welke vervolgens uitgelezen kunnen worden op laptops, handheld computers of die via een telefoonlijn aan een GSM, per SMS informatie oversturen. Op deze wijze is het mogelijk om op eenvoudige en vooral goedkope wijze een systeem met voornamelijk analoge componenten, op digitale wijze te monitoren en te regelen. Vroegere situatie Verrijzeniskapel In de Verrijzeniskapel is op dit moment sprake van een semi-digitaal gebouwbeheersysteem. De componenten, zoals radiatoren, verlichting etc. zijn bijna allemaal analoog. De aansturing hiervan gebeurt deels digitaal, deels analoog. Zo is er bijvoorbeeld een digitaal alarmsysteem aanwezig en wordt de verwarming (oliegestookte ketel) via een digitale thermostaat aangestuurd, welke onlangs nog is uitgebreid met een tweede unit. 87
Het geheel werkt echter nog niet optimaal. Zeker niet, nu de gebruikersgroepen veranderen en de beheerlagen veranderen. Vandaar dat de opdrachtgever de volgende wens heeft: “Het zou wenselijk zijn om de energie- en andere verbruikskosten direct door te kunnen berekenen aan de gebruikers, zodat de gebruikers zelf invloed hebben op de aan hen doorberekende kosten en dit moet leiden tot een lager energieverbruik en lagere kosten.” aldus, dhr. van Kokswijk. Op basis van deze wens zal worden geprobeerd om een goed alternatief voor het beheer van het gebouw te vinden. Allereerst is het van belang om de verschillende gebruiksgroepen in kaart te brengen, dat wil zeggen, de groepen met verschillende belangen tot het gebouwbeheer. We kunnen dan een driedeling maken in het gebruiksprofiel van de gebouwbeheersystemen: 1. Abstract gebouwbeheer 2. Specifiek gebouwbeheer 3. Technisch gebouwbeheer Abstract gebouwbeheer Met abstract gebouwbeheer wordt bedoeld dat er een globaal overzicht van de staat van het gebouw en inboedel aanwezig is. Met dit soort beheer is de eigenaar van het gebouw, in dit geval de gemeente, gemoeid. De gemeente heeft enkele en alleen belang bij een goed behoud van het gebouw zelf en een deel van de inboedel. Specifiek gebouwbeheer Het specifieke gebouwbeheer richt zich vooral op de activiteiten die zich in het gebouw afspelen en zorgt ervoor dat alle gebruikers onder optimale omstandigheden van de mogelijkheden van het gebouw gebruik kunnen malen. In deze laag zijn onder andere het energiemanagement en kostenmanagement van de feitelijke gebruikers (de stichting en andere gebruikers) vastgelegd. Het is zaak om in deze laag een groot gedeelte van de service te leggen. Technisch beheer Het technische beheer van het gebouw heeft betrekking op het behoud van de monumentale waarde, onderhoud van installaties, leidingnetwerk en andere technische zaken. Het beheer in deze laag hangt eigenlijk tussen de gemeente en de gebruikers in. Groeperingen die in deze beheerlaag te vinden zijn, zijn onder andere energiebedrijven, onderhoudsbedrijven, installatiebedrijven, beveiligingsbedrijven en andere dienstverlenende instanties.
88
GEBOUW BEHEER
ABSTRACT BEHEER
SPECIFIEK BEHEER
TECHNISCH BEHEER
Mogelijkheden voor de Verrijzeniskapel Zojuist zijn drie verschillende type systemen met hun karakteristieken beschreven. Elk systeem heeft wel zijn voordelen en nadelen en daarnaast ook zijn prijskaartje. Een volledig digitaal systeem vereist bijvoorbeeld een groot netwerk, bestaande uit digitale elementen, databussen en clients en servers. Het onderhoud van een dergelijk systeem vergt veel tijd en geld, nog maar niet te spreken over de opzet van een dergelijk systeem. Daar bij komt, dat volledig digitale systemen tegenwoordig alleen in grote gebouwen en gebouwcomplexen te vinden zijn of in domotica toepassingen. De mogelijkheden van digitale systemen zijn, zoals eerder beschreven, talloos, maar de gebruiksvriendelijkheid kan in het geding komen, indien zulk een uitgebreid systeem wordt aangeschaft. Aangezien er voor de gebruikers en eigenaar van de kapel geen behoefte is aan zo’n hypermodern en uitgebreid gebouwbeheersysteem, is deze oplossing niet aan te bevelen. Het huidige systeem is semi-digitaal en functioneerde in het verleden al redelijk naar behoren. Wanneer echter overwogen wordt om bijvoorbeeld een andere ketel te installeren of een betere regeling per vertrek te realiseren, is het aan te raden dit semidigitale systeem uit te breiden. Dit kan met behulp van enkele panelen, die het mogelijk maken om gegevens digitaal uit te lezen. Deze panelen zullen onder andere gekoppeld zijn aan de thermostaat, verlichting, alarmsysteem en eventuele bewegingsdetectoren. Met behulp van een computer kunnen de gegevens uit deze panelen worden uitgelezen en kan een administratie worden bijgehouden. Ook kan er (met het zicht op de toekomst) gebruik gemaakt worden van de internetverbinding die is/wordt aangelegd door de huidige telecomaanbieder, waar de kapel bij is aangesloten. Met behulp van deze internetverbinding kan beheer op afstand mogelijk gemaakt worden, dus via Internet.
