Energiek beton. cement

Energiek beton

Gebouw Cementrum Sint Teunislaan 1 5231 BS ’s-Hertogenbosch Postbus 3532 5203 DM ’s-Hertogenbosch t. 073 640 12 31 f. 073 640 12 84 [email protected] www.cementenbeton.nl

cement 2007

000_Cover.indd 1

1

01-11-2007 09:14:23

productinformatie

Energiek Beton ‘Thermische betonkernactivering’ is de deftige naam voor een intelligente, energiezuinige ontwikkeling die het accumulerend vermogen van beton inzet voor de koeling en verwarming van gebouwen. Het systeem, dat constructie en klimaatinstallatie integreert, blinkt uit in eenvoud. Bovendien levert de integratie, naast energiebesparing en comfortverhoging, zoveel meerwaarde op dat van een ware synergie (1 + 1 = 3) sprake is. In een tijd waarin energiebesparing, comfort en gezondheid een steeds hogere prioriteit krijgen, lijkt voor deze innovatieve betontoepassing een gouden toekomst weggelegd. Betonkernactivering (BKA) is momenteel een ‘hot’ item in de bouw en de vraag naar achtergrondinformatie is groot. Om die reden besloot de redactie van Cement in 2006 dan ook een themanummer voor te bereiden dat de verschillende facetten rondom dit onderwerp belicht. In dit themanummer ‘Energiek Beton’, dat uiteindelijk in februari 2007 verscheen, worden allereerst de gunstige bouwfysische aspecten van het materiaal beton belicht. Vervolgens wordt ingegaan op de wijze waarop betonkernactivering wordt verwerkt in de berekening van de energieprestatiecoëfficiënt (EPC). Aansluitend vertelt Thomas Rau, pionier op het gebied van de toepassing van BKA, over zijn eigen ontwikkeling in het ontwerpen met dit systeem. Het Rijk is een grote opdrachtgever, maar meer nog een belangrijke voortrekker als het gaat om bouwopdrachten op het gebied van milieu, gezondheid en duurzaamheid. Om die reden gelooft de overheid dan ook in BKA als middel om haar ambities te verwezenlijken. In volgende bijdragen staat integraal ontwerpen centraal, enerzijds om installatie en constructie

Ten geleide De uitgave ‘Energiek Beton’ is een heruitgave van thematische artikelen uit het vakblad Cement, editie 2007 nummer 1, aangevuld met een artikel uit de editie 2007 nummer 8. Cement is hét vakblad voor ontwerp en constructie, met speciale aandacht voor het materiaal beton. Artikelen in Cement beogen de communicatie en het wederzijds begrip te bevorderen tussen architect en constructeur, door helder in beeld te brengen waarom en hoe er met beton wordt gebouwd. Cement is een uitgave van Aeneas uitgeverij van vakinformatie in opdracht van het Cement&BetonCentrum.

goed op elkaar te kunnen afstemmen, anderzijds om de uitvoering mogelijk te maken. Productontwikkeling is nodig om de systematiek verder te verfijnen. Daarbij wordt duidelijk dat de vloer vooralsnog de meeste mogelijkheden biedt. Drie verschillende voorbeeldprojecten, met toepassingen van even zo verschillende vloerelementen, laten vervolgens zien welke specifieke aspecten het ontwerpen uitvoeringstraject beheersen. Een overzicht van alle vloersystemen en de relatie met ventilatieconcepten wordt beschreven in een samenvatting van het SBR-rapport over thermisch actieve vloersystemen. Aan het eind aandacht voor enkele nieuwe ontwikkelingen. Het WelWonen-concept koppelt aardwarmte en thermisch actieve vloeren aan elkaar en koerst af op het ultieme doel: de energie- en CO2neutrale woning. De akoestische breedplaatvloer ten slotte beoogt het toepassen van geluidsabsorberende voorzieningen overbodig te maken.

Akoestische breedplaatvloer voor betonkernactivering Geelen Beton heeft een akoestische breedplaatvloer ontwikkeld. Dat klinkt misschien niet erg spannend, maar dat is het wel. Hiermee worden een aantal zaken geïntegreerd die tot heden afzonderlijk werden opgelost: dragende vloer, schoon beton, akoestiek én klimaatinstallatie. Deze integratie leidt tot meer kwaliteit, hogere prestaties en betere beheersing. De breedplaatvloer wordt hiermee een intelligent bouwproduct. Eerste toepassing van de akoestische breedplaatvloer is de nieuwbouw voor Kenniscentrum Plant van de Universiteit Wageningen (zie foto’s), ontworpen door DP6 architectuurstudio en uit te voeren door Heijmans. De uitvoering is inmiddels gestart.

In dit nieuwbouwproject van de Wageningse universiteit wordt de thermische capaciteit van de betonvloeren benut ter beperking van het energieverbruik voor verwarming en koeling. Consequentie van betonkernactivering in vloeren is dat geen of slechts plaatselijk systeemplafonds mogen worden toegepast, opdat de warmte-overdracht van de vloer naar de onderliggende ruimte niet wordt belemmerd. Dat heeft belangrijke gevolgen. Als eerste worden er opeens hoge esthetische eisen gesteld aan de onderzijde van de betonvloer; er is sprake van schoon beton. En ten tweede ontstaat er een akoestisch probleem dat moet worden opgelost. Er is behoefte aan geluidabsorberende voorzieningen. De nieuwe breedplaatvloer lost die beide

gen. Overleg met Geelen Beton leidde tot de ontwikkeling van de akoestische breedplaatvloer, waarin tevens de leidingen van de betonkernactivering zijn opgenomen. Akoestisch onderzoek aan proefplaten, uitgevoerd door adviesbureau Peutz, toonde aan dat de gewenste geluidabsorptie hiermee kon worden bereikt. Betontechnologische experimenten leidden tot een optimum tussen esthetisch betonoppervlak, porositeit, geluidabsorptie en beheersbaarheid in het pro-

ductieproces. In zijn uiteindelijke vorm is de vloeropbouw van onder naar boven als volgt: 40 mm open beton, 70 mm gewapend constructief beton met daarin de leidingen voor de klimaatinstallatie en daar bovenop een in het werk te storten druklaag van beton waarin ook leidingen voor ICT, electra en ventilatie worden verwerkt. Kortom: constructie, installatie en architectuur geïntegreerd in één materiaal! Meer informatie: Geelen Beton, Wanssum, www.geelenbeton.nl, tel. (0478) 532 041 Foto’s: Marcel van Kerkhoven, Tilburg

complicaties op. De onderste laag van de plaat wordt gemaakt van ‘open’ beton, een zeer poreus beton dat ontstaat door een betonmengsel te maken zonder zand. Het idee van vloerelementen met een poreuze onderzijde is gebaseerd op een experimenteel prototype voor beton met een sponsachtige structuur, zoals getoond tijdens de expositie Experimenteel Beton, op de Geveltotaal-beurs, voorjaar 2005. Dat prototype was ontwikkeld in een Casestudy Precast Concrete. Hierin meende architect Chris de Weijer van DP6 architectuurstudio, Delft, de oplossing te zien voor het ontwerpprobleem waar hij toen mee worstelde voor het nieuwe researchgebouw voor de Universiteit Wagenin-

cement 2007

000_Cover.indd 2

1

2

01-11-2007 09:14:29

Energiek Beton Energiek Beton prof.ir. J.J.M. Cauberg en J.N.F. Leenders

4

Energieprestaties beton berekend ing. A.F. Kruithof

12

Evolutie van zeven jaar betonkernactivering Ine ter Borch

16

Betonkernactivering past in hoge ambitie Rijk Anne Marij Postel

22

Integrale ontwerpbenadering meer dan ooit vereist ing. R.P. Venekamp en ing. J.J.M. Sperber

26

Voorwaarden voor succes op de bouwplaats ing. A. van Dorp

29

Energieke productontwikkeling prof.dr.ir. J. Lichtenberg

32

Bedrijfsgebouw als showroom van eigen kunnen Anne Marij Postel

36

School met geactiveerde bollenplaatvloer ing. I. Honingh en ing. A.C. Fuchs

41

Stadskantoor met hoog dubo-niveau Henk Wapperom

45

Betonkernactivering op de korrel ir. M. Notenboom en ir. W. Verburg

49

WelWonen, concept met perspectief Henk Wapperom

52

Akoestische breedplaatvloer voor betonkernactivering

55

000_Inhoud.indd 3

01-11-2007 09:11:53

Architectuur & ontwerp Bouwfysica

ENERGIEK BETON 1 | Principe van de klimaatactieve bouwdelen kantoor Rijksverzekeringsbank

prof.ir. J.J.M. Cauberg, Cauberg Huygen Raadgevende Ingenieurs BV, Hoogleraar Klimaatontwerp faculteit Bouwkunde TUD J.N.F. Leenders, Huygen Installatie Adviseurs BV

Comfort en energiebesparing nemen een steeds belangrijkere plaats in bij het ontwerpen en gebruiken van gebouwen. De betekenis van comfort voor de productiviteit in de werkomgeving, de relatie tussen comfort en gezondheid, de stijgende kosten van energie en de klimaatverandering ten gevolge van ons energieverbruik zijn voorbeelden van de ‘driving forces’ hierbij.

De realisatie van het thermisch comfort in gebouwen is de afgelopen decennia in hoofdzaak het speelveld geweest van de werktuigbouwkundige

4 cement 2007

01_Cauberg.indd 4

klimaattechniek. Met de inzet van fossiele energie was het mogelijk om, onafhankelijk van de architectuur, aan de eisen van een comfortabel binnenklimaat te voldoen. Helaas werd hierbij regelmatig te veel gevraagd van de klimaatinstallatie. Integratie van energiezuinigheid in het klimaatbeheersingsproces betekende in eerste instantie het vergroten van de efficiëntie van klimaatsystemen en de afzonderlijke componenten van het werktuigbouwkundige klimaatsysteem. Een duurzaam comfort realiseren betekent echter dat de grenzen van het klimaatsysteem verruimd moeten worden; het gebouw, de processen in het gebouw, de gebruiker en de naaste buitenomgeving dienen niet passief maar actief erbij betrokken te worden. De toepassing van klimaatactieve bouwelementen is hiervan een voorbeeld. Deze zijn te definiëren als bouwelementen die actief deel uitmaken van het thermisch klimaatsysteem met als randvoorwaarden een logische en multifunctionele inzet en geïntegreerd met de technische klimaatinstallatie. Deze inzet kan zowel betrekking hebben op de warmte- en koudeopwekking, de distributie en de opslag en/of de afgifte. Nieuw is het niet, zoals uit onderstaand citaat uit het Geneeskundig Tijdschrift der Rijksverzekeringsbank november 1939 blijkt.

1

31-10-2007 13:57:17


“… De redenen, waarom tot dit systeem van verwarming werd overgegaan, zijn: gelijkmatige verdeeling der warmte, aangename warmte, waardoor minder last van vermoeidheid bij de ambtenaren, ruimtewinst ten opzicht van radiatorverwarming en hygiënischer dan radiatorverwarming, in verband met de mogelijkheid van stofophooping tusschen de leden der radiatoren…. ... Teneinde echter de mogelijkheid te scheppen om in het gebouw ‘s zomers een lagere temperatuur te onderhouden dan buiten, kan het water in de buizen der plafondverwarming met behulp van bronwater van 13º C., stroomende door de tegenstroomapparaten, worden gekoeld, zoodat de plafonds zorgdragen voor een verkoelend effect om de kantoorlokalen…” Figuur 1 geeft de toen al toegepaste wanden plafondverwarming/-koeling weer waarop het citaat betrekking heeft. Warmteaccumulatie

Accumulatie van warmte in de bouwkundige constructie is een ontwerpgrootheid waarmee de koellast van een ruimte respectievelijk de temperatuurstijging in de zomer gereduceerd kan worden. Het werkzame deel van de massa van vloer of wand is alleen dat deel dat de dagelijkse temperatuurvariatie meemaakt. Hiervoor is de grootheid van de specifiek werkzame massa SWM gedefinieerd. Geen verlaagd plafond respectievelijk een open verlaagd plafond betekent ten opzichte van een gesloten verlaagd plafond een toename van de specifieke werkzame massa (van een kantoorvertrek) met 10 kg/m2 oftewel afhankelijk van de bouwkundige situatie zoals type scheidingswand en borstwering een toename van de thermisch werkzame massa met 10 à 20%. Het gebruik op een passieve manier van de massa die een betonnen vloer of wand in een gebouw vormt, is al wijd verspreid. Open plafondconstructies die de massa van verdiepingsvloeren bereikbaar maken voor de binnenlucht zijn al veelvuldig toegepast. Betonkernactivering

In de jaren ’80 van de vorige eeuw werd vanuit Zweden het Energon-systeem geïntroduceerd waar-

a

b

bij de holle ruimten van kanaalplaatvloeren op een actieve manier werden gebruikt om warmte uit te wisselen tussen de ventilatielucht en de betonmassa. In de zomer overdag opgenomen warmte werd door nachtventilatie door de kanalen naar buiten afgevoerd. In de wintersituatie werd de toevoerlucht via deze kanalen opgewarmd tijdens het transport naar het inblaaspunt. Het strakke stramien van een kanaalplaatvloer alsmede de onzekerheid over emissies vanuit het beton naar de ventilatielucht stond de toepassing op grote schaal in de weg. Het actief betrekken van de massa van betonvloeren bij de klimaatbeheersing is versterkt onder de aandacht van ontwerpers gekomen door de publiciteit rondom het Kunsthaus in Bregenz. Architecten omarmden het principe vanwege de ontwerpvrijheid die de onzichtbare klimaatbeheersing verschafte. Een op betonkernactivering gebaseerd klimaatconcept onderscheidt zich van de traditionele installatie door het feit dat verwarming en koeling niet geconcentreerd via een radiator of geconditioneerde lucht in de ruimte wordt gebracht, maar dat dit nu in hoofdzaak gebeurt door een ‘groot’ bouwkundig oppervlak. Het hart van de klimaatbeheersing is hierbij de constructievloer. Door het grote oppervlak kan het temperatuurverschil tussen het klimaatactieve oppervlak wat de vloer nu is en de ruimtelucht klein zijn. Of uitgedrukt in vakjargon een ‘lagetemperatuurverwarming’ met een watertoevoertemperatuur in het leidingregister van circa 28 à 35 ºC en een ‘hogetemperatuurkoeling’ met een watertemperatuur van circa 17 à 20 ºC. Het geringe temperatuurverschil tussen de vloer en de ruimte creëert een natuurlijke luchtbeweging met lage snelheid en een lage turbulentiegraad. Twee eigenschappen die thermisch comfort garanderen en tochtklachten voorkomen. Individuele fijnregeling kan via randzoneverwarming, verwarmingselementen of ventilatielucht geschieden. De basis van de betonkernactivering vormt het watervoerend leidingsysteem. In de beginfase werden deze leidingen vooral ingestort in massieve, in het werk gestorte vloeren (fig. 2a), waarbij de leidingen tussen de onderen bovenwapening zijn gepo-

c

2 | Voorbeelden van de plaats van het leidingsysteem bij betonkernactivering. Isolatie tussen constructievloer en/of werkvloer is facultatief en wordt in Nederland bijna niet toegepast.

cement 2007

01_Cauberg.indd 5

1

5

31-10-2007 13:57:23


Tabel 1 | Warmteoverdrachtscoëfficiënt, minimum en maximum oppervlaktetemperatuur en capaciteit. Binnenluchttemperatuur: 22 ºC bij verwarming; 26 ˚C bij koeling

α

oppervlakte-

maximale

W/m2·K

temperatuur ˚C

capaciteit W/m2

verwarming vloer wand

koeling

max. bij

min. bij

verwarming

koeling

verwarming

koeling

randzone

11

7

35

20

143

42

leefzone

11

7

29

20

77

42

borstwering

8

8

~35

18

104

64

6

11

~27

18

42

88

achterwand zijwanden plafond

3 | Warmte-afgifte van een klimaatactieve vloer: rood is verwarming, blauw is koeling

straling α = W/m2k 5

convectie α 5 = 6 resp. 2 W/m2

sitioneerd. Zodoende wordt de massa van de vloer effectief gebruikt hetgeen zich uit in het ‘uitsmeren’ van het koelproces over een langere tijd waardoor het geïnstalleerd piekvermogen lager kan zijn. De ontwikkeling van de zogenaamde capillaire leidingmatten maakte het mogelijk om het watervoerend vlak tegen de onderzijde van een vloer aan te brengen; alhoewel de massa van de vloer minder effectief gebruikt wordt, is het een oplossing om bestaande vloeren van een betonkernactivering te voorzien (fig. 2b). Zelfs kan het leidingsysteem op de constructieve vloer worden aangebracht, zoals bij (kanaal)plaatvloeren (die zelf niet zijn voorzien van een leidingsysteem) of in renovatiesituaties op een massieve vloer (fig. 2c). Bij deze positie is aandacht nodig voor de voetwarmte van de vloer in de zomersituatie; toepassing van een enigszins isolerende estrich geeft de oplossing. Het uiteindelijke doel van de combinatie van vloer en leidingen is om, behalve het gebruik van de massa van de vloer als opslag, aan de onderzijde en bovenzijde een gelijkmatige oppervlaktetemperatuur te verkrijgen zodat de warmteafgifte respectievelijk -opname zo optimaal mogelijk is. Verder beïnvloedt de vloeropbouw, -samenstelling, -afwerking en de positie en legafstand van het leidingsysteem het onderlinge verschil in oppervlaktetemperatuur aan boven- en onderzijde, hetgeen onder meer van belang is voor het comfort.

6 cement 2007

01_Cauberg.indd 6

Het warmtetransport vanaf het vloeren plafondoppervlak naar de omgeving en (uiteindelijk) de ruimtelucht (verwarming) of het warmtetransport van de omgeving naar het vloeren plafondoppervlak (koeling) vindt plaats door straling en convectie. Voor het aandeel van de convectieve warmteoverdracht is er een verschil tussen een warm of koud plafond respectievelijk vloer. Natuurlijk gezien stijgt warme lucht op vanaf een vloer en blijft hangen bij een warm plafond. Voor een koud oppervlak geldt het tegenovergestelde. Figuur 3 geeft dit schematisch weer waarbij ook de warmteoverdrachtscoëfficiënten zijn aangegeven. De maximaal te realiseren warmtestromen zijn weergegeven in tabel 1. Deze zijn, behalve van de warmteoverdrachtscoëfficiënt, afhankelijk van de toelaatbare oppervlaktetemperaturen en ruimteluchttemperatuur die weer bepaald worden door comfortcriteria. In de praktijk wordt bij natuurlijke ventilatie het koelvermogen bij betonkernactivering beperkt tot circa 34 à 45 W/m2, opdat de dauwpunttemperatuur niet wordt overschreden om vochtvorming te voorkomen. Energie en exploitatie

De nationale Dubo-lijst voor utiliteitsgebouwen beveelt een aantal maatregelen aan die het gebruik van verwarming en koeling via betonkernactivering stimuleren. Dit zijn: U 046 Beperk het ventilatorvermogen ten behoeve van mechanische ventilatie; U 613 Optimaliseer het gebruiksrendement van koelen verwarmingstoestellen; U 617 Maak gebruik van alternatieve koelsystemen; U 655 Pas onderhoudsvriendelijke installaties toe; U 657 Pas stralingskoelte toe. Alhoewel onder het U 037 ‘Pas een laag temperatuurverwarmingssysteem toe’ verwezen wordt naar het verbeteren van het exergetisch rendement van verwarmingssystemen, wordt de stap naar ‘Pas

1

31-10-2007 13:57:26


hoog temperatuurkoelsysteem toe’ ter verbetering van het exergetisch rendement van koelsystemen nog niet gezet. De betekenis van de betonkernactivering als onderdeel van het klimatiseringssysteem voor het energieverbruik speelt zich af op een aantal niveaus. In de ruimte zelf leidt betonkernactivering tot een groter aandeel van warmteoverdracht via straling ten opzichte van de convectieve warmteoverdracht die bij de traditionele klimaatbeheersing de overhand heeft. Dit betekent dat het temperatuurverschil tussen het eindapparaat, bijvoorbeeld een gekoeld plafond of verwarmde wand, en de ruimtelucht kleiner is dan traditioneel. De luchttemperatuur in de ruimte is daardoor gelijkmatiger. Door het hogere stralingsaandeel is de noodzakelijke conditionering van de lucht in een ruimte (en dus ook de ventilatielucht) minder. Dat betekent dat de luchttemperatuur in de winter circa 1,5 ºC lager kan zijn en in de zomer circa 1,5 ºC hoger mag zijn dan normaliter het geval is. Dit leidt tot minder transmissie- en ventilatieverlies respectievelijk tot een geringere warmte- c.q. koelbehoefte resulterend in lagere energiekosten. De overige exploitatielast, in termen van preventief en correctief onderhoud, is eveneens lager omdat installatiearm ontworpen is (minder componenten). Door het gebruik van een lagetemperatuurverwarming en hogetemperatuurkoeling is het mogelijk duurzame energieopwekking te benutten via het integreren van acquifiers + warmtepomp in de energieopwekking (fig. 4) Met behulp van het ‘warme’ water van de warme bron (circa 18 ºC) wordt middels de warmtepomp warm water gemaakt van 28 à 35ºC dat door het verwarmingssysteem wordt gebruikt in het laag temperatuur warmteafgiftesysteem waar de betonkernactivering deel van uitmaakt; voor een fijnregeling van de luchttemperatuur en/of een versnelde opwarming kunnen radiatoren worden toegevoegd of de ventilatielucht worden benut.

male waarde van circa 0,7 s voor de middenfrequenties met een toelaatbare afwijking tot 30% voor de lage frequenties (naar boven) en de hoge frequenties (naar beneden). Indien deze waarde voor de gebruikssituatie wordt aangehouden dan laat zich voor een standaard kantoor (3,6 x 5,4 m²) berekenen dat nog circa 8 m² o.r. geluidabsorptie moet worden toegevoegd. Met een plafondeiland dat globaal 35% van het plafondoppervlak omvat, is dit te realiseren. Het plafondeiland zal een dikte van 100 à 150 mm moeten hebben, waardoor het zo kan worden uitgevoerd dat het zowel aan onder- als bovenzijde geluidabsorberend is (foto 5). Het plafondeiland beïnvloedt maar beperkt de warmteoverdracht tussen de ruimtelucht en het vloerkoelsysteem; vooral de stralingsuitwisseling tussen plafond en de aanwezige personen. Compensatie is mogelijk door de luchttemperatuur in de zomersituatie met 0,5 ºC te verlagen. De vereiste geluidabsorptie kan direct tegen een of meerdere wanden worden aangebracht. Omdat de luchtspouw achter de geluidabsorberende platen ontbreekt, is de geluidabsorptie in de lage en middenfrequenties beperkt. Om esthetische redenen verdient het de voorkeur om het geluidabsorberend vlak te integreren in de scheidingswand, zodat een vlakke wand blijft bestaan. Veel toegepast worden montagewanden van gipskarton. Moet de geluidabsorptie binnen de totale dikte van de wand gezocht worden, dan betekent dit een configuratie van de wand zoals in figuur 6 is gegeven. De geluidisolatie die bij de oorspronkelijke wand gerealiseerd wordt door een spouwconstructie wordt (plaatselijk) vervangen door één zwaar paneel, aan beide zijden afgedekt door geluidabsorberend materiaal.

delevering via acquifiers

Uit de literatuur volgt dat door het aan weerszijde van een lichte constructie aanbrengen van een

Gedurende een belangrijk deel van de zomer kan het water van de koude bron direct benut worden om via de betonkernactivering de ruimtelucht te koelen; alleen bij een (hoge) vooral externe koellast is alleen voor de top inschakeling van mechanische koeling nodig. Dit leidt tot een aanzienlijke energiebesparing die tot circa 50% kan oplopen. Ruimteakoestiek

Een klimaatactieve vloer vraagt om een direct contact tussen de onderzijde van de vloer en de ruimtelucht. Er is geen plaats voor een verlaagd akoestiek plafond in dit klimatiseringsprincipe. Voor de nagalmtijd in een kantoorruimte geldt een maxi-

4 | Principe warmte- en kou-

+ warmtepomp met bypass

TSA

maaiveld bron K

naar riool

bron W

cement 2007

01_Cauberg.indd 7

1

7

31-10-2007 13:57:26


5 | Geluidabsorberend plafondeiland ten behoeve van betonkernactivering (kantoor TNO-NITG te Utrecht)

Voorbeelden

(dubbele) gipswand isolatiestrook geluidsabsorberend materiaal 25

vlakke afwerking

50 6 | Doorsnede geluidabsorberende montage scheidingswand voor

12,5 12,5 100

kantoren

geluidabsorberende laag de geluidisolatie met enkele dB’s verhoogd wordt. Hierdoor vervult de absorberende laag een dubbele functie. De complete wand levert een Ilu = -8dB (Rwu.= 44 dB) u. en is derhalve toe te passen als scheidingswand voor vertrekken waar hoge eisen aan de privacy gesteld worden.

