HERONTWERP VAN DE ZUID-AFRIKAANSE RDP-WONING

Mei 2002

ECN--02-008

HERONTWERP VAN DE ZUID-AFRIKAANSE RDP-WONING Onderzoek naar de mogelijkheden van energiezuinig bouwen B. Hazebroek

1

Verantwoording Dit rapport is het resultaat van een veertien maanden durend project: het afstuderen aan de Faculteit der Bouwkunde van de Technische Universiteit Delft. Mijn afstudeerproject is een combinatie geweest van onderzoek en ontwerp, een combinatie die ik graag wilde, maar die wel een hoop werk met zich mee heeft gebracht, wat zich ook uit in het aantal pagina’s van dit rapport. Zowel bij ECN als in de Bouwfysicakelder heb ik met veel plezier aan de afronding van mijn studie gewerkt. Mijn dank gaat uit naar mijn mentoren: de heren J. van der Woord, M. van der Voorden en H. Kaan, voor hun begeleiding en (overwegend) enthousiasme. Daarnaast bedank ik Regina Bokel, voor de begeleiding met Capsol, het lezen van mijn verslag en het deels overnemen van het mentorschap voor Bouwfysica in het laatste stadium van mijn afstuderen. Ook bedank ik mijn afstudeergenootjes Kiki en Jaco van ECN waarmee ik met name in het eerste deel van mijn afstudeerproject erg veel gezellige momenten heb gekend, zowel tijdens het werk als bij het verkennen van de wereldstad Petten. En natuurlijk mijn afstudeergenootjes uit de kelder: Pernette, Mirjam en sinds kort ook Sabine voor het ‘stimulerende’ werkklimaat. Nu begrijp ik waarom die Arbo-wet bestaat: gebrek aan daglicht doet rare dingen met je. Afsluitend wil ik mijn ouders, en tevens hoofdsponsors, bedanken voor de mooie tijden die ik hier in Delft heb kunnen beleven. Boukje Hazebroek Delft, mei 2002

2

INHOUD LIJST MET AFKORTINGEN

9

SYMBOLENLIJST BOUWFYSICA

9

SAMENVATTING

10

1. 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.4 1.2.4.1 1.2.4.2 1.2.4.3 1.2.5 1.2.5.1 1.2.5.2

12 12 12 12 13 14 14 14 15 16 16 16 17 17 17 17

INLEIDING Zuid Afrika Woningtekort Reconstruction and development programme Kwantiteit versus kwaliteit Overige problematiek Projectomschrijving Aanleiding Probleemstelling Aanpak Verkenning Bouwfysisch onderzoek Bouwtechnisch ontwerpen Randvoorwaarden Functionaliteit kosten

VERKENNING

18

2. 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6

LOPEND PROJECT Activities implemented jointly (aij) Principe Reden aij Opzet project ecn Projectpartners Rol van ECN Resultaat Nederlandse bedrijven Eltomation Meuwissen Oskam21 Texolite Testlokaties Kutlwanong Lady grey Benoni24 Gugulethu Testwoningen

18 18 18 18 19 19 19 19 20 20 21

3. 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.4 3.4.1 3.4.2

SITUATIE ZUID AFRIKA Ontstaan en gevolgen van het apartheidsregime Woonomgeving Townships RDP-woningen Situatie op het technische vlak Technische voorzieningen Klimaat Klimaat in Zuid Afrika Invloed op het binnenklimaat

26 26 27 27 29 30 30 32 32 32

22 23 23 24 25 25

3

3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4

Energie Huishoudelijk energiegebruik Brandstof Energieproductie keuze energiebron

32 32 32 33 34

THEORIE

35

4. 4.1 4.2 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.2.1 4.3.2.2 4.4 4.4.1 4.4.1.1 4.4.1.2 4.4.2 4.4.3 4.4.3.1 4.4.3.2 4.4.3.3

DUURZAAM BOUWEN Inleiding Stationair warmtetransport Warmtetransport door geleiding en convectie Warmtegeleidingscoëfficiënt Warmteweerstand Warmte-overgangsweerstanden Warmte-overgangscoëffiënt en warmtedoorgangscoëffiënt Warmtetransport door straling Dynamisch warmtetransport Verschil met stationaire benadering Optredende verschijnselen bij dynamisch warmtetransport Demping d Tijdvertraging τ Comfort binnenklimaat Thermisch comfort Comforttemperatuur Onbehaaglijkheid Luchtkwaliteit Ventilatie en infiltratie Natuurlijke ventilatie Vereiste ventilatiehoeveelheden basisventilatie Zomerventilatie

35 35 35 36 36 37 37 37 38 39 39 40 40 41 41 42 42 42 43 43 43 44 44

5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.1.1 5.3.1.2 5.3.2 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.3 5.4

PASSIEVE ZONNE-ENERGIE Inleiding Werking passieve zonne-energie (pze) Systemen Direct systeem Voordelen Nadelen Indirect systeem Voordelen Nadelen Passief koelen PZE en stedenbouw

45 45 45 46 46 46 46 47 47 47 47 47

AANPAK

49

6. 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3

49 49 49 49 50 50

4

VERBETEREN WONINGEN Gebreken op gebied van energie en comfort Low-e ontwerp Reduceren van het energieverlies Passieve zonne-energietechnieken (pze) Efficiënt beantwoorden van overgebleven energievraag

6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.5

Comfort Thermisch comfort Olfactief comfort Ventilatie Toepassing

51 51 51 52 52

7. 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7 7.1.8 7.1.9 7.1.10 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3

PROGRAMMA VAN EISEN Functioneel pve Lokatie Plattegrond Gevels Dak en plafond Toegankelijkheid Materialen Voorzieningen Technologie Kosten Overig Fysisch pve Luchttemperatuur Comforttemperatuur Overige eisen

54 54 54 54 54 55 55 55 55 56 56 56 57 57 58 58

8. 8.1 8.2 8.3 8.3.1 8.3.2 8.4 8.5 8.5.1 8.5.2 8.5.3 8.5.4

AANPAK ONDERZOEK Onderzoeksvragen Simulaties in capsol Onderzoekssituaties Passief Actief Uitvoer onderzoek Beschrijving referentiemodel Vereenvoudiging rdp-woning tot referentiemodel Opbouw en materialisering Oriëntatie Klimaatfactoren

60 60 60 61 61 61 61 62 62 63 64 64

9. 9.1 9.2 9.2.1 9.2.2. 9.2.3 9.2.4 9.2.5 9.2.6 9.2.7 9.2.8 9.2.8.1 9.2.8.2 9.2.8.3 9.2.8.4 9.2.8.5 9.2.8.6 9.2.8.7 9.3 9.3.1

MODELLEREN IN CAPSOL Inleiding Modelleeraspecten referentiemodel Fysisch schema Wanden Zones Warmteovergangscoëfficiënten Hoekfactoren Zonreceptiefactoren Reflectiefactor binnenoppervlakken Rekenparameters Inrekentijd Totale rekentijd Rekentijdstap Startdatum berekeningen Sublagen Lokatie Overige rekenparameters Modelleren randvoorwaarden Functiereferenties

66 66 66 66 67 67 69 69 69 71 71 71 71 71 72 72 72 72 72 72 5

9.3.2 9.3.3 9.3.4 9.3.5 9.3.6 9.3.7 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.4.5 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.3.1 9.5.3.2 9.5.3.3 9.6

Buitenluchttemperatuur Grondtemperatuur Bezonning Zonafscherming van een gebouw Ventilatie Modellering klimaatregeling Uitvoer Luchttemperatuur oppervlaktetemperatuur Comforttemperatuur Warmtestroom door transmissie Energiegebruik Controle van het model Inrekentijd Bezonning van de gevels Knoopcontroles Controle warmtestroom wandknoop Controle warmteopslag wandknoop Controle warmteopslag luchtknoop Beperkingen

72 73 73 74 74 74 74 74 75 75 75 76 77 77 77 78 79 80 81 82

RESULTATEN ONDERZOEK

83

10. PASSIEVE SITUATIE 10.1 Inleiding 10.2 Testvarianten 10.2.1 Invoer 10.2.2 Resultaten 10.2.3 Bespreking 10.2.3.1 Variant 1 10.2.3.2 Variant 2 10.2.3.3 Variant 3 10.2.4 Conclusie 10.3 Referentiemodel 10.3.1 Invoer 10.3.2 Resultaten 10.3.3 Bespreking 10.3.3.1 Zomer 10.3.3.2 Winter 10.3.4 Conclusie 10.4 Bouwkundige varianten 10.4.1 Invoer 10.4.2 Resultaten 10.4.3.1 Zomer 10.4.3.2 Winter 10.4.4 Conclusie 10.5 tlucht versus tcomfort 10.5.1 Invoer 10.5.2 Resultaten 10.5.3 Bespreking

83 83 83 83 85 86 86 86 86 86 87 88 88 89 89 91 91 91 91 93 94 95 95 96 96 96 97

11. 11.1 11.2 11.3 11.3.1

98 98 98 98 99

6

ACTIEVE SITUATIE Inleiding Bepaling vermogen installatie Invoer verwarmingssysteem Doeltemperatuur

11.3.2 Bestemming 11.3.3 Gevoeligheid 11.3.4 Inertie 11.3.5 Minimale duur aan/uit 11.4 Referentiemodel 11.4.1 Invoer 11.4.2 Resultaten 11.4.3 Bespreking 11.4.4 Conclusie 11.5 Bouwkundige varianten 11.5.1 Invoer 11.5.2 Resultaten 11.5.3 Bespreking 11.5.4 Conclusie 11.6 Interne warmteproductie 11.6.1 Invoer 11.6.2. Resultaten 11.6.3 Bespreking 11.7 Conclusie actieve situatie

99 99 100 100 100 100 100 101 101 101 101 102 103 103 103 103 104 105 106

12. 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.4

OPTIMALISATIE Aanpak optimalisatie Reductie oorspronkelijk energieverlies Plaatsing isolatiepakket Dikte isolatiepakket Isolerende luiken Conclusie isolatie Gebruik van passieve maatregelen Invloed raamgrootte Oriëntatie Invloed Zonwering Ventilatievoud Conclusie passieve maatregelen Overgebleven energievraag

107 107 107 107 109 109 110 110 110 112 114 114 115 115

13. 13.1 13.2 13.2.1 13.2.2 13.2.3 13.3 13.4

CONCLUSIES ONDERZOEK Overzicht resultaten Conclusies Reduceren van het oorspronkelijke energieverlies Toepassen passieve middelen Overige energievraag zo efficiënt mogelijk beantwoorden Reductie co2 emissies Beperkingen onderzoek en aanbevelingen

118 118 119 119 120 120 120 121

BOUWTECHNISHE UITWERKING

122

14. ONTWERP 14.1 Bespreking woningen peer africa 14.2 Uitgangspunten voor ontwerp 14.2.1 Lokatie 14.2.2 Programma woningen 14.3 Stedebouwkundig plan 14.3.1 Opzet 125 14.3.2 Ontwerprichtlijnen voor een veilige wijk 14.3.2.1 Braakliggend land 14.3.2.2 Slechte infrastructuur

122 122 124 124 125 125 126 126 127

7

14.3.2.3 Gebrek aan voorzieningen op straat 14.3.3 Planning van de kavels 14.4 Woningen 14.4.1 Woningtypen 14.4.2 Plattegronden 14.4.3 Gevels 14.4.4 Technische voorzieningen 14.4.4.1 Elektriciteit 14.4.4.2 Rruimteverwarming 14.5 Opbouw woningen 14.5.1 Fundering en vloer 14.5.1.1 Opbouw 14.5.1.2 Uitvoeringsvolgorde 14.5.2 Wanden 14.5.2.1 Leemsteen 14.5.2.2 Opbouw 14.5.2.3 Uitvoeringsvolgorde 14.5.3 Openingen

127 127 130 130 131 132 133 133 133 135 135 135 135 136 136 137 139 139

BEVESTIGING 14.5.3.2 Uitvoeringsvolgorde 14.5.4 Dak 14.5.4.1 Staalplaat 14.5.4.2 Opbouw 14.5.4.3 Uitvoeringsvolgorde 14.6 Schema bouw

139 140 140 141 141 142 142

15. 15.1 15.2 15.3

DEFINITIEF ONTWERP IN CAPSOL Extreme klimaatsituaties Resultaten definitief model Bespreking

144 144 145 146

16.

TEKENINGEN DEFINITIEF ONTWERP

147

17.

REFERENTIES

149

BIJLAGEN

8

151

LIJST MET AFKORTINGEN AIJ ASA CSIR ECN IIEC JI NBR NHBRC PvE PZE RDP SABS

Activities Implemented Jointly Agrément South Africa Council for Scientific and Industrial Research Energieonderzoek Centrum Nederland International Institute for Energy Conservation Joint Implementation National Building Regulations National Home Builders’ Registration Council Programma van Eisen Passieve Zonne-Energie Reconstruction and Development Programme South African Bureau of Standards

SYMBOLENLIJST BOUWFYSICA symbool α a A Ao b c C d D(x) E i λ n q Q ρ ra / r i rc Rtot τ t tp T δT U V xe δx / δy / δz

Grootheid warmte-overgangscoëffiënt Temperatuurvereffeningscoëfficiënt Absorptiecoëfficiënt Oppervlakte Contactcoëfficiënt soortelijke warmte stralingsgetal van oppervlak Dikte Demping Emissiecoëfficiënt Warmtestroom Warmtegeleidingscoëfficiënt Ventilatievoud Warmtestroomdichtheid warmtestroom of energie Dichtheid warmte-overgangsweerstand buiten/binnen Warmteweerstand totale warmteweerstand van constructie Tijdvertraging Tijd Tijdsperiode Temperatuur Temperatuurverschil Warmtedoorgangscoëfficiënt Volume Dempingsdiepte plaatsverschil in x, y of z-richting

dimensie [W/m2] [m2/s] [m3] [J2/m4K2s] [J/kgK] [W/m2K4] [m] [W] [W/mK] [/h] [W/m2] [W] [kg/m3] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [s/m] [s] [s] [˚C] of [K] [K] [W/m2K] [m3] [m] [m]

9

SAMENVATTING In dit afstudeerproject wordt een verkennend onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden voor duurzamer wonen in Zuid Afrika. Als uitgangspunt voor het onderzoek wordt de zogeheten ‘Reconstruction and Development Programme’ woning (RDP-woning) genomen. Het doel is het creëren van een thermisch comfortabel binnenklimaat bij een zo laag mogelijk energiegebruik voor verwarming. Het onderzoek leidt tot een ontwerpvoorstel voor de verbeterde RDP-woning. Voor de laagste inkomensgroepen in Zuid Afrika is huisvesting een groot probleem. Zestig procent van de Zuid-Afrikanen leven in een woning van onvoldoende kwaliteit (zoals in een stalen shack in een zogenaamd squattercamp) of hebben überhaupt geen woonruimte. De materialisering van deze woningen heeft tot gevolg dat de bewoners zo’n 35% van toch al gelimiteerde inkomsten besteden aan brandstof voor het verwarmen van hun woning. De meest gebruikte brandstoffen voor verwarmen zijn kolen, hout en petroleum. Het gebruik van deze brandstoffen op veelal open vuurtjes binnen de woning leidt tot vele ongevallen en een ongezond binnenklimaat. Ook de belasting op het buitenklimaat is groot vanwege de lage efficiëntie van de toegepaste stookvorm. Het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) heeft in samenwerking met de Nederlandse overheid en enkele Nederlandse bedrijven het project ‘Housing for a healthier future in South Africa’ opgezet. Dit project zou met behulp van de beschikbare RDP-subsidies uiteindelijk moeten leiden tot de bouw van 10.000 low-cost, low-energy woningen voor de bewoners van de huidige townships. Het doel van dit project is het realiseren van een lagere CO2 uitstoot in Zuid Afrika. Binnen het ‘Housing for a healthier future’- project zijn een aantal ontwerpvoorstellen voor RDPwoningen gedaan waarvan wordt verwacht dat de thermische prestatie beter is dan die van de huidig gebouwde woningtypen. Er is echter geen onderzoek gedaan naar de werkelijke prestaties van deze ontwerpen, het is dus maar de vraag of deze woningen ook werkelijk beter zullen presteren, en als dit zo is, wat bedraagt dan de verbetering ten opzichte van de huidige woningen. Om een antwoord te kunnen geven op deze vraag is met behulp van een bouwfysisch simulatieprogramma voor thermisch dynamisch gedrag, CAPSOL, onderzoek gedaan naar de effecten van verschillende bouwkundige ingrepen in de gebouwschil op het energiegebruik voor verwarming en het thermisch comfort. In eerste instantie is de RDP-woning zoals die nu wordt gebouwd in CAPSOL ingevoerd als referentiemodel. Voor dit woningtype wordt gekeken naar het thermisch comfort in de passieve situatie en het energiegebruik in de actieve situatie. Na het beoordelen van de resultaten behaald met het referentiemodel wordt bepaald welke bouwkundige ingrepen in de gebouwschil onderzocht gaan worden. Dit leidt in zowel de passieve als de actieve situatie tot de beschouwing van de effecten van dakisolatie, gevelisolatie aan de binnen- of buitenzijde van de gevels en vloerisolatie. Ook wordt gekeken naar de invloed van variatie in de dikte van het isolatiepakket, in de grootte van raamoppervlakken, de oriëntatie van de woning, het ventilatievoud en het effect van zonwering. In de actieve situatie wordt bekeken wat voor verwarmend vermogen benodigd is om de temperatuur in de woning te laten voldoen aan het gestelde minimum. Hierbij wordt ook rekening gehouden met de interne warmteproductie. Uit de resultaten blijkt dat het isoleren van de woning zeer veel invloed uitoefent op het energievraag van de woning. Ook in de passieve situatie draagt isolatie bij tot een verbeterd binnenklimaat. Van alle afzonderlijke ingrepen heeft het toepassen van dakisolatie het meeste effect op zowel de energievraag in de winter als op het thermisch comfort in de zomer. In de wintersituatie blijkt het gunstiger voor de energievraag de gehele woning te isoleren met een dun pakket isolatie dan alleen de slechtst presterende constructiedelen te voorzien van isolatiemateriaal. In de zomersituatie zou alleen het toepassen van dakisolatie, in combinatie met een dakoverstek, al voldoende zijn om onder de gestelde

10

maximale binnentemperatuur te blijven. De energievraag van een ruimte hangt daarnaast sterk af van de oriëntatie van deze ruimte op de zon. Een oriëntatie op het noorden, met hooguit een afwijking van 20°, blijkt veruit het gunstigst, in deze gevel worden dan ook de grootste raamoppervlakken toegepast. Het toepassen van grote ramen in de noordgevel heeft nauwelijks een negatief effect op het thermisch comfort in de zomersituatie, aangezien deze gevel, in tegenstelling tot in de winter, in de zomer het minst bezond wordt. Eenvoudige ingrepen zoals het toevoegen van isolatiemateriaal en een goede oriëntatie op de zon kunnen bijdragen aan een besparing van 70 tot 80% ten opzichte van de oorspronkelijke energievraag. Bij een keuze voor een bepaalde ingreep zal soms echter de afweging moeten worden gemaakt tussen enerzijds het energiegebruik in de winter en anderzijds het thermisch comfort in de zomer. Bijvoorbeeld het toevoegen van vloerisolatie levert een grote besparing in het energiegebruik op, maar een stijging van de binnentemperatuur in de zomersituatie. De beste oplossing zal het beste compromis tussen de verschillende eisen zijn. In het uiteindelijke ontwerpvoorstel is gebruik gemaakt van dakisolatie, buitengevelisolatie en vloerisolatie, in een mate waarbij alle scheidende delen een vrijwel gelijke warmteweerstand hebben. Het raamoppervlak in de noordgevel bedraagt 10% van het totale vloeroppervlak van de woning. De overige gevels bevatten zo min mogelijk openingen, enerzijds om onnodige warmteverliezen in de winter te voorkomen (zuidgevel), anderzijds om oververhitting in de zomer tegen te gaan (oost- en westgevel). De raamoppervlakken in deze gevels zijn slechts bedoeld als primaire daglichtvoorziening en ventilatiemogelijkheid. De woning heeft een groter geveloppervlak op het noorden dan op het zuiden, zodat de zon optimaal benut kan worden.

11

1.

INLEIDING

1.1

Zuid Afrika

1.1.1 Woningtekort In Zuid Afrika is huisvesting een groot probleem, met name voor de lagere inkomensgroepen. Het aantal mensen dat op zoek is naar een woning in één van de Zuid-Afrikaanse steden groeit nog altijd zeer sterk. De meeste van deze mensen wonen als legale of illegale squatters aan de randen van de steden of in de voormalige town-ships. Zestig procent van de Zuid-Afrikanen leeft in woningen van onvoldoende kwaliteit of hebben überhaupt geen woonruimte. Voor de bestaande woningen voor de armste doelgroep heeft de gekozen materialisering tot gevolg dat deze woningen zeer slecht in staat zijn warmte Afbeelding 1.1: Blik op een Zuid-Afrikaanse township [23] te isoleren. De slechte thermische prestaties van de woningen hebben tot gevolg dat de huishoudens met de laagste inkomens zo’n 35% van hun inkomen besteden aan het verwarmen van hun woning. Niet alleen is dit een grote aanslag op hun toch al gelimiteerde inkomsten, ook de manier van stoken en verwarmen levert problemen op voor de gezondheid van de bewoners en voor het milieu. Een groot deel van het woningtekort is ontstaan na het afschaffen van de apartheid in 1994. (Zie paragraaf 3.1 ‘Ontstaan en gevolgen van het apartheidsregime’). De nu grotere toegestane bewegingsvrijheid van de zwarte bevolking heeft geleid tot een massale trek naar de Zuid-Afrikaanse steden. Tijdens het apartheidsregime werd de zwarte bevolking verplicht in de townships gehuisvest, buiten de stedelijke centra. De townships bestonden uit rijen vrijwel identieke woningen, voorzieningen zoals lagere scholen, ziekenhuizen en winkels waren niet of nauwelijks aanwezig. De raciale segregatie heeft tot gevolg gehad dat de steden zich wijds uitstrekken in zeer lage dichtheden. Dit komt over het algemeen niet ten goede aan de kwaliteit van woongebieden. Behalve dat de woningen in de townships zich ver van de werkgelegenheid bevinden en slecht bereikbaar zijn, hebben ze nauwelijks tot geen aansluiting op voorzieningen als stromend water en riolering.

1.1.2 Reconstruction and development programme In een poging te voorzien in de enorme behoefte aan low-cost woningen is in 1994 het Reconstruction and Development Programme (RDP) opgezet door de Government of National Unity (GNU)1 van Nelson Mandela. Dit RDP had in 1999 moeten leiden tot één miljoen nieuwe, low-cost woningen voor de armste Zuid-Afrikaanse bevolkingsgroepen. Hoewel dit aantal in 2000, een jaar later, is gehaald, wordt het huidige tekort geschat op anderhalf miljoen woningen. Onderzoeksinstituten hebben aangegeven dat deze achterstand, samen met de huidige en de toekomstige vraag in de komende

1

) GNU is een coalitie bestaande uit het ANC, NP (National Party) en Inkatha Freedom Party

12

twintig jaar zullen leiden tot een vraag naar 5,7 miljoen woningen. Dit betekent dat er jaarlijks ongeveer 300.000 woningen gebouwd zullen moeten worden om aan deze vraag te kunnen voldoen. Samenhangend met het RDP is door de Zuid-Afrikaanse overheid een subsidiebedrag beschikbaar gesteld waarmee in theorie iedereen in staat zou moeten zijn een ‘acceptabele’ woonruimte te bemachtigen. De subsidie is bedoeld voor de laagste inkomensgroepen, waarmee diegenen bedoeld worden met een inkomen lager dan 3500 Rand per maand. Gezinnen waarin minder dan R1500 per maand wordt verdiend ontvangen de volledige subsidie van R16.000 wat net voldoende is voor het bouwen van een zogenaamde site-and-service, een basis van vier muren, een dak en infrastructurele voorzieningen. Het subsidiebedrag is inkomstafhankelijk; de middeninkomensgroepen (R1500-3500) moeten zelf in meer of mindere mate voor medefinanciering zorgen, wat in Zuid Afrika erg moeilijk ligt gezien de hoge rente door economische instabiliteit. In de race om het afleveren van grote aantallen woningen om de door de politiek gestelde doeleinden te halen zijn aspecten als energiehuishouding en milieu genegeerd in de bouw.