89
Thermostatische regeling Zoals in het kopje ‘vroegere situatie Verrijzeniskapel’ te lezen is, is de thermostaat in de Verrijzeniskapel onlangs uitgerust met een extra unit. Beide units zijn op basis van een digitale regeling. De toepassing van deze tweede thermostaat heeft een extra verwarmingsgroep gecreëerd. Het punt is nu, dat de twee thermostaten beide digitaal binnenwerk hebben, maar dat de regelkleppen analoog aangestuurd worden. Erg handig is dit zeker niet, want de opzet is om ene automatisch systeem te verkrijgen, door het inzetten van beide thermostaten. Daarbij is het doel om twee verwarmingsgroepen afzonderlijk van elkaar te regelen. De oplossing van het probleem is te vinden bij de regelkleppen in de verwarmingsbuizen. De huidige regelkleppen, bedoeld om de verwarming aan of uit te schakelen en hoger of lager te zetten, zijn enkel met de hand te bedienen. Het is daardoor niet mogelijk om met behulp van de thermostaten deze regelkleppen te bedienen, wat wel de bedoeling zou moeten zijn. Daarom is het aan te bevelen, deze regelkleppen te vervangen door digitaal aanstuurbare regelkleppen al dan niet zodanig aan te passen, dat deze kleppen geschikt zijn voor aansluiting op de thermostaten. Het aanpassen van de regelklep kan met behulp van zogenaamde servomotoren of stappenmotoren, welke wel digitaal aangestuurd kunnen worden.
90
3
Conclusies
Uit de tracergasmetingen zijn de minimale en maximale ventilatievouden in de kerkruimte (de bovenverdieping) en de danszaal (de onderverdieping) bepaald. De minimale en maximale ventilatievouden zijn in de kapel gelijk aan elkaar, omdat er in de kerkruimte enkel en alleen middels infiltratie geventileerd wordt (de deuren zijn altijd gesloten en de ramen kunnen niet open). Het ventilatievoud in de kerkruimte is 0,4. In de danszaal is het minimale ventilatievoud gesteld op een waarde van 0,44 en het maximale ventilatievoud op 4,1. Zowel in de kapel als in de danszaal wordt met deze ventilatievouden aan de vereiste waarden voldaan. In de danszaal moet echter rekening worden gehouden met een maximale bezetting van 120 personen. Daarbij moet gezorgd worden voor een hoeveelheid spuiventilatie (door het openen van ramen en deuren). Extra maatregelen wat betreft ventilatie zijn dus niet benodigd, mits voldaan wordt aan de maximale bezettingsgraad. Uit de metingen is gebleken dat het thermisch comfort in de grote zaal goed is. Dit is gecontroleerd doormiddel van een simulatie. Ook uit de simulatie is gebleken dat het thermisch comfort goed is. Toch waren er klachten over kou van de gebruikers tijdens het dansen aan de rand van de zaal. De enige comfortparameter waar het aan kan liggen is de stralingstemperatuur. De overige parameters vallen af zoals de luchtsnelheid die te verwaarlozen is. De temperatuur van de wand is kouder als de luchttemperatuur en straalt deze kou uit naar de mensen die tijdens de dansavond aan de rand zitten, waardoor dus de klachten ontstaan. Dit is te verhelpen door bijvoorbeeld gordijnen te plaatsen voor de wanden. Daarbij moet wel gelet worden op de natuurlijke ventilatie, zodat deze niet verhinderd wordt. Vanwege de schilderingen in de kapel moet de lucht daar aan bepaalde voorwaarden voldoen zoals een RV tussen de 55% en 75%. Aan deze waarden voldoet de lucht 42% van de tijd. Dit is logisch gezien er naast de verwarming geen mechanische klimaatbeheersing aanwezig is. Er