8 cement 2007

01_Cauberg.indd 8

Verpleeghuis Heugem, Maastricht Al sinds 1998 wordt door het Bouwcollege aandacht besteed aan het binnenklimaat in verpleeghuizen. Dit naar aanleiding van publicaties in grote landelijke dagbladen alsmede Kamervragen. Deze waren gebaseerd op een publicatie in het Nederlandse Tijdschrift voor Geneeskunde (NTvG) [1]. Dit heeft mede geresulteerd in een aantal onderzoeken van het Bouwcollege waarvan de resultaten zijn vastgelegd in een Signaleringsrapport Thermische behaaglijkheid in verpleeghuizen [2]. Hierin wordt geconcludeerd dat om een acceptabel klimaat te kunnen handhaven, koeling in bouwfysisch goed ontworpen verpleeghuizen noodzakelijk is. Op basis van voornoemde uitgangspunten is voor de nieuwbouw van het verpleegtehuis door de stichting Vivre gekozen voor verwarming/koeling middels betonkernactivering in combinatie met gebruikmaking van aardwarmte c.q. aardkoude middels een open bronsysteem. In de betonvloer zijn registers opgenomen van hoogwaardig zuurstofdiffuusdichte kunststof buizen, deze worden geprefabriceerd aangeleverd per vloerelement. Op het werk worden deze registers op de breedplaatvloer aangebracht, waarna de vloer wordt gestort (foto 7). Vóór en tijdens het storten van het beton worden de registers onder druk gebracht en continu getest op drukverlies.

1

31-10-2007 13:57:27


De energielevering geschiedt via twee doubletten, bestaande uit 2 x 2 bronnen van 0 tot 13 m3/h (twee onttrekkingbronnen en twee infiltratiebronnen). De boringen vonden plaats volgens het spoelboorprincipe met constante debietregelingen tot een diepte van circa 90 m. De bronnen zijn uitgerust met een afgewerkte inspectieput, opgesteld in de bestrating. Het geheel van bronnen en betonkernactivering wordt hydraulisch gekoppeld middels

leidingwerk compleet met afsluiters, pompen, tegenstroomapparaten (voor koude) en warmtepompen (voor verwarming) en voorzien van de nodige stuur- en regelapparatuur. Voor de ventilatie is gekozen voor een hybride ventilatiesysteem. Dit laat zich omschrijven als een ventilatiesysteem dat zijn prestaties levert ten aanzien van de gewenste binnenluchtkwaliteit door 7 | Betonkernactivering in wording ter plaatse van de patiëntenkamers van Verpleeghuis Heugem

8 | Natuurlijke toevoer voor het hybride ventilatiesysteem

cement 2007

01_Cauberg.indd 9

1

9

31-10-2007 13:57:29


te maken, zijn er radiatoren voorzien met thermosstatische radiatorafsluiters. Deze hebben tevens de functie koudeval te voorkomen bij luchttoetreding via de gevel. Het ventilatiesysteem schakelt centraal op basis van de heersende buitenluchttemperatuur en wordt geregeld in cascade met het mechanisch ventilatiesysteem. Kantoorgebouw Kraanspoor, Amsterdam Een bijzonder gebouwontwerp op een bijzondere locatie en met een bijzonder klimaat- en energieconcept. Figuur 9 laat een impressie van het gebouw zien. Op het monumentale kraanspoor van de oude NDSM-werf, naar een ontwerp van J.D. Postma aan de noordelijke IJ-oever, wordt een volledig transparant en licht kantoorgebouw gerealiseerd. Naast deze beide bouwkundige kenmerken is de open situatie aan het water bepalend voor het klimaat- en energieconcept (fig. 10). Gezien zijn transparantie is de gevel van een effectieve functionele zonwering voorzien in de vorm van glazen zonwerende, horizontaal beweegbare lamellen. Een systeem dat het beste aansluit op de windbelaste situatie. De lamellen vormen in een gesloten situatie min of meer een tweede huidgevel waardoor er voorverwarming van de ventilatielucht ontstaat. De ventilatielucht wordt decentraal aangezogen door in de vloer geplaatste fancoilunits; in de zomer kan hiermee overdag extra koelbehoefte worden binnengebracht terwijl ook een natuurlijke nachtventilatie tot de mogelijkheden behoort. Infra+-vloeren voorzien van betonkernactivering verzorgen de basiskoeling en -verwarming van de ruimtelucht. Een warmoptimaal gebruik te maken van natuurlijke en/of mechanische ventilatie. Het systeem wordt bestuurd door een geavanceerd controlemechanisme en heeft als doel het noodzakelijke ventilatiedebiet en ventilatiepatroon te verzorgen bij het laagst mogelijke energieverbruik. Nader beschouwd komt het erop neer dat hybride ventilatie in principe een vorm van natuurlijke ventilatie is die, afhankelijk van gestelde grenswaarden ten aanzien van energieverbruik, binnenluchtkwaliteit en thermisch comfort, desgewenst mechanisch ondersteund wordt. Foto 8 laat de in de gevel ingebouwde motorgestuurde, met drukonafhankelijke kleppen uitgeruste toevoerunit zien.

9 | Artist impression van gebouw Kraanspoor (artist impression: OTH/Ciiid)

10 | Principe klimaatbeheersingssysteem

11 | Karakteristieke vloerconstructie van het Glaspaleis

10 cement 2007

01_Cauberg.indd 10

De basis van de temperatuurregeling van betonkernactivering is op natuurlijke wijze zelf regelend omdat het plafond c.q. de vloer meer of minder energie gaan afgeven/opnemen als gevolg van het temperatuurverschil tussen de omgeving en vloerc.q. plafondtemperatuur. Om een geringe individuele temperatuurbeïnvloeding per vertrek mogelijk

1

31-10-2007 13:57:33


tepomp die zijn energie haalt uit het IJ is een duurzame energieleverancier.

Het aanbrengen van verlaagde plafonds om zodoende een functionele klimatiseringsinstallatie te kunnen realiseren was geen optie. De oplossing werd gevonden in het realiseren van een bijzondere betonkernactivering zoals uit het in figuur 12 gegeven principe volgt.

38

12 | Betonkernactivering

36

temperatuur (°C)

Glaspaleis Heerlen Monumentale gebouwen een duurzame herbestemming geven is een moeilijke opgave. Een van de knelpunten vormt vaak de realisatie van een comfortabel binnenklimaat, afgestemd op de nieuwe bestemming. Dit was dan ook een belangrijk aandachtspunt bij de herbestemming van het Glaspaleis in Heerlen. In 1935 gebouwd als een warenhuis met een volledige transparante glasgevel, om vervolgens in de jaren ’70 te worden omgebouwd tot een kantoorgebouw; hierbij werd de beglazing vervangen door een donkere zonwerende beglazing om de koellast te reduceren. In 1999 ontvingen de architecten Arets en Coenen de opdracht om het gebouw te restaureren waarbij het gebouw een multifunctionele bestemming zou moeten vervullen (bibliotheek, filmhuis, muziekschool, horeca; zie ook Cement 2005/5). Naast de gevel was de constructieve opzet een van de belangrijkste karakteristieke kenmerken (foto 11).

‘op’ de vloer aange-

34

bracht

32 30 28

13 | Gemeten binnenlucht-

26

temperatuur in warme

24

zomerperiode

22 20 buitentemperatuur ruimtetemperatuur 2e ruimtetemperatuur 3e

ruimtetemperatuur 4e aanvoertemperatuur B luchttoevoer

De leidingregisters zijn op de bestaande vloer aangebracht en ingegoten in een gewapende betonlaag. Hierdoor ontstond een goed thermisch contact tussen de oorspronkelijke vloer en de leidingregisters. Om lucht, data en energie te kunnen verspreiden over de vloervelden van circa 1000 m2 is gekozen voor verhoogde vloeren. Hierin is ook een luchttoevoersysteem (bronventilatie) ingebouwd die aanvullend op de koeling door de betonkernactivering, koelvermogen levert. De warmte wordt geleverd door de stadsverwarmingsinstallatie, de koeling wordt traditioneel opgewekt omdat duurzame alternatieven op deze locatie (vooralsnog) niet voorradig zijn. Figuur 13 laat het klimaatresultaat in een warme periode zien.

een duurzaam energielevering door het toepassen van hogetemperatuurkoeling waardoor de inzet van mechanisch opgewekte koeling beperkt kan blijven alsmede een warmtelevering via een warmtepomp. Het systeem is zelfregelend en daardoor snel, maar traag als plotselinge temperatuurveranderingen zich voordoen dan wel gewenst zijn. Fijnregeling via randzoneverwarming, verwarmingselementen en/of ventilatielucht compenseert deze traagheid en maakt ook individuele regeling mogelijk. Bijzondere aandacht vraagt de ruimteakoestiek omdat het traditionele akoestisch plafond moet vervallen om een direct contact met de vloer mogelijk te maken. Ook voor zorgcentra en scholen komt betonkernactivering steeds vaker in beeld. n

Bij hoge buitenluchttemperaturen van 34 tot zelfs 37 °C blijft voor twee van de drie gemeten ruimten de binnenluchttemperatuur onder de 28 à 29 °C, voor de ruimte op de tweede verdieping wordt een afzuigtemperatuur tot 32 °C gemeten.

Literatuur

Ten slotte

Betonkernactivering als onderdeel van het klimaatbeheersingssysteem wordt in toenemende mate toegepast in kantoorgebouwen en in gezondheidzorg. Het combineert een comfortabel klimaat met

1 Borst, V., J.M.G.A. Schols en J.P. Mackenbach “Toegenomen sterfte van verpleeghuispatiënten bij extreme buitenluchttemperaturen: toename groter bij hitte dan bij koude”, Nederlandse Tijdschrift voor Geneeskunde (NTvG), 8 november 1997 2 Signaleringsrapport Thermische behaaglijkheid in verpleeghuizen, Bouwcollege, rapportnummer 536, 8 juli 2002

cement 2007

01_Cauberg.indd 11

1

11

31-10-2007 13:57:39


BKA verschillend gewaardeerd in EPC woningen utiliteitsbouw

ENERGIEPRESTATIE

BETON BEREKEND ing. A.F. Kruithof, Adviesburo Nieman B.V.

Een van de voordelen van betonkernactivering (BKA) is de energiezuinigheid ervan. Hierdoor kan dit systeem een gunstige bijdrage leveren aan de verlaging van de energieprestatiecoëfficiënt (EPC). In dit artikel wordt nader ingegaan op dit aspect. Daarbij onder meer aandacht voor de manier waarop BKA in de EPC-berekening wordt verwerkt.

Betonkernactivering (BKA) heeft als verwarmingssysteem een aantal voordelen ten opzichte van conventionele verwarming met radiatoren. Het biedt een grotere vrije indeelbaarheid van de ruimten en is comfortabel. Het kan ook worden ingezet om het gebouw te koelen. Een belangrijk voordeel is bovendien dat het energiezuinig is. Het lage energieverbruik van BKA is onder meer het gevolg van het inzetten van de gebouwmassa (betonnen vloeren of wanden) (foto 1, 2). Met water gevulde leidingen die in de gebouwmassa zijn aangebracht brengen deze op temperatuur. De massa fungeert als buffer en geeft de warmte middels straling af aan de ruimte (indien de ruimtetemperatuur lager is) of neemt warmte uit de ruimte op (als de ruimtetemperatuur hoger is). Om de ruimten te verwarmen volstaat het opwarmen van de massa tot relatief lage temperaturen (circa 25 ºC). Dit biedt de mogelijkheid om energiezuinige warmteopwekking in te zetten. Een logische keuze daarbij is de toepassing van een warmtepompsysteem. In combinatie hebben deze factoren een gunstige uitwerking op de energieprestatiecoëfficiënt (EPC). Relatie met EPC

1, 2 | Leidingen betonkernactivering (Bron: Uponor)

12 cement 2007

02_Nieman.indd 12

De invloed van BKA komt op een aantal plaatsen terug in de berekening van de EPC. Daarbij zijn de volgende drie punten van belang: • thermische capaciteit van het gebouw; • verwarmingsinstallatie; • koeling. Voor utilitaire gebouwen geldt een andere bepalingsmethode dan voor woonfuncties. Voor utiliteitsbouw wordt gerekend volgens NEN 2916 [1], voor woonfuncties volgens NEN 5128 [2]. Bovengenoemde drie punten komen in beide berekeningsmethoden terug, zij het op verschillende wijze. Ook wat

1

31-10-2007 13:58:12


betreft andere aspecten verschillen de berekeningsmethoden ten opzichte van elkaar.

Tabel 1 | Specifieke effectieve thermische capaciteit D per m 2 gebruiksoppervlakte van de energiesector

1)

massa van de vloerconstructie

Thermische capaciteit van het gebouw Het is van belang dat de vloeren en wanden voldoende capaciteit bezitten om er warmte in op te slaan en weer af te geven zodra zich een warmtevraag voordoet. Dit betekent voor de huidige bouwtechniek een gebouw met een betonnen casco. De warmteafgifte mag niet worden belemmerd. De consequentie daarvan is dat een dicht verlaagd plafond onder de vloeren en een verend opgelegde (‘zwevende’) dekvloer (met isolatiepakket) niet kan worden toegepast. Hetzelfde geldt voor voorzetwanden, indien wanden worden ingezet voor verwarming/koeling. In zowel NEN 2916 (Energie Prestatie Utiliteit; EPU) als in NEN 5128 (Energie Prestatie Woongebouwen; EPW) is de massa, en daaraan gekoppeld de thermische capaciteit, een invoerparameter. In NEN 5128 (EPW) is de thermische capaciteit gekoppeld aan het bouwtype. Daarbij zijn drie keuzes mogelijk (fig. 3): traditioneel, gemengd zwaar, gemengd licht of volledig houtskeletbouw In NEN 2916 (EPU) wordt de effectieve thermische capaciteit bepaald door de Specifieke effectieve thermische capaciteit D te vermenigvuldigen met het gebruiksoppervlak van het gebouw (fig. 4). De specifieke effectieve thermische capaciteit wordt bepaald door de massa van de vloerconstructie en van het type plafond dat wordt toegepast. Zie hiervoor tabel 16a van NEN 2916 (EPU) (tabel 1). Verwarmingsinstallatie

Opwekkingsrendement Om te voorkomen dat de oppervlaktetemperatuur van de vloeren en/of wanden te hoog wordt, moet BKA met een lagetemperatuursysteem (LTS) worden verwarmd. Dit biedt mogelijkheden voor het toepassen van energiezuinige warmteopwekking met een hoog opwekkingsrendement, bijvoorbeeld op basis van een warmtepomp die warmte onttrekt aan de bodem (foto 5). Dit systeem is geschikt voor zowel verwarming als koeling van het gebouw. Het opwekkingsrendement van de verwarmingsinstallatie is ook een invoerparameter in de EPC-berekening. Hierbij geldt dat een hoog opwekkingsrendement gunstig is voor het resultaat van de EPC. Het opwekkingsrendement wordt gekoppeld aan het type warmteopwekker dat wordt toegepast.

D

per m2 gebruiksoppervlakte van de energiesector (kJ/m2K)

kg/m2 gesloten plafond

geen of open plafond

minder dan 100

55

55

100 tot 400

110

180

meer dan 400

180

360

1

) Tabel 16a van NEN 2916 (EPU) 3 | Thermische capaciteit

Gegevens thermische capaciteit

volgens NEN 5128 Invoer thermische capaciteit per woonfunctie/woongebouw Bouwtype:

traditioneel, gemengd zwaar traditioneel, gemengd zwaar gemengd licht volledig houtskeletbouw

4 | Thermische capaciteit

Invoer thermische capaciteit per gebouw Massa vloerconstructie per m2 GO (kg/m2):

> = 400 kg/m2

Type plafond

geen of open

volgens NEN 2916

• Voor NEN 5128 (EPW) wordt het systeemrendement bepaald door het type verwarmingslichaam. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen de volgende drie typen, waarbij de eerstgenoemde het hoogste systeemrendement heeft en de laatstgenoemde het laagste rendement: 1. vloeren/of wandverwarming; 2. combinatie vloeren/of wandverwarming met radiatoren; 3. overig (bijvoorbeeld radiatoren). 5 | Warmtepomp (Bron: Viessmann Nederland)

Systeemrendement Naast het opwekkingsrendement is het systeemrendement van het verwarmingssysteem van belang voor de bepaling van het energieverbruik van het systeem. Het systeemrendement wordt in NEN 5128 en NEN 2916 op verschillende manieren bepaald (fig. 6):

cement 2007

02_Nieman.indd 13

1

13

31-10-2007 13:58:18


Algemeen Hulpenergie

opwekkingsrendement

Omschrijving verwarmingssysteem:

en systeemrendement

Verwarmingstoestel

Verwarming 1

individuele electrische warmtepomp, voldoet aan tabel B2

Type:

bodem

Temperatuurniveau:

T < = 35°C

Type verwarmingslichaam:

vloeren/of wandverwarming

Gebouwgebonden warmtelevering op afstand Afleverset voor warmtapwaterbereiding Individuele bemetering Alle leidingen binnen Installatie voorzien van buffervat Regeneratie: collectief bronsysteem, doublettyppe Opwekkingsrendement verwarmingsinstallatie Systeemrendement verwarmingsinstallatie Zones aangewezen op verwarmingssysteem:

Nopw;verw [-] 1,700 Nsys;verw [-]

1,000

...

Verwarmde zone 1

Vanwege een eventuele koppeling tussen verwarmingstoestel en warm tapwatertoestel kunnen wijzigingen op dit formulier effect hebben op het warm tapwatertoestel.

7 | Kier- en naaddichting ter plaatse van kozijn (SBR Referentiedetail no. 203.0.5.01)

Bij toepassing van BKA is er sprake van vloeren/ of wandverwarming. Dit betekent dat het hoogste systeemrendement kan worden aangehouden; dit is gunstig voor het resultaat van de EPC. • In NEN 2916 (EPU) wordt het systeemrendement niet alleen bepaald door het type verwarmingslichaam, maar is het bovendien afhankelijk gesteld van: - de wijze waarop warmtetransport plaatsvindt; via water, lucht, een combinatie van beide of via een lokaal systeem; - de mogelijke aanwezigheid van een individuele regeling voor verwarming; - het rendement van het systeem buiten het gebouw.

om zogeheten ‘vrije koeling’ in te zetten. Met vrije koeling wordt een pompsysteem bedoeld, dat de warmte afvoert naar de bodem en koude toevoert naar de woonfunctie. Dit systeem is erg energiezuinig en wordt ook als zodanig gewaardeerd in de EPC-berekening. In tegenstelling tot de berekening voor woningbouw wordt in de EPU-berekening pas rekening gehouden met een energiebehoefte voor koeling indien ook daadwerkelijk koeling wordt toegepast. Dit neemt niet weg dat met BKA energiezuinig koelen mogelijk is. Dit vertaalt zich in de EPU-berekening in het opwekkingsrendement van het koeltoestel. Checklist invoer EPC Bij de invoer van BKA in de EPC-berekening is een aantal invoerparameters van belang. Deze parameters worden samengevat in tabel 2.

Koeling Zoals eerder is aangegeven kan met BKA vanuit de betonkern niet alleen worden verwarmd, maar ook goed worden gekoeld. Koelen gebeurt door het beton af te koelen tot een paar graden onder de omgevingstemperatuur. Als gevolg hiervan onttrekt (absorbeert) het beton warmte uit de ruimte. Koeling wordt in NEN 2916 (EPU) en NEN 5128 (EPW) verschillend meegenomen. In de berekening voor woningbouw wordt rekening gehouden met een energiebehoefte voor koeling, ook al wordt er geen koeling toegepast. BKA maakt het mogelijk

240

100

40

90

100

90

isolatie 100 mm

kitvoeg klemstrip waterdichte laag

5-10

6 | Invoerblad NEN 5128:

kierdichting naaddichting

isolerende beglazing

75

114

141

Tabel 2 | Invoerparameters voor invoer van BKA in de EPC-berekening

onderwerp

invoer EPW (woningen)

invoer EPU (utiliteit)

thermische capaciteit

bouwtype: traditioneel,

massa vloerconstructie per m2 GO [kg/m2]:

gemengd zwaar

≥ 400 kg/m2 Type plafond: geen of open

opwekkingsrendement

verwarmingstype: systeem dat

verwarmingstype: systeem dat geschikt is voor

geschikt is voor BKA, bijvoorbeeld

BKA, bijvoorbeeld warmtepomp

warmtepomp systeemrendement

verwarmingslichaam: vloer-

transportmedium warmte en koeling: water 1)

en/of wandverwarming koeling 1

14 cement 2007

02_Nieman.indd 14

vrije koeling: ja

koeling: warmtepomp in zomerbedrijf

) Eventueel water+lucht indien wordt gekozen voor naverwarming via lucht. Hierop wordt in dit artikel niet nader ingegaan.