Afbeelding 1.2: woningbouw voor de zwarte bevolking 1954 en 1998 [23]

1.1.3 Kwantiteit versus kwaliteit Naast het feit dat de grote vraag naar sociale woningbouw in Zuid Afrika noodzaakt tot kwantitatieve productie-initiatieven in de woningbouw, is er alsmede een noodzaak tot de productie van kwalitatief goede woningen. Omdat de huidige productie van woningen voornamelijk gericht is op kwantiteit komt de kwaliteit van de gerealiseerde objecten in het gedrang, wat zijn weerslag heeft op onder andere het energiegebruik en de kwaliteit van het wonen. Wonen in een volgens het RDP gebouwde woning levert de bewoners nauwelijks voordelen op ten opzichte van het wonen in hun oude woning in de townships, de woningen worden nog steeds ver weg van de stedelijke centra gebouwd in dezelfde structuur. De economische perspectieven van de bewoners blijven laag door de grote afstand tussen wonen en werkgelegenheid. Uit onderzoek blijkt dat de kostprijs per vierkante meter van een site-and-service gelijk is aan die van een woning of flat. Dit is te verklaren door het feit dat de grond, het bouwrijp maken en de aanleg van de infrastructurele voorzieningen een groot deel van de bouwkosten uitmaken. [10] De bouwfysische en energetische kwaliteiten van de woningen zijn bijzonder laag, wat zich onder meer vertaalt in een korte levensduur van de woningen en een hoog energieverbruik. Het energieverbruik leidt tot een hoge uitstoot van broeikasgassen en hoge energiekosten voor de bewoner. Daarnaast zijn de woningen van een matig comfort, (brand)onveilig en veelal slecht geventileerd, resulterend in een binnenmilieu dat voor leden van vele huishoudens heeft geleid tot verstikking. De gemiddelde levensduur van de woningen, zoals deze op dit moment doorgaans worden geproduceerd, wordt geschat op 10 tot 15 jaar, wat inhoudt dat men op dit moment het huisvestingsprobleem voor de nabije toekomst aan het bouwen is. Deze gebreken maken dat het 13

huidige woningbouwproject, wat de regering een hoop geld kost, niet meer is dan een tijdelijke oplossing voor de laagste inkomensgroepen. BILL OF RIGHTS IN SOUTH AFRICA’S CONSTITUTION Government of South Africa, 1996 Environment 24. Everyone has the right(a) to an environment that is not harmful to their health or well-being; and (b) to have the environment protected, for the benefit of present and future generations, through a reasonable legislative and other measures thati. prevent pollution and ecological degradation; ii. promote conservation; and iii. secure ecologically sustainable development and use of natural resources while promoting economic and social development. iv. secure ecologically sustainable development and use of natural resources while promoting economic and social development. Afbeelding 1.3: de regels zijn wel opgesteld maar worden nog niet altijd nageleefd. [7]

1.1.4 Overige problematiek Woningtekort is niet het enige probleem waar de bevolking van de townships mee te kampen heeft. De bevolkingsgroei stagneert door de heersende AIDS-epidemie, geschat wordt dat bijna een tiende van de bevolking HIV-positief is. Naast AIDS zijn ook criminaliteit en geweld aan de orde van de dag. Veel bewoners van de townships zijn opgegroeid met het apartheidsregime en zijn eraan gewend dat geweld deel uitmaakt van hun leven. Een ander gevolg van de apartheid is de armoede onder de zwarte bevolking, door een jarenlange ontzegging van onderwijs zijn de meeste mensen niet gekwalificeerd om te voldoen aan de aanwezige vraag naar werknemers. Hierin komt echter langzaam verbetering, het aantal seropositieven en het geweld blijven echter toenemen. De woning-bouwproblematiek kan daarom niet als een op zichzelf staand probleem worden beschouwd, door de ontwikkeling van woningbouw zou ook de sociale ontwikkeling gestimuleerd moeten worden, door bijvoorbeeld het uitvoeren van woningbouwprojecten waarbij ook aandacht wordt besteed aan werkgelegenheid, transport en sociale voorzieningen. In bijlage 1 zijn enige feiten en cijfers met betrekking tot Zuid Afrika opgenomen.

1.2

Projectomschrijving

1.2.1 Aanleiding Mijn afstudeerproject vindt zijn oorsprong bij het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN). In samenwerking met de Nederlandse overheid en enkele Nederlandse bedrijven heeft het ECN een project met de naam “Housing for a healthier future in South Africa” geïnitieerd. Dit project bestaat in eerste instantie uit een kleinschalig testproject, met de bouw van 10.000 energiezuinige, low-cost woningen in Zuid Afrika als mogelijk vervolgproject. De bewoners van de huidige Zuid-Afrikaanse townships vormen de doelgroep voor dit woningbouwproject. Met de realisatie van deze woningen moet een aanzet worden gegeven naar een meer energiebewuste samenleving, wat zich resulteert in een verminderde CO2 uitstoot door het land. De Zuid Afrikaanse uitstoot van CO2 wordt geschat op ruim 300 miljoen ton per jaar, waarmee de Zuid-Afrikaanse emissies de hoogste van het Afrikaanse continent zijn. Het is ondertussen algemeen bekend dat uitstoot van broeikasgassen opwarming van de aarde tot gevolg heeft. Het Afrikaanse continent is bijzonder gevoelig voor de gevolgen van een klimaatverandering, met name door de factor armoede. In theorie zijn aanpassings-mogelijkheden voor handen, in de praktijk zijn de menselijke, 14

infrastructurele en economische capaciteiten in de meeste van de Afrikaanse landen onvoldoende om tijdig op de gevolgen van een klimaatverandering te kunnen anticiperen. Behalve dat met dit project gestreefd wordt naar lagere CO2 emissies, en zodoende naar een gezondere leefomgeving, impliceert de titel van het project dat ook de gezondheid van de bewoner in de woning een rol speelt. Ondanks het beperkte beschikbare budget zal er binnen het project naar gestreefd worden een zo comfortabel mogelijke leefomgeving voor de toekomstige bewoner te creëren. “Housing for a healthier future in South Africa” is een project in het kader van het Activities Implemented Jointly (AIJ) programma, wat een rijker land in staat stelt een minder ontwikkeld land, met het ter beschikking stellen van kennis en geld, te helpen de emissies van broeikasgassen te verlagen. AIJ is een integraal onderdeel van het zogenaamde Kyoto-protocol. Hoofdreden voor het ontstaan van het AIJ programma is het grotere effect op de CO2 uitstoot per bestede gulden in een ontwikkelingsland ten opzichte van het effect bij besteding van dezelfde gulden in een ontwikkeld land. Voor een verdere uitleg wordt verwezen naar paragraaf 2.1‘Activities Implemented Jointly (AIJ)’.

1.2.2 Probleemstelling In het algemeen kan gezegd worden dat het met de huidige stand van zaken in de sociale (‘low-cost’) woningbouw in Zuid Afrika niet best gesteld is. Zowel de kwaliteit als de kwantiteit van de woningen in deze sector zijn ver beneden de maat. Met het project “Housing for a healthier future in South Africa” wordt geprobeerd hier een aanzet tot een verbetering te geven, met name op het gebied ‘kwaliteit’. Weliswaar is dit project vrij kleinschalig als wordt gekeken naar het totale woningtekort in deze sector (wat oploopt tot in de miljoenen) maar door een goede kennisoverdracht naar de lokale bevolking wordt een grote stap voorwaarts in het kennisniveau met betrekking tot energiezuiniger en gezonder bouwen mogelijk gemaakt. Door de samenwerkende partijen binnen het “Housing for a healthier future” project zijn ontwerpvoorstellen ingediend voor de nieuw te bouwen woningen. Van deze ontwerpen wordt een betere prestatie op het fysische vlak verwacht ten opzichte van de huidig gebouwde low-cost woningen. Deze ontwerpen bevatten aanpassingen welke zijn aangebracht op basis van de ervaring en intuïtie van de deelnemende partijen en stoelen niet op een bouwfysische onderbouwing. Onbekend is wat een bepaalde ingreep in bijvoorbeeld de gebouwschil tot gevolg heeft op het binnenklimaat. Het is dus maar de vraag of deze woningen naar verwachting zullen gaan presteren. Een bijkomende moeilijkheid is dat er voor de woningen slechts een zeer beperkt budget beschikbaar is wat overeenkomt met het subsidiebedrag dat door de Zuid Afrikaanse regering ter beschikking wordt gesteld aan gezinnen met een laag inkomen. Deze subsidie bedraagt 16.000 Zuid Afrikaanse Rand, wat op het moment neerkomt op nog geen 5000 Nederlandse gulden.2

2

) 1 Zuid-Afrikaanse Rand = 0,10 Euro (24-04-2002) [45]

15

Afbeelding 1.4: ontwerpvoorstel PEER Africa [8]

1.2.3 Doelstelling Dit afstudeerproject is bijzonder in het opzicht dat het hier gaat om een project dat voor 50% uit een bouwfysisch onderzoek zal bestaan en voor 50% uit bouwtechnisch ontwerpen. De opdracht is van dien aard dat over het energiezuinige aspect geen enkele betrouwbare uitspraak kan worden gedaan zonder een gedegen bouwfysisch onderzoek naar het gedrag van dynamisch warmtetransport door een bouwkundige constructie. Zonder een dergelijke verdieping in de achterliggende theorie zal het resultaat van deze afstudeeropdracht het lopende project geen stap verder leiden dan de huidige stand van zaken. De doelstelling van dit afstudeerproject kan dan ook tweeledig gesteld worden: 1. Inzicht verkrijgen in de effecten van verschillende bouwkundige ingrepen in de gebouwschil op het comfortniveau van het binnenklimaat in de passieve situatie en het energiegebruik in de actieve situatie. (Deel bouwfysisch onderzoek.) 2. Het vertalen van de verkregen inzichten in het ontwerp van een low-cost, energiezuinige woning met een comfortabel binnenklimaat voor de laagstbetaalde bevolkingsgroep in Zuid Afrika. (Deel bouwtechnisch ontwerpen.)

1.2.4 Aanpak 1.2.4.1 Verkenning In eerste instantie wil ik kijken naar wat en de manier waarop er nu gebouwd wordt voor de hierboven genoemde doelgroep en op welke manier er wordt omgegaan met energie. Tegelijkertijd moet beoordeeld worden waar de zwakke punten van de huidige woningbouw liggen, zowel in de zin van de constructie als het ontwerp. Hierbij maak ik gebruik van de aanwezige literatuur en van het computerprogramma CAPSOL om de bouwfysische gebreken van de woningen aan het licht te brengen. Een soortgelijke woning zoals nu wordt gebouwd zal hiervoor als voorbeeld dienen, deze woning kan beschouwd worden als referentiewoning. 1.2.4.2 Bouwfysisch onderzoek Het hoofddoel van het uiteindelijke project ‘Housing for a healthier future in South Africa’ is het reduceren van de CO2 uitstoot door bewoners van de townships. Dit kan bereikt worden door de totale energiebehoefte van deze groep te beperken. Dit kan in de eerste plaats bereikt worden door directe warmteverliezen door de gebouwschil te verlagen, ten tweede kan het comfort van het binnenklimaat verhoogd worden waardoor minder snel een beroep wordt gedaan op een verwarmingsinstallatie.

16

Hiertoe kan gebruik gemaakt worden van twee passieve principes; demping van de aan de gebouwschil opgelegde temperatuurgolf en sturing van de warmtestromen. Met behulp van het simulatieprogramma CAPSOL zullen, na een eerste kennismaking, verschillende woningvarianten worden doorgerekend, met als doel het verkrijgen van inzicht in het thermische gedrag van de gebouwschil. 1.2.4.3 Bouwtechnisch ontwerpen Na de fysische beoordeling van de opgestelde bouwkundige varianten kunnen de verkregen resultaten worden vertaald in een ontwerpvoorstel. Behalve dat de woning moet vodoen aan de bouwfysische eisen wordt in deze fase van het project vooral gekeken naar het functionele programma. Een tweede belangrijk punt in de ontwerpfase is het uitvoerings-aspect. De woningen dienen op een dusdanige manier ontworpen te worden dat deze door de lokale, zo goed als ongetrainde bevolking kunnen worden gebouwd. Ook moet de lokale bevolking in staat zijn in een later stadium zelfstandig onderhoud, reparaties en eventueel uitbreidingen uit te voeren zonder daarbij afbreuk te doen aan het energiezuinige concept. Aansluitend zullen conclusies worden getrokken en aanbevelingen worden gedaan met betrekking tot de meest zinvolle ingrepen in de gebouwschil welke als doel hebben de energievraag te verlagen.

1.2.5 Randvoorwaarden 1.2.5.1 Functionaliteit Belangrijk bij het ontwerpen van woningen voor een onbekende, in dit geval de Zuid-Afrikaanse, gemeenschap is dat er wordt ingegaan op de wensen en behoeften van de lokale bevolking, dit zowel op buurt- als woningniveau. Een woning die perfect voldoet aan de Nederlandse maatstaven zal in Zuid Afrika hoogst waarschijnlijk niet geaccepteerd worden. Woningbouw gericht op de laagste inkomensgroepen moet ook daadwerkelijk passend zijn voor deze groep. Dat lijkt voor de hand liggend maar in de praktijk zijn hier al een hoop projecten op afgeketst. Een voorbeeld in dit geval is het veel voorkomende gegeven dat eigenaren van een RDP-woning in de tuin naast hun woning een stalen shack bouwen die groter is dan de woning zelf, vervolgens daarin gaan wonen en het huis onderverhuren. In het algemeen kan gesteld worden dat een woningsysteem aan de volgende eisen zal moeten voldoen: − betaalbaar zijn − acceptabel zijn voor de gebruiker − antwoorden op de behoeften van de gemeenschap − optimaal gebruik maken van de lokale bronnen, zowel in de zin van arbeid als materialen − economische voordelen opleveren voor de gemeente − moet van dien aard zijn dat de woningen met lokale middelen te onderhouden zijn 1.2.5.2 Kosten In principe is het budget voor de woningen vastgesteld op het standaard RDP subsidiebedrag van R16.000. Naast dit subsidiebedrag is er vaak additionele financiering beschikbaar voor bijvoorbeeld woningen waarbij extra bouwkosten gemaakt worden ten einde de woning energiebesparend uit te voeren. Deze financiering bedraagt ongeveer 15% van de RDP-subsidie. Ook is er sprake van het invoeren van een eigen bijdrage van R2000 voor dit soort woningen. Voor een verdere beschrijving van de richtlijnen voor de te ontwerpen woningen wordt verwezen naar hoofdstuk 6 ‘Programma van Eisen’.

17

VERKENNING In dit deel wordt inzicht verschaft in de opzet van het ‘Housing for a healthier future’-project waaraan o.a. ECN meewerkt. Vervolgens wordt de huidige leefsituatie van de doelgroep besproken.

2.

LOPEND PROJECT

2.1

Activities implemented jointly (aij)

2.1.1 Principe Het is bekend dat een hoog energiegebruik leidt tot een hoge uitstoot van broeikasgassen die de aarde opwarmen. Er wordt veel aandacht besteed aan studies naar de mogelijkheden van aanpassing aan de komende omstandigheden en naar de mogelijkheden tot het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen. [32] Activities Implemented Jointly (AIJ)3 is een programma met als doel het verminderen van deze uitstoot op basis van joint implementation (JI). In dit kader is het mogelijk dat de uitstoot van broeikasgassen in ontwikkelingslanden kan worden verminderd met hulp vanuit een ontwikkeld land. Het project “Housing for a healthier future in South Africa” is opgezet op deze basis. Om richtlijnen op te stellen voor het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen zijn de ontwikkelde landen een verbond aangegaan wat heeft geresulteerd tot het ‘Kyoto protocol’ in 1997. In eerste instantie is gesteld dat de uitstoot van broeikasgassen in het jaar 2000 niet hoger mocht zijn dan het niveau in 1990. Voor ontwikkelingslanden gelden deze eisen niet, door alle partijen is geaccepteerd dat het grootste deel van de vroegere en huidige uitstoot afkomstig is van de ontwikkelde landen en dat de uitstoot door minder ontwikkelde landen hierbij vergeleken relatief laag zijn. Joint Implementation (JI) of Activities Implemented Jointly (AIJ) richt zich op het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen in ontwikkelingslanden. Hierbij is het mogelijk voor het ene, ontwikkelde, land om aan zijn verplichtingen te voldoen door het financieren en implementeren van projecten die de uitstoot verminderen in een ander (ontwikkelings-) land.

Afbeelding 2.1: vervuiling in een township [23]

2.1.2 Reden aij Het lijkt vreemd te kijken naar de mogelijkheden voor terugdringing van broeikasgassen in ontwikkelingslanden, zeker nu is gebleken dat de ontwikkelde landen de grootste moeite hebben met het naleven van hun verplichtingen. Een programma als AIJ wekt in eerste instantie sterk de indruk van het afschuiven van verantwoordelijkheden. Echter, in gedachten moet worden gehouden dat het voor het wereldklimaat geen verschil maakt of de uitstoot van CO2 in Nederland of in Zuid Afrika 3

) AIJ kan gezien worden als voorloper van het Clean Development Mechanism (CDM), een van de instrumenten uit het Kyoto-protocol ten behoeve van de strijd tegen klimaatverandering en reductie van de CO2 uitstoot.

18

plaatsvindt, het draagt vanaf de ene plek op aarde in dezelfde mate bij aan het broeikaseffect als vanaf een andere plek op aarde. In Zuid Afrika is de investering die gedaan moet worden om de uitstoot van CO2 met 1 kilogram te verminderen vele malen lager dan in een land als Nederland, of te wel, de prijs per kilogram CO2 is lager. Het lijkt dan ook logisch te zijn dat de meest kosten efficiënte maatregelen het eerst worden getroffen omdat dit de kortste weg is naar een vermindering van de wereldwijde uitstoot, ongeacht waar dit op aarde plaatsvindt.

2.2

Opzet project ECN

2.2.1 Projectpartners In april 2000 werd ‘Housing for a healthier future in South Africa’ geïnitieerd door het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), het International Institute for Energy Conservation (IIEC) en Planet Project Planning Network. Het project richt zich onder andere op het vergroten van de lokaal aanwezige kennis op het gebied van energiezuinige woningbouw. In samenwerking met verschillende Nederlandse bedrijven zullen bouwmaterialen op de Zuid Afrikaanse markt worden geïntroduceerd die zeer geschikt zijn voor toepassing in de energie efficiënte woningbouw. De ontwikkeling en de bouw van de woningen zullen in nauwe samenwerking met de lokale bevolking plaatsvinden. Naast ECN, IIEC (projectmanagement) en Planet nemen de volgende partijen deel in de projectorganisatie: − DGIS, Ministerie van Buitenlandse Zaken: financiering − PEER Africa: Zuid Afrikaans adviesbureau op het gebied van duurzaam bouwen − Nederlandse industrieën: Oskam, Texolite en Eltomation Meuwissen, een vierde Nederlands bedrijf, maakt geen deel uit van de projectorganisatie maar zal voor een deel van de isolatie van de woningen zal waarschijnlijk gebruik gemaakt worden van de door Meuwissen geproduceerde reflecterende folies. De Zuid Afrikaanse regering speelt vrijwel geen rol in het project. Omdat ‘Housing for a healthier future in South Africa’ een AIJ-project is, heeft de Zuid Afrikaanse regering toestemming moeten geven voor het ‘Jointly’- gedeelte van het project. Op dit moment worden contactpersonen bij de Zuid Afrikaanse regering op de hoogte gehouden van de stand van zaken omtrent het project, maar zij spelen geen actieve rol in het geheel. Hier zal verandering in komen als het vervolgproject, het bouwen van 10.000 woningen (zie elders deze pagina), van de grond gaat komen.

2.2.2 Rol van ECN Binnen het project “Housing for a healthier future in South Africa” levert ECN voornamelijk kennis aan op het gebied van energie efficiënte woningbouw en assisteert hierin de participerende Nederlandse industrieën. Dit richt zich zowel op de ontwerpbeoordeling van de woningen als op het monitoren en evalueren van de verbeteringen in de wooncondities, energiebesparingen en de daarbij behorende verminderde CO2 uitstoten. Ook speelt ECN een faciliterende rol voor de Nederlandse bedrijven, wat betekent dat ECN de zorg draagt voor de daadwerkelijke deelname van deze bedrijven en het gebruik van hun producten binnen dit project. ECN zal als woordvoerder optreden voor alle deelnemende bedrijven.

2.2.3 Resultaat Het totale “Housing for a healthier future in South Africa” project bestaat uit meerdere fases. Het eerste deel van het project, de huidige fase, houdt het ontwerp en de bouw in van 16 proefwoningen op vier verschillende locaties: - Kutlwanong, Kimberly, Northern Cape Province - Lady Grey, Wepener, Eastern Cape Province - Benoni, Germiston, Gauteng Province - Gugulethu, Kaapstad, Western Cape Province Deze woningen worden getest op hun acceptatie door de lokale bevolking en zijn bij succes de opzet voor een veel groter project, namelijk de bouw van 10.000 dergelijke woningen in Zuid Afrika. Waar 19

deze woningen dan gebouwd zullen gaan worden is nog niet bekend, dit hoeft niet persé op dezelfde locaties te zijn waar de testwoningen gebouwd worden. Op de lange termijn is het de bedoeling een omslag in de nationale politiek te creëren ten gunste van energiezuinige constructiemethoden met gebruik van passieve zonne-energie voor de laagste inkomensgroepen, waardoor de energielasten voor de armen verlicht worden. In geval van slagen zijn er verschillende voordelen voor zowel de toekomstige bewoners als voor de wereldwijde uitstoot van CO2 aan dit AIJ-project verbonden, dank zij de energie-efficiënte constructie van de toekomstige low-cost woningen [7]: − Reductie uitstoot broeikasgassen van huishoudelijke aard, de afname wordt geschat op 20 tot 30 ton CO2 per huishouden per decennium. − Verbetering van de lokale en binnenluchtkwaliteit door de reductie van het gebruik van brandstoffen voor ruimteverwarming. Hierdoor zal een afname van het aantal gevallen van longziekten optreden zodat minder overheidsgeld in de gezondheidszorg verdwijnt en meer geld overblijft voor bijvoorbeeld verdere verbetering van de huisvesting. − Algehele verbetering van de kwaliteit en het comfort van de woning door verbeterde isolatiewaarde. − Besparingen van 50 tot 90% op de huidige huishoudelijke uitgaven aan brandstof voor verwarming in de winter zijn reëel. − Binnen de huishoudens meer geld en tijd (bespaard aan het zoeken naar brandstoffen) over voor betere voeding, onderwijs, verzorging of de mogelijkheid een klein bedrijfje op te zetten. − Een verlaging van de piek in de vraag naar elektriciteit op het nationale netwerk. − Verbetering in de werkgelegenheid door zelfbouw, woningen worden voor en door lokale bevolking gebouwd. − Algehele verbetering in de economische perspectieven van de bewoners door het wonen op een betere locatie, hebben van een beter gezondheid en het beschikken over een grotere kennis dan voorheen.

2.3

Nederlandse bedrijven

De deelname van (in dit geval) Nederlandse bedrijven is een voorwaarde voor de realisatie van het ‘Housing for a healthier future’-project. De woningen die in Zuid Afrika gebouwd gaan worden zullen in de materialen worden uitgevoerd die in grote mate door of met behulp van de Nederlandse industrie geproduceerd worden. In dit deel volgen beknopte beschrijvingen van de aan het project deelnemende Nederlandse bedrijven: Eltomation, Meuwissen, Oskam en Texolite en hun producten. Op dit moment zijn genoemde bedrijven bezig met het verkennen van hun mogelijkheden op de Zuid Afrikaanse markt. Sommige bedrijven zullen een deel van hun productie naar Zuid Afrika verplaatsen, andere zullen materialen exporteren naar Zuid Afrika.