is geen nader onderzoek gepleegd over de eventuele schade aan de schilderingen als het binnenklimaat buiten de gewenste waarden valt. Om de akoestische eigenschappen van de kleine zaal te verbeteren, kan met relatief eenvoudige middelen worden volstaan. Het voornaamste is het verkorten van de nagalmtijd. Dit kan door het afdekken met bijvoorbeeld gordijnen van glasvlakken en andere gladde oppervlakken, zoals de geglazuurde stenen. Het is, zoals de gebruikers al deden, een goed idee om met behulp van objecten als stoelen, tafels of bijvoorbeeld radiatoren de geglazuurde steenoppervlakken af te dekken. Op deze wijze kunnen ongewenste reflecties al verminderd worden. Het hoge plafond levert ook problemen op, met betrekking tot nagalm. Door het aanbrengen van een verlaagd plafond kunnen ongewenste reflecties door het plafond worden beperkt. De uitvoering van dit verlaagd plafond kan zijn in de vorm van doeken (voor de hoge frequenties), maar ook met behulp van kaatsvlakken of poreuze geluidsisolerende platen. Deze laatste twee oplossingen zijn niet aan te raden, omdat ze duur zijn en de monumentale waarde van het pand kunnen aantasten. Er waren ook klachten over geur in de kapel. Uit onderzoek is gebleken dat de geur afkomstig is van de tabaksbladen in de stoelen en door de geringe natuurlijke ventilatie blijft de geur gemakkelijk hangen. Deze geur kan dus verwijderd worden door het vervangen van de stoelen. 91
Door de hoogwaardige architectuur van het pand heeft het gebouw een goed esthetisch comfort. Het is te moeite waard om het te bekijken. Wat betreft gebouwbeheer is het volgende te concluderen: Het huidige systeem is semi-digitaal en functioneerde in het verleden al redelijk naar behoren. Omdat de gebruikersgroepen veranderd zijn, is het beter om onderscheid te maken in drie lagen: abstract beheer, specifiek beheer en technisch beheer. Op deze wijze is voor elk van de drie verschillende type groepen in het gebouw een gebruiksvriendelijk systeem beschikbaar. Uitbreiding in de toekomst is ook mogelijk, bijvoorbeeld met een Internetaansluiting, zodat eenvoudig beheer op afstand mogelijk wordt. Wanneer echter overwogen wordt om bijvoorbeeld een andere ketel te installeren of een betere regeling per vertrek te realiseren, is het aan te raden dit semi-digitale systeem uit te breiden. Dit kan met behulp van panelen, die het mogelijk maken om gegevens digitaal uit te lezen. Deze panelen zullen onder andere gekoppeld zijn aan de thermostaat, verlichting, alarmsysteem en eventuele bewegingsdetectoren. Met behulp van een computer kunnen de gegevens uit deze panelen worden uitgelezen en kan een administratie worden bijgehouden. Het is verder aan te raden om de regelkleppen van het huidige verwarmingssysteem aan te passen met servomotoren, zodat de twee thermostaten een gescheiden regeling per vertrek mogelijk maken. Met de handberekening in hoofdstuk 2.2.1.2 en de berekening in hamlab is aangetoond dat het verschil hiertussen niet erg verschild voor normale ruimten. De orde van grote was hetzelfde, de resultaten verschilden slechts een factor van ongeveer 5%. Aan te raden is de verwarming na gebruik uit te zetten en tot het gebouw op een minimale temperatuur te houden van 12 graden Celsius, dit betekend dat voor de te installeren vermogens per ruimte en het totale ketelvermogen de waarden uit de tabellen op de volgende pagina kunnen worden gebruikt.