1

31-10-2007 13:58:20


Aandachtspunten

Transmissieverlies Betonkernactivering biedt een relatief beperkte warmteafgifte- en koelcapaciteit. In de praktijk blijkt echter dat betonkernactivering vrijwel altijd genoeg vermogen bezit, zowel voor kantoorgebouwen als voor woningen en woongebouwen. De beperkte warmteafgiftecapaciteit is wel een aandachtspunt bij het bepalen van de thermische schil van het gebouw en de luchtdichting daarvan (fig. 7) [3]. De thermische schil dient van hoge kwaliteit te zijn, waarbij het transmissieverlies wordt beperkt. Denk hierbij aan luchtdichte afdichting rondom de kozijnen, knevelend hangen sluitwerk en aandacht voor naaddichting bij dakaansluitingen. Om een comfortabel binnenklimaat te garanderen is het belangrijk dat veranderingen in de temperatuur (temperatuurgradiënten) beperkt blijven. Dit houdt onder meer in dat ‘koudeval’ waar mogelijk wordt voorkomen en dat opwarming door zoninstraling gelijkmatig door het gebouw plaatsvindt. Het risico op koudeval is vooral aanwezig ter plaatse van ramen. Door de ramen goed isolerend (HR++-glas) en met een goede luchtdichting uit te voeren, is er minder kans op ‘koudeval’. De mate van zoninstraling wordt beïnvloed door het raamoppervlak en door de belemmeringen ter plaatse van de ramen (overstekken, zonwering).

Te r m i n o l o g i e u i t NEN 5128 In NEN 5128 wordt de volgende uitleg gegeven over de genoemde bouwtypen: Traditionele bouw: massief binnenspouwblad, massieve woningscheidende wand, massieve vloer. Gemengde zware bouw: licht binnenspouwblad, massieve woningscheidende wand, massieve vloer. Hieronder vallen ook zolders met een licht dakbeschot en massieve woningscheidende wand en massieve vloer. Gemengde lichte bouw: licht binnenspouwblad, geen of lichte woningscheidende wand, massieve vloer. Hieronder vallen ook zolders met een licht dakbeschot zonder massieve woningscheidende wand, maar met een massieve vloer. Volledig houtskeletbouw: licht binnenspouwblad, geen of lichte woningscheidende wand, lichte vloer. Met massief wordt bedoeld: een massa van meer dan 100 kg/m2. Hieronder vallen steenachtige materialen zonder afscherming door binnenisolatie. Met licht wordt bedoeld: een massa van 100 kg/m2 of minder dan 100 kg/m2. Hieronder vallen houtskeletbouw en staalskeletbouw en steenachtige materialen met een niet-massieve afscherming aan de binnenzijde, zoals binnenisolatie.

8 | Straling ter plaatse van geluidabsorberende plafondeilanden

Plafond Een gesloten verlaagd plafond belemmert een goede werking van BKA. Dit type plafond moet dus achterwege blijven. Dit betekent dat extra aandacht nodig is wat betreft het beperken van de nagalmtijd in de ruimten en de plaatsing van verlichtingsarmaturen. Er zijn verschillende mogelijkheden om de nagalmtijd te beïnvloeden (verkorten) in ruimten waar BKA is toegepast, bijvoorbeeld middels het aanbrengen van plafondeilanden of geluidabsorberende wanden en scheidingsschotten. Aandachtspunt bij plafondeilanden blijft dat deze zodanig worden aangebracht dat ze de werking van BKA niet belemmeren (fig. 8). Ook een open uitvoering van een verlaagd plafond blijft een optie. Voordeel van het achterwege laten van een verlaagd plafond is dat dit een lagere verdiepingshoogte mogelijk maakt. Ten slotte

Betonkernactivering draagt bij aan een stabiel en comfortabel binnenklimaat. Het biedt mogelijkheden voor energiezuinige klimatisering, wat ook in de energieprestatieberekening wordt gewaardeerd. Het succes van deze toepassing staat of valt met een juiste uitvoering en aandacht voor de bouwkundige energetische schil. n Literatuur

1. NEN 2916 – Energieprestatie van utiliteitsgebouwen – Bepalingsmethode, 2004. 2. NEN 5128 – Energieprestatie van woonfuncties en woongebouwen – Bepalingsmethode, 2004. 3. Referentiedetail no. 203.0.5.01, SBR Referentiedetails, april 2006.

cement 2007

02_Nieman.indd 15

1

15

31-10-2007 13:58:20


EVOLUTIE VAN

ZEVEN JAAR

BETONKERNACTIVERING Thomas Rau, architect-directeur van het Amsterdamse architectenbureau RAU, voorheen Rau & Partners: “Wij zijn altijd bezig met het ontwikkelen van innovatieve energiesystemen die een bijdrage leveren aan een mensen milieuvriendelijk milieu. Voor scholen en de zorgsector bestaan in Nederland geen behaaglijkheidsnormen en dus ook geen budgetten voor een comfortabele klimatisering. Omdat wij vinden dat mensen recht hebben op een gezond en comfortabel werkklimaat, zijn wij op zoek gegaan naar alternatieven. In Zwitserland vonden we het betonkernactiveringssysteem.” (foto: Marjolijn van Gelder)

Ine ter Borch, archispecials.com

Zeven jaar geleden paste architectenbureau RAU voor het eerst betonkernactivering toe, in de Berkelschool in Zutphen. Inmiddels heeft het bureau het systeem in meer dan dertig projecten toegepast. In deze periode is het systeem ontwikkeld van ‘low tech & low budget’-basisklimaatsysteem – via diverse innovatieve toevoegingen – tot een betaalbaar, comfortabel klimaatconcept voor grootschalige toepassing in de meeste betonvloeren. Dit voor zowel woning- als utiliteitsbouw, en zelfs voor toepassing in de bestaande bouw.

“Als architect draag je de maatschappelijke verantwoordelijkheid om een substantiële bijdrage te leveren aan het realiseren van mensvriendelijke gebouwen en een beter milieu”, aldus Thomas Rau van het Amsterdamse architectenbureau RAU. Vanuit deze diepgewortelde overtuiging zet Rau zich al jaren in voor de ontwikkeling van innovatieve, duurzame architectuur, waarin mensen zich prettig voelen. Terwijl menig architect zich vertwijfeld afvraagt of architectuur überhaupt inzetbaar is voor maatschappijverbetering, bewijst Rau met een serie innovatieve, energiebewuste projecten dat de gebouwen van zijn architectenbureau in ieder geval een bijdrage leveren aan een beter (leef)milieu.

16 cement 2007

03_Rau.indd 16

Bij de huidige, steeds beter geïsoleerde gebouwen wordt koeling belangrijker dan verwarming voor het creëren van een prettig verblijfsklimaat. Dure, energieverslindende en CO2-producerende koelinstallaties zijn niet alleen een aanslag op het milieu, maar dragen ook niet bij aan een gezond leefklimaat in het gebouw. Alleen al vanuit dit besef is de ontwikkeling van milieubewuste alternatieven noodzakelijk. Gebouw als energieproducent

Rau gaat een stap verder en stelt dat het energiegebruik in een gebouw niet hoger mag zijn dan de energie die ter plekke wordt voortgebracht. Gebruik moet worden gemaakt van de energie die gebouwen zelf kunnen produceren. Ook moet de energie van personen die in de gebouwen aanwezig zijn optimaal worden benut. Dit is ook de achterliggende gedachte bij het principe van betonkernactivering; de inzet van de betonmassa als warmte- of koudebuffer. De warmte – of zoals Rau het poëtisch verwoordt de ‘levensenergie’– van in het gebouw aanwezige personen wordt via het betonoppervlak geleid naar de watergevulde leidingen in de betonkern. Het water transporteert de warmte naar koude ruimten in het gebouw. Heel simplistisch gezegd: men-

1

31-10-2007 13:58:50


sen verwarmen het gebouw en andersom biedt het gebouw verkoeling [1]. Het idee om betonkernactivering toe te passen bij de Berkelschool in Zutphen ontstond vanuit de oprechte verontwaardiging over het feit dat er in ons land geen behaaglijkheidsnormen bestaan voor de klimaatbehandeling van onderwijsgebouwen, terwijl er voor kantoorgebouwen wel strenge temperatuuroverschrijdingsnormen gelden. Deze normen gelden overigens evenmin voor gebouwen in de zorg. Dit heeft mede tot gevolg dat er voor de koeling van gebouwen in de onderwijs- en de zorgsector geen budget is. RAU zocht naar een energieefficiënte methode om koeling en verwarming te creëren zonder het beschikbare bouwen exploitatiebudget te belasten. Betonkernactivering bleek die prestatie te kunnen leveren.

ties. Waren het in de Berkelschool breedplaatvloeren, waarin de kunststof waterleidingen in het midden van de doorsnede werden opgenomen, in het Emelwerdacollege te Emmeloord zijn het massabesparende BubbleDeckvloeren die voor het eerst van betonkernactivering werden voorzien. In het 1 | Het Stadskantoor van Middelburg is voorzien van Wingvloeren (foto’s 1, 5 en 6: Christian Richters)

Voor elk type betonvloer

Inmiddels heeft RAU betonkernactivering toegepast in veel verschillende typen betonvloerconstruc2 | In het Community College Leiden wordt een combinatie met kanaalplaatvloeren gerealiseerd (artist impression: OTH/Ciiid)

cement 2007

03_Rau.indd 17

1

17

31-10-2007 13:58:54


3 | Prefab randbalk langs de gevel dient behalve als

AS

draagconstructie ook

aluminium kozijnen

gedeeltelijk als luchtka-

aluminium plaat

stortzijde

naal

aluminium plaat 524+vloer oz kozijn aluminium waterslag 2mm dik 10

vloeropbouw tpv installatiestrook: - vloerbedekking - 40 mm multiplex - badding hoh 1800 mm

vloeropbouw: - vloerbedekking - druklaag 90 mm voorzien van betonkernactivering

rvs vloerstrip 642

460

vloerpeil 90

gevelopbouw: - geperforeerde volkernplaat op houten stijlen regelwerk - waterkerende laag - prefab gevelement - dampremmende laag - aluminium U profielen tbv ophanging gevelplaten

afronding r=3mm

afronding r=3mm

stelkozijn

kabelgoot 20

120

betonnen buitenwandelement

sparing d=200 mm t.b.v. luchtkanaal

642

10

luchtkanaal 650x300 mm

860

844

400

akoestische afdichting

360

buitenjaloezie koker 60x60x5 geluiddichte afsluiting

20

kabelgoot

uitneembaar paneel

aluminium kozijnen

koker tbv afsteuning gevel aluminium afdekplaat aluminium afdekplaat

250

300

250

1000

stadskantoor van Middelburg (foto 1) zijn Wingvloeren toegepast en in het nog te bouwen Community College te Leiden (CCL) (fig. 2) is het systeem door RAU voor het eerst gecombineerd met kanaalplaatvloeren. De keuze voor het type betonvloer is per project verschillend en afhankelijk van factoren zoals de gewenste overspanning. Thomas Rau: ‘Elk type

betonvloer vraagt om een nieuwe benadering en wordt samen met de specifieke wensen van de opdrachtgever en de gebruikers ontwikkeld.’ Zo is het ventilatiesysteem voor het CCL op een ingenieuze manier geïntegreerd in de betonconstructie. Vanwege de grote hoeveelheid fijn stof in de lucht, veroorzaakt door het nabijgelegen treinspoor, kan de aanvoerlucht niet via de gevel binnenkomen. De

vloeropbouw: - vloerbedekking - druklaag 90 mm voorzien van betonkernactivering kanaalplaatvloer met tussenliggende breedplaat

4 | Doorsnede-detail van de vloer in het CCL: de kanaalplaten zijn uit

dwarsdoorsnede met binnenwand

dwarsdoorsnede zonder binnenwand

90

vloerpeil

elkaar gelegd waardoor

220

ruimte ontstaat voor voorzieningen

270

400

naden aftapen

250

10

drukschot in bandraster

aluminium vulplaatje 1800

aanzicht balk mdf passtrook

mdf geschilderd, geperforeerd armatuur lijnrooster

raveling voor bevestiging armatuur en luchtkanaal lijnrooster voor luchtinblaas onderaanzicht plafondstroken

luchttechnisch open plafond, plaatselijk geperforeerde MDFplaat voorzien van akoestisch absorberend materiaal

18 cement 2007

03_Rau.indd 18

1

31-10-2007 13:58:58


5 | Het kantoorgebouw van het WNF te Zeist is sinds kort in gebruik

nog te vervangen

aanvoerlucht komt via verticale kanalen van het dak. De bijzondere vorm van de prefab randbalk langs de gevel is ontwikkeld om de balk behalve als draagconstructie ook gedeeltelijk als luchtkanaal te kunnen laten dienen (fig. 3). Het doorsnede-detail van de vloer in het CCL laat zien dat de kanaalplaten uit elkaar zijn gelegd, waardoor een tussengebied ontstaat van 0,60 m breed (fig. 4). Dit tussengebied dient als voorzieningenstrook waarin leidingen voor ventilatie, akoestische voorzieningen en verlichting zijn opgenomen. Aan de vloerzijde is deze voorzieningenstrook afgedekt met een betonplaat. Over de betonelementen en de betonplaat is een druklaag gestort van beton, waarin de kunststofleidingen voor het klimaatsysteem zijn opgenomen. Zo zijn de installatievoorzieningen geïntegreerd in de betonvloer, terwijl tegelijkertijd 25% extra bouwgewicht is bespaard. Aan plafondzijde is het tussengebied afgewerkt met een strook geperforeerd MDF, terwijl het betonelement in het zicht blijft. Hiermee zijn ook de hinderlijk zichtbare verspringingen per element opgelost. Zelfs voor bestaande betonconstructies is een oplossing ontwikkeld. Dit is toegepast in het onlangs gerealiseerde kantoorgebouw voor het Wereld Natuurfonds in Zeist (foto 5 en 6); volgens RAU het eerste CO2-emissievrije gebouw ter wereld. Door onder de bestaande betonvloer ‘klimaatmat-

6 | Interieur van het WNF

cement 2007

03_Rau.indd 19

1

19

31-10-2007 13:58:58


N

X

aanzichtlijn best betonkolom

100

188

rooster ingelegd in plaatstaal gezette staalplaat kit op rugvulling

geschilderd mpx. beplakt met isolatie

rooster h.w.a. Ø80 mm.

45

5

- tapijt - cementdekvloer

muisdicht weefsel

400

kunststof koudebrug onderbreking dampremmende folie

40

MDF plaat

houten vliesgevelconstructie

aluminium rolluik gezet RVS

rooster

capillair plafond met leemstuc

kunststof koudebrug onderbreking

625 875

7 | Capillair plafond onder de WNF-vloer

8 | Onder de bestaande betonvloer worden klimaatmatten aangebracht

188

ten’ (zogeheten capillairnetten) in een leemlaag van 50 à 60 mm dik aan te brengen, werken leem en beton samen als accumulerende massa, voldoende om warmte en koude op te slaan (fig. 7, foto 8). Warmte komt vanuit de vloer en koude van boven uit het plafond. Praktijkervaring

In de Berkelschool heeft RAU voor het eerst betonkernactivering toegepast, in een zeer eenvoudige vorm. Kunststof leidingen zijn op het werk aan de wapeningnetten van de breedplaatvloeren vastgeknoopt en ingestort. Een warmtepomp zorgt voor

20 cement 2007

03_Rau.indd 20

de energietoevoer en voor koeling is er hulp van een grondwaterpomp. Ventilatielucht komt van buitenaf de ruimte binnen via handmatig bediende roosters in de gevel. De gebruikte lucht wordt mechanisch afgezogen. Ondanks de sobere uitvoering van het systeem is het rendement hoog. In de eerste zomer bleek dat constant koelen veel te veel is; bij buitentemperaturen van 25 °C bleef de temperatuur in de school onder de 20 °C. Nu wordt ‘ritmisch’ gekoeld en wordt de pomp slechts enkele uren per etmaal in werking gezet. In de winter is het overal in de school aangenaam warm. Ook in deze situatie is het niet nodig continu energie aan te voeren. Het blijkt dat met veel minder betonmassa al een goed resultaat haalbaar is. Ontwikkelingen

Was Rau in 1999 nog een roepende in de woestijn, inmiddels wordt hij in bredere kring gehoord, zoals onder meer valt af te lezen aan de vele recente symposia waarin het thema betonkernactivering centraal staat. Nu ook opdrachtgevers het economisch voordeel ervan inzien, draagt ook de Nederlandse betonindustrie volop bij aan de nieuwe ontwikkelingen. Betonproducenten en leveranciers van vloerverwarmingssystemen hebben, mede op verzoek van innovatieve architecten als RAU de handen ineengeslagen. Inmiddels zijn van relatief nieuwe producten als de Wingvloer en de BubbleDeckvloer prefab versies ontwikkeld, waarbij het leidingsysteem al in de fabriek is ingestort. Beide systemen zijn ontwikkeld om grote overspanningen met een minimum aan betonmassa te kunnen realiseren. Ondanks de massareductie blijkt het beton nog voldoende accumulerend vermogen te hebben om de vereiste behaaglijkheidstemperaturen te kunnen realiseren. In het Emelwerdacollege te Emmeloord werden de leidingen in de BubbleDeckvloer nog met de hand aangebracht, vlak onder het vloeroppervlak, waardoor een extra afwerklaag van 0,10 m beton nodig was (zie artikel op pag. 45). In de inmiddels ontwikkelde prefab versie zijn de leidingen juist onderin de doorsnede ingestort, waardoor deze dicht boven het plafondoppervlak liggen. Van basissysteem naar optimaal individueel comfort

Betonkernactivering heeft veel voordelen. Het is bijvoorbeeld energiezuinig, geschikt om te koelen, low tech, kan volledig worden geïntegreerd, geeft minder stof, combineert goed met natuurlijke ventilatie en biedt meer ruimtevolume. Maar er zijn ook nadelen aan verbonden, bijvoorbeeld op het gebied van individuele temperatuurregeling, akoestiek, ventilatie en de traagheid van het systeem. Behalve met het integreren van betonkernactive-

1

31-10-2007 13:59:01


ring in verschillende vloersystemen, heeft RAU zich de afgelopen jaren ook beziggehouden met de oplossing van deze problemen. In de meest eenvoudige vorm is betonkernactivering een basisklimaatsysteem dat ervoor zorgt dat de temperaturen in de zomer niet te veel oplopen en dat het in de winter niet onbehaaglijk koud wordt. Voor toepassing in kantoorgebouwen ontwikkelde RAU als aanvulling op het basissysteem de ‘klimaatwave’; een plafondelement dat natuurlijke ventilatielucht conditioneert en warmte of koude op de werkplek brengt. In het element zijn bovendien verlichting en akoestische voorzieningen geïntegreerd. Vooral voor toepassing in de zorgsector blijkt dat het systeem aanpassingen behoeft om tegemoet te kunnen komen aan de individuele comfortvraag. Voor verpleeg- en reactiveringscentrum Het Zonnehuis in Zwolle (fig. 9 en 10) ontwikkelde RAU een energieconcept met betonkernactivering als basisklimaatsysteem, aangevuld met voorzieningen voor individueel comfort. Daarmee is dit het eerste gebouw in de zorgsector in ons land met dit systeem. Kunststof leidingen voor de betonkernactivering zijn hier prefab ingestort onder in de breedplaatvloeren. In de cementdekvloer is over een strook van 1 m langs de gevel vloerverwarming aangebracht om de ruimtetemperatuur individueel te kunnen aanpassen. Naar aanleiding van deze ervaring verleende het College Bouw Ziekenhuisvoorzieningen (CBZ) aan dit project de status ‘Good Practice’.

De snelle ontwikkelingen op het gebied van lagetemperatuursystemen, zoals die met warmtepompen, maken zelfs de toepassing in de grootschalige woningbouw bereikbaar. Het eerste grote woningbouwproject van Rau in Nederland, waarin betonkernactive ring wordt toegepast, gaat binnenkort van start. Rau: “Ook woningbouwverenigingen zien in dat energieefficiënte woningen zonder milieuvriendelijke koeling in de toekomst onverkoopbaar zijn.” Klimaatsystemen die met een minimum aan investering een maximum aan comfort leveren en bovendien de exploitatielasten aanzienlijk drukken, zijn behalve in de zorgen onderwijssector ook in de woningbouw een welkome ontwikkeling. n

9 | Het Zonnehuis in Zwolle is het eerste gebouw in de zorgsector waarvoor een compleet energieconcept ontwikkeld is (artist impression: PIXELPOOL)

10 | Onder in de breedplaatvloeren van het

Literatuur

Zonnehuis zijn kunst-

1. ‘Slimme jongens die Romeinen 1+1=3’, Ine ter Borch, Cement 2002 nr. 7.

stof leidingen voor de betonkernactivering prefab ingestort

Voortschrijdend inzicht

200

121

28 21 40

spuitwerk/glasweefselbehang gesausd betonnen prefabelement vurehouten stijlen isolatie damp open waterkerende folie natuursteen leien

150

45

16

meranti plint

25

70

50

cementdekvloer voorzien van vloerverwarming isolatie polystyreen 20mm

150

340

20

afplakken butylband

verankering gevelelementen afplakken butylband

150

breedplaatvloer

spuitwerk

75

40

1520

220

230

Ecophon Wall panel C

70

Voortschrijdend inzicht heeft ertoe geleid dat de positie van de betonkernactiveringsleidingen in de doorsnede is verschoven ten opzichte van de kern. Afhankelijk van de gewenste systeemeigenschappen kunnen de watergevulde leidingen boven of onder in de vloerdoorsnede worden aangebracht. Het systeem is hierdoor aanzienlijk minder traag. De uitstekende energieprestaties van gebouwen waarin betonkernactivering is toegepast, heeft ook voordelen op architectonisch gebied. Rau: “We kunnen ons nu veroorloven gebouwen te maken met 50% glasoppervlak, zelfs deels 100% glasgevels zijn mogelijk zonder de energieprestatienorm te overschrijden.” Rau past nu in al zijn projecten betonkernactivering toe, al dan niet aangevuld met individuele comfortvoorzieningen. Ook bij projecten waar hoge eisen zijn gesteld aan de ventilatie wordt geventileerd met buitenlucht, waarbij de gebruikte lucht mechanisch wordt afgezogen. Voor conditionering van de buitenlucht zijn verschillende oplossingen ontwikkeld. Zo wordt de buitenlucht bij het WNF-kantoorgebouw achter de gevel via kleine convectoren op temperatuur gebracht, voordat het onderin de ruimte binnenkomt.