2.3.1 Eltomation Eltomation is gespecialiseerd in de productie van houtwolcement producten, in de vorm van tegels, platen en panelen. Het hout dat hiervoor wordt gebruikt is zogenaamd tweede keus hout, hout dat net niet aan de eisen van zagerijen voldoet. Houtwolcementproducten hebben een goede isolatiewaarde en zijn goed te gebruiken als isolatiemateriaal voor wanden en plafonds. Ook hebben ze een goede bestendigheid tegen water, vuur, rot, schimmels, ongedierte en termieten. Afbeelding 2.2: logo en verschillende producten van Eltomation [9]

20

Behalve dat deze producten succes hebben op de Europese markt zijn ze ook met succes toegepast in projecten in ontwikkelingslanden, zoals de Filippijnen en Brazilië. Eltomation heeft ondertussen met een lokale partner (Heraklith) een vestiging in Zuid Afrika opgezet en kijkt serieus naar het betreden van Zuid Afrikaanse low-cost housing markt. EltoBoard is een nieuwe productreeks van Eltomation, deze platen hebben een hogere dichtheid dan de eerder geproduceerde platen. Omdat hout de basis is voor EltoBoard, is het gemakkelijk bewerkbaar, het kan eenvoudig met spijkers of schroeven tegen een achterliggende constructie worden bevestigd en het materiaal kan gewoon gezaagd worden. Door het lage gewicht is het gemakkelijk hanteerbaar. EltoBoard kan in verschillende afwerkingen worden geleverd zoals steen- en houtpatronen voor buitenafwerkingen. Door de gesloten structuur kunnen naturel gelaten platen tijdens de bouw gestuct en in een willekeurige kleur geschilderd worden. [9+42]

2.3.2 Meuwissen De kern van het fabricageproces van Meuwissen is het in hoge snelheid lamineren van oprolbare materialen zoals papier, weefsels, aluminiumfolie en plastics. Meuwissen Isolatiefolies isoleren door reflectie, door toepassing van pure aluminiumfolie als reflectiescherm kan tot 95% van de infraroodstraling (warmtestraling) teruggestraald worden. Afbeelding 2.3: logo Meuwissen Isolatiefolie

Alkreflex 2L-2, een van de producten van Meuwissen, is opgebouwd uit een dubbele laag polyetheen luchtkussenfolie aan weerszijden voorzien van een gecoate aluminiumfolie, samengevoegd tot een compact isolatiemateriaal met een dikte van 6,5 mm (+ of – 0,5 mm). In combinatie met een luchtspouw aan weerszijden (≥ 20 mm ieder) ontleent Alkreflex zijn isolatiewaarde aan de toepassing van aluminium, waarmee optimaal de infrarode warmtestralen in het golflengtegebied tussen 0,8 en 10 μm worden gereflecteerd, en aan de stilstaande lucht in de gesloten luchtcellen. Alkreflex kan zowel in wanden als in het dak worden toegepast. Gezien de voor Meuwissen beperkte markt in Zuid Afrika en gezien het feit dat de folies een relatief klein volume hebben en dus gemakkelijk en goedkoop getransporteerd en opgeslagen kunnen worden zal Meuwissen niet de Zuid Afrikaanse markt op gaan, de folies zullen geëxporteerd worden. [43]

2.3.3 Oskam Oskam bouwt materialen en machines geschikt voor de productie van geperste stenen uit ruwe materialen als klei en leem. De stenen ondergaan geen bakproces waardoor de productie erg eenvoudig is, de stenen kunnen goed door ongeschoolde werknemers geproduceerd worden. Afbeelding 2.4: logo Oskam

Leemstenen zijn te vergelijken met traditionele stenen maar hebben een beter isolerend vermogen. Deze verbeterde isolatiewaarde en het feit dat de stenen niet gebakken hoeven te worden leiden tot een verminderde CO2 uitstoot tijdens de bouw en in de gebruiksfase van de woning ten opzichte van de traditioneel gebruikte stenen. Op dit moment in Oskam bezig machines voor de productie van deze leemstenen in Zuid Afrika op de markt te brengen. De leemstenen bestaan uit ongebakken kleihoudende aarde en zijn geschikt voor toepassingen in dragende en niet dragende muren, accumulerende muren en warmtemuren. Doordat de leemstenen niet gebakken zijn, beschikt de steen over vochtregulerende en warmteaccumulerende eigenschappen. Deze warmteaccumulerende eigenschappen van leemstenen kunnen optimaal benut worden bij 21

toepassing een leemstenen gevel met buitenisolatie. Op deze manier wordt een groot accumulatievermogen gecreëerd, ’s zomers houden de buitenisolatie en de massa van de stenen de woning koel, ’s winters kan tot de woning toegelaten zonlicht en warmte van actieve verwarmingssystemen vastgehouden worden binnen de woning. Hiermee kan een grote besparing in de energielast van de woning worden bereikt. De eigenschappen van leem veranderen niet tijdens de productie van de stenen, zodat leem onbeperkt opnieuw verwerkt kan worden, mits het niet behandeld is met producten als verf op een nietnatuurlijke basis. Stenen die tijdens de productie of de bouw kapot gaan, kunnen vermalen en opnieuw gebruikt worden. [29+46] Voor specifieke technische informatie met betrekking tot de leemstenen van Oskam wordt verwezen naar bijlage 2.

2.3.4 Texolite Ook Texolite produceert houtvezelcementplaten, met dit verschil ten opzichte van de producten van Eltomation dat Texolite gebruik maakt van afvalhout in plaats van tweede keus hout. 80% van het plaatmateriaal bestaat uit afvalhout en wordt gebonden met Portland cement en enkele andere Afbeelding 2.5: logo Texolite [48] toevoegingen. Het afvalhout is afkomstig van bijvoorbeeld houtkap, houtindustrie, snoeihout of houtrecycling bedrijven. Vrijwel elke houtsoort is geschikt om te verwerken in Texolite. Net als voor EltoBoard geldt voor de producten van Texolite dat deze gemakkelijk te hanteren en te verwerken zijn. Texolite platen zijn in verschillende structuren en afwerkingen te verkrijgen. Texolite is in eerste instantie ontwikkeld voor goedkope huizen in ontwikkelingslanden, samen met het Locotex bouwsysteem kunnen comfortabele, goedkope woningen gebouwd worden. Ook in Zuid Afrika zijn hier voorbeelden van te vinden. Locotex staat voor Low Cost Texolite en is een gestandaardiseerd bouwsysteem voor de bouw van huizen, scholen, klinieken e.d. door lokale bevolking. [48] In afbeelding 2.7 is de bouw van dezelfde Locotex woning te zien. Voor het storten van de fundering worden stalen profielen volgens de lay-out van de woning op de grond gelegd, nadat Afbeelding 2.6: Locotex woning in Zuid Afrika [48] de grond geëgaliseerd is. Tussen de profielen wordt plastic aangebracht waarop het beton wordt gestort. De Texoliteplaten voor de wanden hebben een groef aan de zijkant waarin een stalen profiel geplaatst kan worden. De platen worden zo boven elkaar in de profielen geschoven en verlijmd. Na het voltooien van de wanden kan het dak geplaatst worden. Het dak kan in verschillende materialen worden uitgevoerd. De gehele woning wordt gepleisterd en geverfd opgeleverd.

22

Afbeelding 2.7: bouw van Locotex woning uit afbeelding 2.6 [48]

2.4

Certificering

Voor een nieuw (uit het buitenland afkomstig) bouwproduct op de Zuid Afrikaanse markt wordt geïntroduceerd in het aan te raden een certificering bij Agrément South Africa aan te vragen. Een dergelijk certificaat is niet verplicht bij het betreden van de markt, maar kan wel enkele voordelen opleveren. Het product krijgt zo snel meer naamsbekendheid en meer vertrouwen, wat een impuls in de verkoopcijfers zal opleveren. De kosten van de certificatieprocedure zullen hierdoor snel gedekt zijn. Een certificaat kan het succes van een product echter niet garanderen, de markt bepaalt, overleg met de doelgroep en marktonderzoek is extreem belangrijk. Bij het uitvoeren van het testproject zal certificering niet nodig zijn, voor het mogelijke vervolgproject is dit wel vereist. Een ruimere beschrijving van het certificeringproces kan worden gevonden in bijlage 3.

2.5

Testlokaties

Binnen het project “Housing for a healthier future in South Africa” zijn een aantal bouwlokaties uitgekozen waar de testfasen van het project zullen plaatsvinden: - Kutlwanong, Kimberly, Northern Cape Province - Lady Grey, Wepener, Eastern Cape Province - Benoni, Germiston, Gauteng Province - Gugulethu, Kaapstad, Western Cape Province Afbeelding 2.8 geeft de ligging van de verschillende bouwlokaties weer. De gekozen lokaties verschillen behalve in hun ligging met name op het huidige ontwikkelingsniveau van de woningbouw. Ook heerst in de vier gekozen testlokaties een zeer uiteenlopend klimaat. In paragraaf 3.4 ‘Klimaat’ zal het heersende klimaat voor twee lokaties besproken worden.

2.5.1 Kutlwanong Kutlwanong is ligt ongeveer 8 km buiten het centrum van de stad Kimberly en is gesitueerd op een plateau met een hoogte van 1200 meter. De temperaturen liggen er gemiddeld tussen de 33/18˚C (dag/nacht, zomer) en 19/3˚C (dag/nacht, winter). De gemiddelde regenval in het gebied is laag, ≈ 400 mm per jaar. Kutlwanong kan beschouwd worden als een informeel, maar gepland, stedelijk gebied dat 8000 woningen binnen een oppervlakte van 129 hectare huisvest. Het gemiddelde maandinkomen van de bewoners van deze gemeenschap is 660 Rand (≈ Fl.200,-) per maand en de werkloosheid wordt geschat op 60-75%. De behoefte aan formele huisvesting is groot, de meeste mensen wonen in een shack van 20-30 m2, gemaakt van stalen golfplaten. Eind 1995 is in Kutlwanong een RDP woningbouwprogramma opgezet, waarbij adviesbureau PEER is betrokken. Nu zijn er al ongeveer 200 energie efficiënte(-re) woningen gebouwd, waarbij in alle woningen gebruik is gemaakt van passieve zonne-energie principes en isolatie.

23

Afbeelding 2.8: ligging bouwlokaties in Zuid Afrika [6]

2.5.2 Lady grey Lady Grey is een kleine gemeenschap gelegen in een landelijk gebied bij de stad Wepener en ligt op ongeveer 1950 meter hoogte. De gemeenschap bestaat uit een arm deel (de township) en een deel met in verhouding overvloedige formele huisvesting. Maandelijkse gemiddelde temperaturen variëren van 30/15˚C (dag/nacht) in januari en 17/-1˚C (dag/nacht) in juli. De gemiddelde jaarlijkse neerslag ligt op ruim 600 mm. Meer dan 50% van de bevolking is werkloos.De ontwikkelingen in de huisvesting in Lady Grey zijn klein in vergelijking met de meer ontwikkelde stedelijke gebieden in Zuid Afrika. Er worden 300 woningen gepland die met gebruik van de RDP subsidie gebouwd gaan worden. Met name Planet Project Planning Network zal zich met deze locatie bezig houden.

2.5.3 Benoni Benoni ligt in oost Johannesburg, in de rook van Johannesburg International Airport. Een deel van de stad bestaat uit een grote arme wijk waar de bewoners (ongeveer 500.000 mensen) in zelfgebouwde shacks wonen. Het woningtekort in deze gemeenschap wordt geschat op 66.000 woningen. Ook Benoni ligt op een plateau, op een hoogte van 1800 meter. In de zomer treden temperaturen op van 26/14°C (dag/nacht) en in de winter van 17/4°C. De gemiddelde regenval ligt rond de 700 mm per jaar, waarbij de winter duidelijk veel droger is (≈ 8 mm/maand) dan de zomer (≈ 120 mm/maand). 24

Door de gemeenschap zelf is een non-profit CBO opgezet (community based organisation) genaamd Mina Nawe, ter stimulatie van de woningbouw. De organisatie heeft 3000 RDP subsidies aangevraagd.

2.5.4 Gugulethu Gugulethu ligt tegen Kaapstad aan, op een hoogte van 17 meter. In tegenstelling tot de andere locaties valt er in Kaapstad in de zomer minder regen dan in de winter (respectievelijk 12 mm en 85 mm). De gemiddelde neerslag is ongeveer 500 mm per jaar. De temperaturen variëren van 26/16°C in de zomer tot 17/7°C in de winter.

2.6

Testwoningen

Vooralsnog zijn de volgende testwoningen gepland op de verschillende lokaties: In Kutlwanong, Kimberly, Northern Cape Province zullen 4 leemstenen woningen van Oskam worden neergezet in de varianten 33, 40,45 en 50 m2 met de volgende opbouw: − 1 type met een spouwmuur, bestaande uit 2 halfsteens muren − 1 type met een steens muur − 1 type met een halfsteens muur − 1 type wordt tevens uitgevoerd met de dakelementen Parry Semi Sheet, een soort dakpannen van dun vezelversterkt beton Alle woningen worden voorzien van dakisolatie in de vorm van de isolerende folie van Meuwissen. Texolite zal woningen gaan neerzetten in Gugulethu, Kaapstad, Western Cape Province. Er zullen 4 varianten worden gebouwd met de oppervlakken 27, 31, 40 en 45 m2. − 1 type wordt volledig in Texolite uitgevoerd − 1 type met Texolite wanden en een betonnen vloer, het dak wordt geïsoleerd met Meuwissen folie − 1 type met Texolite buitenwanden en steenachtige binnenwanden, weer dakisolatie van Meuwissen − 1 type zoals de vorige maar dan met Texolite dakelementen, en dus geen Meuwissen folie. Eltomation zal in samenwerking met Heraklith woningen gaan bouwen in Benoni, Germiston, Gauteng Province. Ook hier vier verschillende types met verschillende oppervlakken: 31, 40, 45 en 50 m2. − 1 type krijgt leemstenen wanden met Heraklith isolatie aan de buitenzijde van de gevel en onder het dak − 1 type zal gebouwd worden met ‘Climatex’ met geïsoleerde betonnen kolommen en Heraklith dakisolatie − 1 type met wanden van sandwich panelen, bestaande uit twee lagen EltoBoard met een tussenlaag van een lichte houtwolcement plaat, en geïsoleerde betonnen kolommen − 1 type met dubbellaags EltoBoard buitenwanden en leemstenen binnenwanden met Meuwissen folie als dakisolatie De lokatie Lady Grey in Wepener, Eastern Cape Province is volledig in handen van de projectpartner Planet Project Planning Network.

25

3.

SITUATIE ZUID AFRIKA

3.1

Ontstaan en gevolgen van het apartheidsregime

De problematiek van de vele townships in Zuid Afrika kent een lange geschiedenis, welke alles te maken heeft met de in het verleden gevoerde apartheidspolitiek. Veelal wordt gedacht dat rassendiscriminatie pas sinds 1948 het openbare leven van Zuid Afrika is gaan beheersen, dit berust echter op een misverstand. Hoewel de apartheid pas na de overwinning van de Nasionale Partij in 1948 met de ‘Wet op de Bevolkingsregistratie’ wettelijk werd vastgelegd, vindt het rassenconflict in Zuid Afrika zijn oorsprong in de komst van de Europese kolonisten in de 17e eeuw. Maar pas met de officiële invoer van de apartheid in 1948 werd het principe van rassenscheiding tot in alle aspecten van de samenleving door-gevoerd. Hoewel binnen Zuid Afrika in de jaren 1946-1948 al twee negatieve aspecten van de apartheid duidelijk naar voren gekomen waren, werd na de verkiezingsoverwinning van de Afbeelding 3.1: rassenscheiding bij openbare toiletten [18] Nasionale partij in 1948 de apartheid toch verder geformaliseerd. Het eerste negatieve aspect was dat de buitenwereld zich in die jaren met de Zuid Afrikaanse rassenpolitiek ging bemoeien en duidelijk werd dat de Verenigde Naties (toen pas opgericht) een democratische staat die de VN-principes aan z’n laars lapte wel eens politieke

Afbeelding 3.2: Soweto, Johannesburg [27]

problemen kon bezorgen. Ten tweede kwamen Zuid-Afrikaanse deskundigen zelf tot de conclusie dat verdere aanscherping van de bestaande segregatie niet aan te bevelen was: ze verwachtten dat dit op den duur nadelige gevolgen voor het land zou hebben. In navolging van het idee van de gescheiden ontwikkeling werden in de loop van de apartheidsjaren miljoenen zwarte Afrikanen gedeporteerd naar de thuislanden Swaziland en Lesotho. Hoewel deze mensen ongeveer 2/3 deel van de bevolking uitmaakten, kregen zij slechts 13% van het totale Zuid Afrikaanse grondoppervlak toegewezen. In de thuislanden werden nauwelijks economische-, onderwijs-, gezondheids- of andere voorzieningen getroffen. Het vertrek van de zwarte bevolking had echter een tekort aan arbeidskrachten rond de steden tot gevolg. Zwarte werkkrachten werden vervolgens weer aangetrokken, maar door het thuislandensysteem kregen ze echter dezelfde

26

verblijfsstatus als de gastarbeiders uit de omringende landen. Ze hadden geen recht zich permanent in Zuid Afrika te vestigen en werden ondergebracht in de zogenaamde townships. Een hoogtepunt in het apartheidsregime werd bereikt met de invoer van de gehate ‘pasjeswet’, die de bewegingsvrijheid van de zwarte bevolking sterk limiteerde. Ondanks de vele economische sancties die Zuid Afrika door de internationale gemeenschap opgelegd kreeg en de door het land zelf ondervonden nadelen van de apartheidspolitiek heeft het nog tot 1994 geduurd voordat de apartheid definitief werd afgeschaft. In dat jaar werden de verkiezingen voor het eerst sinds 1948 niet gewonnen door de Nasionale Partij maar door het ANC, de partij van Nelson Mandela. Een meer uitgebreide beschrijving over het ontstaan en de gevolgen van de apartheid kan gevonden worden in bijlage 4.

3.2

Woonomgeving

3.2.1 Townships Behalve op economisch gebied heeft de apartheid ook op het gebied van huisvesting en stedelijke planning een zeer duidelijk stempel gedrukt. De voor de arbeiders uit de grond gestampte townships werden in het kader van de apartheidsideologie als tijdelijk beschouwd, met als gevolg dat de wijken zoals eerder vermeld nauwelijks werden voorzien van de noodzakelijke primaire voorzieningen als ziekenhuizen, scholen en winkels. Het werd de zwarte bevolking niet toegestaan een eigen handeltje op te zetten, dus de bewoners van de townships werden verplicht hun boodschappen te doen in de winkels van blanken. Hoewel de bevolking tegenwoordig in grote mate zelf, soms illegaal, in een aantal behoeften heeft voorzien is het tekort aan voorzieningen nog steeds enorm. De townships, met name gebouwd in de jaren ’50 en ’60, waren wijken, hoewel netjes opgezet, die uitblonken in uniformiteit. Door de tijdelijke status van de townships werden de woningen zo goedkoop mogelijk gebouwd. Voor elke woning werden dezelfde bouwmaterialen gebruikt, maar de

Afbeelding 3.3: township bij Kaapstad, met op de achtergrond de Tafelberg. [44]

homogeniteit van de townships ging verder dan dat. (Zie ook afbeelding 3.2) De bewoners werd het eigenaarschap over hun woning ontnomen en werden verplicht om van de staat te huren. Elke woning werd aangesloten op dezelfde voorzieningen, onafhankelijk van inkomen: stromend water, riolering en vuil-ophaaldiensten, maar niet op elektriciteit, telefoon en posterijen. Ook alle straten zagen er hetzelfde uit, onverhard, zonder stoep, goten, straatnamen, borden, groen of verlichting. [23] De townships werden uiteraard door blanke ingenieurs ontworpen, door hun gebrekkige kennis van de 27

leefwijze van de zwarte bevolking ontstonden leefgebieden die geenszins voldeden aan de behoeften van de bewoners. Sinds het afschaffen van de apartheid is het de bewegingsvrijheid van de zwarte bevolking toegenomen, veel van de mensen die naar de thuislanden zijn gedeporteerd komen weer terug naar de steden, op zoek naar werk. Omdat ze geen huisvesting in de stad zelf kunnen betalen wordt elke beschikbare ruimte in de townships volgebouwd met golfplaten shacks, waar vaak onder zeer slechte omstandigheden wordt geleefd. In de shack op onderstaande afbeeldingen is te zien dat er nauwelijks voorzieningen aanwezig zijn, met uitzondering van elektriciteit, te oordelen naar het peertje dat aan het plafond hangt. De golfplaten sluiten niet goed op elkaar aan, in de hoeken is het groen van de bomen buiten te zien. De vloer is onverhard, er wordt geleefd op aangestampte aarde. Door de grote toestroom van mensen naar de steden wordt het woningtekort in en rond de steden steeds nijpender. Het Reconstruction and Development Programme (RDP) met de bijbehorende inkomensafhankelijke subsidies, opgezet om dit tekort aan te pakken, levert in huidige vorm niet genoeg woningen op om de problematiek op te lossen. Bijlage 5 bevat een krantenartikel over het dagelijks leven in een township bij Kaapstad.

Afbeelding 3.4: voorbeeld van een shack [8]

28

3.2.2 RDP-woningen Hoewel er geen standaard bestaat voor de bouw van een woning met behulp van het RDP, zijn veel overeenkomsten te ontdekken tussen de woningen van verschillende projecten. De huidige ‘sociale woningbouw’ in Zuid Afrika bestaat uit woningen opgetrokken uit vier massieve, gemetselde wanden van (gepleisterde), al dan niet gebakken, klei- of leemstenen of betonblokken op een steenachtig fundament. De wanden zijn niet geïsoleerd. Het dak bestaat uit, eveneens ongeïsoleerde, stalen golfplaten en is zonder noemenswaardig overstek uitgevoerd. De dakplaten worden met ijzerdraad aan de houten dakbalken bevestigd. Er bestaat geen mogelijkheid tot ventileren onder dit dak, wat onvermijdelijk tot condensatieproblemen leidt. Het ontbreken van dakisolatie heeft bij zonnig weer zeer hoge binnentemperaturen tot gevolg terwijl ’s nachts en in de winter grote warmteverliezen optreden. Raam- en deurkozijnen worden meestal in staal uitgevoerd, de ramen zelf zijn enkel beglaasd, deuren worden over het algemeen als een sandwichpaneel uitgevoerd, de voordeur kan van massief hout zijn. [deels 7+14] De meeste, volgens het RDP gebouwde, woningen hebben een oppervlakte van ongeveer 30 m2. De plattegrond heeft vaak een rechthoekige opzet van 5 bij 6 meter. Het dak wordt meestal uitgevoerd als zadeldak met een flauwe helling. Bij de bouw wordt niet op de oriëntatie van de woning gelet, de woning wordt ten opzichte van de zon vrij willekeurig op de locatie gesitueerd, meestal hoe het voor de bouwer het beste uitkomt.

Afbeelding 3.5: dakdetails in RDP-woning, links bevestiging van golfplaten op houten dakbalken, rechts door bewoners zelf toegevoegd isolatiemateriaal [8]

Het centrale deel van de woning bestaat uit een woonkamer met de mogelijkheid voor een open keukenblokje waar gekookt kan worden. De woning wordt kaal opgeleverd, in het algemeen moeten de bewoners zelf wat keukenkastjes regelen en een pit om op te koken. De keuken heeft in principe geen aansluiting op stromend water. De woonruimte wordt meteen via de voordeur ontsloten, er is geen apart halletje aanwezig tussen de ingang van de woning en bijvoorbeeld de woonkamer of de keuken. Afhankelijk van de kosten voor het perceel en de infrastructuur heeft een woning één of twee gescheiden slaapkamers. De slaapkamers zijn van de woonkamer gescheiden door een gordijn of een wandje. Vaak is er wel een toilet aanwezig in het huis of in de, bij het huis behorende, tuin. Zelfs als de toiletruimte inpandig is, is de toegang ertoe vaak van buitenaf. Dit heeft ten eerste te maken met privacy en ten tweede kan een toilet met een ingang buiten de woning ook gebruikt worden door mogelijke huurders van een “shanty” (een hutje in de tuin bij de woning) zonder dat deze daarvoor het huis in moeten.

29

Aan de buitenkant van de woning, vaak vlakbij het toilet, bevindt zich een aansluiting op stromend water met een spoelbak of iets degelijks. Het spoelen van de vaat en het wassen van kleding e.d. vindt dus buiten plaats. De toevoer- en afvoerleidingen van het water zijn vaak in het zicht gelaten met het oog op eventuele reparaties. Dit maakt ze natuurlijk ook kwetsbaarder voor beschadigingen of vandalisme. [deels 7+14] Vergeleken met de afbeeldingen van de shack zijn er in de RDP-woning al grote verbeteringen te zien,

Afbeelding 3.6: voorbeeld van een RDP-woning [8]

met name qua materialisering van de wanden en de vloer en de graad van voorzieningen. Het dak is nog steeds van golfplaten gebouwd, wat ervoor zal zorgen dat de temperatuur binnenshuis zeer sterk kan variëren. De woning bestaat uit één ruimte, er zijn geen aparte slaapkamers. Privacy voor de bewoners van deze woning is dus niet of nauwelijks aanwezig. Voor een gemiddeld gezin, dat bestaat uit 5 tot 6 personen, is de gemiddelde oppervlakte van een RDP-woning met 30 m2 als leefruimte veel te klein.

3.3

Situatie op het technische vlak

3.3.1 Technische voorzieningen De woningen in de RDP-wijken worden aangesloten op elektra, water en riolering. De elektriciteitsdraden worden meestal bovengronds aangevoerd, slechts een klein gedeelte van de aanvoer vindt ondergronds plaats. De elektriciteitskabels worden per woning afgetapt, elke woning krijgt één aansluiting. Binnen de woning kan de aansluiting vertakt worden. Omdat de meeste bewoners een onzeker inkomen hebben kan elektriciteit alleen verkregen worden via een pre-paid kaartensysteem. In de woning, waar de aansluiting binnenkomt, hangt een kastje waar een oplaadbare kaart ingestopt kan worden. Zolang er krediet op de kaart staat kan er gebruik worden gemaakt van elektriciteit, als de kaart leeg is kan deze opgewaardeerd worden. 30

De elektra wordt zoals gezegd meestal bovengronds geregeld, een systeem dat uitermate fraudegevoelig is. Een extra, illegale, aftapping maken is eenvoudig en bovendien zeer verleidelijk gezien het beperkte inkomen van de bewoners. De elektriciteitsvoorziening zou veiliger en minder gevoelig voor misbruik worden als de aanvoer naast de waterleidingen en de riolering in de grond gelegd zou worden.