92
Tabel 34
ZONE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW] 0 7 15 28 56 0 221 4 7 4 0 342 kW
Ook is aan te raden om in het trappenhuis verwarming te installeren. Voor deze situatie zijn de volgende waarden uit matlab verkregen, hier moet echter de installatie voor worden aangepast. Tabel 35
ZONE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ruimte met ketel Toiletten Ingang Kleine zaal Grote zaal Trappenhuis Kapel Berging 1 Sacristie Berging 2 Kruipruimte
KARAKTERISTIEKE EIGENSCHAPPEN Onverwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Verwarmde ruimte Onverwarmde ruimte
MAX BENODIGD VERMOGEN [KW] 0 7 15 28 55 50 220 4 7 4 0 390 kW
93
4
Bronnen
Dr. Ir. M. van Oeverveld (2005) Praktijkboekbouwbesluit 2003(gewijzigd), second edition Henricus Lambertus Schellen (2002), Heating monumental churches: indoor climate and preservation of cultural heritage – Eindhoven, Technische Universiteit Eindhoven ISBN 90-386-1556-6 Leijendeckers, P.H.H., (1996), Dictaat basisbegrippen in de klimaattechniek Elaine N. Marieb, Jon Mallatt & Patricia Wilhelm, Human Anatomy Aarts, M.P.J. , Bakker, F.E., Schellen, H.L. , Hak, C.C.J.M (2004), Dictaat Bouwfysisch Ontwerpen 1, Fysica van de ruimte, Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven Martin, H.J., Hak, C.C.J.M (1999), Dictaat Zaalakoestiek, dictaat bij het college 7S610, Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven NEN 1068 Thermische isolatie van gebouwen – Rekenmethoden (2002) NEN 2916 Energieprestatie van utiliteitsgebouwen; bepalingsmethode, 2001 NEN 5077: Geluidwering in gebouwen NEN 5128 Energieprestatie van woningen en woongebouwen; bepalingsmethode(2001) NPR 5272: Geluidwering in gebouwen NEN 8087 (2001) Ventilatie van gebouwen - Bepalingsmethoden voor bestaande gebouwen NEN-EN 12354: Geluidwering in gebouwen NEN-EN 12831 Verwarmingssystemen in gebouwen – bepaling van het ontwerpvermogen voor verwarming. ** ! % ** ! ** ! ** !
(" (" (" ("
** ! ("
2% % 3 45567 6 ! 8! "( ( 45 % " % # " 24, % " ( 2% 3 ;<<=7 2:, % "
(
3 459:7
"( (%
3 >2%
% 73 ;<<=7
DIN 18041 .
" ,
@8
? ,. ' %A ** # * 1 5
#
&,
#
-
94
Siemens Nederland (2005), Siemens Building Technologies. [Online] http://www.siemens.nl/sbt/ . Honeywell International (2004-2005), Honeywell Automation and Control Solutions, [Online] http://www.honeywell.com/sites/acs/ . Ing. N. Witten, Drs. T.J.A. Worm (2002), Het energiezakboek op CD-rom, Arnhem: A. Huson
Software Escort voor Windows Teslo Dirac Matlab 7.0 Hamlab
95
5
Bijlagen
5.1
Plattegronden
In deze bijlage staan de plattegronden van het gebouw, met daarin de meetpunten.
Figuur 45
96
Figuur 46
97
Figuur 47
98
5.2
Bijlage Hamlab
Externe wanden De indexnummers zoals ze terug zijn te vinden in de matlabfile uit de bijlage zijn hieronder in de figuren vernoemd. Dit was noodzakelijk omdat anders niet duidelijk kon worden aangegeven waar de muren zich bevonden.
Figuur 48
Figuur 49
99
Zones en interne wanden
Figuur 50
Zonenummer 11 komt overeen met de kruipruimte. De interne wanden staan aangegeven met de rode cijfers en de zones zijn aangegeven de zwarte cijfers. In de matlab file zijn de interne wanden tevens af te leiden de zonenummers waartussen de wand zich bevindt. Interne wanden als de vloer tussen de begane grond en de kruipruimte zijn daarom niet aangegeven in de tekeningen omdat dit te onoverzichtelijk wordt. Deze kunnen uit de matlab file, welke op de cd staat, worden afgeleid.