DPC folie kit met rugvulling rvs sokkelprofiel gesloten cellenband

aluminium kast zonwering

kozijnhout Red Meranti

410

AS

cement 2007

03_Rau.indd 21

1

21

31-10-2007 13:59:02

Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw

“Een van de aantrekkelijkste concepten van dit moment”

Betonkernactivering past in hoge ambitie Rijk Steeds meer opdrachtgevers laten betonkernactivering aanbrengen in hun gebouwen. De Rijksgebouwendienst (Rgd) is er daar een van. Waarom? Cement vroeg het twee raadgevend ingenieurs van de Rgd. De Rijksgebouwendienst is een bijzondere opdrachtgever in de bouw (zie kader). De dienst is niet alleen eigenaar, maar ook adviseur, projectmanager en beheerder voor haar klanten, de rijksoverheidsdiensten. Jaarlijks geeft de Rgd opdracht voor het bouwen van zo’n tien tot twintig nieuwbouwprojecten. Voor de bouwprojecten stelt de Rgd in nauwe samenwerking met haar klanten (de eindgebruikers, Rijksoverheidsdiensten) Programma’s van Eisen op, of de dienst beoordeelt deze. Voor iedere project ligt er dus een specifieke gebruikersvraag. ‘We bouwen nooit zomaar’, vertelt Jan Mimpen, raadgevend ingenieur

klimaattechniek bij de Rgd. Een aantal van de recente nieuwbouwprojecten, waaronder het nieuwe hoofdkantoor voor Rijkswaterstaat Directie Zeeland in Middelburg en de nieuwe rechtbank voor het Kantongerecht in Bergen op Zoom is uitgevoerd met betonkernactivering, in combinatie met warmte-/koudeopslag en een warmtepompsysteem. Ook het nieuwe pand van het Openbaar Ministerie in Lelystad zal worden voorzien van betonkernactivering. Voorbeeldfunctie

Het Rijk stelt dat het een voorbeeldfunctie heeft bij het geven van bouwopdrachten, onder meer

Rgd bijzondere opdrachtgever De Rijksgebouwendienst (Rgd) zorgt voor huisvesting aan rijksdiensten, zelfstandige bestuursorganen en internationale organisaties. De vastgoedportefeuille van Rgd bestaat uit bijna 2000 (rijks)gebouwen in Nederland. De dienst heeft zo’n 7 miljoen m2 in beheer, waarvan ruim de helft kantoorruimte, maar daarnaast bijvoorbeeld ook gevangenissen en monumentale gebouwen zoals paleizen en musea. Jaarlijks geeft de dienst opdracht voor het bouwen van circa tien tot twintig projecten, variërend van kleine poortgebouwtjes tot kantoorgebouwen van vele tientallen duizenden vierkante meters. Een deel hiervan is een PPS-project (publiek-private samenwerking). Tegenwoordig vinden steeds vaker grootschalige renovatieprojecten plaats. ‘Klanten’ van de dienst zijn Rijksoverheidsdiensten zoals ministeries en de belastingdienst. De Rijksgebouwendienst is voor zijn klanten adviseur, projectmanager en beheerder. Hij adviseert en verzorgt huur, bouw, ontwerp en onderhoud van panden. Bij het beheer voert de dienst het beleid van de overheid waarin veel aandacht is voor zaken als milieu, gezondheid en duurzaamheid. Denk hierbij bijvoorbeeld aan energie- en kostenbesparende maatregelen en aan het verwijderen van asbest en het bestrijden van legionella. Om het gebruik van innovatieve (en CO2-reducerende) technieken extra te stimuleren heeft de Rijksgebouwendienst het Programma Innovatieve Technieken (PIT). Info: www.rgd.nl.

22 cement 2007

04_RGD.indd 22

op het gebied van milieu, gezondheid en duurzaamheid. René Koeslag, collega van Mimpen en eveneens raadgevend ingenieur klimaattechniek: “We hebben als taak het rijksbeleid zo goed mogelijk te vertalen in gebouwen.” De Rijksoverheid heeft zich onder meer ten doel gesteld uiterlijk in 2012 ‘klimaatneutraal‘ (CO2-neutraal) te zijn wat betreft haar energieverbruik. Dit door energie duurzaam in te kopen en de toepassing van duurzame energie en energiebesparing te stimuleren. Deze ambitie heeft op verschillende manieren invloed op de bouwactiviteiten van de Rgd. In de Rgd-PVE’s is standaard opgenomen dat onderzocht moet worden wat de mogelijkheden zijn voor duurzame installaties, dus moeten voor- en nadelen van systemen op een rijtje worden gezet en de financiële haalbaarheid ervan worden aangetoond. Omdat alle Rijksdiensten zich aan de overheidsambities hebben geconformeerd, staat het nemen van maatregelen die bijdragen aan het halen van de klimaatdoelstellingen bij de meeste klanten van de Rgd hoog op het wensenlijstje. Iedere Rijksdienst afzonderlijk formuleert eigen ambities op het gebied van energie en milieu; onder meer wat betreft het reduceren van de EPC en duurzame installaties. Ten aanzien van kantoorfuncties schrijft het Bouwbesluit een EPC voor van 1,5, terwijl veel klanten voor de Rgd voor hun eigen projecten streven naar een EPC die op 50% tot 75% ligt van de huidige norm. “Er is een beweging waar te nemen naar een steeds hoger ambitieniveau,” stelt Koeslag, “ook als gevolg van afspraken die nu op

1

31-10-2007 13:59:46


centraal niveau worden genomen om aan de klimaatdoelstellingen te voldoen. Als dat eenmaal is gebeurd, is het ook niet meer aan de afzonderlijke klant welke ambitie wordt nagestreefd, maar kunnen wij als Rgd het afgesproken niveau uitvoeren.”

Argumenten voor BKA

Het toepassen van betonkernactivering in combinatie met warmte/koudeopslag en een warmtepompsysteem levert een aanzienlijke bijdrage aan het omlaagbrengen van de EPC en het terugdringen van het energiege-

Het nieuwe gebouw van Rijkswaterstaat in Middelburg, opgeleverd in 2005, is ontworpen door architectenbureau Paul de Ruiter. Het gebouw is onder meer voorzien van betonkernactivering en warmte-/koudeopslag in de bodem. Energiebesparing is bovendien gerealiseerd doordat het ventilatievoud kon worden gehalveerd. De bruto verdiepingshoogte is 3,4 m, netto 3,1 m. Mede dankzij de ruime verdiepingshoogte kan

bruik – en dus van de CO2-uitstoot. “Volgens onze berekeningen kan met dit systeem op de energiekosten voor verwarmen en koelen samen 30 tot 50% worden bespaard ten opzichte van een conventioneel concept,” vertelt Jan Mimpen. “Die 50% is haalbaar als

daglicht ver het gebouw binnentreden. Ook zijn atria in het gebouw opgenomen. In de constructie zijn Wingvloeren toegepast, waarin de installaties zijn geïntegreerd. Het gebouw is helder en transparant, publieksvriendelijk en toegankelijk. De ruimten zijn flexibel indeelbaar. De Rgd voert momenteel comfortmetingen uit in dit pand. Foto’s: Peter Kers, Amsterdam (www.beeld.nu)

cement 2007

04_RGD.indd 23

1

23

31-10-2007 13:59:50


Het nieuwe pand van het Openbaar Ministerie in Lelystad, ontwikkeld door de architect van de Rijksgebouwendienst Rob Hootsmans, is een casco van vijf verdiepingen (en een kelder) van 18 x 43 m. De gevels bestaan uit een grid van geperforeerde zwarte stalen roosters, h.o.h. 3600 mm. Achter deze roosters bevinden zich luiken voor natuurlijke ventilatie, zonwering, luchtkanalen, constructie, data/elektra etc. Het grid wordt aan de voorzijde verstoord door de entree en aan de achterzijde door de deuren naar trafo- en bergingruimten en het balkon op de vijfde verdieping. Het ultieme casco heeft geen verlaagd plafond. Akoestiek wordt opgelost in de binnenwanden. Ten opzichte van een traditioneel kantoor wordt 45% energie bespaard door toepassing van betonkernactivering, warmte- en koudeopslag in de bodem en een klimaatgevel. Het gebouw wordt naar verwachting in 2008 opgeleverd.

we de proceskoeling van de gebouwen erop aansluiten.” Koeslag: “Bijkomend voordeel is dat het systeem draait op elektriciteit. Daardoor kun je het systeem vrij simpel CO2-neutraal maken, door Groene Stroom in te kopen. We

24 cement 2007

04_RGD.indd 24

zullen in 2012 als Rijksoverheid 100% Groene Stroom inkopen.” Er zijn echter meer overwegingen die een rol spelen bij besluitvorming over het toepassen van betonkernactivering in bouwprojecten van de Rgd. Aangezien de

klantvraag bij het ontwikkelen van de Rijksgebouwen in hoge mate centraal staat (Mimpen: “We bouwen nooit een algemeen gebouw”) is het niet verwonderlijk dat het comfortaspect een belangrijke rol speelt. Betonkernactivering heeft onder meer als effect dat weinig luchtverplaatsing plaatsvindt, wat gunstig is voor het comfort. Een derde belangrijk argument is de beperking van het benodigde koelvermogen bij betonkernactivering, wat leidt tot lagere investeringen ten behoeve van koeling. Het koelend vermogen van de massa leidt bovendien tot een grotere ‘bedrijfszekerheid’. De wens van de klant – de Rijksdienst met een huisvestingsbehoefte – speelt bij het realiseren van Rijksgebouwen dus een grote rol. Samen met de klant maakt de Rgd een afweging tussen (milieu)ambities en mogelijkheden, zowel bouwkundig als financieringstechnisch. Het belang van de eindgebruiker op het gebied van energielasten en comfort weegt zwaar mee. In de berekeningen worden naast de investeringskosten ook de exploitatielasten meegenomen en langetermijnberekeningen gemaakt – iets wat bij commerciële projectontwikkeling veel minder het geval is. Op grond van al deze overwegingen samen komt men tot de keuze voor een energiesysteem. De Rgd toetst de plannen onder meer door deze te onderwerpen aan een EPC-berekening. Onderzoek naar ervaringen

De Rgd hecht groot belang aan evaluatie en monitoring; logisch, gezien de combinatie van taken van de dienst en ook gezien de langdurige relatie die zij heeft met haar klanten. Ervaringen met bouwprojecten worden zo veel mogelijk teruggekoppeld naar de ontwerpers. Een van de onderzoeken die de Rgd laat uitvoeren betreft de ervaringen met betonkernactivering. Uit de voorlopige onderzoeksre-

1

31-10-2007 13:59:53


sultaten blijkt dat het comfort van de gebouwen met betonkernactivering in de zomer over het algemeen als goed wordt beoordeeld, ook in de afgelopen hete julimaand. In de winter en in de tussenseizoenen wordt de temperatuur soms als te koud en soms als te warm ervaren. In gebouwen zonder goede zonwering blijkt zoninstraling in deze periode soms voor te warme binnentemperaturen te zorgen; het systeem is dermate traag dat plotselinge temperatuurwisselingen niet snel kunnen worden opgevangen. Verder zijn er soms problemen met het afregelen van de installatie. Mimpen en Koeslag concluderen dat de geconstateerde problemen grotendeels oplosbaar zijn middels het standaard aanbrengen van goede zonwering en extra aandacht voor de regelstrategie van het systeem. Wat betreft de warmte- en koudeklachten in de koudere maanden die zich soms voordoen, adviseren de klimaatadviseurs de capaciteit van het systeem van te voren goed door te rekenen middels een simulatiemodel. Een kleine aanvullende installatie is nodig om snel en goed te kunnen regelen en zodoende het hele jaar door een optimaal comfort te kunnen garanderen. Meestal wordt dit gerealiseerd middels aanvullende verwarming in de vloer of kleine aanvullende verwarmingselementen onder het glasvlak. De Rgd zelf heeft tijdens de engineeringsfase van het gebouw voor het OM in Lelystad intensief het dynamische gedrag van de vloer doorgerekend en besloot in dit gebouw kleine extra radiatoren op te nemen bij het glasvlak.

De klimaatadviseurs zijn echter van mening dat betonkernactivering op dit moment – in combinatie met wamte-/koudeopslag en een warmtepompsysteem – als gevolg van de gunstige kwaliteiten op verschillende aspecten (duurzaamheid, energie, comfort) zeer

goede papieren heeft wat betreft het realiseren van de algemene ambities van de Rgd en haar klanten. Mimpen: “In ieder geval is het een van de aantrekkelijkste concepten van dit moment.” n Anne Marij Postel

In 2003 nam de rechtbank Breda een nieuw onderkomen in gebruik voor de sector kanton, naar ontwerp van Rgd-architect Hans Wijffels. Boven de donkere bakstenen plint is de gevel bekleed met gele keramische tegels. De grote zittingzaal op de begane grond steekt schuin uit de constructie. Via een glazen entreepui stapt de bezoeker in een gebouw met veel vides en doorzichtige vloeren, wat een speciaal lichteffect geeft aan het interieur. Het klimaat wordt gereguleerd met betonkernactivering en warmte-/koudeopslag in de bodem. Alle leidingen voor warmte en koeling zijn in de vloeren gestort. Hierdoor is de inrichting vrij sober: alleen schoon beton, glas en staal. Foto’s: Norbert van Onna

Wat betreft Mimpen en Koeslag is betonkernactivering het experimentenstadium inmiddels zeker voorbij, maar kan nog wel het een en ander worden geoptimaliseerd. Het blijft zinvol de gebouwen te monitoren en de ervaringen terug te koppelen naar de ontwerpers.

cement 2007

04_RGD.indd 25

1

25

31-10-2007 13:59:56

Constructie & uitvoering Vloeren

Integrale ontwerpbenadering meer dan ooit vereist ing. R.P. Venekamp, UNIQ Consultancy ing. J.J.M. Sperber, ingenieursbueau Goudstikker-De Vries

1 | Warmtepompprincipe

De toevoeging van allerlei installatievoorzieningen aan de constructievloer maakt vroegtijdig overleg tussen installateur en constructeur meer dan ooit noodzakelijk. Niet zelden levert het plaatsen van beton, wapening en leidingen in een en dezelfde doorsnede conflicten op. Bovendien leidt het opwarmen en afkoelen van het beton in geval van toepassing van betonkernactivering tot vervormingen en/of spanningen. Maar er zijn nog veel meer redenen te bedenken waarom de organisatie van het bouwproces anders moet. In elk geval moet de klant centraal staan.

De problematiek in de bouw is vooral terug te voeren op de versnippering in de branche. In de afgelopen decennia zijn tientallen specialismen ontstaan die allemaal hun eigen stukje zo efficiënt mogelijk invullen. Daarmee is op zichzelf niets mis, zolang er maar iemand is die het totaal blijft overzien en bijvoorbeeld het verband tussen een sprinklerinstallatie en een constructie ziet of die de bouwtijd koppelt aan de gederfde inkomsten van de opdrachtgever. Klantgerichte benadering

Daar waar andere sectoren liever praten over ‘de klant’, heeft de

26 cement 2007

05_Constructievloer.indd 26

bouwwereld opdrachtgevers. Als gevolg staan de wensen van de klant niet echt centraal. Toch zou dat hét vertrekpunt voor een succesvol project moeten zijn. Daarbij is overigens de exploitatie van het gebouw vele malen belangrijker dan de stichtingskosten, terwijl de sector nog veelal nadrukkelijk stuurt op het zo laag mogelijk maken van juist die stichtingskosten. UNIQ Consultancy heeft een Design&Build-formule ontwikkeld, gebaseerd op een totaalaanpak. Het uitgangspunt is dat een bouwproject vol zit met onderlinge afhankelijkheden, ongeacht of dit nu gevolgen heeft voor het bouwproces zelf (bouwtijdreductie) of voor het efficiënt toepassen van de gebruikte producten en materialen (faalkostenreductie). Moet de nadruk liggen op zo snel mogelijk realiseren of is dit voor de klant minder relevant dan bij-

voorbeeld een multifunctionele indeling die over vijf jaar een hogere verkoopwaarde heeft? Door vanaf het eerste moment goed te luisteren naar de klant, kan worden vastgesteld wat in het specifieke project bepalende factoren zijn. Door deze centraal te stellen kan de planning van het project daarop worden afgestemd. Praktijkvoorbeeld Een klant wil een hal realiseren van 20 000 m2. Uit de bedrijfseconomische analyse komt naar voren dat hij deze kan verhuren voor € 85 000 per maand. De huurder heeft zich al aangemeld en de hal moet zo snel mogelijk worden gerealiseerd. Het ontwerp wordt gemaakt, er wordt aanbesteed en de realisatie start. Ergens in het traject ziet de aannemer een mogelijkheid om met één van zijn onderaannemers te onderhandelen over één van de posten. Hij is van mening dat deze post € 5000 te hoog is. Er wordt een week onderhandeld en de aannemer heeft gelijk: hij bespaart die € 5000. Wat hij zich echter niet gerealiseerd had, was dat de activiteit van de onderaannemer op het kritieke pad van de planning lag. De week onderhandeling betekent tevens dat er een week later wordt opgeleverd. Die week kostte de klant, afgezien van de bouwplaatskosten, bijna € 20 000,- aan huurinkomsten! Exploitatie versus stichtingskosten. De kosten voor de klant van bouwtijd worden sowieso vaak onderschat. Bovenstaand voorbeeld maakt dit duidelijk, maar ook in heel veel andere gevallen komt dit terug. Zolang het nieuwe pand niet is opgeleverd, heeft de klant te maken met de lasten van zijn bestaande locatie, bouwrente, bouwplaatskosten, dubbele verzekerin-

1

31-10-2007 14:02:28


gen en nog veel meer. In hoeverre dit bepalend moet zijn voor het bouwproces verschilt van project tot project, maar het moet wel altijd een afgewogen beslissing zijn. Bouwtijdverkorting

Eén van de meest voor de hand liggende manieren om de bouwtijd te verkorten, is prefabricage. Hierdoor kan het grootste deel van de werkzaamheden worden uitgevoerd zonder dat deze op het kritieke pad van de planning liggen. Toch gebeurt dit nog maar weinig. De reden hiervoor is dat prefabricage of geprefabriceerde producten vaak duurder zijn dan het in de bouw realiseren. In termen van stichtingskosten wel te verstaan en aangezien het voor de aannemer veelal niet inzichtelijk is wat de besparingen van de bouwtijdreductie voor de klant zijn, is het logisch dat hij kiest voor de lagere stichtingskosten. Een andere effectieve manier van bouwtijdverkorting is het combineren van procesgangen. Een mooi voorbeeld hiervan is de toepassing van vloerverwarming in combinatie met betonvloeren en -daken. Door de werkzaamheden van degene die de vloer stort, af te stemmen op de werkzaamheden van de installateur die de vloerverwarming moet plaatsen, kan dit laatste proces veelal in één werkdag plaatshebben zonder dat dit andere gangen in het bouwproces verstoort. Wanneer radiatoren moeten worden geplaatst, moeten de werkzaamheden in de afbouwfase worden uitgevoerd op een moment dat er toch al veel te veel partijen op hetzelfde moment werkzaamheden willen uitvoeren. Gevolg is dat in deze fase veel uitloop ontstaat, omdat verschillende partijen op elkaar zitten te wachten.

ming c.q. -koeling is het mogelijk het gebouw te klimatiseren met een warmtepomp en bronnensysteem (fig. 1). Hierdoor kan circa 50% worden bespaard op de energiekosten. Indien niet voor dit systeem wordt gekozen, moet wel worden stilgestaan bij de gevolgen. Over tien jaar zijn de energieprijzen een stuk hoger dan nu en zal het pand qua exploitatie slechter scoren dan een pand dat wel over de voorziening beschikt. Als in het ontwerptraject de klant wordt voorzien van alle relevante gegevens, is hij in staat te kiezen voor het voor hem optimale gebouw. In de Design&Build-formule kunnen de verschillende partijen die betrokken zijn bij het ontwerp gezamenlijk de optimale situatie ontwerpen. Een voorbeeld hiervan is het voorzien van een constructieve betonvloer of -dak in combinatie met W-installatietechniek.

Exploitatiekosten

Een andere reden om vloerverwarming toe te willen passen, is het effect hiervan op de exploitatiekosten. Vloerverwarming in combinatie met beton is essentieel voor lagetemperatuurverwarming. Door gebruik te maken van vloerverwar-

Gevolgen voor de constructeur

Welke gevolgen heeft dit nu voor het proces van de constructeur en de betonvloer? De voor betonkernactivering benodigde leidingen moeten worden toegevoegd aan de

vaak reeds overvloedig aanwezige leidingen en doorvoeringen voor ventilatie, elektra, domotica, gas, water en riolering. Het is dan ook zaak de positionering van deze leidingen mede in overleg met de constructeur te bepalen. Deze krijgt immers te maken met een betonconstructie waarin een groot aantal zaken bij elkaar gaan komen en waarin tegengestelde belangen bij elkaar moeten worden gebracht. Zo zal elke constructeur beamen dat beton en staal slechts optimaal zullen samenwerken als sprake is van een goede en volledige omhulling van het wapeningsstaal door het beton en dat in te storten onderdelen meestal nadelig zijn voor een goede krachtsoverdracht. De werkelijkheid is echter dat het soms moeilijk is nog plaats te vinden om beton en wapeningsstaal toe te voegen aan de spaghetti van leidingen en overige in te storten voorzieningen (foto 2)! Voeg bij het bovenstaande het feit dat het opwarmen en afkoelen van beton leidt tot vervormingen en/of spanningen, mede bepaald door de plaats van de verwarmings- annex koelleidingen, en het is duidelijk dat er een complexe opgave ligt voor de constructeur.

2 | Een spaghetti aan leidingen en overige in te storten voorzieningen

cement 2007


1

27

31-10-2007 14:02:32


uitwerkt dan dat hij van oudsher gewend was. Het doorschuiven van werkzaamheden en verantwoordelijkheden naar een later bij het proces te betrekken partij – bijvoorbeeld een vloerenleverancier – is in deze filosofie dan ook principieel onjuist. Bij dit proces is het belangrijk goede hulpmiddelen te hebben, zoals 3D-ontwerpprogrammatuur die het eenvoudiger maakt inzicht te krijgen in knelpunten, de juiste standaarden voor informatiesystemen en goede afsprakenstelsels. Gezamenlijke verant-

3 | Gestort wordt onder geconditioneerde

woordelijkheid

Prefabricage

omstandigheden

Al heel vroeg in het ontwerpproces zullen architect, hoofdconstructeur en installatieadviseur zich dus moeten buigen over de installaties. Nog te vaak wordt het belang van deze gezamenlijke ontwerpverantwoordelijkheid in dit verband onderschat, wordt het ontwerp onvoldoende ver uitgewerkt of worden gedurende het bouwproces, door pas later in dit proces betrokken partijen, ondoordachte beslissingen genomen die uiteindelijk een aanvankelijk goed ontwerp om zeep kunnen helpen en tot grote problemen op de bouwplaats leiden. Van de leden van het ontwerpteam wordt daarbij verwacht dat ze over de grenzen van de eigen discipline heen kunnen kijken en begrip hebben van en voor elkaars problemen. Daarbij moeten uiteraard steeds de belangen van de klant voorop staan. Belangrijk bij een dergelijk integraal ontwerpproces is dat het ontwerp tot op een voldoende diep niveau plaatsheeft. Het enkel aangeven van leidingprincipes en -schema’s door de installatie-adviseur is onvoldoende om de impact op het totaal te kunnen onderkennen. Plaats en afmeting van de leidingen moeten exact bekend zijn en worden aangegeven om onmogelijke kruisingen voor te kunnen blijven en de constructieve samenhang intact te kunnen houden. Ook van de hoofdconstructeur wordt in deze verlangd dat hij zijn ontwerp in deze fase verder

Prefabricage is zoals eerder gezegd een goed middel om de bouwtijd en daarmee de totale kosten in de hand te houden. Een ander groot voordeel is in dit kader dat een betere maatvastheid kan worden gegarandeerd, omdat fabricage kan plaatshebben onder geconditioneerde omstandigheden. Prefabricage kan hierbij op verschillende niveaus, variërend van het prefabriceren van in de vloer in te storten grote leidingelementen als verwarmings- c.q. koelingsregisters tot het prefabriceren van volledige vloerelementen. Belangrijk hierbij is dan wel dat prefabricage plaatsheeft onder de hiervoor geschetste ontwerpverantwoordelijkheid van het Design&Build-team. Met name voor de constructeur ligt hierin een belangrijke taak.