Afbeelding 3.7: pre-paid elektriciteitskastjes [8]

Zoals eerder in dit hoofdstuk vermeld, worden de meeste woningen voorzien van stromend water. De waterleidingen worden ondergronds aangevoerd maar komen buiten de woning naar boven. De aansluiting is vaak buiten. Als niet alle woningen individueel van stromend water zijn voorzien wordt een aansluiting meestal gedeeld met een aantal woningen of bevindt er zich een gemeenschappelijke tap. Niet alle Zuid Afrikanen hebben echter de ‘luxe’ dat ze gebruik kunnen maken van stromend water. In onderstaande tabel worden verschillende manieren van watervoorzieningen benoemd en vergeleken in gebruik door zwarte en blanke Afrikanen, zoals dat in de populatiecensus van 1996 is vestgesteld. Tabel 3.1: bron van watervoorziening voor zwarte (links) en blanke (rechts) huishoudens [28] waterbron aantal huishoudens procentueel aantal huishoudens procentueel in woning 1.745.954 26,7 1.422.557 96,0 in tuin o.i.d. 1.335.644 20,4 9.467 0,6 gemeenschappelijk 1.721.853 26,4 2.062 0,1 tankauto o.i.d. 106.053 1,6 600 0,0 put/regenwater 386.987 5,9 38.137 2,6 beek/rivier 1.096.334 16,8 3.428 0,2 anders 141.173 2,2 6.241 0,4 totaal 6.533.998 100,0 1.482.492 100,0 De riolering in RDP-wijken kan op verschillende manieren geregeld worden, wel ligt deze altijd ondergronds. Soms wordt de riolering als een doorlopend buizenstelsel aangelegd, vaker wordt de woning, of een groep van woningen, aangesloten op een septictank. Deze wordt dan één keer in de zoveel tijd geleegd, als de tank goed uitgebalanceerd is kan deze een lange tijd mee zonder geleegd te hoeven worden. De toiletten zijn vaak watergespoeld, dit levert enige status. Een composttoilet of iets dergelijks zal niet geaccepteerd worden, dit systeem is ten eerste te ingewikkeld, ten tweede wordt het gezien als een stap terug ten opzichte van het watercloset. In de townships wordt overigens nog veelvuldig gebruik gemaakt van emmers en in de grond gegraven putten als toilet.

31

3.4

Klimaat

3.4.1 Klimaat in Zuid Afrika Uit het programma Meteonorm, een meteorologische database, zijn de klimatologische gegevens van Johannesburg en Kaapstad gegenereerd. Voor de overige lokaties zijn geen klimaatgegevens van dergelijke uitgebreide aard voor handen. Een meer uitgebreide beschrijving van het programma Meteonorm wordt gegeven in paragraaf 9.3.2 ‘Buitenluchttemperatuur’. In Johannesburg zijn zowel invloeden van de zee als van de woestijn te merken. De meer westelijke wind in de zomer brengt invloeden vanaf zee naar het binnenland, leidend tot warm en vochtig klimaat. In de winter, wanneer de wind uit de richting van de woestijn komt, breekt een veel drogere periode aan. Andere woestijninvloeden blijken uit de vrij aangename temperaturen overdag, terwijl ‘s nachts de kans op vorst aanwezig is. Door het in Kaapstad heersende zeeklimaat zijn de verschillen tussen dag en nachttemperaturen hier iets minder groot. De zomertemperaturen vertonen grote overeenkomsten met Johannesburg, terwijl de winters gematigder zijn. In Kaapstad is juist de zomer veel droger dan de winter, zowel qua luchtvochtigheid als neerslag. Het klimaat in Kaapstad laat zich vergelijken met een Mediterraan klimaat. Door een altijd hogere windsnelheid dan in Johannesburg is de bewolkingsgraad lager, wat leidt tot een kleiner aandeel diffuse zonnestraling op het totaal aan zonnestraling. In bijlage 6 zijn twee uitgebreide tabellen met gemiddelde klimaatgegevens per maand voor Johannesburg (26,17˚ZB / 27,50˚OL) en Kaapstad (34,02˚ZB / 18,43˚OL) opgenomen.

3.4.2 Invloed op het binnenklimaat Het optreden van een bepaald klimaat binnenshuis wordt direct bepaald door het buitenklimaat en de aard van de constructie, die binnen en buiten van elkaar scheidt. Bij de realisatie van de oorspronkelijke huisvesting in de townships is in het kader van de bedoelde tijdelijkheid geen relatie gelegd tussen heersende klimatologische situatie ter plaatse en de bouwwijze van de woningen. Ook het huidige RDP-project heeft hierin weinig verandering gebracht. Hoewel er in Zuid Afrika, vergeleken met andere Afrikaanse landen, een relatief gematigd klimaat heerst wordt er in de woningbouw geen gebruik gemaakt van dit natuurlijke voordeel.

3.5

Energie

3.5.1 Huishoudelijk energiegebruik Huishoudens uit de laagste inkomensgroepen besteden tot 35% van hun inkomen aan energiekosten. Deze hoge energielasten zijn een resultaat van de slechte thermische prestaties4 van de huidige woningen, alsmede van het gebruik van inefficiënte huishoudelijke apparatuur en tevens de onwetendheid van de gebruikers ervan. Van de 35% wordt ongeveer 40% gebruikt voor ruimte verwarming, 40% voor het verwarmen van water, 20% voor koken en verlichting en een klein percentage voor overige behoeften. De grootste besparingen kunnen dus worden bereikt op het gebied van verwarmen, zowel van de leefruimte als van water.

3.5.2 Brandstof Als brandstof wordt een veelheid aan middelen gebruikt, namelijk behalve elektriciteit ook kolen, hout, petroleum, kerosine, gas, kaarsen, mest en afval. Het spreekt voor zich dat het verbranden van deze producten, temeer in combinatie met de slechte ventilatiemogelijkheden, leidt tot een zeer ongezond binnenklimaat in de woning. De gebruikte energiebronnen zijn sterk afhankelijk van de verschillende streken (klimaten) in Zuid Afrika, de hoogte van het inkomen, directe leefomgeving 4

) De thermische prestaties van de huidige woningen zullen worden behandeld in de rapportage van het bouwfysisch onderzoek.

32

(stad of platteland), cultuur (zwarte, gekleurde of blanke bevolking), gebruik (koken, stoken, verlichting, verwarmen van water), woningtype (formeel of informeel), geslacht (man of vrouw aan het hoofd van het huishouden) en of de woning wel of niet op het elektriciteitsnet is aangesloten. In onderstaande tabellen worden de energiebronnen voor koken, verwarmen en verlichting vergeleken voor gebruik in zwarte en in blanke huishoudens in Zuid Afrika. De tabellen laten zien dat de technologie voor aansluiting op goede voorzieningen wel aanwezig is, maar dat deze voornamelijk wordt gebruikt door de rijkere bevolkingsgroepen. In de linkerkolommen wordt het gebruik van verschillende energiebronnen in zwarte gezinnen weergegeven, in de rechter kolommen dezelfde gegevens voor blanke gezinnen. Deze exacte aantallen zijn wederom afkomstig uit de populatiecensus, gehouden in 1996. Tabel 3.2: energiebron voor koken [28] bron aantal huishoudens elektriciteit 1987683 gas 212989 kerosine 1886002 hout 1981251 kolen 314074 mest 105345 anders 46652 totaal 6533998

procentueel 30,4 3,3 28,9 30,3 4,8 1,6 0,7 100,0

aantal huishoudens 1440505 26723 1714 3084 1623 125 8717 1482492

procentueel 97,2 1,8 0,1 0,2 0,1 0,0 0,6 100,0

Tabel 3.3: energiebron voor verwarming [28] bron aantal huishoudens procentueel elektriciteit 1825539 27,9 gas 74525 1,1 kerosine 1254009 19,2 hout 2275112 34,8 kolen 715856 11,0 mest 83680 1,3 anders 305277 4,7 totaal 6533998 100,0

aantal huishoudens 1402799 22894 4612 9941 6360 174 35710 1482492

procentueel 94,6 1,5 0,3 0,7 0,4 0,0 2,4 100,0

Tabel 3.4: energiebron voor verlichting [28] bron aantal huishoudens procentueel elektriciteit 2852485 43,7 gas 32342 0,5 kerosine 1105936 16,9 kaarsen 2485860 38,0 anders 57375 0,9 totaal 6533998 100,0

aantal huishoudens 1465582 1043 1537 3174 11155 1482492

procentueel 98,9 0,1 0,1 0,2 0,8 100,0

Hoewel het klimaat in Zuid Afrika ook ’s winters redelijk mild is, de gemiddelde temperatuur op een winterdag is ongeveer 12˚C, wordt toch veel van de totaal gebruikte energie besteed aan het verwarmen van de woonruimte. Uit recente onderzoeken blijkt dat in het algemeen al gestookt wordt als de buitentemperatuur onder de 19ºC daalt. Door de zwakke thermische prestaties van de woningen (zie voetnoot 4) daalt de binnentemperatuur blijkbaar al bij dergelijke buitentemperaturen tot een voor de bewoners onacceptabel lage waarde.

3.5.3 Energieproductie In onderstaande tabel is de milieubelasting te zien van enkele energiebronnen. De CO2 uitstoot in gram is berekend voor elke MJ opgewekte energie van iedere energiebron. Ook de CO2 uitstoot die bij het 33

productieproces, transport en materiaalgebruik, kortom de gehele cyclus, tot stand komt is in de berekening meegenomen. In de daarop volgende tabel zijn de kosten te zien. Tabel 3.5: milieubelasting verschillende energiebronnen [8] 1 MJ energie opgewekt door: benodigde hoeveelheid/ 1 MJ elektriciteit 3,6 kWh kerosine 0,027 liter hout 0,067 kg kolen 0,034 kg gas 0,026 kg

CO2 uitstoot [g per MJ] 251,7 0,084 102,0 87,3 51,3

Te zien is dat de productie van elektriciteit uitzonderlijk veel CO2 oplevert. Dit is te verklaren doordat in Zuid Afrika ruim 90% van de elektrische energie wordt opgewekt door het verbranden van kolen. Dat de CO2 uitstoot per geproduceerde MJ elektriciteit is veel hoger is dan de uitstoot bij dezelfde energieproductie door kolen is te verklaren door het lage rendement van de elektriciteitscentrales, dat op ongeveer 25% ligt. De efficiëntie van de eindapparaten wordt hier buiten beschouwing gelaten. Kerosine blijkt in verhouding vrij schoon te zijn maar levert in gebruik andere gevaren op, met name voor kinderen. Gas is daarna de brandstof die het minste CO2 oplevert, maar is nauwelijks verkrijgbaar voor de doelgroep en wordt dus ook zeer weinig gebruikt. Tabel 3.6: kosten van verschillende energiebronnen [4] gem. efficiëntie energiebron prijs/eenheid Aanschafprijs (1) [c/kWh] van apparaat (2) (c = cents) koken elektriciteit 20-25 c/kWh 20-25 65% kolen 26-55 c/kg 4-8 15% kerosine 168-220 c/liter 16-21 35% gas (LPG) 321-395 c/kg 24-29 45% hout 21-45 c/kg 4-9 15% combinatie koken en ruimteverwarming elektriciteit 20-25 c/kWh 20-25 95% kolen 26-55 c/kg 4-8 45% verwarmen van water elektriciteit 20-25 c/kWh 20-25 70% gas (LPG) 321-395 c/kg 24-29 90%

reële prijs (3) [c/kWh] 31-38 25-53 47-61 52-64 28-60 21-26 8-18 29-36 26-32

Hoewel kolen en hout goedkoper zijn in de aanschaf (1) is het rendement (2) van de op kolen en hout werkende apparaten dusdanig laag dat de reële prijs (3, de werkelijke prijs om uit de genoemde energiebron 1 kWh energie te krijgen) soms toch nog een stuk hoger ligt. Voor verlichting geldt dat elektriciteit de goedkoopste energiebron is, gevolgd door een solar home system (alleen op grote schaal) en gas. Kaarsen zijn het duurst.

3.5.4 keuze energiebron De voor verwarming en koken veelgebruikte brandstoffen hout en kolen blijken niet eens zulke slechte opties, beide materialen behoren tot de goedkopere brandstoffen, zijn gemakkelijk te verkrijgen door de bevolking en er wordt minder CO2 uitgestoten uit dan bij gebruik van bijvoorbeeld elektriciteit. Wel moet uitgekeken worden naar een efficiënter eindapparaat, zodat er minder hout en kolen gebruikt hoeven te worden voor de productie van dezelfde hoeveelheid warmte. Een goede rookgasafvoer is bij deze brandstoffen van belang. Elektriciteit is wel de meest gewenste energiebron voor verlichting.

34

THEORIE In dit deel worden de theoretische aspecten achter het begrip duurzaam bouwen en het gebruik van passieve zonne-energie besproken, twee belangrijke items als het gaat om het realiseren van een gebouw met een zo laag mogelijk energiegebruik. In het hoofdstuk duurzaam bouwen zal besproken worden welke mechanismen een rol spelen bij het creëren van een comfortabel binnenklimaat, wat in hoge mate bepaald wordt door het thermisch gedrag van de ruimteomhullende constructie. Niet alleen de schil van het gebouw speelt echter een rol in de ontwikkeling van een energiezuinige woning, ook de ligging en oriëntatie op de zon van de ruimten in de woning zijn hierbij van belang. Het hoofdstuk passieve zonne-energie richt zich op de mogelijkheden van het toepassen van een dergelijke vorm van energievoorziening.

4.

DUURZAAM BOUWEN

4.1

Inleiding

Gebouwen, bedoeld voor kortere of langere huisvesting van mensen, consumeren energie en dragen daarmee bij aan de vermindering van de voorraad eindige, fossiele, brandstoffen. Het opwekken van deze energie en het gebruik ervan leidt tot de uitstoot van schadelijke stoffen in zowel het buiten- als het binnenklimaat. Door een gebouw zo veel mogelijk af te stemmen op en gebruik te maken van de eigenschappen van het heersende klimaat kan de energievraag van een gebouw worden gereduceerd. De bouwwijze die is gebaseerd op het efficiënt omgaan met duurzame bronnen en ecologische principes wordt beschreven met de term ‘duurzaam bouwen’. Hoewel er in Zuid Afrika, vergeleken met andere Afrikaanse landen, een relatief gematigd klimaat heerst wordt er in de woningbouw geen gebruik gemaakt van dit natuurlijke voordeel. Het binnenklimaat van zowel oude als nieuwe woningen is te koud in de winter en te warm in de zomer en er wordt weinig gebruik gemaakt van natuurlijk daglicht. Woningen worden vaak uitgerust met goedkope verwarmings- en (soms ook) koelinstallaties in een poging het comfort in de woning te verbeteren. Deze installaties dragen vaak wel bij aan een hoger thermisch comfort, maar hebben een negatief effect op de kwaliteit van de binnenlucht (olfactief comfort) door de vaak slechte voorzieningen op het gebied van rookgasafvoer en de kwaliteit van de buitenlucht gezien de gebruikte brandstoffen. [12]

4.2

Stationair warmtetransport

Warmtetransport is een dynamisch, dus tijdsafhankelijk, verschijnsel, maar om snel inzicht te verkrijgen in de thermische werking van een gebouwconstructie wordt door bouwkundigen vaak gebruik gemaakt berekeningen in een stationaire situatie. Onder-staande paragraaf kan beschouwd worden als een inleiding op het gebied van warmtetransport, bij voldoende basiskennis kan verder worden gelezen bij paragraaf 4.3 ‘Dynamisch warmtetransport’. Warmte kan op drie manieren door en in een constructie getransporteerd worden, namelijk door geleiding, convectie en straling. - Geleiding: transport vindt plaats in een materiaal van molecuul op molecuul, de enig mogelijke manier van warmtetransport in een vast materiaal. - Convectie: warmte wordt door een stromend medium, bijvoorbeeld lucht, meegevoerd; een warmtebron geeft aan zijn oppervlak warmte af aan de lucht, de lucht geeft op zijn beurt de warmte weer af aan een vlak met een lagere oppervlaktetemperatuur.

35

-

Straling: een deel van de interne energie van een lichaam wordt omgezet in elektromagnetische golven welke zich zonder transportmedium door een ruimte verplaatsen, een ander lichaam kan deze straling weer absorberen en daardoor opwarmen.

In het algemeen kan gezegd worden dat een warmtestroom optreedt wanneer media met verschillende temperaturen aan elkaar grenzen, bijvoorbeeld buitenlucht en binnenlucht, gescheiden door een bepaalde constructie. De totale warmtestroom (i) is gelijk aan het totaal aan warmtetransport door convectie, geleiding en straling door die constructie, en heeft als dimensie W (watt). De bijbehorende warmtestroomdichtheid (q = warmtestroom per m2) bestaat uit de volgende componenten: q = qgeleiding + qconvectie + qstraling

[W/m2]

Behalve de genoemde drie mechanismen bestaat ook nog de mogelijkheid van warmtetransport via verdampen en condenseren. Bij verdampen wordt plaatselijk warmte onttrokken, die elders bij condenseren weer als condensatiewarmte kan vrijkomen. In afbeelding 4.1 zijn de in een gebouw optredende warmtestromen met pijlen aangegeven.

q-zon q-straling q-ventilatie q-geleiding q-convectie

Afbeelding 4.1: warmtestromen in gebouw

De beschrijving van warmtetransport in dit hoofdstuk berust op de benadering in een 1-dimensionale situatie.

4.2.1 Warmtetransport door geleiding en convectie 4.2.1.1 Warmtegeleidingscoëfficiënt De grootte van de warmtestroomdichtheid wordt mede bepaald door het gekozen materiaal. De warmtestroomdichtheid q op een willekeurige plaats x en een willekeurig tijdstip t kan geschreven worden als:

q = −λ

dT dx

2

[W/m ]

(F/4.1)

Waarin:q = warmtestroomdichtheid [W/m2] λ = warmtegeleidingscoëfficiënt [W/mK] dT = temperatuurverschil [K] dx = dikte van beschouwde constructie [m] De warmtegeleidingscoëfficiënt λ van het materiaal geeft aan hoeveel warmte [W] door 1m3 van een materiaal zal gaan bij een temperatuurverschil tussen beide grensvlakken van 1 graad Kelvin. De warmtegeleidingscoëfficiënt is als materiaalconstante onafhankelijk van de afmetingen van het

36

materiaal maar wel afhankelijk de dichtheid en het vochtgehalte ervan. Een grote λ betekent dat het materiaal goed warmte geleidt, een kleine λ betekent een slechte geleider, dus een goede warmteisolator. Droge stilstaande lucht is met λ = 0,023 W/mK de beste isolator. 4.2.1.2 Warmteweerstand Warmteweerstand is de mate waarin een materiaal (of meerdere materialen zoals in een samengestelde wand) isoleert. Met behulp van de warmtegeleidingscoëfficiënt λ kan de warmteweerstand rc in [m2K/W] van een constructie bepaald worden, deze warmteweerstand is wel afhankelijk van de dikte d van de constructie. Voor een samengestelde wand kunnen de warmteweerstanden worden opgeteld.

rc =

d λ

2

[m K/W]

(F/4.2)

Waarin:rc = warmteweerstand van de constructie [m2K/W] d = dikte van de constructie [m] Tussen de warmteweerstand r en de warmtestroomdichtheid q bestaat het volgende verband:

q=

dT rc

2

[W/m ]

(F/4.3)

Hoe groter de warmteweerstand is, des te kleiner is de warmtestroomdichtheid door het materiaal, dus hoe beter de warmte-isolerende eigenschappen het materiaal zijn. 4.2.1.3 Warmte-overgangsweerstanden Om de totale warmteweerstand van een bepaalde (gelaagde) constructie te bepalen moeten de zogenaamde warmte-overgangsweerstanden bij de totale warmteweerstand van de wand (rc) worden opgeteld. De buiten- en binnenoppervlakken van de constructie kunnen niet dezelfde temperatuur hebben als respectievelijk de buiten- en de binnenlucht, er zou dan geen warmtetransport kunnen plaatsvinden. De warmteoverdracht van een vaste wand naar de omgevingslucht speelt zich af in de relatief dunne (thermische) grenslaag door middel van convectie en geleiding. In tegenstelling tot het warmtetransport in vaste materialen zal de bijdrage tot het warmtetransport door geleiding in lucht meestal te verwaarlozen zijn ten opzichte van de bijdrage door convectie en straling. Voor de warmte-overgangsweerstanden worden over het algemeen de volgende waarden aangehouden: = 0,13 m2K/W (binnenlucht naar binnenwandoppervlak) ri ra = 0,04 m2K/W (buitenlucht naar buitenwandoppervlak) Als deze warmte-overgangsweerstanden nu worden verwerkt in formule 3 wordt de warmtestroomdichtheid q voor de gehele constructie verkregen:

q=

Ta − Ti Rtot

Waarin:

[W/m2]

(F/4.4)

Ta = buitenluchttemperatuur [ºC] Ti = binnenluchttemperatuur [ºC] Rtot = ri + rc + ra [m2K/W]

4.2.1.4 Warmte-overgangscoëffiënt en warmtedoorgangscoëffiënt In het algemeen kan worden gezegd dat de warmte-overgangscoëffiënt α een maat is voor het gemak waarmee warmte van de lucht aan een constructie wordt overgedragen of omgekeerd, en dat de Uwaarde een maat is voor het gemak waarmee warmte kan worden afgevoerd. De warmteovergangscoëffiënt α wordt in meer of mindere mate bepaald door de drie genoemde 37

warmtetransportmechanismen. Daarom wordt α onderverdeeld in een αstraling een αconvectie en een αgeleiding, zodat: α = αs + αc + αg. Formule 4 kan worden herschreven als:

q = α i (Ti − Tio ) = α a (Ta − Tao ) = U (Ti − Ta )

[W/m2]

(F/4.5)

Indien de volgende grootheden worden ingevoerd:

1 ri 1 αa = ra 1 U= Rtot

αi =

[W/m2K]

warmte-overgangscoëffiënt aan de binnenzijde

[W/m2K]

warmte-overgangscoëffiënt aan de buitenzijde

[W/m2K]

warmtedoorgangscoëffiënt van de constructie

Waarin:Tio = temperatuur aan het binnenoppervlak van de constructie [ºC] Tao = temperatuur aan het buitenoppervlak van de constructie [ºC] Een kleine U-waarde (dus een grote weerstand R) betekent een goede isolerende constructie. In de meeste gevallen overheerst dus bij het warmtetransport van een vaste wand naar de omgevingslucht het convectieve transport, zodat gesteld mag worden αc + αg ≈ αc. Een reële waarde voor de convectiebijdrage voor de gemiddelde omstandigheden binnenshuis blijkt te liggen tussen 2 ≤ αc ≤ 2,5 W/m2K. Bij een gemiddelde Nederlandse windsnelheid (= 4m/s) is een αc variërend van 19-20 W/m2K een goed bruikbare rekenwaarde. Voor Zuid Afrika geldt dat de windsnelheid zich meestal tussen de 2,5 en de 8,5 m/s bevindt, dus kan voor de αc-waarde globaal gezegd worden dat deze varieert tussen 15-25 W/m2K. De snelheid waarmee lucht langs een oppervlak wordt gedreven heeft de grootste invloed op de convectieve warmteoverdracht. Bij windstil weer zal convectie echter uitsluitend tot stand komen door de heersende temperatuur of dichtingsverschillen in het materiaal. In dit geval wordt gesproken van vrije convectie, in andere gevallen is er sprake van gedwongen convectie.