100
5.3
Bepaling U-waarde niet transparante delen
Warmteweerstand van een constructie Voor de bepaling van de u-waarde moet eerst de warmteweerstand van de constructie worden bepaald. De warmteweerstand van een constructie is te berekenen volgens NEN 1068 en ISSO publicatie 6. Bij de NEN 1068 is bij vloeren en plafonds binnen de uitwendige scheidingsconstructie de waarde Ri afhankelijk van de richting van de warmtestroom 0.10, 0,13, 0.17. Bij de warmteverliesberekening wordt uitgegaan van 0.13 ongeacht de richting van de warmtestroom, dit geldt tevens voor verticale constructies. De warmteweerstand Rc volgt uit: Rm + Ri + Re
Rc =
1+
− Ri − Re
Tabel 36
Rc
Rm Ri Re
= = = = =
WARMTEWEERSTAND VAN DE CONSTRUCTIE Warmteweerstand per laag Warmteovergangsweerstand aan het binnenoppervlak (=0.13) Warmteovergangsweerstand aan het buitenoppervlak Correctiefactor voor inwendige convectie en/of uitvoeringsinvloeden
[M2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [-]
De warmteovergangsweerstand aan het buitenoppervlak staat gedefinieerd in tabellen. De waarden is in het algemeen 0.5 maar kan conform de NEN 1068 op de volgende punten afwijken: − Indien het onderdeel een isolatielaag bevat, die aan weerszijde wordt begrensd door een luchtlaag van meer dan 5 mm dikte, dan geldt =1, tenzij voorzieningen zijn getroffen om convectie te voorkomen. − Indien het bovenste punt niet van toepassing is, maar het onderdeel onder geconditioneerde en beheerste omstandigheden wordt vervaardigd dan geldt =0.22. De warmteweerstand per laag is te berekenen met de volgende formule: Rm =
d1 1
+
d2 2
+ .... +
dn
+ Rsp,1 + Rsp,2 + ... + Rsp,n
n
101
Tabel 37
dn n
= =
R sp ,n
DIKTE VAN LAAG MET NUMMER N Warmtegeleidingscoëfficiënt van laag met nummer n Warmteweerstand van de spouw met nummer n
[M2K/W] [m2K/W] [m2K/W]
Bij dit gebouw is er geen spouw aanwezig, deze R waarde hoeft dus ook niet in rekening worden gebracht. De u-waarde voor constructies grenzend aan de buitenlucht is als volgt U=
1 Ri + Rc + Re
De u-waarde voor constructies niet grenzend aan de buitenlucht is volgens de onderstaande formule. 1 U= Ri + Rc + Ri Tabel 38
U Ri Rc
Re
= =
WARMTEDOORGANGSCOËFFICIËNT Warmteovergangsweerstand binnenoppervlak Warmteweerstand van de constructie = 0.13 Warmteovergangsweerstand buitenoppervlak = 0.04
[W/M2K] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W]
U-waarden transparante delen Bij het bepalen van de U-waarde van raamsystemen kan niet worden volstaan met de uwaarde van de beglazing. Met name bij zeer goed isolerende beglazing moet de invloed van het kozijn in de berekening betrokken worden. Ondoorzichtige panelen in een raamsysteem worden in de berekening op dezelfde manier beschouwd als glas in een raamsysteem/ deur. De U-waarde van het raamsysteem volgt uit getabelleerde waarden.
102
5.4
Mollierdiagram behaaglijkheid
Rood: algemeen behaaglijkheidgebied (comfort voor de mens) Blauw: gemeten gebied grote zaal
Figuur 51
103
5.5
Behaaglijkheiddiagrammen
Deze bijlage bevat behaaglijkheiddiagrammen die gebruikt zijn in het hoofdstuk comfort.
Figuur 52
Figuur 53
104
5.6
Mollierdiagram behaaglijkheid 2
Figuur 54
105
5.5
Bijlage HAMLAB
In de volgende bijlage is de invoer in hamlab toegelicht en alle parameters zijn nader besproken. Parameters in hamlab EIGENSCHAPPEN TOEKENNEN VOLUME BASE.Vol {zone}
C
Volume
[m ]
CONSTRUCTIE Ri Dn matn Re Ab
C C C C C
[Km /W] [m] [°C] 2 [Km /W] [-]
Eb
C
Warmteovergangsweerstand (binnen) Dikte van de laag ID nummer materiaal Warmtetransmissiecoëfficiënt (buiten) Externe absorptiecoëfficiënt van zonnestraling (0.7) Externe emissiecoëfficiënt (0.9)
GLAS Uglas CFr ZTA ZTAw