28 cement 2007


Constructieve aandachtspunten

Ten slotte wordt nog even kort stilgestaan bij een aantal specifieke constructieve aspecten samenhangend met betonkernactivering. Uit comfortoverwegingen zal de oppervlaktetemperatuur van de vloer zich moeten bewegen tussen beperkte grenzen; aan de bovenzijde van de vloer maximaal 29 ºC (bij verwarmen) en 20 ºC (bij koelen); aan de plafondzijde respectievelijk 27 ºC en 17 ºC. Dit betekent dat de watertemperatuur in de leidingen beperkt zal blijven tot

waarden die gemiddeld liggen tussen de 40 ºC en 13 ºC. De temperatuur van de betonkern varieert daarmee sterker dan de oppervlaktetemperatuur. Daarbij is sprake van verhinderde vervorming en dus spanningen in de vloer. Het zijn met name de trekspanningen in de randzones van de vloer die ontstaan bij het opwarmen van de kern die kunnen leiden tot scheurvorming, omdat deze spanningen (circa 3,0 N/mm2) in de orde van grootte van de treksterkte van beton liggen. Het is dus zaak hiermee rekening te houden door bijvoorbeeld beton toe te passen met een hogere treksterkte (minimaal C28/35), een volledig wapeningsnet op te nemen in de randzone en/of eventueel toegepaste tegelvloeren flexibel te lijmen en te voorzien van voldoende dilataties. Speciale aandacht vraagt nog de opwarmfase in of direct na de bouw. Afhankelijk van het jaargetijde kunnen bij onzorgvuldig handelen daarbij veel grotere temperatuurverschillen optreden dan hiervoor is genoemd. Het is zaak dit te voorkomen door voldoende tijd te nemen om daarbij de temperatuur slechts heel geleidelijk te hoeven laten toenemen. Als richtlijn geldt hierbij een maximaal aan te houden temperatuurverschil van 20 ºC tussen betontemperatuur en watertemperatuur. Daarnaast is het zaak te zorgen voor een zo goed mogelijke beginsituatie, door te storten onder geconditioneerde omstandigheden en een juiste nabehandeling (afdekken met folie, aanbrengen curing compound en mogelijk zelfs isoleren) toe te passen (foto 3). n

1

31-10-2007 14:02:34

Constructie & uitvoering Bouwfysica

Voorwaarden voor succes op de bouwplaats ing. A. van Dorp, BAM-Techniek

In de voorgaande artikelen is al aandacht besteed aan diverse aspecten van betonkernactivering (BKA). In dit artikel worden enkele aspecten belicht die in het voorgaande nog minder nadrukkelijk aan de orde kwamen. Ook wordt een aantal voorwaarden genoemd voor succesvolle toepassing van het systeem. Betonkernactivering (BKA) is een variant op zogeheten ‘oppervlaktesystemen’. Oppervlaktesystemen – al langer dan BKA toegepast voor de beheersing van het binnenklimaat – zijn systemen waarbij watervoerende buizen geintegreerd zijn in de vloer, de wand of het plafond, in de vorm van vloer-, wanden plafondverwarming (en soms ook als koelsysteem) (foto 1). Bij oppervlaktesystemen worden de buizen meestal in de bovenste laag van de vloerconstructie (cementdekvloer bij een vloersysteem) of direct onder de pleisterlaag (bij plafond- en wandsystemen) opgenomen. Dit zorgt voor een directe warmte-uitwisseling met de ruimten. Bij oppervlaktesystemen speelt de gebouwmassa bij de klimaatbeheersing van de ruimte een ondergeschikte en deels zelfs negatieve rol. Geheel anders is dit bij thermisch actieve betonconstructies.

Voordelen BKA Zoals al eerder in dit nummer van Cement werd aangegeven worden bij BKA watervoerende buizen in de gebouwmassa (het beton) zelf geïntegreerd (fig. 2). Op de meeste bouwprojecten worden ze in het betondek tussen de onderen bovenwapening aangebracht. Het opnemen van buizen in de wand komt minder vaak voor. Dit onder meer vanwege de complexiteit, zoals de plaats van de wand ten opzichte van de ruimte (afgifte thermisch vermogen), flexibiliteit wanden (nadien wijzigen ruimten etc.) en de montagewijze. Bij BKA dient de gebouwmassa als opslagmedium voor koude- en warmte-energie. Warmte en koude worden gelijkmatig en geleidelijk afgestaan aan de omgeving. Dit systeem heeft een aantal voordelen, die ook al eerder werden aangegeven: • beperking van het benodigde piekvermogen; • mogelijk gebruik van lagetemperatuuropwekkers;

• toename van het comfort; • geen hinder door geluid of luchtstroming; • het kunnen inzetten van het systeem voor zowel verwarming als koeling; • het niet of weinig innemen van bouwkundig volume. Zelfregelend effect Al eerder (zie het artikel op pag. 12) kwam aan de orde dat de warmteoverdracht van de vloer naar de ruimte plaatsvindt met een zeer klein onderling temperatuurverschil. Dit is mogelijk vanwege het grote verwarmend en koelend oppervlak. Wat minder aandacht was er in voorgaande artikelen voor het zelfregelend effect van thermisch actief beton. Dit houdt in dat bij het wijzigen van de zogenaamde ‘overtemperatuur’ (verschil tussen de ruimtetemperatuur en de gemiddelde temperatuur van de vloer en/of het plafond, fig. 3) door verandering van de interne en/of externe belastingen (bijvoorbeeld zonnestraling) de warmteafgifte of -opname sterk zal afnemen dan wel toenemen. Het systeem zal door de wijziging van deze overtemperatuur het vermogen hierop aanpassen. Bij een toename van de belasting door interne en/of externe invloeden wordt de overtemperatuur kleiner. Hierdoor daalt het verwarmingsvermogen en neemt het koelvermogen toe. Als de warmtevraag groter wordt, neemt de overtemperatuur evenredig toe, en daarbij neemt het afgegeven verwarmingsvermogen toe en het koelvermogen af.

1 | De wereld bekeken vanuit de slang (ROC Friese Poort, Emmeloord)

Comfortaspecten Ook is nog extra aandacht op zijn plaats voor de comfortaspecten van betonkeractivering. Door de massa reageert het verwarmings-

cement 2007

06_Bam_bka.indd 29

1

29

31-10-2007 14:02:58


worden gekozen zonder dat deze afbreuk doet aan het comfort. Hierdoor neemt op zijn beurt het transmissieverlies (warmteverlies door de gevelconstructie) af.

2 | Principedoorsnede breedplaatvloer voorzien van betonkernactivering

3 | De reactie tussen vloertemperatuur en ruimte24

temperatuur

23

koelen

°C

22

verwarmen 21

20

ruimteverwarming

ruimtekoeling

4 | Montage van slangen op breedplaatvloeren in ROC Friese Poort te Emmeloord

systeem veel trager dan een traditioneel verwarmingssysteem. Voordeel hiervan is dat grote en steeds terugkerende temperatuurschommelingen, die door gebouwgebruikers als hinderlijk worden ervaren, veel minder voorkomen. Ook de als onbehaaglijk ervaren opbouw van temperatuurlagen (verschillen in temperaturen in

30 cement 2007

06_Bam_bka.indd 30

verticale lijn) in een ruimte is veel minder aanwezig. Door de lage overtemperatuur is tevens het convectieve aandeel van de warmteoverdracht klein ten opzichte van het stralingsaandeel. Door het grote stralingsaandeel is de verticale temperatuurgradiënt (temperatuurlagen) klein. Hierdoor kan een lagere vertrektemperatuur

Energie BKA maakt zoals aangegeven gebruik van zeer kleine temperatuurverschillen. Dit maakt de toepassing aantrekkelijk van energieopwekkers met een lage temperatuursprong, zoals warmtepompen, zonne-energie en koudeopslagsystemen. Door de lage verwarmingswatertemperatuur en de hoge koelwatertemperatuur zijn hoge rendementen te behalen bij het opwekken of omzetten van energie. Door de traagheid van het systeem kan geen nachtverlaging worden toegepast, omdat het opwarmen (en afkoelen) te veel tijd in beslag neemt. Juist omdat er geen nachtverlaging plaatsvindt, hoeft het systeem ook geen overcapaciteit te bezitten om een piekvraag in de ochtend op te kunnen vangen. Dit betekent een besparing in de installatiekosten; een kleinere warmteleveringscapaciteit volstaat immers. Bovendien is minder energie nodig voor het op temperatuur houden van een gebouw dan voor het opwarmen ervan. De warmtevraag is bij opwarmen immers groter, omdat een groter temperatuurverschil moet worden overbrugd. Optimale omstandigheden Betonkernactivering komt niet overal even goed tot zijn recht. Voor succesvolle toepassing is een aantal optimale omstandigheden te benoemen: • Er dient vroegtijdig overleg plaats te vinden tussen de architect, eventueel de constructeur en de installatieadviseur en uiteraard de gebruiker. Door de integratie van de klimaatinstallatie in de bouwkundige constructie is het noodzakelijk om van te voren weloverwogen keuzes te maken. De keuze voor betonkernactivering heeft veelal

1

31-10-2007 14:03:03


invloed op de bouwkundige uitvoering en kosten. • Betonkernactivering is het beste toe te passen bij nieuwbouw. Daar kan immers in een vroeg stadium met alle partijen overeenstemming worden bereikt over bouwtechnische aanpassingen. Belangrijke afwegingen voor de architect zijn hierbij de verdiepingshoogte, het systeemplafond, de kwaliteit van de gevel en de beleving in de ruimte. Voor de installatieadviseur zijn de belangrijkste afwegingen het comfort in de ruimte, het energieverbruik, het inpassen binnen het gehele concept en de toetsing aan het programma van eisen. De constructeur dient met het concept in te stemmen door de beperking van de constructieve mogelijkheden. De belangrijkste partij is echter de

opdrachtgever die de afweging dient te maken tussen comfort, regelbaarheid, investering en jaarlijkse energierekening. • De gebouwen moeten bij voorkeur bestaan uit meerdere bouwlagen, omdat het systeem pas optimaal werkt bij toepassing in tussenvloeren. Bij vloeren die zijn uitgerust met betonkernactivering wordt zowel warmte afgestaan naar boven (de vloer) als naar beneden (het plafond). De hoeveelheid warmteafgifte naar boven/beneden kan worden beïnvloed middels het op verschillende hoogten in de betonvloer positioneren van de watervoerende slangen (foto 4). • De vloeren en het dak worden bij voorkeur vervaardigd uit massief beton, om de warmteopslagcapaciteit van het beton

BAM Techniek heeft de afgelopen jaren diverse projecten uitgevoerd met betonkernactivering, variërend van scholen, productiehallen, showrooms, woningen tot verpleeghuizen. Op de foto’s ROC Friese Poort te Emmeloord (boven) en GGZ Winschoten (onder).

goed te kunnen benutten. Massieve deklagen worden vaak uitgevoerd met een betondikte van 0,25 à 0,30 m. • Om optimaal gebruik te kunnen maken van de stralingsafgifte van het plafond wordt bij voorkeur geen traditioneel systeemplafond toegepast. Dit betekent dat akoestische voorzieningen moeten worden getroffen. Een door BAM Techniek toegepast alternatief is het zogenoemde eilandplafond in combinatie met luchtinblaas boven het plafond, waardoor straling wordt vervangen door convectie. • Tot slot: het systeem is vooral geschikt voor utiliteitsbouw met een normale verwarmings- en koellast, zoals kantoorgebouwen, schoolgebouwen, ziekenhuizen en verzorgingshuizen. n

Binnen de diverse projecten is niet alleen gebruik gemaakt van breedplaatvloeren, maar ook van kanaalplaatvloeren. Bij toepassing van kanaalplaatvloeren zijn de watervoerende buizen direct gemonteerd op de kanaalplaatvloer.

cement 2007

06_Bam_bka.indd 31

1

31

31-10-2007 14:03:08


Energieke productontwikkeling prof.dr.ir. J. Lichtenberg, TU/Eindhoven, faculteit Bouwkunde

Er is duidelijk wat aan de hand in de bouw. De innovatiesnelheid neemt zichtbaar toe. Op vloerengebied, het domein van beton bij uitstek, is dat heel goed te illustreren. Vloeren hebben meer functies gekregen dan alleen overspannen, onder meer wat betreft energievoorziening. In dit artikel besteden we aandacht aan productontwikkeling op dit gebied, waarbij we de context – innovatie in de bouw als geheel – echter niet vergeten. 1 | Licht bouwen kan onder meer met een bollenplaatvloer (BubbleDeck).

Tot pakweg 2000 zag het vloerenlandschap er zeer overzichtelijk uit. Je had de kanaalplaat- en de breedplaatvloer en nog wat qua marktvolume kleinere producten. Bij al die vloeren ging het maar om één ding: het realiseren van overspanningen. Nu, zes jaar later, is dat beeld behoorlijk veranderd.

De markt verwacht inmiddels veel meer van vloeren. Producenten zijn al snel gaan inspelen op de veranderende vraag, waardoor recent relatief veel nieuwe producten zijn ontwikkeld. Deze markt is het resultaat van nieuwe ontwikkelingen, die in opmerkelijk korte tijd tot stand kwamen. Naast het realiseren van overspanningen zijn er vijf nieuwe leidende thema’s, die voortaan de gewenste functionaliteit van vloeren, maar ook van andere bouwdelen zullen domineren. Die thema’s zijn gewichtsreductie, faciliteren van een industrieel proces, het mogelijk maken van flexibiliteit, de reductie van energie en het realiseren van comfort. Hieronder wordt nader op deze thema’s ingegaan.

Gewichtsreductie

De behoefte aan lichter bouwen komt voort uit een beweging richting prefab en tegelijk het nadenken over transport en logistiek. Denk bijvoorbeeld aan het bouwen in de binnenstad. Soms zijn het specifieke markten, zoals bij het optoppen van gebouwen, die licht bouwen noodzakelijk maken. Ook past het licht bouwen uitstekend binnen maatschappelijk verantwoord ondernemen. Licht betekent immers minder materiaal, en daardoor minder aanslag op het milieu, minder transport, minder fijn stof, minder energie, enzovoorts. De opkomst van staalskeletbouw komt dus niet uit de lucht vallen. Ook de betonwereld speelt in op de behoefte aan lichter bouwen, onder meer met de bollenplaatvloer, zoals de BubbleDeckvloer (fig. 1) en het vergelijkbare systeem Airdeck. U stelt wellicht dat het marktaandeel van lichte vloeren nog steeds erg klein is. Dat klopt. Maar bij de introductie van nieuwe producten blijkt eigenlijk altijd dat de ontwik-

2 | Industrieel en flexibel: Leidingvloer van VBI (ook uitvoerbaar als Klimaatvloer, zie pag. 40 e.v.)

32 cement 2007

1

07_Energieke_productontw.indd 32

31-10-2007 14:03:45


keling ervan eerst een tijdje sluimert, om dan opeens tot explosie te komen. De voortekenen voor een doorbraak van lichte vloeren zijn nu duidelijk aanwezig. Tijdens het Vloerenvisie-congres (SBR) ‘Geluidsisolatie en vloerconstructies’ in november 2006 leek het wel alsof er helemaal geen kanaalplaatvloeren of breedplaatvloeren meer bestonden. Terwijl je juist zou verwachten dat die prominent aanwezig zouden zijn, vanuit het (overigens onterechte) idee dat geluid met massa moet worden bestreden. Er werden stevige presentaties gegeven over allerlei innovaties op het gebied van lichte vloeren. Dit is één van de signalen dat er in de markt behoorlijk wat verandert.

men gerealiseerd. Een gevel wordt aldus een soort apparaat. Zo’n kabelboom (of leidingboom) kan dan op zichzelf weer een prefab product zijn, net als in de auto-industrie. In het faciliteren van deze techniek speelt de vloer ook een essentiële rol. De opkomst van de zogenaamde leidingvloeren is hieraan te danken. In 2000 bestonden ze nog niet, nu zijn er diverse producten op de markt. Zo snel kan dat dus gaan.

Industrieel proces

Bij de recente innovatie-ontwikkelingen gaat het niet alleen over licht bouwen. Een nog grotere innovatiedruk komt voort uit de drang industrieel te bouwen en in te spelen op de groeiende flexibiliteitsvraag. Industrieel bouwen is van belang met het oog op meer efficiency. Met 10% faalkosten en een bouwproces met veel overleg, onderlinge afhankelijkheid van disciplines, stilstandverliezen, enzovoorts, is daar ook veel te winnen. Bovendien: vakmensen zijn schaars in de bouw. Industrialisatie is ook daarop een antwoord; we zullen wel moeten. In de bouw gaat het dus steeds meer richting prefab en heel specifiek ook richting een nieuwe ordening van de installatietechniek. De installaties moeten immers niet zoals nu in twintig stappen in het bouwproces worden aangebracht, maar – gefaciliteerd door procesgerichte bouwtechniek – zo veel mogelijk in één arbeidsgang worden gerealiseerd. Een deel van de leidingen, met name aan de gebruikerszijde van de installatie, is dan al vooraf verwerkt in de prefab gevelelementen, bijvoorbeeld voor beveiliging en zonwering. De aansluitingen worden vervolgens met stekkerverbindingen en kabelbo-

Flexibiliteit

De vraag naar flexibiliteit wordt vaak betwijfeld, maar ook die is absoluut groeiende. Zeker in markten waar de eigenaar langere tijd aan een gebouw verbonden is. Je zult in deze dynamische tijden maar ‘je hele leven’ vast zitten aan een star traditioneel gebouwd gebouw. Dit wordt gegarandeerd een zorg voor de toekomst. Corporaties bijvoorbeeld zijn zich hiervan steeds meer bewust. Maar er is meer. Denk bijvoorbeeld aan de opkomst van ‘publiek-private samenwerkingen’, waarbij naast de initiële kosten ook de levensduurkosten door de aanbieder worden overgenomen. Of ontwikkelingen in de gezondheidszorg, waarbij ook steeds meer naar levensduurkosten wordt gekeken. En aan Brede Scho-

len, waar multifunctionaliteit en flexibiliteit wordt gevraagd. Allemaal illustraties van de verandering die gaande is. Voorbeelden van vloeren die passen in het industriële concept – en in opklimmende volgorde ook in flexibele concepten – zijn de Leidingvloer van VBI, de Wingvloer van BetonSon en de Infra+-vloer van PFL (fig. 2, 3 en 4).

3 | De Wingvloer van BetonSon is eveneens uitvoerbaar met betonkernactivering (zie het artikel op pag. 49). (foto: Aldus Bouwinnovatie/SBR)

4 | Ook de Infra+-vloer is uit te voeren met betonkernactivering, zoals hier bij Raab Karcher in Nijmegen. Het leidingsys-

Energie

teem is hier al ingestort

Een van de thema’s die bij innovatie in de bouw regelmatig terugkomt, op diverse fronten, is energie in relatie tot bouwdelen. Allereerst natuurlijk in verband met de verbetering van de isolatiekwaliteit van gebouwen. Hieraan aandacht besteden is inmiddels wel gangbare praktijk.

in de onderschil van de vloer. Zichtbaar in het beton zijn de aan- en afvoerslangen. Boven het beton kunnen leidingen van de overige installaties worden aangebracht.

cement 2007


1

33

31-10-2007 14:03:51


5 | De toepassing van betonkernactivering leidt de ontwikkeling van nieuwe producten. Hier akoestische elementen (Akustiktherm, geleverd door Opticlima Systems) die geluid absorberen en tevens warmtegeleidend zijn, waardoor ze de werking van de BKA niet hinderen.

6 | De Energiepaal van BetonSon heeft niet alleen een constructieve functie als heipaal, maar fungeert ook als bodemwisselaar.

Lichter bouwen heeft, zoals hierboven al werd aangestipt, zeker ook energievoordelen. Want daarbij is niet alleen minder energie nodig voor productie, maar ook voor transport. Nadat materialen

34 cement 2007

als grondstof zijn gewonnen moeten ze immers een aantal keren worden vervoerd, voordat ze als product in een gebouw zijn verwerkt. Onderschat het energieverbruik dat gepaard gaat met de pro-

ductie van bouwmaterialen niet. Het maakt bijna 10% uit van ons nationale energieverbruik! Een andere energetische slag die gemaakt kan worden, betreft het gebruik van bouwdelen als warmte- en koellichaam, zoals in betonkern- of bouwdeelactivering. Deze nieuwe technologie heeft geleid tot een heel scala aan nieuwe producten, zowel voor betonkernactivering zelf als wat betreft afgeleiden en aanvullende toepassingen (fig. 5). Betonkernactivering maakt gebruik van stralingswarmte. Stralingsverwarming wordt op een lagere temperatuur al als behaaglijk ervaren. Dat leidt op zichzelf al tot een aanmerkelijke energiebesparing. Het grootste energievoordeel van bouwdeelactivering is echter dat duurzame energiebronnen rendabel kunnen worden ingezet, zoals warmtepompen in combinatie met bodemwisselaars. Bovendien kan hetzelfde systeem ook ’s zomers worden gebruikt om het gebouw te koelen. En dat sluit erg aan bij de snel toenemende vraag naar comfort. Ook in de betonwe-

1


31-10-2007 14:03:56


reld zijn hier interessante ontwikkelingen te melden. Bijvoorbeeld de Energiepaal van BetonSon, een heipaal die niet alleen een constructieve functie heeft, maar ook fungeert als bodemwisselaar (fig. 6). Flexibiliteit in relatie tot energie is eveneens een item in bouwinnovatie. Bij het realiseren van gebouwen worden economische afwegingen gemaakt over de rentabiliteit van investeringen, ook op het gebied van duurzame energie. In veel gevallen komt men nu nog tot de conclusie dat zaken als warmte/krachtkoppeling (WKK), zonne-energie en warmtepomptechnologie niet rendabel zijn. Of die conclusie terecht is, is de vraag. Intussen worden de omstandigheden voor duurzame energie gunstiger. De energieprijzen stijgen, de energetische rendementen nemen toe en de investeringsprijzen dalen. Als gebouwen echter traditioneel worden gebouwd, betekent het een veel grotere investering om de infrastructuur later alsnog aan te passen. Op energiegebied zal in de toekomst steeds meer ‘moois’ beschikbaar komen, dat vaak niet meer in bestaande gebouwen kan worden opgenomen. Als gebouwen flexibiliteit bieden wat betreft de energievoorzieningen, geeft dat een belangrijke meerwaarde.

norm) is het bepaald niet meer voor de hand liggend om dit met nog meer massa te bestrijden. Om voor luchtgeluid aan +10 dB te voldoen, is een vloergewicht nodig in de orde van 1500 kg/m2. In de woningbouw moet de vloer ‘slechts’ 175 kg/m2 aan nuttige belasting dragen. Deze draagt dus hoofdzakelijk zichzelf. Dat wil overigens niet zeggen dat de vereiste geluidseisen niet gerealiseerd zouden kunnen worden in beton, integendeel. Dat met de uitgebreid geteste Infra+-vloer isolaties van +10 dB mogelijk blijken, voor zowel lucht- als contactgeluid, geeft dit al aan. En zelfs voor hogere geluidsisolaties zijn uitwerkingen denkbaar. Tot slot

De innovaties zijn talrijk, maar er is nog veel meer mogelijk. Zeker als veel meer dan nu van de kwaliteiten van beton gebruik wordt gemaakt. Het gietproces daagt uit tot

veel complexere functionele vormen dan nu het geval is bij de meestal vlakke 2D of strengpersachtige producten. Het heeft dus nog veel ongebruikte mogelijkheden. Zeker als daarbij ook zelfverdichtend beton wordt ingezet. Een andere uitdaging zit in het denken in concepten. Het gaat daarbij om het niet domweg leveren van prefab producten, maar het oplossen van een totaalprobleem. Denken in concepten kan betekenen dat de leverancier het hele gevelelement inclusief binnenspouwblad, isolatie en installatietechniek voor zijn rekening neemt (fig. 7). Het conceptdenken kan ook worden vertaald in het leveren van diensten als advies, software of montage. Of in levensduurgekoppelde meerwaarden zoals garantie, nazorg en onderhoud. Daarmee is veel waarde te creëren. Wat innovaties betreft, kunnen we dus nog zeker even voort. n 7 | In de gevel van woon-/ kantoortoren De Stadsheer in Tilburg (ontwerp EGM Architecten) zijn prefab casco sandwichelementen verwerkt met een betonnen binnenblad, een thermische isolatieplaat en een betonnen buitenblad (Oosthoek/

Comfort

Kemper). Een logische

Comfort zou voor de markt wel eens de belangrijkste ‘driver’ kunnen zijn om energiebesparende technologie te realiseren. Tien jaar geleden was airco in een auto heel bijzonder, nu is dat de standaard. Zo snel kan het gaan. Gelijkmatig verdeelde stralingswarmte in de winter en koeling in de zomer, zoals hiervoor reeds besproken, leveren onbetwist een hooggewaardeerd comfortniveau. Comfort gaat echter niet alleen over binnenklimaat. Ook de geluidsaspecten moeten in dit kader nadrukkelijk worden genoemd. Met de toenemende geluidseisen (zeg maar de comfortklasse uit de

volgende stap in deze ontwikkeling is het opnemen van installaties in het element. (foto: Marcel van Kerckhoven)

cement 2007


1

35

31-10-2007 14:04:10


Bedrijfsgebouw als showroom van eigen kunnen Het bedrijf Hercuton, bouwer van prefab bedrijfsgebouwen, groeide uit zijn jasje. Het bedrijf maakt haar nieuwe gebouw tot voorbeeldproject van eigen kunnen. Het werd het eerste gebouw in Nederland waar betonkernactivering werd toegepast in kanaalplaatvloeren van VBI. Daarmee werd het ook een demonstratieproject voor de VBI Klimaatvloer.