4.2.2 Warmtetransport door straling Stralingsuitwisseling tussen twee lichamen vindt plaats door het uitwisselen van elektromagnetische golven van het warmste lichaam naar het koudste. In tegenstelling tot de warmtetransportprincipes geleiding en convectie is er voor het overbrengen van stralingswarmte geen materiaal als geleider van de warmte nodig. De hoeveelheid warmte uitwisseling door straling is o.a. afhankelijk van het materiaal, absorptievermogen, afmetingen van en de afstand tussen twee lichamen. Een oppervlak met een bepaalde temperatuur T straalt volgens de Wet van Stefan-Boltzmann een hoeveelheid warmte af, die gelijk is aan:

 T  qs = C   100  Waarin

4

[W/m2]

(F/4.6)

T = absolute temperatuur [K] C = stralingsgetal van het materiaal [W/m2K4]

Het stralingsgetal is een maat voor de hoeveelheid warmte die door een materiaaloppervlak met een bepaalde temperatuur wordt afgegeven. Een materiaal dat de maximale hoeveelheid straling behorende bij zijn temperatuur emitteert noemt men een ‘zwarte straler’. De emissiecoëfficiënt is in dat geval gelijk aan 1 en voor het stralingsgetal voor zwarte stralers volgt uit de theorie:

38

2

Czwart = 5,67 W/m K

4

en

q zwart

 T  = C zwart    100 

4

Volgens de wet van Kirchhoff (emissiecoëfficiënt = absorptiecoëfficiënt) is dan ook de absorptiecoëfficiënt voor alle erop vallende straling A = 1. Een lichaam dat alle erop vallende straling absorbeert en niet reflecteert is inderdaad zwart van kleur, vandaar de naam ‘zwarte straler’. Er zijn echter ook materialen die niet echt zwart van kleur zijn (absorberen slechts een klein gedeelte van de kortgolvige zichtbare lichtstraling en alle langgolvige warmtestraling), maar die voor de warmtestraling wel als ‘zwart’ kunnen worden beschouwd. Voor de netto stralingsoverdracht tussen twee evenwijdige vlakken met temperatuur T1 en T2 is af te leiden dat:  T 4  T 4  qs = Cres  1  −  2    100   100  

Waarbij:

[W/m2]

(F/4.7)

1 1 1 1 = + − Cres C1 C2 C zwart

Hierin zijn C1 en C2 de stralingsgetallen van de twee materiaaloppervlakken. Wanneer men nu voor qs schrijft qs = αs (T1 – T2) kan men voor kleine temperatuurverschillen afleiden dat geldt:

T +T  α s = 0,04 * C res  1 2   200 

3

[W/m2K]

(F/4.8)

Voor kamertemperaturen, dat wil zeggen T1 en T2 liggen rond 300 K, volgt dan voor de numerieke waarde van αs: αs = Cres Voor zwarte stralers geldt dat de warmte-overgangscoëfficiënt voor straling αs ≈ Czwart = 5,67 W/m2K. Veel bouwmaterialen blijken voor langgolvige straling een absorptiecoëfficiënt A van 0,8 à 0,9 te hebben [40], zodat ze voor warmtestraling vrijwel als een zwarte straler te beschouwen zijn. Voor deze materialen kan gewerkt worden met een αs = 5,5 W/m2K ten opzichte van de omgeving. Gepolijst aluminium vormt hierbij een uitzondering, dit materiaal heeft door ‘slechte’ stralingseigenschappen C ≈ 2 W/m2K.

4.3

Dynamisch warmtetransport

4.3.1 Verschil met stationaire benadering Voor stationair warmtetransport kan de warmtestroomdichtheid q worden beschreven zoals formule F/4.3, de warmtegeleidingscoëffiënt λ is van het beschouwde materiaal is daarbij de enige van belang zijnde materiaalgrootheid. Volgens deze methode is het thermisch gedrag van een bakstenen wand en een sandwichpaneel met dezelfde U-waarde (dus bij verschillende dikten) identiek. De werkelijkheid wijkt op meerdere punten af van een stationaire situatie; de voor het warmtetransport bepalende temperaturen zijn niet constant in de tijd en het opwarmen van een constructie neemt een bepaald tijdsbestek in beslag. De warmtestroomdichtheid q blijkt dan niet alleen af te hangen van de warmtegeleidingscoëfficiënt maar tevens van twee andere materiaaleigenschappen: de dichtheid ρ [kg/m3] en de soortelijke warmte c [J/kgK] (= energie die nodig is om 1kg van een materiaal 1 K op te warmen). De warmtecapaciteit ρc wordt dus mede bepaald door de dichtheid van het materiaal, in het algemeen geldt dan ook dat zware materialen een hogere warmtecapaciteit hebben dan lichte. Een 39

materiaal met een lage warmtecapaciteit warmt bij gelijke toevoer van warmte sneller op dan een materiaal met een hoge warmtecapaciteit. Dynamisch warmtetransport door middel van geleiding in een constructie kan beschreven worden door de vergelijking van Fourier. Deze vergelijking stelt de warmtebalans voor geleiding op in een oneindig klein volume-element in een vast medium. De netto warmtetoevoer door geleiding in de x-, y- en zrichting veroorzaken dan de verandering van de hoeveelheid warmte in het element. Vergelijking van Fourier [25]:

 δ 2T δ 2T δ 2T  δT = a 2 + 2 + 2  δt δy δz   δx Waarbij

δT δt

(F/4.9)

: de temperatuurverandering over tijdstap dt [°C/s]

δT δx

a

: het temperatuurverschil over afstand dx [°C/m] : temperatuurvereffeningscoëfficiënt

[m2/s]

De temperatuurvereffeningscoëfficiënt a is een maat voor de snelheid waarmee de warmte in een medium verspreid wordt en volgt uit:

a=

λ ρc

De vergelijking van Fourier geldt ook voor stationair warmtetransport, de temperatuurverandering over tijdstap dt is dan gelijk aan 0.

4.3.2 Optredende verschijnselen bij dynamisch warmtetransport Bij dynamisch warmtetransport treden een aantal verschijnselen op die bij stationaire berekeningen niet aan de orde komen, zoals demping, tijdvertraging en buffering. 4.3.2.1 Demping D De amplitude van de temperatuurfluctuatie die aan het oppervlak van een constructie wordt opgelegd neemt over het algemeen af nadat de temperatuurgolf het materiaal is gepasseerd. Dit verschijnsel wordt demping genoemd. De dempende werking van een materiaal is bijvoorbeeld afhankelijk van de dikte en de warmtecapaciteit van de constructie. wordt groter naarmate de dikte. De demping van een constructie, bijvoorbeeld een wand, kan als volgt gedefinieerd worden:

 Ti ,ampl D = 1 −  Ta , ampl  Waarin

  x100 %  

(F/4.10)

D = demping [%] Ti,ampl. = de temperatuuramplitude aan het binnenoppervlak, ofwel Tmax - Tgem. Ta,ampl. = de temperatuuramplitude aan het buitenoppervlak

De demping van de constructie wordt bepaald door de verhouding van de temperatuuramplitudes tussen buiten (Ta,ampl) en binnen (Ti,ampl) . Een grote waarde voor D geeft aan dat de temperatuuramplitude in de binnenruimte behoorlijk is afgenomen, wat betekent dat het binnenklimaat stabieler is geworden. Bij een lage waarde zijn fluctuaties in een sterkere mate merkbaar in het binnenklimaat dan bij een hoge waarde. De demping D kan ook negatief zijn, de fluctuatie van de

40

binnentemperatuur is dan juist hoger dan die van de buitentemperatuur. Dit kan bijvoorbeeld optreden door een overmatige invang van zonnewarmte. 4.3.2.2 Tijdvertraging τ Een temperatuurgolf heeft tijd nodig om zich in een materiaal te verplaatsen. Voor een constructiedeel kan de tijdvertraging worden omschreven als het verschil in tijd tussen de maximale buitentemperatuur en de maximale binnentemperatuur:

τ = t (Ta ,max ) − t (Ti ,max ) [h]

(F/4.11)

Waarin:τ = tijdvertraging [h] Ta,max / Ti,max =maximaal optredende buiten- en binnentemperatuur [ºC] Een grote waarde van τ betekent dat het lang duurt voordat de temperatuurfluctuatie van buiten door de constructie is binnengedrongen, een korte τ daarentegen betekent dat fluctuaties in het buitenklimaat binnen snel merkbaar zullen zijn.

temperatuur [C]

Figuur 4.1 laat een voorbeeld van de invloed van demping en tijdvertraging op een fictieve sinusvormige temperatuurgolf zien. De blauwe lijn vertoont een kleinere amplitude (= demping) en bereikt op een later tijdstip de maximum temperatuur (= tijdvertraging) dan de rode lijn.

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

ti j d [h ]

Figuur 4.1: visualisering verschijnselen demping en tijdvertraging 4.3.2.3 Buffering Buffering is een term voor de opslag van warmte in een ruimteomhullende constructie, het verschil tussen de hoeveelheid warmte die aan de ene zijde de constructie in gaat en de hoeveelheid die er aan de andere zijde uit komt. Het verloop van de totale warmtestroom-dichtheid die door de wandoppervlakken wordt opgenomen of afgestaan, is dus de maatgevende factor.

4.4

Comfort binnenklimaat

[mede uit 24, 34, 19] Het optreden van een bepaald klimaat binnenshuis wordt direct bepaald door het buitenklimaat en de aard van de constructie, die binnen en buiten van elkaar scheidt. De voornaamste klimaatfactoren die van invloed zijn op het binnenklimaat zijn: - de temperatuur van de buitenlucht - de wind 41

-

de vochtigheid van lucht en bodem de zonuren per dag de hoeveelheid regen

Het realiseren van een comfortabel binnenklimaat is een noodzakelijk onderdeel voor het welzijn van de mens in binnenruimten. Een groot aantal parameters hebben invloed op de behaaglijkheid, welke kunnen ingedeeld worden op basis van de zintuigen van de mens. Thermisch comfort is één van de comfortaspecten van het binnenklimaat. Of een ruimte als wel of niet comfortabel wordt beschouwd is echter ook afhankelijk van factoren zoals luchtkwaliteit, geluid en licht, dit zijn niet-thermische factoren. Voor dit onderzoek zijn met name het thermisch comfort en de luchtkwaliteit van belang.

4.4.1 Thermisch comfort Thermische behaaglijkheid, de mate van thermisch comfort, is die toestand waarin de mens tevreden is over zijn thermische omgeving en geen voorkeur heeft voor een hogere of lagere omgevingstemperatuur. Bij het bepalen van een thermisch behaaglijk binnenklimaat zijn een aantal comfortparameters van belang die invloed hebben op de warmtehuishouding van de mens. Deze comfortparameters kunnen gesplitst worden in omgevingsvariabelen: - luchttemperatuur - stralingstemperatuur - luchtbeweging - luchtvochtigheid en persoonsafhankelijke variabelen: - mate van activiteit, warmteproductie (metabolisme) - mate van kleding, warmteweerstand (clo-waarde) Een thermisch comfortabel klimaat kan bereikt worden door veel verschillende combinaties van bovengenoemde parameters. In het algemeen wordt de luchttemperatuur gezien als de meest belangrijke parameter van het binnenklimaat. Maar ook de stralingstemperatuur en in grotere ruimten de luchtbeweging blijken echter ook een belangrijke invloed te hebben op het binnenklimaat. De mate van thermisch comfort in het binnenklimaat kan gemeten worden aan de hand van de eerste vier comfortparameters, maar de beleving van het binnenklimaat is afhankelijk van de warmteafgifte en warmteweerstand van de gebruiker van de binnenruimte. De mens produceert warmte, deze warmteproductie is afhankelijk van het activiteitsniveau op dat moment. Het metabolisme van de mens wordt uitgedrukt in ‘met’, waarbij 1 met overeenkomt met 58 W/m2. De geproduceerde warmte wordt volledig aan de omgeving afgestaan door ademhaling, verdamping, straling, convectie en geleiding, anders zou de lichaamstemperatuur te hoog worden. De mate van warmteafgifte wordt bepaald door de omgevings- en persoonsafhankelijke variabelen. Voor een aantal binnenshuis plaatsvindende activiteiten is hier de warmteproductie vermeld: - slapen 45 W/m2 - zitten 60 W/m2 - staan 80 W/m2 - lopen 115 W/m2 4.4.1.1 Comforttemperatuur Naast de luchttemperatuur is de comforttemperatuur, de temperatuur zoals die door de bewoner wordt ervaren, een belangrijke graadmeter voor de mate van thermisch comfort. De comforttemperatuur is afhankelijk van de luchttemperatuur en de gemiddelde oppervlakte(stralings)temperatuur van wanden, vloer en plafond/ dak. Het comfort zal hoger zijn wanneer de oppervlaktetemperaturen van de wanden, vloer en plafond zo veel mogelijk gelijk te zijn. 4.4.1.2 Onbehaaglijkheid Thermisch comfort is niet alleen gerelateerd aan de mate van activiteit en van de dikte van kleding, hoewel met name met het aanpassen van de laatstgenoemde factor vaak een onbehaaglijk gevoel eenvoudig kan worden voorkomen. Maar thermische onbehaaglijkheid kan ook ontstaan door een

42

ongewenste, plaatselijke opwarming of afkoeling van een deel van het lichaam. Dit kan veroorzaakt worden door: - Te hoge luchtsnelheden of snelheidsfluctuaties (turbulentie); tocht, vaak veroorzaakt door verkeerde ventilatie of koudeval, op ontblote lichaamsdelen als enkels, polsen en nek. De toelaatbare luchtsnelheid is afhankelijk van de optredende binnenluchttemperatuur en luchtvochtigheid. - Te grote stralingsasymmetrie door temperatuurverschillen tussen verschillende vlakken zoals bij enkelglas. - Te grote verticale temperatuurgradiënt, temperatuurverschillen in luchtlagen ten gevolge van zwaartekracht, vaak een probleem bij gebouwen met hoge verblijfsruimten. - Contacttemperatuur van de vloer te hoog of te laag; te warme of te koude voeten, oppervlaktetemperatuur ligt bij voorkeur tussen 19 -28ºC. - Temperatuurfluctuaties, grote temperatuurfluctuaties, door gebruik van materialen met een slecht dempende werking, in de binnentemperatuur leiden eerder tot onbehaaglijke gevoelens dan een meer stabiel binnenklimaat.

4.4.2 Luchtkwaliteit Het comfort dat samenhangt met de luchtreinheid kan worden aangeduid met ‘olfactief’ comfort (olfactief = reukzin betreffend). Vervuiling van de binnenlucht kan optreden door chemische en/ of biologische verontreinigingen. Luchtverontreiniging kan slijmvliesirritaties en op de lange termijn longkwalen opleveren. Een acceptabele binnenluchtkwaliteit is lucht waarin geen gevaarlijke concentraties van bekende verontreinigingen voorkomen, zoals bepaald door bevoegde autoriteiten, en waarbij 80% of meer van de mensen tevredenheid is met de situatie. Omdat de CO2 productie van mensen bekend is, en afhankelijk van de activiteit is, kan op basis van dit gegeven het ventilatievoud in een bepaalde ruimte met een bepaalde bezetting bepaald worden. Behalve de mens zijn er in het binnenklimaat uiteraard ook andere bronnen aanwezig waardoor de lucht verontreinigd wordt, zoals: geisers, gasfornuizen, haarden, kachels, tabaksrook en sommige bouwproducten. De meest in het binnenklimaat voorkomende vervuilende (chemische) stoffen zijn: koolstofdioxide, koolmonoxide, stikstofdioxide, zwaveldioxide en benzeen.

4.4.3 Ventilatie en infiltratie Ventilatie met verse (buiten)lucht is noodzakelijk om het binnenmilieu en met name de luchtkwaliteit in een gebouw te beheersen. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen basisventilatie en zomerventilatie. Basisventilatie is de ventilatie die minimaal benodigd is voor het beheersen van de luchtkwaliteit, zomerventilatie is extra ventilatie die ingezet kan worden voor het afvoeren van overtollige warmte. Ventilatie dient niet verward te worden met infiltratie, luchtuitwisseling tussen binnen en buiten door naden en kieren in de gebouwschil. Bij infiltratie is er sprake van ongecontroleerde luchtuitwisseling, en is om die reden ongewenst. Infiltratie kan leiden tot tocht en onnodig energieverlies. Ventilatie kan zowel op natuurlijke als op mechanische wijze plaatsvinden. Gezien de aard van dit afstudeerproject zal alleen natuurlijke ventilatie besproken worden. Voor de definitie van de benodigde hoeveelheid basisventilatie zal gebruik gemaakt worden van Nederlandse normen. Hierbij is aangenomen dat gezondheidsnormen voor Nederlandse mensen evengoed gelden voor Zuid-Afrikaanse. 4.4.3.1 Natuurlijke ventilatie Natuurlijke ventilatie komt tot stand door drukverschillen rond een gebouw tengevolge van bijvoorbeeld winddruk of temperatuurverschil tussen binnen en buiten. Volgens NEN 1087 moet een natuurlijk ventilatiesysteem de vereiste luchthoeveelheden kunnen leveren bij een temperatuurverschil tussen binnen en buiten van 10 ºC en een windsnelheid van 2 m/s. Wat betreft de capaciteit van de voorzieningen wordt er van uitgegaan dat voor een ventilatiehoeveelheid van 1 dm3/s een netto (rooster)oppervlak van 12 cm2 is vereist. Hierbij geldt een gemiddelde luchtsnelheid in de doorgang zal ontstaan van circa 0,85 m/s. Voor openingen die van gaas worden voorzien moet in verband met mogelijke vervuiling de doorlaat twee keer zo groot worden genomen. 43

4.4.3.2 Vereiste ventilatiehoeveelheden basisventilatie Op basis van de menselijke CO2-productie kan een minimaal benodigde ventilatiehoeveelheid aanhouden worden van 17 m3/h per persoon. 4.4.3.3 Zomerventilatie Het doel van zomerventilatie is het beheersen van de binnenluchttemperatuur, met als voorwaarde dat de buitenluchttemperatuur lager is dan de binnenluchttemperatuur. Het effect van zomerventilatie is mede afhankelijk van de gebouwmassa, en daarmee het warmteaccumulerend vermogen van de gebouwconstructie. Bij zomerventilatie bestaat een duidelijk verschil tussen de dag- en de nachtperiode. Overdag moet overtollige warmte direct worden afgevoerd door ventilatie, tijdens de nachtperiode kan de constructie gekoeld worden (nachtventilatie).

44

5.

PASSIEVE ZONNE-ENERGIE

5.1

Inleiding

Zonnestraling valt in de atmosfeer uiteen in directe en diffuse zonnestraling. Directe zonnestraling bereikt rechtstreeks het aardoppervlak terwijl straling die als diffuse straling op het aardoppervlak terechtkomt in de atmosfeer door stofdeeltjes en moleculen in alle richtingen gelijkmatig (= diffuus) verstrooid wordt. De op een vlak vallende zonnestraling is opgebouwd uit directe, diffuse en grondgereflecteerde straling. Het totaal aan zonnestraling op een vlak wordt globale straling genoemd. Qglobaal = Qdirect + Qdiffuus + Qgrondgereflecteerd [W] De intensiteit van de globale zonnestraling (qglobaal in W/m2) dat een vlak ontvangt is afhankelijk van de helling en de oriëntatie van dat vlak en van de zonshoogte op dat moment. Een deel van de zonnestraling die op een vlak valt kan door openingen (ramen) de binnenruimte betreden, dit deel van het zonlicht kan gebruikt worden voor bijvoorbeeld ruimteverwarming. Afbeelding 5.1: soorten invallend zonlicht [26]

5.2

Werking passieve zonne-energie (pze)

Bij benutting PZE voorziet de zon zonder tussenkomst van installaties in een deel van de warmtebehoefte. Dit kan bereikt worden door integratie van verschillende bouwkundige ingrepen in de ontwerpfase van de woning: oriëntatie, plattegrond, raampositionering en materialisatie. Normale bouwdelen worden ingezet voor het invangen, de opslag en de verdeling van de warmte die met het invallende zonlicht in het gebouw is toegetreden. Het is belangrijk de toetreding van zonnewarmte te kunnen reguleren met bijvoorbeeld zonwering, zodat het zonlicht al naar gelang de behoefte het gebouw kan binnentreden of geweerd kan worden. De behoefte aan verwarming is juist het grootst op de momenten dat de zon niet schijnt, dus ’s avonds en ’s nachts. Om ook op deze momenten te kunnen profiteren van PZE kan de massa van het gebouw gebruikt worden om de warmte van overdag op te slaan en deze op een later tijdstip af te staan aan de ruimte. Zo worden de pieken en dalen in de buitentemperatuur uitgevlakt. Zowel in de wanden als de vloer van een gebouw kan warmte worden opgeslagen. De laatste optie biedt de mogelijkheid om een grote bouwmassa te combineren met een lichte opbouw. De werking van PZE berust op de drie bekende warmtetransportmechanismen, geleiding, convectie en straling. Er zijn verschillende systemen voor het invangen, opslaan en distribueren van warmte uit zonlicht te onderscheiden, te weten het directe, indirecte en gescheiden systeem. Alleen het directe en indirecte systeem, de eenvoudigste, zullen hier worden besproken, de andere systemen vallen al bij voorbaat buiten de mogelijkheden van het project, gezien de maximale kostprijs per woning. [21,25,26]

45

In tegenstelling tot de Nederlandse situatie, waar vanuit bezonnings-oogpunt gebouwen altijd op het zuiden georiënteerd worden, is in Zuid Afrika, gezien de ligging op het zuidelijk halfrond, oriëntatie op het noorden het meest gunstig.

5.3

Systemen

5.3.1 Direct systeem Bij een direct systeem valt het zonlicht direct in de te verwarmen ruimte, waardoor deze dient als een grote, bewoonbare warmtecollector. Door een op het noorden georiënteerd raamoppervlak worden de wanden en de vloeren in de woonruimte direct door de zon beschenen, de zonnestraling wordt door de massa geabsorbeerd en opgeslagen als warmte. Bij het dalen van de binnenluchttemperatuur wordt de opgeslagen warmte door straling en convectie weer aan de ruimte afgegeven. De accumulerende massa moet zijn afgestemd op de behoefte aan warmte en het tijdstip waarop de warmte moet worden afgegeven. Als de massa bijvoorbeeld te groot is begint deze pas weer met het

isolatie massa

dag

isolatie massa

nacht

Afbeelding 5.2: direct systeem

afgeven van warmte als er weer warmte gewonnen wordt. De warmteaccumulerende massa kan behalve uit steenachtige materialen ook uit bijvoorbeeld water bestaan. Ook de kleur van de massa is van invloed op de opslagcapaciteit, een lichtere kleur reflecteert het licht meer dan een donkere kleur. De grotere hoeveelheid reflecties geeft een uniformere verdeling van de zonne-energie over de ruimte, er ontstaat dus ook een groter verlies van warmte door het raam. 5.3.1.1 Voordelen Het directe systeem is goedkoop en eenvoudig te maken, er is goed visueel contact met buiten en de binnenruimte is goed verlicht. In een bewolkt klimaat, waar het zonlicht met name diffuus invalt, werkt het systeem nagenoeg net zo goed. 5.3.1.2 Nadelen Door toepassen van een groot raamoppervlak kan ’s nachts veel verlies van warmte optreden, zeker bij toepassing van enkel glas. Nachtisolatie kan noodzakelijk zijn voor een goede prestatie van het systeem. Ook kan verblinding en een gebrek aan privacy optreden door de grote raamoppervlakken.

46

5.3.2 Indirect systeem En andere benadering van PZE geeft het systeem met indirecte invang, waarbij het zonlicht eerst op de oslagmassa valt, die zich tussen de zon en de te verwarmen ruimte bevindt. Het zonlicht wordt geabsorbeerd door de massa en omgezet in warmte, die vervolgens wordt afgegeven aan de ruimte. Er zijn twee typen indirecte systemen te onderscheiden: de trombemuur en de dakvijver. Het verschil tussen de twee systemen zit in de locatie van de thermische massa, welke zich respectievelijk in de wand of in het dak bevindt. Alleen de trombemuur zal hier besproken worden. Voor de volledigheid zal het principe van het gescheiden systeem in bijlage 7 kort besproken worden.

is o la tie m a ss a

dag

is o la tie m a ss a

nacht

Afbeelding 5.3: indirect systeem

De trombewand is aan de buitenzijde voorzien van een donkere kleur en staat achter een grote, op de zon georiënteerde glasgevel. De accumulerende massa van de trombewand kan behalve uit steenachtige materialen ook bestaan uit water. De door de wand geabsorbeerde warmte wordt door middel van straling en convectie aan de woonruimte afgegeven. De convectieve warmtestroom komt tot stand door openingen in de boven- en onderzijde van de wand. De aard van het materiaal en de dikte van de wand bepalen de demping van de temperatuurfluctuaties en de tijdvertraging waarmee de warmte aan de ruimte wordt afgegeven. 5.3.2.1 Voordelen De werking van de trombewand is subtieler dan die van het directe systeem door kleinere temperatuurschommelingen en een gunstigere tijdvertraging doordat de warmte door de wand getransporteerd moet worden 5.3.2.2 Nadelen Relatief veel warmte gaat verloren als gevolg van straling door de hoge oppervlakte temperatuur van de wand aan de buitenzijde. Het uitzicht wordt erg beperkt door dit systeem.

5.3.3 Passief koelen Ook op tijden dat de zon niet schijnt kan het buitenklimaat ingezet worden ten einde een verbetering in het comfort van het binnenklimaat te bewerkstelligen. In zomernachten kan de gebouwmassa afkoelen door nachtventilatie, waarbij een hoog ventilatievoud gehanteerd dient te worden. Dit heeft het meeste effect als overdag de zon zo veel mogelijk uit de binnenruimte wordt geweerd, zodat de binnentemperatuur en de constructietemperatuur relatief laag gehouden worden. Een goed geïsoleerde woning is hierbij, evenals bij het verwarmen met PZE, een vereiste.