C C C C
[W/m K] [-] [-] [-]
CFrw Uglasw
C C
Doorlatingscoëfficiënt Convectiefactor De absolute zontoetredingsfactor De absolute zontoetredingsfactor met zonwering Convectiefactor met zonwering Doorlatingscoëfficiënt met zonwering
3
2
[-] 2
[-] 2 [W/m K]
ORIENTATIE LIGGING Bèta Gamma
C C
Schuine stand (vertical=90, horizontal=0) Azimuth (east=-90, west=90, south=0, north=180)
[-] [-]
EXTERNE WANDEN Zonenr Surf conID orID Bridge
C C C C C
Nummer van zone Totale oppervlakte inclusief ramen Constructienummer Oriëntatienummer Warmteverlies van koudebruggen
[-] 2 [m ] [-] [-] [W/K]
RAMEN IN EXTERNE WANDEN exID C Nummer externe wand Surf C Oppervlakte glas glaID C Nummer soort glas shaID C ID schaduw
[-] [-] [-] [-]
WANDEN MET CONSTANTE TEMPERATUUR
106
Zonenr Surf conID Temp Bridge
C C C C C
Zonenummer (volume) Oppervlakte wand Nummer constructie (constructie) Constante temperatuur Warmteverlies door koudebruggen
[-] 2 [m ] [-] [°C] [W/K]
ADIABATISCHE EXTERNE WANDEN Zonenr C Zonenummer (volume) Surf C Oppervlakte wand conID C Nummer constructie (constructie)
[-] 2 [m ] [-]
INTERNE WANDEN OF TUSSENWANDEN Zonenr1 C Nummer van zone 1 (volume) Zonenr2 C Nummer van zone 2 (volume) Surf C Totale oppervlakte conID C Materiaalconstructie (constructie)
[-] [-] 2 [m ] [-]
GEBRUIKSINFORMATIE GEBRUIKSPROFIELEN (als de installatie niet aanwezig is kiezen voor 100) BASE.Ers{} C Zonneweerstand zonnewering BASE.dayper{} C Begintijden nieuwe periode BASE.vvmin{} C Minimale ventilatiedebiet BASE.vvmax{} C Ventilatiedebiet voor koeling BASE.Tfc{} C Vanaf welke temperatuur te koelen BASE.Qint{} C Interne warmteproductie BASE.Gint{} C Vochtproductie BASE.Tsetmin{} C Ontwerptemperatuur met verwarming BASE.Tsetmax{} C Max temperatuur met koeling BASE.RVmin{} C Min RV met bevochtiging BASE.RVmax{} C Max RV met ontvochtiging
2
[W/m ] [hr] [1/hr] [1/hr] [°C] [W] [kg/s] [°C] [°C] [%] [%]
INSTALLATIES CAPACITEIT INSTALLATIES FORMAT BASE.Plant{zonenr}=[heating capacity [W], cooling capacity [W], humidification capacity [kg/s],dehumidification capacity [kg/s]]; SYSTEEM FORMAT BASE.convfac{zonenr}=[CFh, CFset, CFint ]; CFh = Convectiefactor verwarmingssysteem Luchtverwarming CFh=1, Radiatorverwarming CFh=0.8 Vloerverwarming CFh=0.5, Koeling CFh=1 Cfset = Keuze van controle van temperatuur Luchttemperatuur Cfset = 1 Comforttemperatuur Cfset = 0.6 Cfint = Convectiefactor Cfint=0.5
[-]
[-] [-]
107
VENTILATIE Etaww Twws
= =
Effectieve temperatuur efficiency Maximale binnentemperatuur
[-] [°C]
MEUBELEN Fbv CFbi
= =
Vochtopslag factor Convectiefactor voor opname van zonneenergie
[-] [-]
108
Externe wanden De indexnummers zoals ze terug zijn te vinden in de matlabfile uit de bijlage zijn hieronder in de figuren vernoemd. Dit was noodzakelijk omdat anders niet duidelijk kon worden aangegeven waar de muren zich bevonden.
109
Zones en interne wanden
Zonenummer 11 komt overeen met de kruipruimte. De interne wanden staan aangegeven met de rode cijfers en de zones zijn aangegeven de zwarte cijfers. In de matlab file zijn de interne wanden tevens af te leiden met behulp van de zonenummers waartussen de wand zich bevindt. Interne wanden als de vloer tussen de begane grond en de kruipruimte zijn daarom niet aangegeven in de tekeningen omdat dit te onoverzichtelijk wordt. Deze kunnen uit de matlab file die tevens in de bijlage is opgenomen worden afgeleid.
110
In de onderstaande tabellen, zijn de gegevens te zien die in matlab zijn ingevoerd. De index van de externe wanden komen overeen met de nummers die in de bovenstaande figuren zijn weergegeven. De waarden zijn in de hamlabfile echter niet in decimalen nauwkeurig verwerkt.