1 | Het nieuwe hoofdkantoor van Hercuton aan de A59 in Nieuwkuijk (foto’s: 1 t.m. 3 Kees van Unen)

Met het nieuwe bedrijfsgebouw wilde het bedrijf Hercuton een aantal wensen verwezenlijken. Het hoofdkantoor annex bedrijfshal moest niet alleen aan de eigen veranderende huisvestingsbehoeften voldoen, maar ook als ‘showroom’ van eigen kunnen dienen richting potentiële klanten. “We wilden ermee laten zien wat we in huis hebben en waarin we ons onderscheiden”, vertelt algemeen directeur Jeroen de Bonth, tevens projectleider nieuwbouw van het kantoor. “Het moest een echte blikvanger worden waarin we alle technieken demonstreerden die we kunnen toepassen.” Hercuton bouwt bedrijfsgebouwen uit prefab betonelementen, volgens eigen concept, die turnkey worden opgeleverd. Dat het eigen kantoor

36 cement 2007

08_Hercuton.indd 36

ook met dit systeem werd opgezet, sprak dus voor zich. Uitgangspunten waren verder dat een duurzame energievoorziening zou worden toegepast en dat het pand een goed voorbeeld zou worden voor intensief ruimtegebruik. Dat laatste uit zich in het aanbrengen van parkeervoorzieningen op het dak. Loft-architectuur in combinatie met BKA

Gekozen werd voor de zogeheten open ‘Loft-architectuur’, waarin de ruimten als het ware zijn gestript, met behulp van ‘de kunst van het weglaten’. De constructie en de installaties blijven zo veel mogelijk in het zicht. “Waarmee niet is gezegd dat we het ons gemakkelijk maken”, onderstreept De Bonth. “Het vereist juist een heel nauw-

keurige detaillering, bijvoorbeeld bij de aansluiting van balken en kolommen.” Dedato Ontwerpers en Architecten ontwierpen een transparant gebouw met een hoge beukmaat. De grotendeels glazen gevel is in hoogwaardig glas uitgevoerd. Gestreefd werd naar een zo groot mogelijke daglichttoetreding, bij zo weinig mogelijk zoninval. Balkons over de hele breedte van het pand zorgen voor extra schaduwwerking. Hercuton wilde graag ook op energiegebied nieuwe technieken verwerken in het nieuw bedrijfspand. De Bonth: “We zoeken zo veel mogelijk onderscheidend vermogen. Betonkernactivering (BKA) door de betonmassa is voor ons natuurlijk ideaal; het geeft een toegevoegde waarde voor ons product. We zien op termijn zeker toekomst voor deze techniek.” Betonkernactivering sloot bovendien goed aan op de Loft-architectuur van Dedato. Door het ontbreken van leidingen en radiatoren voor verwarming, komt de sobere architectuur nog meer tot z’n recht. Hercuton past in haar prefab bouwsysteem voor 99% kanaalplaten toe, vanwege de snelheid waarmee kan worden gebouwd en de minimale arbeid die nodig is op de bouwplaats. Betonkernactivering was er volgens De Bonth echter tot voor kort bijna niet in combinatie met kanaalplaten. “Toen we hoorden dat VBI deze toepassing toegankelijk ging maken, hebben we dus meteen contact met hen gezocht.” De samenwerking die hieruit voortkwam, resulteerde in het eerste utiliteitsgebouw in Nederland met betonkernactivering in kanaalplaten. Niet alleen voor Hercuton en VBI, maar ook voor architectenbureau Dedato en installateur Van Panhuis Ermelo betekende dat een primeur.

1

31-10-2007 14:04:44


De Bonth is zeer tevreden over de samenwerking. “Omdat het de eerste keer was voor alle partijen, had iedereen ook maximale aandacht voor het systeem.” Als energiebron voor zowel verwarming als koeling is een warmtepompsysteem aangebracht, met een kleine gasketel als backup. De keuze voor betonkernactivering heeft duidelijke consequenties voor het bouwproces. Allereerst dient de installateur al in de ontwerpfase bij het proces te worden betrokken; betonkernactivering vereist immers een integraal ontwerp. De opdrachtverstrekking voor installatiewerk geschiedt dan ook eerder dan gebruikelijk. Bij de prefabricage van de bouwelementen is het leidingverloop al bekend, zodat hiervoor sparingen kunnen worden aangebracht. Ook tijdens de bouw zelf dienen werkzaamheden anders te worden georganiseerd. Het installatiewerk vindt immers hoofdzakelijk in de ruwbouwfase plaats, in plaats van bij de afbouw. Op de bouwplaats worden de geprefabriceerde elementen aan elkaar gekoppeld en verzamelleidingen aangebracht. Een en ander vereist extra aandacht wat betreft planning en organisatie. Dit sluit overigens goed aan bij de bouwwijze van Hercuton. “We zijn alleen maar blij wanneer we het bouwproces nog meer kunnen verkorten.” Concept zelf uitproberen

Het gebouw is inmiddels in gebruik sinds maart 2006. Dat betekent dat de gebruikers zowel zomer- als winterweer hebben ervaren. De Bonth is zeer tevreden met het resultaat. ’s Zomers viel het koelend vermogen van het gebouw op. En in de koude maanden heeft de gasinstallatie nog niet in actie hoeven te komen. “Maar misschien is die wel nodig als het 10 graden vriest, en we de hellingbaan naar het parkeerdak ijsvrij willen houden.” De Bonth roemt de eenvoud van het energiesysteem. “Hoe eenvoudiger het systeem, hoe minder

kwetsbaar het is.” Het energiesysteem is bovendien gemakkelijk op afstand te bedienen. Betonkernactivering in combinatie met lagetemperatuurverwarming en hogetemperatuurkoeling is gebruiksvriendelijk; ook dit aspect van het concept benadrukt Hercuton richting haar klanten. Wat betreft de mogelijkheid om met BKA te koelen onderscheidt het systeem

2 | De schuine hoeken in de kantine dempen het geluid, evenals de stoffen slurf waardoor ventilatielucht wordt aangevoerd

3 | Door het ontbreken van verlaagde plafonds zijn akoestische voorzieningen noodzakelijk, zoals het aanbrengen van tapijt op de vloer en baffles aan het plafonds (links- en rechtsboven op de foto)

cement 2007

08_Hercuton.indd 37

1

37

31-10-2007 14:04:49


4 | Op de bouw worden de elementen gekoppeld en van verzamelleidingen voorzien.

5 | Het inhijsen van de vloerelementen

38 cement 2007

08_Hercuton.indd 38

zich ten opzichte van de meer bekende vormen van lagetemperatuurverwarming zoals traditionele wanden vloerverwarming. Bij toepassing van betonkernactivering kan airco achterwege blijven. In het bedrijfsgebouw van Hercuton is alleen een simpel ventilatiesysteem toegepast op basis van verdringing, waarbij schone lucht ruimten wordt ingeblazen. De lucht wordt centraal boven in de vide afgezogen, waarbij warmte wordt teruggewonnen middels een warmtewisselaar.

De werknemers zijn erg tevreden over het systeem en roemen het gelijkmatige klimaat in het gebouw. Met name de gelijkmatige afkoeling wordt erg gewaardeerd. Binnenmilieuklachten zoals rode ogen, droge lippen en tochtklachten komen wegens het ontbreken van airco niet of nauwelijks voor. Bovendien wordt ook gekoeld in ruimten waar in een traditionele opzet geen airco zou zijn aangebracht; de temperatuur is binnen het gebouw dus overal constant. Hercuton houdt de ervaringen van

haar werknemers nauwlettend in de gaten en voert 24 uur per dag metingen uit. De Bonth: “Meten is weten. Zo kunnen we ervaringsgegevens opbouwen en naar onze klanten toe met overtuiging de voordelen van het systeem overbrengen. We hebben zelf onze nek uitgestoken en het concept zelf uitgeprobeerd. Zoiets wekt vertrouwen bij de klanten.” Hercuton biedt betonkernactivering inmiddels ook aan als onderdeel van het door het bedrijf te leveren bouwconcept. Naar de klanten toe benadrukt Hercuton een combinatie van voordelen van betonkernactivering: naast voordelen op energie- en comfortgebied ook de goede mogelijkheden om BKA te combineren met het prefab-bouwsysteem van Hercuton, vooral in combinatie met de Loftarchitectuur. Zoals ook eerder in dit nummer aangegeven, is bij toepassing van betonkernactivering akoestiek een belangrijk aandachtspunt. Dat is zeker het geval voor het bedrijfspand van Hercuton, waarin het beton niet alleen in de plafonds, maar ook in de vloeren in het zicht en glad is afgewerkt. Hercuton heeft op verschillende manieren akoestische maatregelen getroffen; mede om op basis van de ervaringen met de verschillende technieken haar eigen klanten te kunnen adviseren. In de kantine is een aantal schuine hoeken aangebracht, waardoor de geluidsweerkaatsing flink is teruggebracht. Verder wordt het geluid onder meer gedempt door een in stof uitgevoerde ventilatiekanaal (foto 2). Akoestische maatregelen in andere ruimten zijn resonantiepanelen (‘baffles’) en akoestische plafondeilanden aan het plafond (voor de hoge tonen) en/of tapijt op de vloer (voor de lage tonen) (foto 3). Aan de muur zijn her en der ‘akoestische kunstwerken’ aangebracht: stoffen werken waarin (onzichtbaar) steenwol is verwerkt. De Bonth: “Dat werkt zeer effectief. Overigens zou je ook hele wanden akoestisch kunnen uitvoeren.“

1

31-10-2007 14:04:52


VBI-Klimaatvloer: een beschrijving In de VBI Klimaatvloer is het principe van betonkernactivering geïntegreerd in een 100% kanaalplaatvloer. Daarmee was het bedrijf de eerste met een dergelijke toepassing. De Klimaatvloer is een specifieke toepassing van de

laagd plafond. Vanwege de waterleidingen in de onderschil van de Klimaatvloer is er een aangepaste sparingsrichtlijn, omdat niet overal doorvoeringen gemaakt kunnen worden. Ten behoeve van de ventilatieopeningen in het plafond

Principe Klimaatvloer (artistimpressie)

a

Er zijn meerdere mogelijk-

b

c

VBI Leidingvloer en de VBI Appartementenvloer. De Klimaatvloer heeft dus ook de voordelen van de Leidingvloer. Het is mogelijk fabrieksmatig sleuven in de bovenkant van de vloer aan te brengen. Deze sleuven zijn afhankelijk van de vloerhoogte 100, 120 en 135 mm diep, zodat er binnen de constructieve hoogte van de vloer ook ruimte is voor leidingen voor ventilatie, riolering en elektra. Deze leidingen kunnen bij thermisch actieve vloeren niet meer worden opgenomen in een ver-

kunnen waar mogelijk ronde sparingen gemaakt worden voor ventilatieopeningen met een diameter van 125 mm. Afhankelijk van onder meer de watertemperatuur, doorstroomsnelheid, slanglengte per register en luchtsnelheid is de capaciteit van de VBI Klimaatvloer 35 à 45 Watt per m2. In door VBI beschikbaar gestelde grafieken kan de capaciteit per plaattype worden afgelezen. De Klimaatvloer wordt geleverd in drie vloerhoogten, 200, 260 en 320 mm, waarmee verschillende overspanningen kunnen worden gerealiseerd. Grotere overspanningen zijn mogelijk door het toepassen van een gewapende constructieve druklaag. Doordat met de Klimaatvloer grote vrije overspanningen mogelijk zijn, biedt dit een hoge mate van blijvende indelingsvrijheid in het gebouw. De leidingregisters zijn in de onderschil van de Klimaatvloer ondergebracht. Per vloerelement

zijn één of twee registers van leidingen te plaatsen. De leidingen zijn zowel naar boven als naar onderen aan de aan- en afvoerleidingen van de klimaatinstallatie te koppelen. Door de koppelpunten van de registers uit te laten komen in de dwarssleuven van de Klimaatvloeren, kunnen de koppelingen op de vloer worden aangebracht. Dit maakt het aanbrengen van de installatie voor de activering, alsmede ook de werkzaamheden voor ventilatie en riolering veel eenvoudiger, omdat van bovenaf gewerkt kan worden. De VBI Klimaatvloer combineert de voordelen van de bouwwijze met kanaalplaatvloeren en een flexibel in te richten binnenruimte met een flinke reductie op energiekosten vanwege de klimaatinstallatie. Afhankelijk van de werking van de gekozen installatie en financieringsvorm bedraagt de terugverdientijd voor de extra investering bij de huidige energieprijzen circa vijf jaar. Het systeem is inmiddels toegepast in een aantal Nederlandse projecten, waaronder het bedrijfsgebouw van Hercuton en het nieuwe gemeentehuis van het Limburgse Stein. Info: VBI, tel. 026-3797979, www.vbi.nl.

heden voor het indelen van registers in de VBI Klimaatvloer; met doorkoppeling bij oplegging (eenzijdig of tweezijdig) of naar beneden in het midden.

Doorkoppeling van de Klimaatvloer bij de oplegging (variant)

Montage van de leidingen in de fabriek

cement 2007

08_Hercuton.indd 39

1

39

31-10-2007 14:04:55


maakt betonkernactivering voor deze sector extra aantrekkelijk. Bovendien kunnen installaties kleiner worden gedimensioneerd, omdat de piekbelastingen in het energieverbruik voor koeling en verwarming minder hoog zijn. Daarnaast zijn er minder meetbare, maar niet minder belangrijke voordelen: het comfort in deze gebouwen is nadrukkelijk beter en ook neemt de arbeidsproductiviteit toe.” Overigens ziet Van Paassen ook voor woningbouw groeiende perspectieven voor betonkernactivering. “Zeker wanneer de EPBD, zeg maar de Europese energieprestatienorm, wordt ingevoerd. In de berekening van de Europese EPC wordt koeling veel nadrukkelijker gewaardeerd.” Voor toepassing van betonkernactivering gloren er al met al dus goede tijden. Van Paassen ziet daarin belangrijke winst voor de betonbouwindustrie: “Sterker nog: ik zie betonkernactivering als hét item waarmee de betonbouw zich momenteel als industrie kan onderscheiden te opzichte van andere bouwmethoden.” n

6 | Aansluiting van balken en kolommen vereist nauwkeurige detaillering

7 | Plattegrond

Anne Marij Postel Interesse vanuit de markt

Hercuton krijgt regelmatig bezoek van geïnteresseerde klanten. Ook Klimaatvloerleverancier VBI komt regelmatig over de vloer met een groep belangstellenden. Aad van Paassen, hoofd R&D bij VBI: “Bij Hercuton zijn ze erg enthousiast, dus we komen er graag.” Van Paassen constateert dat de interesse voor betonkernactivering vanuit de utiliteitsbouwmarkt groeit, zij het nu nog vooral onder de zogeheten ‘early adaptors’. De commerciële markt kijkt de kat vooralsnog uit de boom en wacht tot meer praktijkervaring is opgedaan. Voorbeeldprojecten als die van Hercuton kunnen zeker bijdragen aan de acceptatie van BKA. Betonkernactivering brengt extra investeringen met zich mee. Dat levert voor commerciële ontwikkelaars nog vaak een drempel op.

40 cement 2007

08_Hercuton.indd 40

Dat de meerinvestering in de exploitatie binnen 5 tot 7 jaar terugverdiend wordt, wordt door lang niet alle partijen in de berekeningen meegenomen. Zowel Van Paassen als De Bonth zien dan ook vooralsnog vooral kansen voor afzet bij ontwikkelaars in de utiliteitsbouw die tevens eindgebruikers zijn. De Bonth: “Die hebben zelf belang bij aspecten als energiezuinigheid en comfort.” Van Paassen: “We zien nu nog met name interesse vanuit de overheid. Daar leven energievraagstukken ook beleidsmatig sterk.” Van Paassen onderstreept nog eens dat betonkernactivering voor de utiliteitsbouw zeer interessant is gezien de mogelijkheid het systeem in te zetten voor koeling. “In de U-bouw zijn de energielasten voor koeling nog steeds zes keer zo hoog als voor verwarming. Dat

P r oj e c tg e g eve n s

opdrachtgever: Hercuton b.v. architect: Dedato Ontwerpers en Architecten constructeur: Adviesbureau Opzeeland b.v. leverancier verwarmings- en koelsysteem: Nathan aannemer: Hercuton b.v. leverancier Klimaatvloer: VBI Verkoopmaatschappij leverancier installaties W: Van Panhuis Ermelo leverancier installaties E: Ad Bouman Elektro leverancier akoestische plafonds: Coat Acoustic leverancier parkeerdak: Zoontjes beton

1

31-10-2007 14:05:01


School met geactiveerde bollenplaatvloer ing. I. Honingh, Pieters Bouwtechniek Amsterdam m.m.v. ing. A.C. Fuchs, BubbleDeck Nederland

Betonkernactivering kan worden toegepast in combinatie met verschillend vloertypen. Zo ook in bollenplaatvloeren. In het Emelwelda College in Emmeloord gebeurde dat voor het eerst. Betonkernactivering is voor het eerst in bollenplaatvloeren toegepast bij de nieuwbouw van het Emelwerda College te Emmeloord. In combinatie met de toegepaste gevelmaterialen, mos-sedumdaken en het ventilatiesysteem is hier een duurzaam gebouw ontwikkeld. Ontwerp

Het ontwerp van architectenbureau RAU betreft een drielaagse uitbreiding van een bestaand scholencomplex, met een oppervlak van 6300 m2. Het project is opgeleverd in 2002. De bestaande school is met het nieuwe gedeelte verbonden ter plaatse van het trappenhuis en de gymzalen, waarbij de gevel van de bestaande gymzaal geheel is verwijderd. Kenmerkend aan het ge-

bouw is de gebogen vorm van het bouwdeel waarin zich de lokalen, kantoren en gangzones bevinden. De gevel van de onderste bouwlaag is uitgevoerd met schanskorven (gepuntlaste stalen netten) gevuld met keien. In de kopgevel van het gebouw is een geprefabriceerde betonnen klimwand opgenomen. Typerend aan het interieur zijn de betonnen kolommen en wanden en de onderzijde van de vloerplaten, die als onafgewerkt zichtwerk zijn uitgevoerd. De bovenzijden van de vloeren zijn monolitisch afgewerkt. Behalve in de gymzaal is het vloerpeil van de begane grond van de nieuwbouw circa 1,8 m hoger gesitueerd dan van de bestaande school, waardoor in de fundering een niveauverschil is ontstaan. Bij

het ontwerp is rekening gehouden met een mogelijke uitbreiding in de toekomst met een extra verdieping. Overigens is deze extra verdieping direct na de ruwbouw ontwikkeld en gerealiseerd middels een staalconstructie. De draagstructuur

De constructie van het nieuwe schoolgedeelte bestaat uit een puntvormig ondersteunde betonvloer: de bollenplaatvloer. De vloer is ondersteund door een raster van betonkolommen met een stramien, variërend van 6,6 x 5,5 m2 tot 8,2 x 6,5 m2, waarbij de variatie samenhangt met de gebogen vorm van het gebouw. Door toepassing van de puntvormig ondersteunde vloeren kon de constructiehoogte beperkt blijven tot 310 mm en 370 mm voor de verdiepingsvloeren en 270 mm voor de dakvloer, met een netto verdiepingshoogte van 3,1 m. De fundering van het gebouw bestaat uit in het werk gestorte poeren en een balkenrooster, waarop de holle kanaalplaat van de begane 1 | Overzichtsfoto. (Foto’s 1 en 2: Christian Richters)

cement 2007

09_emelwerda.indd 41

1

41

31-10-2007 14:05:55


2 | In het Emelwerda College zorgen baffles voor een optimale ruimteakoestiek

3


4

42 cement 2007

6

n

deel van de sportruimte

2

bouwdeel en het rechter-

5

ding betreft het gebogen

De keuze van de architect voor een niet-afgewerkte onderzijde van de vloeren vereiste bijzondere aan-

7

3 | Plattegrond; de uitbrei-

Voor de puntvormig ondersteunde vloeren is de bollenplaatvloer van BubbleDeck toegepast. Pieters Bouwtechniek voerde in samenwerking met BubbleDeck Nederland de engineering en uitwerking van de vloeren uit. Het fabrieksmatig samengestelde vloerelement bestaat uit een prefab betonschil van 60 mm dikte, een wapeningskorf voorzien van de nodige constructieve onderen bovenwapening, tralieliggers en kunststof bollen. Het Emelwerda College is circa 11,0 m breed. De vloerelementen zijn maximaal 3,0 m breed en maximaal 9,0 m lang. Op de bouwplaats zijn de vloerelementen op een stempelconstructie ge-

De uitbreiding van Het Emelwerda College heeft een gebogen vorm. De BubbleDeck-vloerplaten waren in de gewenste afgeschuinde vorm leverbaar; extra aanstortingen waren niet nodig. De op de vloer werkende belasting wordt dian

De bollenplaatvloer

plaatst en samengesteld tot een geheel, waardoor een vlakke gewapende betonvloer ontstond, met behulp van koppelwapening gecombineerd met in het werk gestort beton. De doorkoppeling vond plaats in zowel de breedteals lengterichting. Rondom de kolommen zijn plaatselijk de bollen weggelaten om de ponskracht te kunnen opnemen.

lla Peppe

grond ligt. Op de begane grond is de keuze gevallen op in het werk gestorte betonkolommen, met een glad afwerkniveau. Dit vanwege de tijdwinst die dit opleverde in de bouwvoorbereiding. Op de verdiepingen zijn geprefabriceerde ronde betonkolommen toegepast. De geprefabriceerde betonwanden van de trappenhuizen en de kopgevels zorgen voor de stabiliteit van het gebouw. De vloer is vanwege de gebouwlengte van circa 125 m eenmaal gedilateerd bij een wand van het trappenhuis, middels een nokoplegging.

rect afgedragen aan de ondersteunende kolommen, zonder balken of verzwaarde stroken onder de vloer. De draagwerking is gelijk aan een paddestoelvloer. Voor de verdiepingsvloeren in het gebogen bouwdeel is gebruikgemaakt van de vloertypen BD280 en BD340 en voor de dakvloer BD230. Vanwege de leidingen voor de betonkernactivering en uit constructief oogpunt zijn de verdiepingsvloeren 30 mm en de dakvloer 40 mm dikker afgestort, wat een besparing in de hoeveelheid wapening heeft opgeleverd. Onder de terugliggende kopgevel van de tweede verdieping bevinden zich geen wanden of kolommen, waardoor de prefab kopwand wordt opgevangen door de 1e-verdiepingsvloer. Hier is een bollenplaatvloer van 450 mm dik toegepast die de bovenliggende wand afdraagt naar de kolommen. Ook in de gymzaal is een vloerdikte van 450 mm toegepast, vanwege de grotere overspanning van 11,5 m. Door de vlakke onderen bovenzijde van de vloer konden afwerklagen en systeemplafonds komen te vervallen. De vloer is direct na het storten afgevlinderd. Voor overig leidingwerk en lichtarmaturen zijn slechts enkele plafondeilanden toegepast.