5.4

PZE en stedenbouw

Om het energetische optimum van een stedenbouwkundig plan te bereiken zijn de juiste geveloriëntaties en de mogelijkheden om dakdelen te oriënteren belangrijk. Voor Zuid Afrika geldt dat de oriëntatie van glasvlakken op het noorden het gunstigst is. Andere bebouwing en bijvoorbeeld groen kunnen de bezonning van de woning belemmeren. De mate van belemmering wordt bepaald door de hoogte van de zonnestand en door de afstand en de oriëntatie van de belemmerende factor ten opzichte van de woning. Met behulp van de zonnehoogten kan de 47

belemmeringshoek bepaald worden. Met name in de winter kunnen lage zonnestanden voor belemmering zorgen, terwijl dan juist alle zonlicht welkom is om de woning op te warmen. Een goede oriëntatie van bouwblokken ten opzichte van elkaar is dan belangrijk, zodat woningen niet of zo min mogelijk in elkaars schaduw staan. Een grotere blokafstand verkleint de belemmeringshoek. In de zomer kan belemmering juist welkom zijn, een goede plaatsing van bijvoorbeeld een paar bomen kan dan bijdragen aan een aangenamer binnenklimaat door beschaduwing en niet te vergeten het koelende effect dat bomen op de buitenlucht hebben.

Afbeelding 5.4: zonbelemmering door een boom [26]

48

AANPAK In de voorgaande hoofdstukken is zowel de stand van de huidige sociale woningbouw in Zuid Afrika ter sprake gekomen als de principes en de theorie achter duurzaam bouwen en PZE. In dit deel worden achtergronden en theorie gecombineerd waardoor een aantal tekortkomingen in de huidige woningbouw geconstateerd kunnen worden. Samengebracht leidt dit tot een aanpak volgens welke de huidige woningen op een verantwoorde manier kunnen worden verbeterd. Uiteindelijk resulteert dit in een Programma van Eisen.

6.

VERBETEREN WONINGEN

6.1

Gebreken op gebied van energie en comfort

Een aantal geconstateerde tekortkomingen in de huidige woningbouw zal hier genoemd worden, welke als uitgangspunt zullen dienen voor de aan te brengen verbeteringen in het woningontwerp: − Het verlagen van de energievraag lijkt geen plaats te hebben in de huidige ontwerppraktijk, wat blijkt uit de keuze voor bepaalde constructiematerialen waardoor het de woning ontbreekt aan een thermisch gedegen ruimteomhullende constructie. − De mogelijkheid tot het gebruik van passieve zonne-energie om tegemoet te komen in (een deel van) de verwarmingbehoefte van de woning wordt meestal over het hoofd gezien. − De vervuilde leefomgeving en idem binnenklimaat door respectievelijk de manier van koken en verwarmen en door de afwezigheid van ventilatiemogelijkheden leiden tot een zeer ongezond en zelfs levensgevaarlijke leefsituatie.

6.2

Low-e ontwerp

Om een reductie in de uitstoot van broeikasgassen te bereiken zal vooral naar eenvoudige oplossingen moeten worden gezocht. Het volledige subsidiebedrag van 16.000 Rand wordt nu al besteed aan een standaard RDP-woning, binnen het budget, hoewel dit bedrag wat opgerekt kan worden, is dus weinig ruimte voor verbeteringen op dit vlak door het alleen maar toevoegen van extra materialen. Een voorbeeld op dit gebied kan worden genomen aan de Grieken en de Romeinen die, zonder beschikking te hebben over de hedendaagse kennis en geavanceerde klimaatsystemen, er toch al in slaagden het binnenklimaat van hun woningen tot op zekere hoogte te controleren door deze goed te oriënteren op de zon en op een eenvoudige manier aan warmteterugwinning deden. Bij het ontwerpen van een energiezuinigere woning is het in het algemeen raadzaam de volgende aanpak in acht te nemen: − Reduceren van het oorspronkelijke energieverlies − Zo veel mogelijk gebruik maken van passieve zonne-energietechnieken − De overgebleven energievraag zo efficiënt mogelijk beantwoorden Specifiek voor de Zuid-Afrikaanse situatie worden hieronder de verschillende punten toegelicht.

6.2.1 Reduceren van het energieverlies Het ongeïsoleerde, stalen dak is in de RDP-woningen de factor die waarschijnlijk het meeste bijdraagt aan de slechte thermische prestaties, aangezien de warmteweerstand van deze constructie vrijwel nul bedraagt (rc = 4*10-5 m2K/W). Ook het gebruik van enkel glas in de gebruikelijke stalen kozijnen zal effecten uitoefenen op de thermische prestaties, maar vergeleken met het vele malen grotere dakoppervlak zullen deze effecten klein zijn. Het toevoegen van dak- of plafondisolatie zal dus zeer waarschijnlijk een groot effect hebben op de binnentemperatuur in de woning. Daarna kan gekeken 49

worden naar de effecten van gevelisolatie. Om ’s winters en in de nachtelijke uren warmteverliezen door het glas tegen te gaan zou bijvoorbeeld gedacht kunnen worden aan isolerende luiken. Misschien kan er zelfs gekeken worden of deze luiken ’s zomers ook als zonwering gebruikt kunnen worden door ze handig te plaatsen. Er zou ook gekeken kunnen worden naar de mogelijkheid van het toepassen van bufferzones, zoals bijvoorbeeld een halletje na de voordeur. Tenslotte is een gunstige verhouding tussen het oppervlak van de gevel en het volume van de woning belangrijk. De genoemde maatregelen zullen consequenties met zich meebrengen met betrekking tot de bouwkosten van de woning. Het is dus zaak deze maatregelen tot een minimum te beperken en te zoeken naar de meest (kosten-)effectieve oplossing.

6.2.2 Passieve zonne-energietechnieken (pze) Met behulp van PZE-technieken zal geprobeerd worden een meer stabiel binnenklimaat te realiseren, wat een gunstig effect zal hebben op zowel de energiebehoefte als het comfort. Een meer stabiel binnenklimaat kan gerealiseerd worden door de fluctuatie in het temperatuurverloop van het buitenklimaat, bijvoorbeeld tussen dag en nacht, zo veel mogelijk uit te vlakken. De keuze van het bouwmateriaal speelt hierin een belangrijke rol. Steenachtige materialen beschikken bij uitstek over goede warmteaccumulerende eigenschappen, waardoor het in staat is warmte op te nemen en die op een later tijdstip weer af te staan. Door de accumulatie van warmte wordt de amplitude van de binnenluchttemperatuur kleiner, de temperatuurfluctuatie uit het buitenklimaat is dus gedempt. Het praktische gevolg hiervan is dat het ’s winters minder koud wordt in de woning (minder energievraag voor verwarming) en ’s zomers minder warm (hoger comfortgehalte). In het binnenklimaat kan warmteaccumulerende massa vooral gezien worden in de vorm van binnenwanden en vloeren. Samen met een goed gekozen oriëntatie en een juiste plaatsing van raamopeningen in de woning kan de warmtewinst door de zon optimaal ingezet worden.

1000

Een optimaal op de zon afgestemde woning dient in de zomer echter niet oververhit te raken. Zoninstraling kan in deze situatie gecontroleerd worden door een weloverwogen plaatsing van een zonwering. Door bijvoorbeeld het toepassen van een goed gekozen dakoverstek kan de in de zomer ongewenste zonnestraling geweerd worden terwijl in de winter de lager staande zon in de woning gehaald en opgeslagen kan worden.

1000

1000

Voor een optimaal werkend PZE concept zal in theorie een combinatie gemaakt moeten worden tussen verschillende PZE systemen zodat aan de directe en indirecte warmtebehoefte zo goed mogelijk voldaan kan worden. Ook kunnen de 1000 1000 1000 verschillende voordelen en nadelen van de verschillende systemen respectievelijk met elkaar Afbeelding 6.1: toepassing zonwering gecombineerd en uitgevlakt worden. Gezocht moet worden naar een oplossing waarbij een zo groot mogelijk resultaat bij zo laag mogelijke kosten behaald zullen worden. Een direct systeem zal waarschijnlijk het minste effect op de kosten hebben waardoor het vooralsnog de beste optie lijkt. Het dempen van de temperatuurgolf door het toepassen van de juiste bouwmaterialen hoeft weinig extra kosten met zich mee te brengen, mits vanaf het begin van het ontwerp meegenomen. De kosten van het toevoegen van extra materialen zoals bijvoorbeeld een dakoverstek dienen zo veel mogelijk beperkt te blijven.

6.2.3 Efficiënt beantwoorden van overgebleven energievraag Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het gebruik van energie efficiënte apparatuur binnen het huishouden, zoals het gebruik van spaarlampen en de mogelijkheid tot het combineren van de kooken verwarminrichting van de woning.

50

Ook een eenvoudige manier van warmteterugwinning behoort tot de mogelijkheden. Bij het gebruik van de aanwezige kook-/stooktoestellen ontstaan behalve warme lucht ook schadelijke stoffen die via een schoorsteen naar buiten afgevoerd moeten worden. Door het rookkanaal in te pakken in een ‘massieve’ schoorsteen kan een deel van warmte, dat anders door het rookkanaal naar de buitenlucht zou worden afgevoerd, door de massa van de schoorsteen worden opgenomen. De schoorsteen geeft de opgeslagen warmte met een tijdvertraging af aan de omliggende ruimte, zodat deze ook na het uitzetten van de warmtebron stralingswarmte blijft afstaan.

6.3

Comfort

Waar in dit project de energievraag verlaagd moet worden, zal het algemene comfort van de bewoners van de woningen verhoogd moeten worden. In paragraaf 4.5 ‘Comfort binnenklimaat’ is besproken van welke parameters comfort afhankelijk is en dat er verschillende soorten comfort bestaan. In deze paragraaf zal behandeld worden op welke wijze het thermisch en olfactief comfort kan worden verbeterd ten opzichte van de oude RDP-woningen.

6.3.1 Thermisch comfort Bij de realisatie van de oorspronkelijke huisvesting in de townships is in het kader van de bedoelde tijdelijkheid geen aandacht besteed aan de klimatologische situatie ter plaatse. Ook het huidige RDPproject heeft hierin weinig verandering gebracht. Om het thermisch comfort van deze nieuwe woningen wel significant te verbeteren zullen ongewenste eigenschappen van het buitenklimaat geweerd moeten worden uit het binnenklimaat. De gewenste eigenschappen dienen juist zo veel mogelijk te worden aangewend ter verlaging van de energievraag, zoals blijkt uit de voorgaande paragrafen.

6.3.2 Olfactief comfort Uit het stuk theorie met betrekking tot luchtreinheid is gebleken wanneer er sprake is van luchtverontreiniging. De beschikbare literatuur heeft uitgewezen dat de binnenluchtkwaliteit in de huidige leefomgeving in de townships duidelijk niet acceptabel is. In tabel 6.1 op de volgende pagina zijn een aantal chemische stoffen opgesomd die onder allerlei omstandigheden in het binnenmilieu kunnen voorkomen. Daarbij wordt genoemd welke bron de agens doet ontstaan, welke hinder de mens van deze stoffen kan ondervinden en welke maatregelen genomen kunnen worden om te voorkomen dat deze stoffen in de eerste plaats het binnenmilieu betreden. In de tabel worden alleen de ‘binnenbronnen’ beschouwd, invloeden van buitenaf worden buiten beschouwing gelaten. Na de beschrijving van de manier waarop binnen de huidige woningen gekookt en gestookt wordt in de paragraven 3.5.1 en 3.5.2 ‘Huishoudelijk energiegebruik’ en ‘Brandstof’, kan met deze tabel een aardige inschatting worden gemaakt van de gevolgen voor de mensen die dagelijks in een dergelijke omgeving verkeren. Verder blijkt uit bovenstaande tabel dat een goede ventilatie, afvoer van rookgassen en onderhoud van de verbrandingtoestellen de belangrijkste punten zijn die bijdragen aan een gezonder binnenklimaat. Dit zijn in ieder geval punten die moeten worden meegenomen in het nieuwe ontwerp.

51

Tabel 6.1: overzicht van chemische stoffen, gezondheidseffecten en te nemen maatregelen [5] chemische stof symptomen ontstaat door bouwkundige maatregelen kooldioxide geurhinder, oogirritaties, mens zelf, geisers, gasventilatie, toepassing van (CO2) hoofdpijn, vermoeidheid kooktoestellen, CV-ketels planten koolmonoxide hoofdpijn, vergeet-achtig, open haarden, allesgoede afvoer van (CO), geurloos concentratie-verlies, branders, tabaksrook, verbrandingsinstallaties, duizeligheid, onvolledige ver-branding gebruik van diffusie-branders misselijkheid, diarree, in gastoestellen i.p.v. bunsenbranders goed pijn op de borst, onderhoud vermoeidheid, prikkelbaar, flauwvallen stikstofdioxide ademhalingsmoeilijkhede geisers, gasfornuizen, goede afvoer van (NO2) n bij baby’s, CARAgashaarden, kerosineverbrandingsinstallaties, symptomen bij kinderen, kachels, tabaksrook gebruik van diffusie-branders, luchtweg-klachten, bij goed onderhoud langdurige hoge concentratie: aantasting longen en immuunsysteem problemen voor mensen tabaksrook, olie-kachels, zwavelvrije brandstoffen zwaveldioxide met astma en chronische allebranders, open toepassen, goede afvoer van (SO2) bronchitis, vooral bij verbrandingsgassen, haarden koude lucht voorkomen van onderdruk in gebouwen benzeen carcinogene effecten tabaksrook, voorkomen door keuze van (leukemie), hoofdpijn, consumenten- en bouw- en inrichtingsduizeligheid, sufheid bouwproducten, soms materialen, goede afvoer van open haarden en verbrandingstoestellen, allesbranders onderdruk vermijden

6.4

Ventilatie

Aangezien alle ventilatie op natuurlijke wijze zal moeten plaatsvinden dienen hier ook goede voorzieningen voor getroffen te worden: − ventilatieopeningen in gevel, zoals roosters en klepramen (verblijfsruimten) − bij eventuele inpandige ruimte verticale ventilatiekanalen aanbrengen (badkamer, toilet, deels keuken) In de huidige woningen zijn vaak ventilatieopeningen aangebracht, maar deze worden door de bewoners afgesloten. Een reden hiervoor zou kunnen zijn dat de ventilatieopeningen tocht veroorzaken. Om tocht bij natuurlijke ventilatie in het nieuwe ontwerp te kunnen voorkomen kunnen verschillende maatregelen getroffen worden: − ventilatievoorziening zo veel mogelijk boven verwarmingslichamen plaatsen − voorziening zo hoog mogelijk plaatsen, m.a.w. zo dicht mogelijk onder het plafond − voorziening regelbaar uitvoeren − zorgen dat toetredende ventilatielucht goed kan mengen met de ruimtelucht, bijvoorbeeld door het aanbrengen van een horizontale, evt. deels geperforeerde, geleidingsplank onder de toevoeropening.

6.5

Toepassing

Na het constateren van enkele structurele problemen op het gebied van energie en comfort en de bespreking gebieden waarin verbetering aangebracht kan worden, volgen nu enkele aandachtspunten voor het te volgen onderzoek:

52

− − − − −

bepaald moet worden welke invloed de eigenschappen van verschillende gebruikte bouwmaterialen, zoals met name het staal van het dak, hebben op het binnenklimaat de invloed van verschillende vormen van isolatie, zoals dak-,gevel- en vloerisolatie, moet bepaald worden gekeken moet worden welke punten in acht moeten worden genomen bij een zo optimaal mogelijke benutting van PZE, zoals oriëntatie, raamgrootte, zonwering en materiaalgebruik invloed van de hoogte van het ventilatievoud op ontwerpniveau kan gekeken worden naar de toepassing van eenvoudige installatietypen op gebied van duurzaamheid, zoals bijvoorbeeld een zonneboiler

53

7.

PROGRAMMA VAN EISEN

7.1

Functioneel pve

Dit Programma van Eisen kan het beste gezien worden als een opsomming van eisen en aandachtspunten die zowel bijdragen aan een energiezuiniger woningontwerp als voldoen aan de wensen (voor zover bekend) van de bewoners. Voor verschillende onderdelen zullen puntsgewijs enkele aandachtspunten behandeld worden. De in dit programma opgestelde eisen zijn deels afkomstig van bevindingen uit eerdere onderzoeken op dit gebied [3, 4] en deels uit inmiddels opgedane kennis op het gebied van duurzaam bouwen.

7.1.1 Lokatie -

Met het oog op een optimale bezonning wordt bij voorkeur op een lokatie gebouwd welke niet, of zo min mogelijk, door eventuele omringende obstakels wordt beschaduwd. Een vlakke lokatie of een lokatie gesitueerd op een noordhelling zullen in dit verband het gunstigst zijn. Een geïntegreerd woningbouw- en stedenbouwkundig plan is op meerdere vlakken een voordeel, zoals in de kosten voor de aan te leggen voorzieningen. Bij het oriënteren van de woning dient rekening te worden gehouden met de windrichting, bij een goede afstemming kan de luchtstroom een verbeterde natuurlijke ventilatie opleveren. Bij voorkeur wordt op de lokatie bomen, andere begroeiing en gras toegepast; bomen verminderen ’s zomers de directe inval van zonlicht in de woning (mits goed geplaatst) en gras absorbeert de warmte van zonlicht in plaats van het te reflecteren zoals bestrating of andersoortige gladde bestrating. Ook het koelende effect van bomen en planten door verdamping van water is gewenst.

7.1.2 Plattegrond -

De hoofdas van de woning is bij voorkeur zo veel mogelijk oost/west gericht, het grootste geveloppervlak is dan op het noorden gericht, deze gevel moet tevens het grootste raamoppervlak bevatten. De ruimten in de woning met de grootste warmtebehoefte dienen op het noorden te worden georiënteerd, de ruimten met een lagere warmtebehoefte aan de andere gevels: woonkamer

keuken slaapkamers badkamer -

noord noord/west zuid/oost zuid

invangen zonlicht profijt van zonlicht in avond ochtendzon, koel overdag in buurt van keuken i.v.m. voorzieningen

De woning moet zo compact mogelijk ontworpen worden, door een grote volume/oppervlakte verhouding kan de energiebehoefte direct verlaagd worden. Uitgaande van een woning van 30 m2 voor twee of minder personen is per extra persoon minimaal een extra ruimte van 7,5 m2 nodig. Een woning voor vier tot zes personen (= gemiddelde gezinsgrootte) zou dan 45 tot 60m2 groot moeten zijn. Keukens worden bij voorkeur gescheiden van de woonkamer zodat rook uit de keuken niet direct in de woonkamer kan komen en zodat bezoekers niet zien wat er in de keuken gebeurt (privacyredenen). Keukens worden ook vaak te groot uitgevoerd (4,5 m2 – 6,5 m2), de voorkeur wordt gegeven aan een kleinere keuken zodat extra ruimte aan de woonkamer toegevoegd kan worden.

7.1.3 Gevels -

54

Een goede verhouding van het raamoppervlak in de noordgevel ten opzichte van het vloeroppervlak van de woning voor optimale benutting van PZE.

-

-

In de andere gevels dienen raamopeningen zo klein mogelijk te worden gemaakt met het oog op het minimaliseren warmteverliezen. De raamopeningen moeten echter wel voor een belangrijk deel voorzien in de daglichtbehoefte van deze ruimten om het gebruik van kunstlicht te beperken. In de praktijk blijkt dat ramen vaak gedurende de gehele dag met gordijnen worden afgesloten uit privacy- en veiligheidsoverwegingen, met name in de gebieden met verhoogde criminaliteit. Er dient gezocht te worden naar een manier om de privacy van de bewoners te waarborgen zonder dat daarbij de beoogde PZE-systemen in het gedrag komen. Te openen ramen kunnen overwogen worden, met name in bijvoorbeeld de keuken en de badkamer, zodat tijdelijk een grotere ventilatiestroom gecreëerd kan worden. De buitenkant van een woning wordt vaak belangrijker gevonden dan de binnenkant (status), hier wordt dan ook vaak meer aandacht aan besteed.

7.1.4 Dak en plafond -

De woning dient te worden uitgerust met dakoverstekken die op een dusdanige manier gedimensioneerd zijn dat de zomerzon wordt geweerd uit de woning maar de zon in de winter tot de woning kan worden toegelaten. Toevoeging van een geïsoleerd plafond kan tot grote besparingen op brandstoffen leiden door het verbeteren van de warmteweerstand en het verkleinen van de te verwarmen ruimte.

7.1.5 Toegankelijkheid -

Zo mogelijk dient de woning twee buitendeuren te bezitten i.v.m. vluchtmogelijkheden. Deuren worden bij voorkeur niet direct aan de toegangsweg naar de woning geplaatst, vaak grenst de deur in dat geval aan een open ruimte zodat tocht en regen vrij spel heeft, ook privacy speelt hier een rol. Daarentegen dient de ingang tot de woning goed zichtbaar te zijn vanaf de weg i.v.m. criminaliteit. De deuren van de woning dienen goed afsluitbaar te zijn i.v.m. inbraken en criminaliteit. Om het binnenklimaat te beschermen worden buitendeuren bij voorkeur afgeschermd met een afdakje of worden ze diep in de wand geplaatst. De hoofdingang van de woning wordt, bij keuze tussen woonkamer en keuken, vaak aan de keuken gekozen. Dit heeft twee voordelen; de keuken wordt beter geventileerd en de woonkamer (de leefruimte) ligt meer privé en heeft geen last van ongewenste tocht. Toevoeging van een bufferzone tussen buiten en binnen in de vorm van een hal zou nog beter zijn. Binnen de woning worden deuren vaak als onpraktisch en ruimte-innemend gezien en worden vaak vervangen door gordijnen.

7.1.6 Materialen -

-

Aan de woningen dient in zekere mate thermische isolatie te worden toegevoegd ter beperking van de energiebehoefte. Materialen die de efficiëntie van PZE bevorderen dienen toegepast te worden. Gelet moet worden op de kleuren van de gebruikte materialen, deze kunnen in hoge mate effect hebben op o.a. de werking van PZE-systemen, op de reflectie van zonlicht op het buitenoppervlak en de behoefte aan kunstlicht binnen de woning. Lichte kleuren hebben overigens vaak de voorkeur boven donkere kleuren. Gebruik van ‘moderne’ materialen als betonblokken en stalen golfplaten duiden op status, terwijl gebruik van traditionele (en goedkopere) bouwmaterialen zoals aarde, leem en met name stro op veel plaatsen (niet overal!) als ‘een stap achteruit’ worden gezien en daardoor een teken zijn van armoede. Leemblokken worden echter wel succesvol toegepast in woningbouwprojecten, de ‘tekenen van armoede’ worden dan weggewerkt door een pleisterlaag en/of verf.

7.1.7 Voorzieningen -

De woningen dienen voorzien te worden van elektriciteit voor o.a. verlichting, in de plangebieden ligt een bestaand elektriciteitsnet met een voldoende grote dichtheid.

55

-

Voor wassen en koken dient de woning te worden aangesloten op stromend water, om te besparen in de kosten van het opwarmen van water kan aan een eenvoudig zonneboilersysteem gedacht worden. De functies koken en verwarmen dienen bij voorkeur gecombineerd te worden, behalve dat dit in energetisch opzicht praktisch is, is het ook nog eens wat de mensen gewend zijn. Het ventileren van een woning is een belangrijk punt in een efficiënte energiehuishouding, er dient gezocht te worden naar een ventilatiesysteem dat geleidelijke ventilatie toelaat en tegelijkertijd geen toegang voor inbrekers tot de woning verschaft. Gezien het veelvuldige gebruik van kolen als brandstof voor verwarmen en koken dient de woning te worden uitgevoerd met een schoorsteen of een andere mogelijkheid tot het afvoeren van de giftige rookgassen.

7.1.8 Technologie -

De woningen dienen voor een zo groot mogelijk deel te worden uitgevoerd door lokale, nauwelijks geschoolde, bevolking, ter bevordering van de werkgelegenheid en het verhogen van het kennisniveau. Het ontwerp van de woningen dient dusdanig eenvoudig te zijn dat deze door ongeschoolde arbeiders gebouwd kunnen worden op een manier die tot zo min mogelijk fouten leidt. De mogelijkheid tot uitbreiding van de woning moet aanwezig zijn, hoewel dit wel aan banden moet worden gelegd, aangezien anders het risico bestaat dat het energiezuinige karakter van de woning verloren gaat.

7.1.9 Kosten -

De stichtingskosten per woning dienen in eerste instantie gebaseerd te zijn op het subsidiebedrag van R16.000. Voor extra kosten ter realisatie van het energiezuinige aspect kan additionele financiering aangevraagd worden. Een zo groot mogelijk deel van het beschikbare budget dient aan de opbouw besteed te worden, de aanleg van technische voorzieningen dient zo voordelig mogelijk plaats te vinden. Het produceren van materialen op de bouwplaats kan bijdragen aan lagere bouwkosten. Om te besparen op arbeidskosten worden veel bouwactiviteiten door de bewoners zelf overgenomen.