OPPERVLAKTE GLAS EN DEUREN IN BUITENWANDEN externe wand 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 externe
Opp. Glas 0,57 1,14 0,34 0,34 1,59 0,23 6,14 5,81 0,46 12,28 0,34 11,62 0,34 2,58 0,95 5,35 9,17 41,85 41,85
0,34 0,50 Opp. Glas
Opp. Wand Incl. glas 9,025 9,35 17,85 9,35 19,42 19,42 38,34 38,34 75,85
75,85 20,09 68,54 106,02 68,82 8,28 282,67 282,67 104,18 14,393 11,398 Opp. Wand
wand 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
3,78 0,34
0,51 1,60 1,89 3,78 0,55
Incl. glas 20,064 11,398 14,393 73,13 19,72 25 25 9,32 9,32 0,76 4,36 4,62 9,24 2,98 1,91 1,91 16,0 16,0 13,1 13,1 11,0 23,0 65,0 150,3 150,3 44,0 44,0
111
INTERNE WANDEN interne wand 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Oppervlakte 8,525 8,35 17,35 46,62 46,62 39,33 39,33 11,12 11,12 20,21 16 16 11 23 41 85 170 7 18 7 85 170 4,6 4,6 2,0 2,0 2,0 2,0
112
ADIABATIC WALLS wand kolom 1 kolom 2 kolom 3 kolom 4 kolom 5 kolom 6 kolom 7 kolom 8 kolom 9 kolom 10 kolom 11 kolom 12 wand trappenhuis wand trappenhuis wand trappenhuis wand trappenhuis kolom trappenhuis
oppervlakte 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 5 5 5 5 5 5 34,02 16,19 19,49 5,34 4,65
VOLUMES ZONES zone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
oppervlak 11 23 41 85 170 65 257 7 18 7
hoogte 2,5 2,5 4,5 4,5 4,5 9,3 11,5 3,5 3,5 3,5
volume 27,5 57,5 184,5 382,5 765 604,5 2955,5 24,5 63 24,5
113
5.6
Bijlage warmteverliesberekening
Transmissiewarmteverlies Het transmissiewarmteverlies is de som van de positieve en negatieve warmtestromen door de vlakken die de ruimte begrenzen. Het transmissieverlies voor een ruimte volgt uit: t = (H t ,ie + H t ,ia + H t ,io + H t ,ib + H t ,ig )( i − e ) Tabel 39
H t ,ie
H t ,ia H t ,io H t ,ib H t ,ig i e
= SPECIFIEK WARMTEVERLIES VAN DE RUIMTE NAAR DE BUITENLUCHT VIA DE AAN DE BUITENLUCHT GRENZENDE RUIMTE OMHULLING = Specifiek warmteverlies door de ruimteomhulling naar tot het gebouw behorende verwarmde ruimte = Specifiek warmteverlies van de ruimte naar een onverwarmde aangrenzende ruimte = Specifiek warmteverlies van de ruimte naar een aangrenzend gebouw = Specifiek warmteverlies van de ruimte naar de grond = Ontwerpbinnentemperatuur = Ontwerpbuitentemperatuur
[W/K]
[W/K] [W/K] [W/K] [W/K] [°C] [°C]
Bij dit gebouw is er sprake van warmteverlies van de ruimte naar de buitenlucht, naar een onverwarmde aangrenzende ruimte, naar een verwarmde ruimte en van de ruimte naar de grond. Deze specifieke warmteverliezen zijn berekend volgens NEN-norm 1068. Bij het specifiek warmteverlies van de ruimte naar de buitenlucht via de aan de buitenlucht grenzende ruimte omhulling wordt ook nog rekening gehouden met warmteverlies door koudebruggen, deze waarden staan ook vermeld in de NEN norm.
Ventilatiewarmteverlies Ventilatiewarmteverlies is op te delen in warmteverlies door: − Infiltratie − Ventilatie − Ventilatie-eisen − Type ventilatiesysteem
114
Warmteverlies door infiltratie i = Hi ( i e) Tabel 40
HI i e
= SPECIFIEK WARMTEVERLIES TEN GEVOLGE VAN INFILTRATIE = Ontwerpbinnentemperatuur = Ontwerpbuitentemperatuur
[W/K] [°C] [°C]
Het specifieke warmteverlies ten gevolge van infiltratie Hi volgt uit: H i = q i ⋅ ⋅ c p ⋅ Au Tabel 41
QI Cp Au
= DEBIET INFILTRATIELUCHT = Soortelijke massa lucht = Soortelijke warmte van lucht bij constante druk = Oppervlakte van uitwendige scheidingsconstructie (gevels, vloeren en daken, incl. Ramen en deuren)
[M3/M2S] [kg/m3] [J/kgK] [m2]
In Nederland geldt H i = 1200 ⋅ q i ⋅ Au Infiltratiewaarde in utiliteitsgebouwen met ruimten hoger dan 5 meter Qi hangt af van het feit of de gevel al dan niet te openen ramen of deuren heeft. Het infiltratiedebiet volgt uit: qi = qi '⋅Ag Tabel 42
qi
=
Ag
=
0.002 BIJ NIET TE OPENEN RAMEN/DEUREN IN DE [M3/M2S] GEVEL EN 0.003 BIJ TE OPENEN RAMEN EN DEUREN IN DE GEVEL Geveloppervlak (inclusief ramen en deuren) [m2]