1

31-10-2007 14:06:00


BubbleDeck: een beschrijving Het bollenplaatvloersysteem van BubbleDeck kan worden uitgevoerd met betonkernactivering. Een vloerelement van BubbleDeck bestaat uit een fabrieksmatig samengestelde wapeningskorf, voorzien van de nodige constructieve onderen bovenwapening, tralieliggers en kunststof bollen. De vloerelementen hebben een breedte tot maximaal 3 m en een lengte tot circa 10 m. Op de bouwplaats worden de vloerelementen samengesteld tot één geheel (een vlakke gewapend-betonvloer) middels koppelwapening in combinatie met in het werk gestort beton. De maximale elementlengte leidt niet tot een beperking van de overspanning, omdat de vloerelementen ook in de lengterichting worden doorgekoppeld. Zo zijn vloervelden zonder voegen mogelijk met overspanningen tot zo’n 14 à 15 m. De toegepaste techniek bij BubbleDeck met betonkernactivering is simpel. In de bollenplaatvloer worden hoogwaardige kunststof slangen aangebracht. Door deze leidingen wordt warm of koud water gevoerd. De bollenplaatvloer accumuleert met enige vertraging de toegevoerde warmte of koude. Doordat de BubbleDeckvloer zo’n 30% minder massa heeft dan een even dikke massieve betonvloer, is dit vertragingseffect bij de BubbleDeck-vloer kleiner. De capaciteit van het systeem wordt onder meer bepaald door de diameter van de kunststof slangen en de hart-op-hartafstand daarvan. De hart-ophartafstand varieert van 200 mm (bij vloertype BD 230) tot 400 mm (vloertype BD 450). Bij de vloertypen BD280, BD 340, BD 390 en BD 450 kan eventueel een dubbel slangenstelsel worden aangebracht, waardoor de h.o.h.-afstanden van de slangen worden gehalveerd. De leidingen liggen tussen de bollen in het deel van de doorsnede met de meeste massa, evenwijdig aan de tralieliggers. Afhankelijk van de gewenste hoofdfunctie van het betonkernactiveringssysteem – gemiddeld door het seizoen meer koelen of meer verwarmen – kunnen de kunststof slangen bij het bollenplaatvloersysteem in de onderste helft of in de bovenste helft van de vloer worden aangebracht. De slangen kunnen fabrieksmatig worden aangebracht op het onderbewapeningsnet en vervolgens op de bouwplaats worden gekoppeld. Een andere optie is de leidingen op de bouwplaats in het werk onder of boven in de vloer te storten. Per project zal een keuze gemaakt worden voor de ligging van de leidingen, afhankelijk van het toegepaste ventilatiesysteem en vloerafwerkingen.

dacht voor de esthetische kwaliteit van de betonschil van de vloerelementen. In nauw overleg tussen architect Rau, hoofdconstructeur Pieters Bouwtechniek, BubbleDeck en aannemer Bouwbedrijf Klaassen zijn alle voorkomende

Indien gewenst kunnen ook overige leidingen en installaties integraal worden opgenomen in de bollenplaatvloer (zie foto). Hetzij door middel van fabrieksmatige inbouw van de gewenste voorzieningen, hetzij door de elementen zo uit te voeren, dat de installatietechnische voorzieningen eenvoudig in het werk in de vloerelementen kunnen worden gemonteerd. De geringe temperatuurverschillen bij betonkernactivering (de watertemperatuur bedraagt circa 18 °C tot 27 °C) beperken in constructief en bouwkundig opzicht krimp- en uitzettingsvervormingen van de vloeren. Dit voorkomt ongewenste scheurvorming en belastingen op aansluitende bouwkundige elementen, zoals gevels en wanden. BubbleDeckvloeren met betonkernactivering zijn onder meer toegepast in het nieuwe kantoor van het Waterschap Rivierenland in Tiel, het ABC-Onderwijsgebouw UMC in Utrecht, het Emelwerda College in Emmeloord en het kantoor van architectenbureau Archikon in Goes Info: BubbleDeck Nederland B.V., tel. 071-5210356, www.bubbledeck.nl.

Kunststof slangen en ingebouwde installatievoorzieningen in bollenplaatvloerelement

Vloer van het kantoor van architectenbureau Archikon in Goes met geïntegreerde leidingen en installaties

detailleringen van de betonconstructie nader uitgewerkt, om een esthetisch aantrekkelijke en betontechnisch juist uitgevoerde betonconstructie te realiseren. De architect heeft gebruikgemaakt van de mogelijkheden om de aan-

sluitingen van de plaatvoegen esthetisch uit te nutten. De kopse zijden van de betonschil hebben standaard een kleine vellingkant aan de onderzijde, waardoor de voegen iets verdiept kunnen worden uitgevoerd.

cement 2007


1

43

31-10-2007 14:06:02


4 | Montage BKA-slangen in bollenplaatvloer tijdens de bouw van de uitbreiding van het Emelwerda College

5 | Legplan bollenplaatvloer Emelwerda College

6 | Doorsnede vloer met

De locatie van de voegen is ter keuze gelaten aan de architect, met als uitgangspunt dat deze niet in elkaars verlengde worden uitgevoerd (gelijk is ongelijk!). Dit resulteerde in een legplan, waarbij de verdiepte kopse voegen in wild verband zijn gekozen, wat het uiterlijk van de vloer een toegevoegde esthetische waarde geeft. De platen liggen evenwijdig aan de betonwanden van de trappenhuizen en – vanwege de gebogen gebouwvorm – niet evenwijdig aan het stramien van de kolommen. Vanwege de ontbonden krachten nam de hoeveelheid wapening met 5% toe.

nor). De watervoerende kunststof leidingen zijn tijdens de bouw bovenop de vloerelementen bevestigd en vervolgens ingestort. De slangen zijn op het bovennet van de vloerelementen gebonden, vanwege de benodigde capaciteit van het betonkernactiveringssysteem in samenhang met het gekozen ventilatiesysteem. Gekozen is voor een direct natuurlijk ventilatiesysteem door de gevel (buitenventilatie), dat koelere lucht aanvoert vergeleken met een mechanisch ventilatiesysteem. Daardoor moet over een geheel kalenderjaar gezien de betonvloer meer verwarmen dan koelen. Door de leidingen van de betonkernactivering bovenin de vloer te situeren, is de directe warmteafgifte aan de bovenzijde van de vloer groter. Om een koude luchtstroom aan de raamzijde te voorkomen, zijn de ventilatieopeningen in de gevels voorzien van kleppen die doorlopen tot aan het galmplafond. Omdat de onderzijde van de vloeren als zichtwerk is uitgevoerd, is het effect van de betonkernactivering optimaal. Bij het bepalen van het leidingverloop is rekening gehouden met de posities van wanden, gevels en andere bouwkundige elementen. Resultaat en gebruik

Het Emelwerda College is inmiddels zo’n vier jaar in gebruik. Uit het contact dat het ontwerpteam in de loop der jaren onderhield, blijkt dat de gebruikers meer dan tevreden zijn over de kwaliteit van het binnenklimaat en het comfort. Het constante klimaatniveau en de

stralingswarmte van de vloeren worden als zeer prettig ervaren. Ook blijkt dat het betonkernactiveringssysteem een zeer laag energieverbruik met zich meebrengt. Tijdens de ontwerpen uitvoeringsfase is gebleken dat een integraal vloerconcept een integrale samenwerking vereist tussen alle betrokken disciplines en hoge eisen stelt aan de flexibiliteit en de inspelingsmogelijkheden van de ontwerpers, de adviseurs, de bouwkundige en de installatietechnische toeleveranciers en de vloerenleverancier. Om het concept te realiseren zijn de verschillende disciplines reeds in een vroeg stadium van de ontwerpfase een samenwerkingsverband aangegaan. Hierbij bleek dat de hoofdconstructeur een belangrijke initiërende en coördinerende rol speelt en kennis vereist is van elkaars werkterreinen en mogelijkheden. n P r oj e c tg e g eve n s

Opdrachtgever: Emelwerda College Architect: RAU Hoofdconstructeur: Pieters Bouwtechniek Amsterdam Leverancier bollenplaatvloer: BubbleDeck Nederland Constructeur bollenplaatvloer: Pieters Bouwtechniek Amsterdam Leverancier betonkernactivering: Velta Nederland (nu Uponor) Adviseur installaties: Deerns Raadgevende Ingenieurs Aannemer: Klaassen Bouwmaatschappij

betonkernactivering

betonkernactivering

44 cement 2007


250 60

Bij het Emelwerda College is een geheel zelfstandig betonkernactiveringssysteem toegepast, waarbij verder geen traditionele verwarmingsvoorzieningen nodig zijn. Het systeem is ontworpen door Deerns Raadgevende Ingenieurs en uitgewerkt en geïnstalleerd door Velta Nederland (nu Upo-

310

Betonkernactivering

225

25

225

25

225

1

31-10-2007 14:06:06


Stadskantoor met hoog dubo-niveau De gemeente Goes had bij de bouw van haar nieuwe stadskantoor hoge ambities wat betreft duurzaam bouwen. Voor de energiehuishouding werd gestreefd naar een EPC van 1,0, terwijl 1,5 werd vereist volgens het Bouwbesluit. Een haalbaarheidsstudie moest de toepassing van energiezuinige technieken en duurzame energie binnen handbereik brengen. Technieken als HF-verlichting, bodemopslag, extra isolatie, warmtepompen, HR++-glas, daglichtregeling, PV-cellen en aanwezigheidsdetectie kwamen daarbij aan bod. Betonkernactivering werd gerealiseerd met toepassing van Wingvloeren. Het nieuwe stadskantoor van Goes, met een tweelaagse parkeergarage onder maaiveld en een zeslaagse bovenbouw, is vormgegeven als poortgebouw met een atrium. Het dak van het atrium loopt van het maaiveld tot de zesde verdieping en doorklieft de ruimte in het poortgebouw. Het atrium wordt gekoeld met regenwater dat omhoog wordt gepompt tot op het platte stalen dak. Vervolgens stroomt het water als een cascade via overstorten naar beneden in een vijver voor het gebouw. Het stadskantoor, inclusief parkeerkelder circa 12 000 m² bruto, is overhoeks opengesneden om

een verband te leggen met het oude centrum. Zodra je boven de omringende bebouwing uitkijkt, zie je via de diagonaal de Grote Kerk en het Stadshuis, waarmee het Stadskantoor een schakel is tussen het oude en nieuwe Goes. De openstaande poort benadrukt het openbare karakter van dit gebouw. Het openbaar toegankelijke deel is gesitueerd op de drie onderste lagen. Duurzaam bouwen en energiebesparing

Naast het atrium zijn de verticale bakstenen lamellen in de west- en oostgevel opvallende onderdelen

aan het stadskantoor. De lamellen voorkomen hinderlijke zoninstraling. Deze architectonische vondst hangt samen met het energieconcept, waarbij onder meer daglichtinval optimaal wordt benut en het energieverbruik voor verwarming en koeling wordt beperkt. De gemeente heeft voor het Stadskantoor hoge ambities geformuleerd met betrekking tot duurzaam bouwen en energiebesparing. Ook het toepassen van betonkernactivering in de vloeren is op deze ambitie terug te voeren. Tijdens de VO- en DO-fase moesten de ontwerpende partijen – installatie-adviseur, architect en bouwfysicus – een integratiestudie opstellen. Reeds vanaf de start van het ontwerp werd zo rekening gehouden met energiezuinige en duurzame techniek. Door deze integrale benadering werd geprobeerd de doelstellingen te bereiken tegen een zo laag mogelijke prijs. 1 | Overzichtsfoto. Rechts zijn de gemetselde verticale lamellen zichtbaar. Foto 1 en 2: Rudy Uytenhaak Architectenbureau, Amsterdam

cement 2007

10_Goes.indd 45

1

45

31-10-2007 14:07:49


3. Gebruik van duurzame energiebronnen. 4. Zo efficiënt mogelijk gebruik van fossiele brandstoffen. De pakketten moesten niet alleen voldoen aan de eisen van duurzaam bouwen en energiebesparing, maar ook economisch verantwoord zijn en voldoen aan de comforteisen van de gebruikers. Daarbij wilde de gemeente de dubo-investeringen in tien jaar tijd terugverdienen. Besloten werd onder meer tot het verlagen van de U-waarde van de glasgevels tot 1,4 W/m2K en het verhogen van de Rc-waardes van dak en vloer tot 4 m2K/W; de Rcwaarde in de gevel werd verhoogd tot 3,5 m2K/W. Andere maatregelen waren het toepassen van HFverlichting, warmteterugwinning uit ventilatielucht en gebruik van een warmtepomp met energieopslag in de bodem. Voor het verwarmen en koelen van de vertrekken werd geopteerd voor betonkernactivering. In overleg tussen de adviseurs installaties en constructie viel de keuze op het toepassen van Wingvloeren.

De vele verschillende grondlagen vormden in Goes een extra moeilijkheidsgraad. Omdat ‘Goes’ in een heel ver verleden in de zee lag, bestaat de grond uit zeer fijne zandlagen met schelpenzand, grind en ‘van alles erdoorheen’. De hardheid van de grond is vooraf met sonderingen (met drukvijzel en elektronische meting) bepaald. Speciale stalen boorpunten bleken noodzakelijk, vooralsnog een unicum in Nederland. Deze moeilijke omstandigheden legden extra druk op de uitvoering en de kwaliteitscontrole; immers, door de zware booromstandigheden zou de pijp extreem warm worden (blauw en dampend heet), waardoor de betonspecie warm en dus te vloeibaar zou kunnen worden, met een mindere kwaliteit betonpaal als gevolg. De kwaliteit van de palen werd uiteindelijk goed tot uitstekend beoordeeld. De 0,50 m dikke keldervloer is in het werk gestort. Vanaf deze vloer zijn holle prefab-betonwanden opgetrokken tot de begane grond. De tussenliggende -1-vloer en beganegrondvloer zijn uitgevoerd in kanaalplaten.

Uitvoering bouwput

Verschillende berekeningen zijn gemaakt om het energieverbruik te optimaliseren. De beschikbare maatregelen werden daartoe naar kosteneffectiviteit per EPC-punt gerangschikt. De volgorde van belang daarbij was: 1. Beperken van energieverliezen. 2. Terugwinnen van vrijkomende energie.

2 | Cascade

3 | Plattegrond begane grond Bron: Rudy Uytenhaak Architectenbureau, Amsterdam

46 cement 2007

10_Goes.indd 46

Het diepste punt van de ondergrondse parkeergarage (circa 45 x 45 m2), bevindt zich op 6 m onder het maaiveld. In verband met de uitvoerbaarheid zijn tijdelijk verankerde damwanden rondom de te maken bouwkuip geplaatst en is retourbemaling toegepast. Vervolgens is de put uitgegraven, waarna in totaal 355 in de grond gevormde, grondverdringende buispalen (Ø450, lang 18 m) zijn aangebracht. Deze keuze werd ingegeven door milieuwetgeving en de eis tot reductie van geluidsoverlast. De werkwijze is identiek aan die bij het slaan van vibropalen. Eerst wordt een stalen buis met daaronder een boorpunt op diepte geboord. In de buis wordt de wapening op de juiste hoogte opgehangen en vervolgens wordt beton in de buis gestort en wordt de paal teruggetrokken.

Uitvoering draagconstructie

Het gebouw kan globaal in drie delen worden opgedeeld: de kantoorruimtes (zijbeuken) bevinden zich aan weerszijden van het atrium (de middenbeuk). De buitengevels zijn opgebouwd uit kolommen met borstweringselementen; bij de ‘binnengevels’ ter plaatse van het atrium nemen balken de plaats in van de borstweringen. De Wingvloeren (overspanning ca. 14 m) rusten op stalen hoekprofielen, die op de prefab elementen zijn bevestigd. Enkele wandschijven (liftschachten) verzorgen de verticale stabiliteit. De montagestabiliteit vergde de nodige aandacht. Uitgangspunt voor de uitvoering was een korte doorlooptijd per verdieping om tijdig te kunnen starten met de intensieve gevelsluitingen. Bij een doorlooptijd van tien dagen per

1

31-10-2007 14:07:55


Wingvloer: een beschrijving De Wingvloer is een hybride vloerconstructie, een combinatie van een kanaalplaatvloer en een bekistingsplaatvloer. De voordelen van beide systemen zijn in de Wingvloer verenigd, maar ook de kenmerken. Zo is de Wingvloer aan de onderkant glad als een breedplaatvloer. Hij heeft net als bij een kanaalplaat geen stempelingen nodig en heeft ten opzichte van de kanaalplaatvloer minder toog. Wingvoeren worden toegepast in zowel woning- als utiliteitsbouw. In de uitvoering met betonkernactivering wordt in het onderste deel van de vloer een net van watervoerende leidingen aangebracht. Door de combinatie van lage en hoge gedeelten van de Wingvloer is het mogelijk leidingen, kanalen en kabels, zowel in de langs- als in de dwarsrichting toe te passen. In de ontwerpfase is het van belang in een zo vroeg mogelijk stadium de leidingen mee te nemen, zowel installatietechnisch als constructief. De Wingvloerplaten zijn in verschillende diktes te leveren, variërend van 180 tot 420 mm. Indien de platen worden voorzien van betonkernactivering, wordt een breedplaatschil van 100 mm toegepast. De standaard breedte is 2396 mm (werkende breedte 2400 mm). Deze standaardbreedte bestaat uit een vleugelgedeelte van 600 mm, een kanaalplaatgedeelte van 1200 mm en weer een vleugelgedeelte van 600 mm. Op aanvraag kan een breedte van 1800 mm worden geleverd, met vleugeldelen van 300 mm. De maximale lengte varieert van circa 6 m tot 15 m, afhankelijk van het vloertype. De vloerplaat kan in vele vormen worden geleverd. Het draagvermogen is van verschillende factoren afhankelijk. De leverancier kan hierover gedetailleerde richtlijnen leveren. Als algemene richtlijn kan worden aangehouden, dat de overspanning circa 35 maal de totale vloerhoogte bedraagt, een en ander afhankelijk van sparingen en belastingen. De watervoerende leidingen van de Wingvloer met BKA worden aangesloten op een warmtepompsysteem voor verwarming en koeling, op basis van diverse mogelijke warmtebronnen. Betonson kan ten behoeve van dit energieconcept desgewenst zogeheten ‘Energiepalen’ leveren. Deze betonnen funderingspalen zijn geschikt voor het circuleren van water en kunnen functioneren als bodemwarmtewisselaar (zie ook het artikel op p. 34 e.v.) ten behoeve van zowel verwarming als koeling. Dit systeem is met name geschikt voor woningbouw en kleinere utiliteitsgebouwen. Betonson combineert de Wingvloeren met

verdieping zou de bouwkraan overbezet zijn (circa 125%). De beoogde productie bedroeg hiermee circa 133 m²/dag. Verschillende aanloopproblemen hebben er echter voor gezorgd dat deze cyclus nooit is gehaald.

De Wingvloer biedt ruimte voor de leidingen voor betonkernactivering, maar ook van tal van andere leidingsystemen

Productiebaan Wingvloer met betonkernactivering bij Betonson

Wingvloer met betonkernactivering

BKA en de Energiepaal in haar concepten WelWonen en WelWerken. Wingvloeren met betonkernactivering zijn inmiddels in een aantal projecten in Nederland toegepast. Naast het hier beschreven Stadskantoor in Goes zijn dit onder meer de nieuwe huisvesting van centrale diensten van Rijkswaterstaat Directie Zeeland in Middelburg en van Rijkswaterstaat Westraven in Utrecht, de nieuwe kantoren van Vopak (Rotterdam) en Ooms (Scharwoude) en dat van DWA in Bodegraven. De Wingvloer met BKA in combinatie met energiepalen is onder meer toegepast in een woning in Kampen. Info: Betonson B.V., tel. 0499-486486, www.betonson.nl.