7.1.10 Overig De belangrijkste factor voor een succesvolle introductie van een nieuwe manier van wonen in Zuid Afrika is dat de achtergrond van de doelgroep wordt gerespecteerd. Verder heerst er een sterke ‘show me’- cultuur in het land, een goed voorbeeld van een nieuwe maatregel zal de mensen sneller overtuigen van het nut ervan, andersom zal de indruk die een slecht voorbeeld achterlaat moeilijk terug te draaien zijn. Hieronder worden een aanvullende aantal aspecten genoemd waarmee rekening gehouden moet worden in het ontwerp van een nieuwe woning en woonomgeving: - Homogeniteit in een woonwijk roept het ‘apartheidsgevoel’ op, de woonwijk dient niet gelinkt te kunnen worden aan de leefsituatie in de oude township. Door het creëren van verschillende woningtypen en het afwisselen van woningen met andere bebouwing en recreatiemogelijkheden kan een meer heterogene samenleving opgebouwd worden. - Vrijstaande huizen hebben de voorkeur boven gestapelde en geschakelde woningen. Hoewel hier op energetisch gebied voordelen te behalen zijn, worden gestapelde en geschakelde woningen niet gezien als goede woningen vanwege het vermeende gebrek aan privacy en het ontbreken van de mogelijkheid tot uitbreiding. Tevens wordt de grond rondom een vrijstaande woning vaak gebruikt voor het kweken van groeten voor eigen consumptie en het houden van enkele dieren. - Tegelijkertijd wordt een hogere dichtheid van de woningen niet als een nadeel gezien vanwege de mogelijkheid tot sociale controle, die door de hoge criminaliteit gewenst is.

56

-

7.2

Een woning dient geen ronde vorm te hebben, hoewel deze woningen gezien de gunstige volume/oppervlakte verhouding voordelen opleveren in energetisch opzicht. Ronde woningen worden geassocieerd met de (ronde) traditionele lemen Afrikaanse hut met rieten dak, dit wordt gezien als een teken van armoede, hoewel de thermische prestaties van deze woningen vaak die van de woningen in de townships overtreffen. Een huis met vier hoeken daarentegen levert de bewoner een bepaalde status.

Fysisch pve

Het opstellen van een fysisch Programma van Eisen is niet eenvoudig aangezien er vrijwel niets bekend is over eisen ten aanzien van temperatuur, comfort en ventilatie. Het Bouwbesluit zoals dat in Nederland bestaat is in Zuid Afrika een onbekend begrip. Voor dit project wordt uitgegaan van de door Agrément South Africa, in samenwerking met SABS, opgestelde richtlijnen met betrekking tot de temperatuur van het binnenklimaat.

7.2.1 Luchttemperatuur Tabel 7.1 op volgende pagina geeft een indicatie van menselijke reacties op thermische omstandigheden volgens Agrément South Africa. De in de zomer optredende maximale binnentemperaturen zijn niet van het grootste belang, aangezien een groot deel van de activiteiten van de bewoners buiten plaatsvindt. Toch raadt ASA ingrepen aan bij een binnentemperatuur hoger dan 40˚C, bij deze temperaturen kan iemand bij het doen van huishoudelijk werk oververhit raken en flauwvallen. Bij de berekening van de varianten zal zo veel mogelijk worden uitgegaan van een maximale binnentemperatuur van 30˚C, aangezien temperaturen boven deze grens volgens bovenstaande tabel als oncomfortabel beschouwd worden. Voor de wintersituatie wordt een minimale temperatuur van 16˚C aangehouden. Volgens de richtlijnen van ASA wordt het thermisch gedrag van een woning bepaald aan de hand van de hoeveelheid energie benodigd om deze minimumtemperatuur te handhaven. Voor de leefruimte zal overdag in de wintersituatie een temperatuur van 20˚C aangehouden worden. Temperaturen tussen de 20 en 25˚C worden volgens ASA als thermisch neutraal beschouwd. De variant waarbij in de zomersituatie met inzet van slechts passieve middelen de laagste maximaal binnentemperaturen optreden zal als meest optimale variant voor deze situatie beschouwd worden. Voor de wintersituatie geldt dat die variant waarbij zo min mogelijk gebruik gemaakt hoeft te worden van een actief verwarmingssysteem om de gewenste binnentemperatuur van 16 tot 20˚C te behouden, dus waarbij de energievraag zo laag mogelijk is, als beste variant beschouwd kan worden.

57

Tabel 7.1: menselijke reacties op thermische omstandigheden [40] temperature regulation of body discomfort health effects sensation [˚C] temp. 40 limited tolerance, failure of free very uncomfortable skin evaporation hot increasing 35 danger of heat stroke increasing warm slightly vasolidation, uncomfortable sweating 30 - slightly warm 25 comfortable no perceptible normal health sweating - neutral 20 - slightly vasocool constriction complaints of dry mucosa, cool slightly behavorial impairment of 15 uncomfortable changes peripheral circulation 10 uncomfortable shivering restful sleep very begins difficult if alone cold with one blanket 5 -

recommendation action required to reduce temperatures

below 6,5 heating recommended

7.2.2 Comforttemperatuur De mate van behaaglijkheid van het binnenklimaat wordt niet alleen bepaald door de luchttemperatuur, maar door de comforttemperatuur, de samengestelde temperatuur uit de lucht- en de stralingstemperatuur. Het wordt als onaangenaam ervaren wanneer een vlak een veel hogere oppervlaktetemperatuur heeft dan de luchttemperatuur in de aangrenzende ruimte bedraagt. Gestreefd wordt dus naar een zo klein mogelijk verschil tussen oppervlakte- en luchttemperatuur. Aangezien de comforttemperatuur in deze situatie voor 50% is opgebouwd uit de luchttemperatuur en voor 50% uit de stralingstemperatuur, zullen de eisen voor de comforttemperatuur gelijk zijn aan die voor de luchttemperatuur.

7.2.3 Overige eisen Onderstaande richtlijnen zijn overgenomen uit het Nederlandse Bouwbesluit en geven een globale indicatie van de aan te houden temperaturen. Deze richtlijnen kunnen echter wel wat versoepeld worden toegepast.

58

Contacttemperatuur - Oppervlaktetemperatuur van vloer bij normaal schoeisel ≥ 19°C en ≤ 28°C. Stralingstemperatuur - De som van de luchttemperatuur en de gemiddelde stralingstemperatuur dient circa 38°C te bedragen. - Het verschil tussen beide temperaturen mag maximaal 6°C bedragen. Ventilatie - Ten minste 25 m3/h per persoon op basis van CO2-productie van de mens. - Toevoer van 0,9*10-3 m3 lucht per seconde per m2 vloeroppervlak, met een minimum van 7*10-3 m3/s (eis voor een verblijfsgebied). Tabel 7.2 geeft aan welke warmtetransportmechanismen op welk moment kunnen worden ingezet of waar de effecten juist geminimaliseerd moeten worden t.b.v. de realisatie van een bepaald binnenklimaat. (Zie ook afbeelding 4.1 in paragraaf 4.2.) Tabel 7.2: inzet warmtetransportmechanismen seizoen actie geleiding warmtewinst stimuleren winter warmteverlies q-geleiding (uit) beperken minimaliseren warmtewinst q-geleiding (in) naar beperken minimaliseren zomer warmteverlies afgifte naar bodem stimuleren stimuleren

convectie minimaliseren door tegengaan infiltratie infiltratie minimaliseren natuurlijke ventilatiestroom stimuleren

straling warmtewinst door zon optimaliseren warmtewinst door zon minimaliseren nachtelijke uitstraling stimuleren

59

8.

AANPAK ONDERZOEK

8.1

Onderzoeksvragen

De belangrijkste onderzoeksvragen die in het kader van het bouwfysisch onderzoek gesteld kunnen worden zijn de volgende: Welk effect hebben verschillende bouwkundige ingrepen in de gebouwschil op het binnenklimaat en het energiegebruik van een woning? En welke van de onderzochte ingrepen kan het beste voor een woning in Zuid Afrika worden toegepast? Deze veel omvattende onderzoeksvraag kan worden opgesplitst in verschillende kleinere onderzoekspunten: -

8.2

Hoe gedraagt het huidige woningtype zich in thermisch opzicht? Wat is de invloed van zon op het binnenklimaat? Wat is de invloed van dak-, wand, en vloerisolatie op het binnenklimaat in een passieve situatie? Wat is de invloed van ventilatie op het binnenklimaat? Wat is de invloed van raamgrootte op het binnenklimaat? Wat is de invloed van een zonwering? Wat is de benodigde capaciteit van een verwarmend vermogen? Wat is het energiegebruik per dag? Welke invloed heeft isolatie op het energiegebruik? Wat is de invloed van de warmteafgifte door bewoners op het energiegebruik?

Simulaties in capsol

De in de vorige paragraaf opgenoemde onderzoeksvragen worden beantwoord aan de hand van simulaties met fysisch model van de huidige situatie, waarna verschillende aanpassingen in de gebouwschil worden onderzocht op hun invloed op het binnenklimaat. Deze simulaties worden uitgevoerd met het computerprogramma CAPSOL. In hoofdstuk 9 ‘Modelleren in CAPSOL’ volgt een uitgebreide beschrijving van de werking van het programma, hier wordt eerst een beschrijving van het te volgen onderzoekstraject gegeven. De aanpak van de simulaties in CAPSOL is als volgt: - opstellen testvarianten - invoeren referentiemodel - invoeren bouwkundige varianten - keuze en optimalisatie De testvarianten zijn bedoeld om een basis te leggen op het gebied van thermisch gedrag van gebouwen en dienen als eerste kennismaking met het programma CAPSOL. De simulaties worden opgesplitst in situaties waarbij het verloop van de binnentemperaturen alleen afhankelijk is van de temperatuur van de buitenlucht en in situaties waarbij naast de buitenluchttemperatuur ook de zon een rol gaat spelen. Op deze manier kan inzicht worden verkregen in de mate van invloed van deze twee verschillende klimaatfactoren op het binnenklimaat. Het referentiemodel vertegenwoordigt de huidige bouwstijl, dit model dient als vergelijkings-materiaal voor de latere berekeningen. Met behulp van het referentiemodel moeten de zwakke plekken in de

60

gebouwschil aangewezen worden, bijvoorbeeld door welke wanden het meeste warmteverlies plaatsvindt. De bouwkundige varianten zullen verschillende aanpassingen in de gebouwschil ondergaan waarvan wordt verwacht dat ze een verbetering in het thermisch gedrag teweeg zullen brengen. De maatregelen zullen worden onderzocht op hun effect in het te verwachten energiegebruik. Uit de bouwkundige varianten kunnen één of meerdere varianten gekozen worden waarvan de beste prestaties verwacht worden. Voor deze variant(en) wordt bekeken in welke uiteindelijke vorm de gekozen variant het beste kan worden gegoten, dus als er bijvoorbeeld wordt gekozen voor een isolatiepakket, in welke samenstelling en op welke exacte lokatie kan dit pakket dan het beste geplaatst worden.

8.3

Onderzoekssituaties

De varianten zullen in verschillende situaties worden doorgerekend. In eerste instantie is er uiteraard het verschil in thermisch gedrag in een zomer- of een wintersituatie en in een situatie met of zonder zon. Daarnaast kan het model in een passieve of een actieve situatie worden doorgerekend.

8.3.1 Passief In een passieve situatie wordt geen gebruik gemaakt van installaties zoals een koel- of verwarmingsinstallatie, het thermisch gedrag wordt puur bepaald door de aard van de ruimteomhullende constructie. De simulaties zullen in eerste instantie in een passieve situatie plaatsvinden. Sowieso zal er in de zomersituatie geen gebruik gemaakt worden van een installatie van wat voor aard dan ook, de in de zomer optredende problemen in het binnenklimaat zullen met passieve ingrepen moeten worden opgelost. Bij passieve ingrepen kan gedacht worden aan bijvoorbeeld het toepassen van zonwering.

8.3.2 Actief Als in de wintersituatie passieve ingrepen, zoals het toevoegen van isolatiemateriaal, niet leiden tot binnentemperaturen zoals die zijn vermeld in het fysisch Programma van Eisen, kan het introduceren van een actief verwarmingssysteem uitkomst bieden. Hierbij kan gedacht worden aan een kachel. Ook kan in de actieve situatie de invloed van interne warmteproductie, de warmte die geproduceerd wordt door de bewoners en door bijvoorbeeld verlichting, beschouwd worden.

8.4

Uitvoer onderzoek

Naar aanleiding van in de vorige paragrafen gegeven informatie met betrekking tot de simulaties en de o p t im a lis a tie v a r ia n te n p a s s ie f

N

b e s te v a r ia n t

r e fe r e n tie m o d e l

d e f in it ie f o n tw e r p

v a r ia n te n a c tie f d

V = x / h

Afbeelding 8.1: schema onderzoeksstappen

61

onderzoekssituaties kan het volgende onderzoeksschema worden opgezet. Het schema geeft weliswaar een vereenvoudigd beeld van het totale onderzoek, maar geeft wel duidelijk de te volgen onderzoeksstappen weer. Na de keuze van het referentiemodel en de modellering ervan kan bepaald worden welke ingrepen in de gebouwschil gedaan gaan worden. Dit leidt tot de modellering van de bouwkundige varianten. Uit deze varianten wordt degene gekozen die het beste presteert, waarna optimalisatie van dit model plaatsvindt. Het geoptimaliseerde model leidt uiteindelijk tot het definitieve ontwerp van de woning.

8.5

Beschrijving referentiemodel

Een fysisch model kan, net als ieder ander model, omschreven worden als een vereenvoudiging van de werkelijkheid. Bij het modelleren worden slechts een aantal eigenschappen van de werkelijke situatie weergegeven die van belang zijn voor de oplossing van het fysische probleem.

8.5.1 Vereenvoudiging rdp-woning tot referentiemodel Als uitgangspunt voor de te maken berekeningen wordt uitgegaan van het woningtype dat nu volgens het RDP gebouwd wordt. Hoewel er niet echt een standaard bestaat voor een met behulp van het RDP gerealiseerde woning, zijn er wel veel overeenkomsten te ontdekken tussen de woningen onderling qua oppervlakte en materialisering. Zo is een RDP-woning vaak rond de 30m2 groot, zijn de wanden opgetrokken uit halfsteensmuren en bestaat het dak uit staalplaat. In afbeelding 8.1 is te zien hoe een zogenaamde ‘standaard’ RDP-woning er uit zou kunnen zien. In de afbeelding 8.2 is de vereenvoudiging te zien van de RDP-woning tot het referentiemodel voor invoer in CAPSOL. Het referentiemodel zal worden doorgerekend om een idee te krijgen van het thermisch gedrag van een RDP-woning. Hetzelfde model zal steeds worden aangepast om de verschillende bouwkundige varianten door te rekenen.

noordgevel G1

1000

2000

SK1: 7,5 m2

3000

1000 2500

6000

2

oostgevel G2

BK: 2 m

westgevel G4

WK: 14 m2

400

800

SK2: 6,5 m2 5000

6000

5000

zuidgevel G3 Afbeelding 8.2: voorbeeld van een RDP-woning

62

noordgevel G1

oostgevel G2

8.5.2 Opbouw en materialisering Ook de referentiewoning heeft een vloeroppervlak van 30 m2, in dit geval gescheiden in twee ruimten van elk 15 m2. Eén van de ruimten is op het noorden (de zonkant) georiënteerd en is benoemd tot woonkamer (wk), de andere ruimte op het zuiden is de slaapkamer (sk) genoemd. De twee ruimten worden gescheiden door een massieve wand. Voor de introductie van een ruimtescheidende wand is gekozen omdat nu het verschil in oriëntatie van verschillende ruimten kan worden bekeken, waarbij de noord-zuidoriëntatie de belangrijkste verschillen zal opleveren. Tevens zal bekeken kunnen worden of een binnenwand door een eventueel warmteaccumulerend vermogen een stabiliserende factor in het binnenklimaat kan zijn. In tabel 8.1 zijn alle wanden met bijbehorende oppervlakken, oriëntaties en hellingshoeken weergegeven zoals deze ook in CAPSOL zijn ingevoerd.

SK: 15 m 2

3000

2500

6000

WK: 15 m 2

oostgevel G2

westgevel G4

noordgevel G1

5000 5000

zuidgevel G3

doorsnede

Afbeelding 8.3: model referentiewoning

Tabel 8.1: wandoppervlakken referentiemodel wand oppervlakte [m2] VloerWK 15,0 betonvloer VloerSK 15,0 totaal vloer 30,0 Gevel 1 12,95 G2-WK 6,70 G2-SK 6,70 leemsteen Gevel 3 13,75 6,70 metselwerk G4-WK G4-SK 6,70 Binnenwand 13,75 totaal wand 67,25 RaamG1 0,8 R-G2-WK 0,8 enkelglas R-G2-SK 0,8 R-G4-WK 0,8 ramen R-G4-SK 0,8 totaal glas 4,0 Dak WK1 7,65 Dak WK2 7,65 stalen dak Dak SK1 7,65 Dak Sk2 7,65 totaal dak 30,6

oriëntatie -

helling -

noord oost oost zuid west west -

(180º) (-90º) (-90º) (0º) (90º) (90º)

90º 90º 90º 90º 90º 90º

noord oost oost west west

(180º) (-90º) (-90º) (90º) (90º)

90º 90º 90º 90º 90º

west oost west oost

(90º) (-90º) (90º) (-90º)

11º 11º 11º 11º

63

In dit eerste model zijn buiten- en binnenwanden opgebouwd uit massieve wanden van geperste, ongebakken leemstenen met een dikte van 140 mm. Er wordt geen isolatiemateriaal toegepast. Het dak wordt, zoals vaak wordt gebruikt, gemodelleerd als een ongeïsoleerde stalen golfplaat, dikte 2 mm. De vloer wordt uitgevoerd als een in het werk gestort betonvloertje met een dikte van 150 mm. In een ruimte is elke gevel, met uitzondering van de zuidgevel, voorzien van een enkel beglaasd raam met een oppervlakte van 0,8 m2, dikte 4 mm. Er is voor gekozen de deuren niet te modelleren in CAPSOL. Deuren hebben een minder groot effect op het thermische gedrag van de woning omdat ze niet transparant zijn, er zijn slechts twee deuren in de woning geplaatst en daarbij komt dat een deur in allerlei mogelijke materialen kan wordt uitgevoerd, de materialisering ervan kan eenvoudig worden aangepast. In alle redelijkheid kan verwacht worden, gezien bovengenoemde redenen en gezien het feit dat de deuren maar een zeer klein percentage van het totale wandoppervlak beslaan, dat in dit sterk vereenvoudigde model het wel of niet modelleren van deuren niet van invloed is op het thermisch gedrag van de gehele woning.

8.5.3 Oriëntatie Bij de oriëntatie van de woningen dient rekening gehouden te worden met het feit dat Zuid Afrika zich op het zuidelijk halfrond bevindt. De optimale oriëntatie ten opzichte van de zon is dus de noordoriëntatie, dit in tegenstelling tot Nederland, waar woningen bij voorkeur op het zuiden georiënteerd dienen te worden.

8.5.4 Klimaatfactoren Zoals vermeld in de paragrafen 2.5 ‘Testlokaties’ en 3.4 ‘Klimaat’ zijn er uiteenlopende klimaten vertegenwoordigd in Zuid Afrika. Alleen van de lokaties Johannesburg en Kaapstad zijn uitgebreide meteorologische gegevens op te vragen, zodat de keuze voor een bepaalde lokatie voor de simulaties in CAPSOL beperkt wordt tot deze twee steden. Voor de simulaties is ervoor gekozen het referentiemodel, en dus ook de andere varianten, te situeren in Johannesburg. Het klimaat van Johannesburg is voor de berekeningen verkozen boven dat van Kaapstad vanwege de grotere optredende temperatuurfluctuaties tussen dag en nacht, met name in de winter. Dit maakt de effecten van ingrepen in de gebouwschil duidelijker zichtbaar dan wanneer gebruik wordt gemaakt van een meer stabiel klimaat, zoals dat van Kaapstad.

luchttemperatuur [C

Figuur 8.1 toont de optredende buitenluchttemperaturen in Johannesburg voor een gemiddelde zomeren de winterdag. Voor de duidelijkheid kan hier vermeld worden dat 15 januari de zomerdag representeert, de winterdag is geprikt op 15 juni. Januari is de warmste maande van het jaar, juni de koudste. 35

zomer Ta, min = 17,0 ˚C Ta, max = 26,7 ˚C Ta, gem = 21,2 ˚C Ta, ampl = 5,5 ˚C t(Ta, max) = 13:25 h

zomer

30

winter

25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

winter Ta, min = 3,3 ˚C Ta, max = 16,6 ˚C Ta, gem = 8,4 ˚C Ta, ampl = 8,2 ˚C t(Ta, max) = 14:40 h

Figuur 8.1 buitenluchttemperaturen op zomer en winterdag – Johannesburg

De figuren 8.2 en 8.3 tonen de op deze dagen bijbehorende zonintensiteit voor globale en diffuse straling op het horizontale vlak.

64

zonnestraling [W/m2]

1000

Qglobaal

zomer

Qdiffuus 600

zon op: 6:00 h zon onder: 20:00 h

400

qglob, max = 979 W/m2 qdiff, max = 353 W/m2

800

q-zonmax om 13:00 h

200

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

zonnestraling [W/m2

Figuur 8.2: bezonning van het horizontale vlak op zomerdag - Johannesburg

1000

Qglobaal

winter

Qdiffuus

zon op: 7:00 h zon onder: 18:00 h

800

600

Qglob, max = 679 W/m2 Qdiff, max = 125 W/m2

400

q-zonmax om 13:00 h 200

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 8.3: bezonning van het horizontale vlak op winterdag - Johannesburg

65

9.

MODELLEREN IN CAPSOL

9.1

Inleiding

Het programma CAPSOL, van het Belgische bedrijf Physibel, is ontwikkeld om het dynamisch thermisch gedrag van multizonale objecten, zoals gebouwen, te kunnen simuleren. Zowel over het gedrag van binnenruimten als over de ruimte omhullende constructie kunnen uitspraken gedaan worden. CAPSOL vertaalt het gebouw en zijn omgeving in een aantal zones, van elkaar gescheiden door wanden, waartussen warmtetransport kan plaatsvinden door geleiding, convectie en straling. De warmtestromen komen tot stand door toegekende tijdsafhankelijke randvoorwaarden, zoals het verloop van de buitentemperatuur en de bezonning.

Afbeelding 9.1: logo CAPSOL [47]

In dit afstudeerproject wordt CAPSOL gebruikt om inzicht te verkrijgen in de effecten van verschillende bouwkundige ingrepen in de gebouwschil op het verloop van de temperatuur van het binnenklimaat en de ruimteomhullende constructie. Deze kennis moet resulteren in een low-cost woningontwerp waarbij de energievraag zo efficiënt mogelijk wordt beantwoord en waarbij tevens aandacht is besteed aan het comfort van het binnenklimaat. Verschillende aspecten van het modelleren en simuleren met het programma CAPSOL zullen in dit hoofdstuk worden besproken. Na een verkenning van de werking kan bepaald worden hoe het model in het programma ingevoerd wordt. De wijze van modelleren in CAPSOL zal besproken worden aan de hand van de modelleerfase van het referentiemodel. Aan het model kunnen vervolgens randvoorwaarden worden toegekend met betrekking tot het buitenklimaat en de mate invloed daarvan op het binnenklimaat. Met handberekeningen worden verschillende aspecten van de uitvoer gecontroleerd, zodat er zekerheid bestaat over de juistheid van de invoer. Na definitieve invoer van een referentiemodel wordt tenslotte aan de hand van de gekozen ontwerpparameters bepaald welke bouwkundige varianten doorgerekend zullen gaan worden.

9.2

Modelleeraspecten referentiemodel

9.2.1 Fysisch schema Ruimteomhullende vlakken en ruimten zelf worden in CAPSOL gedefinieerd als wanden en zones, elke wand en elke zone van een gebouw wordt in CAPSOL gemodelleerd als een netwerk van thermische weerstanden en condensatoren, welke als knopen worden geformuleerd. Aan de weerstanden en condensatoren worden eigenschappen toegekend die overeenkomen met de fysische en geometrische eigenschappen van de materialen die ze representeren. De knoop die een zone (intern of extern) definieert wordt een luchtknoop genoemd, een wandknoop representeert bijvoorbeeld een gevel, de vloer of het dak. In afbeelding 9.2 is in een horizontale en een verticale doorsnede de plaatsing van de knopen en hun relatie te zien. In de plattegrond zijn de warmtetransporten tussen de knopen onderling niet aangegeven met het oog op de leesbaarheid van de tekening.