In rekening te brengen ventilatiewarmteverlies Het in rekening te brengen ventilatiewarmteverlies is afhankelijk van de manier van toevoeren van ventilatielucht: natuurlijke toevoer of mechanische toevoer. Voor dit gebouw is een ventilatiesysteem ontwikkeld waarbij mechanische toevoer van de ventilatielucht wordt toegepast omdat anders de eisen niet voldoen aan het bouwbesluit. Het ventilatiewarmteverlies is dan de som van het infiltratiewarmteverlies en het warmteverlies door ventilatie. 115
Berekening van opwarmtoeslag Opwarmtoeslag is een grootheid die in rekening gebracht moet worden als het gebouw te maken heeft met verlaging van de temperatuur wanneer deze niet in gebruik is. De grootte van de opwarmtoeslag op is afhankelijk van:
− − − −
Mate van afkoeling tijdens de verlaging. Toegestane maximale opwarmtijd Type gebouw Wijze van regelen o Regeling per ruimte o Kamerthermostaat o Adaptieve regeling
Het ontwerp van dit gebouw moet voldoen aan de eisen voor regeling per ruimte. Dit wordt hieronder verder uitgewerkt. Bij systemen die voorzien zijn van regeling per ruimte (bijvoorbeeld thermosstatische afsluiters waarbij de aanvoertemperatuur constant is of via een stooklijn gestuurd wordt) kan de temperatuur in alle ruimten gegarandeerd worden. Bij deze methode moet per verblijfsruimte de opwarmtoeslag bepaald worden. Deze volgt uit de volgende formule3. op
= P ⋅ Aa
Tabel 43 op
Aa P
Aa =
=
OPWARMTOESLAG
[W]
=
Accumulerend oppervlak
[m2]
=
Specifieke opwarmtoeslag
[W/m2]
k
1
fa ⋅ Ak
Tabel 44
Ak
=
fa
=
OPPERVLAKTE VAN VLAK K VAN DE VERBLIJFSRUIMTE Correctiefactor voor accumulerend oppervlak:
[M] [-]
0 voor niet steenachtige opp./constructies 0 voor verwarmde opp. Van vloer-, wand- of plafondverwarming 0.7 voor steenachtige opp./constructies met isolerende bekleding 1 voor overige gevallen 3
ISSO Handboek Installatietechniek
116
Specifieke opwarmtoeslag De specifieke opwarmtoeslag P wordt per type gebouw bepaald. Bij utiliteitsgebouwen is de specifieke opwarmtoeslag afhankelijk van het type van het gebouw, de gewenste opwarmsnelheid en het te overbruggen temperatuurtraject. Het type van een gebouw is onderverdeeld volgens de onderstaande tabel. Tabel 45
TYPE GEBOUW Licht gebouw
OMSCHRIJVING Vloer en plafond van beton, de binnenwanden en de binnenzijde van de gevel van isolatie met een afwerklaag (SWM ≤ 60 kg/m2) Middelzwaar gebouw Vloer, plafond en de binnenzijde van de gevel van beton, de binnenwanden van isolatie met een afwerklaag (60 kg/m2 < SWM < 100 kg/m2) Zwaar gebouw Vloer en plafond van beton, de wanden van beton of metselwerk (SWM ≥ 100 kg/m2) SWM = Specifieke werkzame massa De specifieke werkzame massa voor vleugel D van het Augustijner klooster is groter dan 100 kg/m2, het gebouw is dus van het type “zwaar gebouw”. De specifieke opwarmtoeslag P volgt uit de onderstaande figuren.
Figuur 55: Specifieke opwarmtoeslag voor utiliteitsgebouwen bij zware gebouwen.
117
Figuur 56: Specifieke opwarmtoeslag voor utiliteitsgebouwen bij zware gebouwen.
Toe te rekenen opwarmtoeslag
0
Bij een periode van nachtverlaging wordt ervan uitgegaan dat de ventilatie in nachtstand geschakeld is. Hierdoor is een deel van het ventilatievermogen beschikbaar voor opwarmen. Echter wanneer de ventilatievoorziening niet eenvoudig door de gebruiker op een lager niveau in te stellen is (dat geldt voor alle systemen met natuurlijke toevoer van ventilatielucht) dient de volledige opwarmtoeslag op in rekening gebracht te worden. Er geldt dan: 0
=
op
Voor systemen met mechanische toevoer van ventilatielucht geldt voor het toe te rekenen deel van de opwarmtoeslag een andere regel.
118
5.7
Resultaten akoestiekmetingen
Op de komende bladzijden zijn de resultaten van de akoestiekmetingen te vinden.
119