De vloeren werden ‘onder druk’ op het werk afgeleverd en vrijwel direct door de aannemer gemonteerd. Het grote gewicht van de vloerelementen was voor een groot deel bepalend voor de kraanpositionering. Om alle hoeken van het

werk te kunnen bedienen is de kraan centrisch op de bouwplaats neergezet. Vervolgens nam de installateur de verantwoordelijkheid voor de vloeren over en werd het aanbrengen van het leidingwerk ingepland. De

cement 2007

10_Goes.indd 47

1

47

31-10-2007 14:07:56


melijk verantwoordelijk voor het leidingwerk, inclusief de BKA-leidingen. Deze laatste moet hij echter inkopen (bij Velta; tegenwoordig Uponor) en afleveren bij Betonson, dat de leidingen vervolgens in de vloerelementen instort. Dit bemoeilijkt de coördinatie voor de aannemer. Wenselijk zou zijn de verantwoordelijkheid voor dit installatieonderdeel bij de vloerenleverancier neer te leggen. De prijs voor de integrale vloer wordt dan wel hoger, maar de coördinatievoordelen voor de aannemer zijn evident. Een goede werkvoorbereiding wordt bovendien belangrijker omdat in het werk niet mag worden geboord. Boren was in Goes toch al een probleem, omdat veelal in vochtig milieu werd gewerkt, waar lijmen onmogelijk is. Verder was bij dit project vrijwel elk vloerelement uniek. Dit kwam onder meer door de in het ontwerp bepaalde kolommenstructuur, waardoor op de kop van een vloerelement een sparing noodzakelijk was. Daardoor konden elementen onderling niet worden uitgewisseld, een maatregel waarvan gewoonlijk nogal eens wordt gebruikgemaakt om vertragingen in de uitvoering te voorkomen. n

4 | Luchtaanzicht tijdens de bouw

5 | Het plaatsen van de vloeren

Henk Wapperom P r oj e c tg e g eve n s

leidingen voor het verwarmen en koelen bevinden zich in de vloeren alleen ter plekke van de kantoren en niet bij de gangen. In tegenstelling tot de kantoren is in de gangen daarentegen wél een verlaagd plafond toegepast, zodat de leidingen in deze zones naar de lagere niveaus konden worden doorgetrokken. Omdat niet in het werk mocht worden geboord, zijn de hiervoor benodigde gaten van tevoren aangebracht. Saillant detail is dat de gangen (en dus de gaten) zich halverwege de vloeroverspanning bevinden. Tot slot is op de vloeren een nietconstructieve anhydrietvloer aan-

48 cement 2007

10_Goes.indd 48

gebracht. De Wingvloeren op het dak zijn afgewerkt met schuimbeton. Belang van werkvoorbereiding

In een ontwerp waarin installatie en constructie elkaar verregaand beïnvloeden, is een goede werkvoorbereiding zeer belangrijk. In een bestek wordt doorgaans een scheiding aangebracht in verantwoordelijkheden tussen W-+E-installateur en bouwkundig aannemer. Bij toepassing van de Wingvloer loopt deze scheiding echter dwars door het vloerelement heen. De installateur is na-

opdrachtgever: Gemeente Goes architect: Rudy Uytenhaak Architectenbureau constructeur: DHV Bouw & Industrie installatieadviseur: DWA Installatie- en Energieadvies bouwfysisch adviseur: DGMR aannemer: Ballast Nedam leverancier Wingvloer: Betonson leverancier installaties: Kropman

1

31-10-2007 14:07:58


Betonkernactivering op de korrel ir. M. Notenboom, DWA installatie- en energieadvies ir. W. Verburg, SBR

Betonkernactivering is in. Zowel bij gebouwen in de publieke als private sector wordt betonkernactivering toegepast. Het eenvoudige, maar doeltreffende principe spreekt velen aan. Niet in de laatste plaats vanwege het onzichtbaar maken van installaties; gewoon slangen in de vloer opnemen en klaar is kees. Het op een goede wijze toepassen van betonkernactivering vraagt echter andere aandacht van de bouwteampartners dan bij toepassing van conventionele warmteafgiftesystemen. Het ontwerp en de uitvoering van betonkernactivering vragen nauwkeurige en integrale afstemming. Voor SBR was dit voldoende reden om in een gezamenlijke publicatie met ISSO (Instituut voor Stimulering van Studie en Onderzoek op het gebied van gebouwinstallaties) aandacht te schenken aan betonkernactivering. Beknopt wordt in dit artikel ingegaan op enkele bevindingen uit het rapport, zoals de combinatie van ventilatieconcepten en betonkernactivering, overwegingen met betrekking tot de toepassing van betonkernactivering en de relatie tussen het besluit be-

tonkernactivering toe te passen en het ontwerpproces. Ventilatieconcepten en betonkernactivering

Naast verwarmen dienen gebruiksruimten ook te worden geventileerd. Betonkernactivering is te combineren met alle gangbare ventilatieconcepten zoals: • natuurlijke toevoer, mechanische afvoer; • mechanische toevoer en afvoer (gebalanceerde ventilatie). Bij het toepassen van betonkernactivering en natuurlijke toevoer dienen er voorzieningen te worden

aangebracht voor het voorkomen van (tocht)klachten. Het toepassen van gebalanceerde ventilatie heeft daarom de voorkeur. Er kan daarbij onderscheid gemaakt worden in: • mengingsventilatie (fig. 1); • verdringingsventilatie (fig. 2). Gebalanceerde verdringingsventilatie heeft als voordeel dat inblaaslucht met een lage snelheid op vloerniveau wordt ingeblazen en vervolgens gelijkmatig stijgt. De aanwezigen zitten hierbij in ‘schone lucht’. Dit concept is bij de meeste vloeren alleen mogelijk als een verhoogde vloer wordt toegepast. Toepassing

Betonkernactivering is in verhouding tot de gebruikelijke wijze van verwarmen en koelen een traag systeem. Vanwege de gelijkmatige warmte- of koudeafgifte over een groot oppervlak met zeer gematigde temperatuur en een groot aandeel straling is het comfortniveau

1 | Mengingsventilatie

23°C 18°C

22°C kantoor

gang

23°C

cement 2007

11_SBR.indd 49

1

49

31-10-2007 14:08:29


2 | Verdringingsventilatie

19°C

19°C

“gebruikte” lucht 25°C

25°C

“schone” lucht 22°C

19°C

kantoor

gang

19°C

25°C

heel hoog. Daar de leidingen in de constructievloer opgenomen zijn is de flexibiliteit beperkt. Op basis hiervan is de toepassing van betonkernactivering te overwegen indien: • de interne warmtelast redelijk constant is; • het gebruik en de indeling stabiel zijn; • de gebruiksfunctie een hoog comfortniveau vraagt; • de beschikbare bruto verdiepinghoogte beperkt is; • er gebruik gemaakt wordt van duurzame energiesystemen. Als al deze punten van toepassing zijn wordt de potentie van betonkernactivering volledig benut. De overweging om betonkernactivering toe te passen dient echter wel in samenhang met een ventilatieconcept te worden genomen! Bouwvoorbereiding

gewenste binnenklimaat. In de projectfase worden nadere eisen voor de prestatie van het binnenklimaat uitgewerkt. Op basis hiervan kan een afweging over de toepassing van betonkernactivering gemaakt worden. Dit maakt het voor de architect mogelijk om in samenwerking met adviseurs schetsen te maken van hoofdverdeelpunten van de luchtkanalen, de verdiepingen gebouwhoogte. In het voorontwerp worden investeringskosten vastgelegd. De keuze voor betonkernactivering kan na het VO niet eenvoudig meer worden veranderd omdat:

• de opdrachtgever en de adviseurs gezamenlijk de keuze voor het toepassen van betonkernactivering vastleggen; • de architect in samenwerking met constructeur, installatieadviseur en opdrachtgever een principekeuze doet voor het type vloer en voor de vloerafwerking (dekvloer of computervloer); • de constructeur, installatieadviseur en architect de hoofdstructuur bepalen van de leidingen, kanalen en schachten versus hoofdstructuur; • nadere keuzen voor de gewenste flexibiliteit in gebouwindeling en gebruiksfuncties zijn vastgelegd.

Betonkernactivering versus vloerverwarming Bij het SBR-project koelen en verwarmen is onderscheid aangebracht tussen betonkernactivering en vloerverwarming. Als de leidingen opgenomen zijn in de constructieve vloer spreken we van betonkernactivering. In de andere gevallen is sprake van vloerverwarming.

bouwproces en bouwvolgorde

In de initiatieffase worden (duurzame) projectdoelstellingen geformuleerd met betrekking tot het

50 cement 2007

11_SBR.indd 50

betonkernactivering

vloerverwarming

vloerverwarming

1

31-10-2007 14:08:36


Op basis van deze punten kan het ontwerp verder worden uitgewerkt. Architectuur

Bij het ontwerp moet rekening worden gehouden met een aantal randvoorwaarden, zodat ook direct achter de gevel het hoge comfortniveau van betonkernactivering kan worden gerealiseerd. Speciale aandacht vragen de zontoetreding, glaspercentages, de energieuitwisseling tussen de personen en de vloer, geluidabsorptie, het uit het zicht houden van leidingen en niet te vergeten de constructievloer. Deze laatste wordt immers direct vanuit de ruimte zichtbaar en moet ook worden opgeleverd als zichtwerk! Bouwtechniek

De toepassing van betonkernactivering heeft gevolgen voor de vloerconstructie. Aangezien betonkernactivering al een aantal jaren wordt toegepast, heeft de

industrie op deze ontwikkeling geanticipeerd. Vrijwel alle vloeren zijn te combineren met betonkernactivering (foto 3, 4). Er is wel een onderscheid met betrekking tot de positie van leidingen (tabel 1). Naast de positie van de leidingen zijn ook de ventilatiekanalen van belang. Te vaak wordt er vanuit gegaan dat deze wel in de vloer geïntegreerd kunnen worden. Hier is echter een waarschuwing op zijn plaats! Het dimensioneren van de hoofdluchtkanalen in het gebouw is een typisch voorbeeld van het integrale ontwerpkarakter bij betonkernactivering. Zaken die hierbij een rol spelen zijn de overspanningrichting van de vloeren, constructieve aspecten zoals kruisingen met liggers, het toepassen van een eventuele verhoogde vloer, de plaats van de schachten en het ventilatieconcept.

3 | Instorten van kanalen en leidingen

Toekomst

Betonkernactivering speelt in op de toekomst. Belangrijke externe prikkels voor het toepassen van het systeem zijn de gewenste verduurzaming van de gebouwde omgeving en de toenemende aandacht voor comfort en welbevinden van de mens. n

SBR-publicatie Dit artikel is gebaseerd op de recent verschenen SBR-publicatie ‘Thermisch actieve vloeren; Koelen en verwarmen met betonkernactivering’. Deze publicatie is tegen € 39,90 te bestellen bij SBR te Rotterdam, [email protected]

4 | Infra+vloer: betonkernactivering gecombineerd met vloerverwarming

Tabel 1 | Soorten vloeren

afgifte

vloersoort

vooral via de onderzijde

holle vloeren: bollenplaatvloer wingvloer kanaalplaatvloer infraplusvloer

vooral via de bovenzijde

leidingen bovenin bij: breedplaatvloer staalplaatbetonvloer

onderzijde en bovenzijde

massieve vloeren: breedplaatvloer staalplaatbetonvloer

cement 2007

11_SBR.indd 51

1

51

31-10-2007 14:08:41

Constructie & uitvoering Woningbouw

WelWonen, concept met perspectief Een innovatief principe dat een belangrijke rol kan spelen in zowel het verwarmen als het koelen van een gebouw, is het lokaal en tijdelijk opslaan van energie in de bodem. BetonSon combineert met twee van haar producten – de Wingvloer en de Energiepaal – betonkernactivering van de vloer met het benutten van deze ondergrondse opslagcapaciteit. Met het hiermee verkregen ‘WelWonen’-concept zet de prefab-betonfabrikant een stap voorwaarts in het continue proces van CO2-reductie. 1 | De proefwoning in Kampen

Wel Wonen is een concept waarin de totale klimatisering van de woning wordt verzorgd (fig. 2). Het idee hiervoor is ontstaan vanuit ontwikkelingen rondom twee afzonderlijke producten uit het assortiment van BetonSon: de

2 | Principe WelWonen

Wingvloer gecombineerd met betonkernactivering (fig. 3) wordt al toegepast sinds 1999, met het doorontwikkelen van de Energiepaal (foto 4) naar de uitvoering toe is begonnen in 2001. Ed Weenink, productmanager bij BetonSon: “De overheidsmaatregelen met betrekking tot het verbeteren van de energieprestatiecoëfficiënt (EPC) en het terugdringen van CO2-uitstoot leidden bijna automatisch tot de vraag of de twee producten elkaar konden aanvullen of zelfs versterken. Het antwoord op deze vraag bood de warmtepomp, die warmtebron en -afgiftesysteem in één geheel aan elkaar koppelt.” Nieuw in woningbouw

Betonkernactivering is tot dusver hoofdzakelijk bekend van toepassingen in de utiliteitsbouw. De mogelijkheden in de woningbouw

52 cement 2007

12_Welwonen.indd 52

zijn echter ook groot. In de appartementenbouw worden vloerverwarming en -koeling al langer toegepast. Constructie- en afwerkvloer zijn hier gescheiden en de zwevende dekvloer is bij uitstek geschikt om de vloerverwarming in onder te brengen. Voor de koeling is het plafond eerder aangewezen, maar dit zou een dubbel systeem vergen. Daarom wordt voor verwarmen én koelen één systeem vanuit de vloer toegepast. In de laagbouw was betonkernactivering tot dusver nog niet aan de orde. Wel zijn al veel woningen voorzien van vloerverwarming, zij het alleen op de begane-grondvloer. Weenink: “Vooral de prijs vormt nog een struikelblok: een HR-ketel in combinatie met radiatoren was lange tijd een stuk goedkoper dan de combinatie warmtepomp + vloerverwarming. Deze laatste optie wordt echter steeds belangrijker, onder meer vanwege de aangescherpte EPCeis. De markt ontwikkelt zich dientengevolge zo snel, dat ook de prijs naar beneden gaat en het systeem concurrerend wordt. Het wordt nu een vervangingsmarkt voor de combinatie HR-ketel + radiatoren. Een nieuwe fiscale maatregel, die toestaat dat bovenop de hypotheek nog eens € 10 000 mag worden geleend voor duurzame maatregelen, brengt dit systeem binnen ieders handbereik.” Proefwoning

Om het systeem te testen is in Kampen een proefwoning gebouwd (foto 1), waarop twee jaar lang prestatiemetingen zijn verricht. De proefwoning is opgetrokken uit Energiepalen, standaard begane-grondvloeren, blokkenmuren en Wingvloeren op de eerste

8

31-10-2007 14:24:18


en tweede verdieping. Het dak bestaat uit een eenvoudige sporenkapconstructie. De woning is voorzien van een standaard warmte-terugwininstallatie (wtw). Uit voorzorg is bovendien in de begane-grondvloer vloerverwarming ingebouwd. Weenink: “Er was sprake van een tegelvloer als afwerking en we wilden niet het risico lopen dat er kou vanuit de vloer zou optrekken en dat de plafondverwarming alleen niet zou voldoen.” De wtw-installatie heeft het gehele eerste jaar uitgestaan, als gevolg van een verkeerde wijze van aanleg. Desondanks zijn de nagestreefde waarden gehaald. Verder stond de vloerverwarming van de begane grond bewust op 19 ºC ingesteld, in plaats van de gebruikelijke 21 ºC. De bewoners hebben dat evenwel niet opgemerkt. “De vloerverwarming hoefde zelfs nauwelijks te worden aangesproken. Een bewijs te meer dat plafondverwarming alleen al voldoet!” Plafondverwarming is een zelfregulerend systeem. Wordt het binnen warmer, dan neemt het plafond warmte op en voert dit af naar de grond; en andersom, haalt warmte uit de grond en voert dit

af naar de binnenruimte. De metingen laten zien dat er regelmatig op de dag koude wordt afgegeven vanuit het plafond. “De bewoner zal dit echter nooit merken, in tegenstelling tot bij centrale verwarming. Bij dit laatste schakelt hij de cv uit als het te warm is en zet hij soms nog een deur open. Met ons concept hoeft dat niet meer, omdat de temperatuur continu binnen een bepaalde bandbreedte zit. Daarmee is dit concept niet alleen comfortabeler, maar ook energiezuiniger.” Niet alleen het verwarmen, maar ook het koelen voldeed aan de verwachtingen (fig. 5). “Over het gehele jaar realiseerden we een temperatuur tussen 21 en 23 ºC, met een piekje naar 25 ºC als het buiten 35 ºC was. De resultaten vielen binnen de limieten ondanks het feit dat de gehele zuidgevel uit glas bestaat en niet was voorzien van zonwering.” Waardering

De huidige EPC-eis van 0,8 kan nog met de klassieke middelen, zoals een iets betere glassoort of betere HR-ketel, worden bereikt. Zodra deze eis echter wordt verlaagd, is de warmtepomp onver-

Aardwarmte Aardwarmte of geothermische energie is energie die wordt gewonnen door gebruik te maken van het temperatuurverschil tussen het aardoppervlak en diep in de aarde gelegen warmtereservoirs. Vooral in vulkanische streken (bijv. IJsland) liggen die op zo geringe diepte dat winning economisch lonend is. Ook in onze streken is deze techniek in opkomst, met name voor de temperatuurregeling in gebouwen. Grondwater, vaak op een diepte van zo’n 100 m, wordt opgepompt en ‘s winters gebruikt als (basis-)verwarming van gebouwen, waarna het weer de bodem wordt ingepompt. In de zomer kan het grondwater dienen als koeling. Dichterbij het oppervlak is de aanwezige energie te gering om als warmtebron te dienen. Wel biedt de nagenoeg constante temperatuur van de ondergrond mogelijkheden de pieken uit het energiegebruik af te vlakken. De op 5 à 10 m diepte gemeten temperatuur komt namelijk praktisch overeen met het jaargemiddelde van de locatie op maaiveldniveau. Aardwarmtesondes (verticale of schuine boringen of horizontaal en vlak bij de oppervlakte in de bodem ingebrachte systemen) fungeren als doorgeefluik van de warmte. Warmtepompen zorgen voor de circulatie van de in water opgeslagen warmte.

mijdelijk. Weenink: “Een warmtepomp alleen al geeft een reductie van 0,2 op de EPC. Bovendien heeft een warmtepomp slechts een kwart van de energie nodig ten opzichte van de HR-ketel; driekwart van de energie haalt hij gewoon uit de bodem. Ons concept zit echter op 0,5 en kan nog verder naar beneden!” Voor de energetische prestaties van de warmtepomp is het belangrijk dat deze niet teveel draait. De warmtepomp moet dus zo optimaal mogelijk worden afgesteld en bijvoorbeeld maar één keer per uur aanslaan (fig. 6). Verder draait de acceptatie vooral om het comfort, wat hoofdzakelijk erop neerkomt dat de woning in de winter goed en homogeen moet kunnen worden verwarmd.

3 | Wingvloer met betonkernactivering

4 | De Energiepaal

cement 2007

12_Welwonen.indd 53

8

53

31-10-2007 14:24:38


28 26 24 22

temperatuur (°C)

20 18 16 14 12 10 1-aug

11-aug

21-aug

31-aug 10-sep

20-sep

30-sep

10-okt

datum buitentemperatuur temperatuur woonkamer

5 | Meting binnentemperatuur gedurende de zomerperiode

54 cement 2007

12_Welwonen.indd 54

“Tussen de verschillende ruimtes van onze proefwoning bestonden nauwelijk temperatuursverschillen. Dat wil zeggen dat er tussen bovenkant vloer en onderkant plafond nauwelijks stroming is, waardoor het heel aangenaam vertoeven is.” Om de mogelijkheden van het systeem optimaal te kunnen benutten, moeten de architect en zijn adviseurs al in de ontwerpfase principiële keuzes maken. Daarnaast worden allianties met andere partijen gesmeed. Weenink: “Onze eerste acties richten zich nu op projectontwikkelaars en zelfontwikkelende aannemers, die dit concept in hun woning willen inpassen. Wij garanderen de prestaties van de Energiepalen, de installateur de warmtepomp en het bka-systeem of vloerverwarming of -koeling, en verder is het een kwestie van plug and play.” De consument is echter nog onbekend met het systeem. Daardoor worden er nog geen comforteisen gesteld. “De consument moet inzien dat hij voor iets meer investering veel meer comfort op gebied van verwarming en koeling krijgt, en dat het systeem energiezuiniger en bovendien gezonder is. Doordat er minder luchtstroming en dus stofwenteling is, is de woning bovendien allergievriendelijker.”

De ervaring uit de proefwoning toont dat de eindgebruiker niets hoeft te doen. “Het systeem is gebruiksvriendelijk en zelfregulerend. Het is beter dit systeem 24 uur per dag te laten draaien, dan zeven of acht keer per dag het systeem aan en uit te schakelen. Het is niet alleen nu al goedkoper, maar als je in de winter thuiskomt, hoef je niet meer de verwarming aan te draaien, je woning is dan al warm! Hetzelfde fenomeen doet zich voor in de zomer met betrekking tot koeling.” Levensduur en

schappelijk gezien naar de toekomst echter geen traditionele hoge-temperatuurverwarming meer veroorloven.” Het uiteindelijke doel is een energie- en CO2-neutrale gebouwde omgeving te bereiken. Een volgende stap zou de realisatie van het energiedak kunnen zijn, wat overigens iets anders is dan het toepassen van een zonnepaneel. Op een energiedak kan hemelwater tot 40 ºC worden verwarmd, waardoor tevens in de warmwatervoorziening kan worden voorzien. Andere optimalisaties zijn ook mogelijk.

duurzaamheid

Wil een nieuw concept kans van slagen hebben, dan moet het niet alleen aangenaam, energiezuinig en gebruiksvriendelijk zijn, maar ook weinig zorg vragen met betrekking tot beheer en onderhoud. Weenink: “De Energiepalen zitten minimaal vijftig jaar in de grond en daarmee gebeurt niets. Voor de vloeren geldt hetzelfde. Zelfs de huidige generatie warmtepompen houdt het met gemak 25 jaar vol! Alle reële bewonerswensen zijn dus al vervuld.” Een discipline waarvoor deze verandering flinke consequenties heeft, is de installatiesector. De omschakeling van HR-ketel naar warmtepomp voltrekt zich echter momenteel in sneltreinvaart. “Vloerverwarming is al ruimschoots bekend bij de installateurs. Het is nu tijd om over te schakelen. Je ziet al dat de afzet in warmtepompen enorm is toegenomen. Ook de levertijd loopt overigens op. We kunnen ons maat-

Marktverwachtingen

Weenink verwacht binnen twee à drie jaar enkele duizenden woningen per jaar volgens het WelWonen-concept te kunnen bouwen. Bang voor de concurrentie is hij niet, omdat dit alleen maar de acceptatie versnelt. Datzelfde zal gebeuren als de regering op korte termijn besluit dat CO2 en niet EPC de norm wordt. “Uiteindelijk moet de consument zeggen: ik wil niets anders dan dit concept. Naast de uitstraling aan de buitenkant (tuin) en binnenkant (mooie keuken, badkamer) moet comfort de derde belangrijke optie zijn in de besluitvorming bij het kopen van een woning. Comfort kan echt een onderscheidend criterium worden. Ons concept is (nog) wat duurder dan gebruikelijk, maar dat verschil heb je binnen korte tijd terugverdiend door besparing op energiekosten.” n Henk Wapperom

40

watertemperatuur (°C)

30

35 30 25 20 15 10 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0

tijd (uur) 6 | Watertemperaturen in het stookseizoen gedurende 24 uur

8

31-10-2007 14:24:44

Energiek beton. cement

Recommend Documents