66

3000

2500

6000

luchtknoop wandknoop warmtestroom

5000 5000

plattegrond

dwarsdoorsnede

Afbeelding 9.2: knopenschema referentiemodel

9.2.2 Wanden Een wand (hier dus gebruikt als algemene term voor ruimtescheidende vlakken) kan bestaan uit één of meerdere materiaallagen. Elk van deze wandlagen wordt opgebouwd uit een weerstand (R) en een condensator (Cm), welke geometrische en fysische eigenschappen toegekend krijgen die overeenkomen met de toegepaste materialen en hun afmetingen. Er bestaan twee mogelijkheden om een wand in te voeren: als een basiswandtype (BW) of als een geavanceerd wandtype (AW). Het BW bestaat uit enkel geleidingsweerstanden, het AW kan daarnaast een convectieve- en een stralingsweerstand toekennen aan holten in een wand (spouw). In dit model is gebruik gemaakt van het basiswandtype, aangezien de wandopbouw overwegend eenvoudig van aard zal zijn.

9.2.3 Zones Voor de zones, die door de wanden worden gescheiden, zijn diverse typen mogelijk (zonetypen). Een zone wordt gedefinieerd als een knoop (luchtknoop) in het netwerk van weerstanden en condensatoren. Met overgangsweerstanden worden de zoneknopen aan de wandoppervlakteknopen gekoppeld. Zones kunnen intern (I) en extern (E) zijn. Externe zones hebben geen volume en kunnen bijvoorbeeld de grond en de hemelkoepel voorstellen. Eén externe zone kan een zonzone (ES) zijn, bijvoorbeeld dus de hemelkoepel. Een andere ES externe zone is bijvoorbeeld de bodem. Aan interne zones (binnenruimten) wordt wel een volume toegekend, deze zones hebben daarmee ook een IV zonecondensator. Onderstaande tabel ingevoerde zones:

toont

de

in

E

CAPSOL

Tabel 9.1: gemodelleerde zones voor referentiemodel zone omschrijving grond bodem onder vloeroppervlak lucht buitenlucht, hemelkoepel wk woonkamer, binnenruimte aan noordzijde sk slaapkamer, binnenruimte aan zuidzijde

Afbeelding 9.3: interne en externe zones

zonetype E ES IV IV

volume [m3] n.v.t. n.v.t. 41,3 41,3

67

In de meeste gevallen is de temperatuur in een interne zone onbekend (I) maar deze kan ook bekend zijn (IT). Binnen de interne zones bestaat weer een scheiding tussen de vereenvoudigde modellen (I en IT) en de modellen op basis van hoekfactoren (IV en ITV). In het eenvoudigere I-model wordt gebruik gemaakt van een globale samengestelde weerstand voor convectie en straling (Rcr) voor de warmteoverdracht tussen wanden en de luchtknoop. Het nauwkeurigere IV-model maakt gebruik van een aparte weerstand voor convectieve warmteoverdracht (Rc) en vindt er, afhankelijk van de emissiefactoren van de gebruikte materialen en van de hoekfactoren van de oppervlakken, stralingsuitwisseling (Rr) tussen verschillende wanden plaats. Figuur 9.4 laat zien dat het I-model werkt met één weerstand voor zowel straling en convectie (aangegeven met het ‘zigzag’-lijntje) per warmtestroom tussen twee knopen, terwijl in het IV-model gebruik gemaakt wordt van twee weerstanden.

Afbeelding 9.4: schematische weergave I-model (links) en IV-model (rechts)

De binnenruimte zal in CAPSOL steeds gedefinieerd worden als zijnde IV-model, waarbij gebruik gemaakt wordt van een gescheiden weerstanden voor straling en convectieve warmteoverdracht. De warmteoverdracht is in dit geval afhankelijk van de emissiefactoren van de gebruikte materialen en van de hoekfactoren van de vlakken ten opzichte van elkaar. Het I-model gaat ervan uit dat er nauwelijks stralingsuitwisseling plaatsvindt tussen de verschillende wanden, dit is alleen het geval als alle wanden, grenzend aan één ruimte, (vrijwel) dezelfde oppervlaktetemperatuur hebben. In de ZuidAfrikaanse situatie echter is het zeer waarschijnlijk dat grote verschillen zullen optreden tussen de oppervlaktetemperaturen aan de binnenzijde van de constructie en dat er dus wel stralingsuitwisseling plaats zal vinden. Om de mate van stralingsuitwisseling tussen de verschillende wanden te kunnen bepalen zijn de hoekfactoren van belang, dus de mate waarin de muren elkaar zien. Het IV-model zal in dit geval tot nauwkeuriger resultaten leiden dan wanneer het I-model gebruikt zou worden. Ook tussen de verschillende zones vinden warmtetransporten plaats, de warmtewinst of het warmteverlies dat optreedt is afhankelijk van het verschil in temperatuur tussen de buiten- en binnenoppervlakken van de constructiedelen (transmissie) maar ook ventilatie leidt tot warmtewinst of –verlies. In onderstaande afbeelding zijn de in- en uitgaande warmtestromen ten gevolge van transmissie, ventilatie, zon, en eventueel verwarmingsinstallaties weergegeven.

w in te rs itu a tie

z o m e rs itu a tie

T e ,g e m = 8 ,3 ° C

T e ,g e m = 2 1 ,2 ° C

Q tra n s m is s ie Q v e n tila tie Q zon Q o p s la g Q in s ta lla tie

T g ro n d = 1 2 °C

Afbeelding 9.5: warmtetransporten tussen verschillende zones

68

T g ro n d = 2 2 °C

9.2.4 Warmteovergangscoëfficiënten In plaats van een globale waarde voor de stralings- en convectieve weerstand aan te nemen wordt in het IV-model gesproken van een convectieve weerstand en een emissiecoëffiënt E. Convectief warmtetransport wordt gemodelleerd door één convectieve warmteweerstand te veronderstellen tussen de zoneknoop en elke aangrenzende wandknoop, αc = 2,2 W/m2K. De stralingsuitwisseling is in dit geval afhankelijk van de emissiefactoren E van de oppervlakken en van de hoekfactoren. Voor de meeste materialen geldt dat de emissiecoëfficiënt ongeveer 0,90 bedraagt. [37] De warmteovergangscoëfficiënt voor de buitengevel (αa) is opgebouwd uit de warmteovergangscoëfficiënten voor straling en convectie: αs + αc = 5,5 + 19,5 = 25,0 W/m2K. Dit is een algemeen gebruikte waarde. Bij bepaling van de warmte-overgangscoëfficiënt tussen een vast materiaal en de lucht kan de bijdrage door geleiding aan het warmtetransport verwaarloosd worden. Voor de overgang van de vloer naar de onderliggende grond wordt een hoge coëfficiënt van 999 W/m2K toegepast, zoals geadviseerd in de CAPSOL handleiding, waardoor de warmte in een korte tijd de grond in wordt geleid.

9.2.5 Hoekfactoren Hoekfactoren zijn vereist omwille van twee redenen: - voor het simuleren van straling tussen wanden van de IV-zone, - voor het simuleren van zonverdeling na diffuse zonreflecties. Wanneer alle wanden van een zone zijn ingevoerd worden door CAPSOL initiële hoekfactoren berekend, die ervan uitgaan dat de wandoppervlakken op een bol liggen. Door deze methode van toekennen van hoekfactoren is het dus ook mogelijk dat een vlak zichzelf, of een ander oppervlak dat in hetzelfde vlak ligt, kan zien en daar dus ook warmte-uitwisseling mee heeft. Om dit te corrigeren is elk vlak gespecificeerd als plat oppervlak zodat een vlak zichzelf niet kan zien. Oppervlakken die in hetzelfde vlak liggen, zoals een raam in een gevel, krijgen een hoekfactor 0 (nul) toegekend zodat ook zij elkaar niet zien.

9.2.6 Zonreceptiefactoren Zonnestraling die door een externe wand een interne zone betreedt wordt verdeel over de wandoppervlakken volgens door de gebruiker vastgestelde percentages, de zogeheten zonreceptiefactoren. De binnenkomende warmte wordt tijdonafhankelijk over de wand- en zoneknopen verdeeld. Zonreflecties op een intern wandoppervlak worden als diffuus beschouwd, de vrijkomende stralingswarmte wordt in principe verdeeld over de wanden volgens de opgegeven hoekfactoren. De zonreceptie in de luchtknoop wordt gesteld op 20% zoals geadviseerd in de CAPSOL handleiding. Hiermee wordt de warmteabsorberende werking van bijvoorbeeld het meubilair benaderd. De overige 80% wordt verdeeld over de wandknopen. Het spreekt voor zich dat de binnenoppervlakken van de gevels met een raam, de raamvlakken zelf en het plafond geen zon ontvangen en krijgen dus ook geen zonreceptiefactor toegekend. Een exacte verdeling van de zonreceptiefactoren over de verschillende wandknopen blijkt voor de demping en de tijdvertraging van de temperatuur in de luchtknoop slechts een zeer kleine rol te spelen. Voor de demping en tijdvertraging van de temperatuur in de wandknopen zelf is de zonreceptieverdeling van groter belang. Hoe groter de zonreceptie in een wandknoop, hoe korter in deze situatie de tijdvertraging is.

69

85° 40°

1000

1000

1000 1000

1000

1000

15°

1000

1000

50°

1000

1000

1000

1000

Afbeelding 9.6: invallend zonlicht in winter en zomer

Afbeelding 9.6 laat zonnestanden zien voor een wintersituatie (linkerplaatje) en een zomersituatie (rechts). De hoogste standen (in graden) geven de invalshoek weer waarmee de zon in winter en zomer op de noordgevel zal vallen, de lage standen geven dit aan voor de oost- en westgevel. Uit de afbeelding blijkt dat de winterzon, vallend op de oost- of westgevel, voor het grootste deel op de achterliggende wand terechtkomt. Als de zon in de middag hoger staat en op de noordgevel valt blijkt dat alle invallend zonlicht op de vloer terechtkomt. In de ochtend zal er wat zonlicht op de binnenwand vallen, aan de zijde van de woonkamer. In de zomer staat de zon zo hoog dat gedurende de dag alleen zonlicht op de vloer terechtkomt. In de ochtend, bij lage zonnestand, zal er ook zonlicht op de binnenwand aan de zijde van de slaapkamer vallen. Tabel 9.2: ingevoerde zonreceptiefactoren wand omschrijving vloer wk vloer van woonkamer vloer sk vloer van slaapkamer gevel 3 binnenzijde zuidgevel b-wand wk binnenwand aan zijde woonkamer b-wand-sk binnenwand aan zijde slaapkamer lucht wk binnenlucht woonkamer lucht sk binnenlucht slaapkamer

70

winter 60% 40% 40% 20% 20% 20%

zomer 80% 70% 10% 20% 20%

oppervlaktetemperatuur [C]

20

15

10

5 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 9.1: invloed zonreceptiefactoren op oppervlaktetemperatuur

In figuur 9.1 is de invloed van de toekenning van zonreceptiefactoren aan het binnenoppervlak van een gevel te zien. De gevel wordt alleen aan de binnenzijde bezond, niet aan de buitenzijde, en warmt snel op doordat binnengevelisolatie is toegepast. Te zien is dat zowel ’s ochtends als aan het einde van de middag de zon via de gemodelleerde raamoppervlakken op het binnenoppervlak van deze gevel terechtkomt.

9.2.7 Reflectiefactor binnenoppervlakken De reflectie van zonnestraling op de binnenoppervlakken wordt als diffuus beschouwd. In de materiaalopbouw van de wanden kan daarom de reflectiefactor aan het binnenoppervlak op 0 (nul) gezet worden, zodat de oppervlaktehoekfactoren voor de verdere verdeling van het zonlicht in de ruimte geen rol spelen.

9.2.8 Rekenparameters Voor het doorrekenen van het model zijn nog een aanvullend aantal gegevens noodzakelijk, te weten de rekenparameters. 9.2.8.1 Inrekentijd Teneinde de berekening te beginnen met dynamische startwaarden wordt het model een aantal dagen ‘ingeslingerd’: voor de berekening begint wordt het model een opgegeven aantal dagen blootgesteld aan dezelfde klimatologische situatie als op de dag van de berekening. Als de inrekentijd gelijkgesteld wordt aan nul dagen zijn de startwaarden voor de berekening stationaire waarden. De inrekentijd is voldoende lang als de verkregen resultaten niet meer veranderen als de inrekentijd verlengd wordt. De lengte van de inrekentijd is afhankelijk van o.a. de aard van de constructie. Voor deze modellen is een inrekentijd van 10 dagen vastgesteld. 9.2.8.2 Totale rekentijd De rekentijd is het aantal beschouwde dagen tijdens de berekening. Aanvankelijk wordt de rekentijd op 1 dag gezet, hiermee kan het gedrag van de constructie globaal bepaald worden. Met de definitieve varianten zal een langere rekentijd opgegeven worden, zodat het thermisch gedrag op bijvoorbeeld jaarbasis beoordeeld kan worden. 9.2.8.3 Rekentijdstap Met de rekentijdstap kan ingesteld worden hoeveel tijd er tussen twee rekenmomenten zit. Hoe kleiner de tijdstap, hoe nauwkeuriger de berekening over het algemeen is. In dit geval wordt steeds gerekend met een tijdstap van 5 minuten.

71

9.2.8.4 Startdatum berekeningen Dit is de datum bij het begin van de berekeningen, deze worden uitgevoerd op 15 januari en 15 juni. De startdatum voor jaarberekeningen wordt meestal op 1 januari gezet. 9.2.8.5 Sublagen Een in de wandopbouw opgegeven wandlaag kan hier opgedeeld worden in twee of meerdere subwandlagen, ook kan een maximale dikte per wandsublaag worden opgegeven. Ongeacht de dikte van de wandlaag wordt in deze berekeningen elke wandlaag in twee sublagen opgedeeld. Ten behoeve van de nauwkeurigheid van de berekeningen zijn de wandlagen aan de oppervlakten van de wanden aanzienlijk dunner dan de kernlaag. 9.2.8.6 Lokatie De lokatie van het model op aarde wordt bepaald door de opgegeven breedte- en lengtegraad. Ook de bijbehorende tijdzone moet worden ingevoerd. In dit geval ligt het model in Johannesburg, op: 26,17º ZB; 27,50º OL, met een tijdsverschil van 2,5 uur ten opzichte van de nulmeridiaan.

s u b w a n d la g e n 5

60

5

10

5

60

5

120

w a n d la g e n Afbeelding 9.7: verdeling wandlagen

9.2.8.7 Overige rekenparameters - soortelijke warmte van de lucht in de zones = 1200 J/m3K - warmte-overgangscoëfficiënt voor zwarte straling = 5,7 W/m2K (standaard) - minimum weerstand van wandsublaag = 1*10-5 m2K/W (volgens Physibel) - gewichtsfactor Tlucht in Tcomfort = 0,5 - tijdseenheid uitvoer = minuten

9.3

Modelleren randvoorwaarden

9.3.1 Functiereferenties Functiereferenties zijn tijdsafhankelijke functies, welke onder andere temperaturen, zonnestraling en ventilatie beschrijven, die aan één of meerdere knopen toegekend kunnen worden. De buitenluchttemperatuur en de bezonning kunnen zo bijvoorbeeld aan de buitenzoneknoop ES opgelegd worden. De functiereferenties kunnen bestand- of parametergedefinieerde functies zijn. Een bestandgedefinieerde functie kan worden aangemaakt met het bij CAPSOL behorende programma Funcedit. Voor Nederlandse en Belgische situaties bevat dit programma een uitgebreide database met alle relevante klimatologische gegevens. Parametergedefinieerde functies kunnen constante-, stap- of goniometrische functies zijn. Deze worden in CAPSOL zelf aangemaakt. Hiermee kan bijvoorbeeld een vereenvoudigde temperatuurkromme of het ventilatievoud worden aangegeven.

9.3.2 Buitenluchttemperatuur Zoals gezegd bevat CAPSOL voor Nederlandse en Belgische situaties een uitgebreide database met alle relevante klimatologische gegevens, dit is helaas niet het geval voor Zuid Afrika. Voor het verkrijgen van deze gegevens is gebruik gemaakt van het computerprogramma Meteonorm, waarna de klimatologische gegevens in Funcedit tot een voor de berekeningen bruikbare temperatuurfunctie verwerkt worden. Uit het programma Meteonorm zijn de klimatologische gegevens van Johannesburg en Kaapstad gegenereerd. Meteonorm is een uitgebreide klimatologische database voor zonne-energie berekeningen. De data zijn gebaseerd op de gegevens van wereldwijd 930 weerstations. Op plaatsen waar geen weerstations in het programma zijn opgenomen, worden de gegevens van andere stations geïnterpoleerd volgens beproefde computermodellen. Meteonorm baseert zijn gegevens op een

72

10

tienjarige meetperiode, volgens de handleiding kan in de verkregen waarden een afwijking optreden van + of – 2 à 3%. De modellen benaderen slechts de reële situatie, de afwijkingen in de gegevens kunnen het ene jaar groter zijn dan het andere. [22] Meteonorm levert klimatologische gegevens op jaarbasis, met meetresultaten op elk uur van de dag. In deze reeks gegevens zal gezocht worden naar een gemiddelde zomer- en winterdag. Met deze gemiddelden zullen in eerste instantie berekeningen in de passieve en actieve situatie worden uitgevoerd. Om in de uiteindelijk gekozen variant het comfort te beoordelen zal ook met extreme omstandigheden gerekend worden, dus met een extreem koude winterdag en een extreem warme zomerdag. Klimaatgegevens van de maanden juni en januari afkomstig uit Johannesburg representeren respectievelijk de winter- en zomersituatie in de berekeningen. De werkelijke rekentijd is één dag, er wordt gerekend met een inrekentijd van tien dagen zodat de berekening start vanuit een dynamische situatie. Tijdens deze tien dagen inrekentijd gelden dezelfde klimatologische condities als tijdens de rekendag. Gekozen is voor klimaatgegevens uit Johannesburg vanwege de grotere realiteitswaarde van de berekeningen wanneer gebruik gemaakt wordt van gegevens uit het werkelijk optredende klimaat. Figuur 8.1 in paragraaf 8.4.4 ‘Klimaatfactoren’ laat de buitenluchttemperaturen voor een zomer- en winterdag in Johannesburg zien.

9.3.3 Grondtemperatuur Het temperatuurverloop in de bodem kan op meerdere manieren bepaald worden, namelijk door het modelleren van een compleet grondpakket of door het afleiden van een grondtemperatuur uit de door Meteonorm opgegeven oppervlaktetemperaturen en de gemiddelde luchttemperatuur. Het modelleren van een grondpakket is een ideale benadering van de werkelijkheid, maar heeft als nadeel dat voor het verkrijgen van betrouwbare informatie een behoorlijk groot grondpakket gemodelleerd zou moeten worden. Dit heeft tot gevolg dat de berekeningen erg groot worden en dus erg lang gaan duren (meerdere uren) waardoor het model onhandelbaar wordt. Gezien de vereenvoudiging van het model en de aannamen die daarbij gedaan zijn, zal een schatting, gebaseerd op de aanwezige gegevens, in dit geval afdoende zijn. De gemiddelde grondtemperatuur op 1 à 2 meter diepte, waar de grondtemperatuur het hele jaar vrijwel constant is, wordt geschat op 17ºC, gelijk aan de gemiddelde buitenluchttemperatuur over een jaar gezien. Aan het oppervlak, onder de vloer van de woning wordt een amplitude aangenomen van 5ºC, wat betekent dat in de winter wordt gerekend met een grondtemperatuur van 12ºC, in de zomer met 22ºC.

9.3.4 Bezonning Ook de intensiteit van de zonnestraling kan met het programma Funcedit tot een bruikbare grafiek verwerkt worden. CAPSOL bevat een zonneprocessor waarmee de hoeveelheid op een gevelvlak vallende zonnestraling wordt berekend met gegevens over de geografische ligging, het dagnummer, de tijd en de oriëntatie en de helling van de gevelvlakken. Voor de berekening van de zonnestand door CAPSOL zijn de volgende gegevens vereist: - Datum en tijd; de datum bij aanvang van de berekening is de datum van de bezonningsfuncties, de tijd bij aanvang van de berekening is altijd middernacht. - Positie van het gebouw; breedte-, lengtegraad en tijdzone, als opgegeven in de bezonningsfuncties. Globale, diffuse en directe straling kunnen als bestandgedefinieerde functies worden opgegeven in CAPSOL. Slechts twee van deze drie functiereferenties moeten worden opgegeven, de derde wordt door CAPSOL zelf gegenereerd uit de ingevoerde gegevens. De combinatie globaal en diffuus is volgens Physibel de meest gebruikte, ook in de berekeningen voor dit onderzoek is gebruik gemaakt van deze combinatie. De functiereferenties voor globale en diffuse zonnestraling worden opgegeven als warmtestroom per eenheid van oppervlak, ofwel warmtestroomdichtheden [W/m2] op het horizontale vlak. Met behulp 73

van de zonshoogte en azimut rekent CAPSOL de warmte-stroomdichtheid op het horizontale vlak om naar de warmtestroom [W] van een vlak met een willekeurige helling en oriëntatie. Door vervolgens de totale warmtestroom op het vlak te delen door de oppervlakte van dat vlak, bijvoorbeeld in Excel, kan de warmtestroomdichtheid bepaald worden. De figuren 8.2 en 8.3 in paragraaf 8.4.4 ‘Klimaatfactoren’ tonen de zonintensiteiten op het horizontale vlak.

9.3.5 Zonafscherming van een gebouw Door het omrekenen van zonnestraling op een horizontaal vlak naar een vlak met willekeurige oriëntatie en helling kunnen kleine afwijkingen ontstaan tussen de berekende zonnestand en de zonnestand zoals die werkelijk zal zijn. Vooral bij lage zonnestanden kan dit een belangrijk verschil veroorzaken tussen de berekende warmtestroom op een verticaal oppervlak en de werkelijke warmtestromen in dit oppervlak. Door een zonafscherming om het gebouw te plaatsen vanaf azimut 180˚ tot azimut 180˚ en vanaf hoogte 0˚ tot 5˚, overeenkomend met een horizon in alle richtingen met een hoogte van 5˚, kan deze afwijking voorkomen worden.

9.3.6 Ventilatie De woning wordt geventileerd met buitenlucht. In de wintersituatie wordt standaard (tenzij anders aangegeven) gerekend met een ventilatievoud van 1/h (≈ 40m3/h) . Een deel van dit ventilatievoud zal veroorzaakt worden door infiltratie die zal optreden door slechte aansluiting van verschillende constructiedelen en bij kozijnen. In de zomer wordt uitgegaan van een hoger ventilatievoud: 3/h. In de zomersituatie kan verwacht worden dat bijvoorbeeld deuren en ramen tegen elkaar wordt opengezet.

9.3.7 Modellering klimaatregeling In de winter zal gebruik gemaakt worden van een verwarmingssysteem om de temperatuur in een binnenzone te kunnen regelen. Een verwarmingssysteem reageert op een vooraf ingestelde doeltemperatuur in een luchtknoop. Als de binnentemperatuur onder de gestelde grens van deze doeltemperatuur komt zal de installatie aanslaan, wordt de binnentemperatuur te hoog dan gaat de installatie weer uit. Verschillende parameters moeten ingevoerd worden om de installatie in werking te stellen, deze zullen in hoofdstuk 11 ‘Actieve situatie’ besproken worden.

9.4

Uitvoer

Uitvoer van de berekende gegevens vindt plaats op twee manieren: alfanumeriek en grafisch. Voor beide vormen van uitvoer kunnen verschillende bestemmingen worden gekozen: de resultaten kunnen op het scherm afgelezen worden, in verschillende soorten bestanden worden opgeslagen of direct naar een printer worden verzonden. Met de alfanumerieke uitvoer kunnen gegevens worden opgevraagd over o.a. temperaturen in de knooppunten, zonnestraling op een vlak (globaal, direct, diffuus of het totaal daarvan), warmteproductie en warmtewinst en de warmtestromen door de constructie door geleiding, convectie en straling. De grafische uitvoer kan dezelfde gegevens laten zien in grafiekvorm in plaats van een getallenlijst. De belangrijkste benodigde uitvoergegevens zullen in dit hoofdstuk besproken worden.

9.4.1 Luchttemperatuur De binnenluchttemperatuur wordt in het midden van het gemodelleerde volume gemeten. In de weergave van de binnenluchttemperatuur wordt geen rekening gehouden met eventuele invloeden van warme of koudestraling afkomstige van de ruimteomhullende wanden. De buitenlucht-temperatuur wordt in de randvoorwaarden opgegeven.

Afbeelding 9.8: meetpunten temperatuur buiten- en binnenlucht

74

9.4.2 oppervlaktetemperatuur De oppervlaktetemperaturen aan de binnenzijde van de constructie zijn van belang om een uitspraak te kunnen doen betreffende het comfort in de woning. Een aangename luchttemperatuur kan in combinatie met lage oppervlakte-temperaturen toch tot een onaangenaam binnenklimaat leiden.

Afbeelding 9.9: meetpunten oppervlakte-temperatuur aan binnenzijde constructie

9.4.3 Comforttemperatuur In een luchtknoop kan behalve de luchttemperatuur ook de comforttemperatuur (Tcomf) opgevraagd worden. De comforttemperatuur is een gewogen gemiddelde van de luchttemperatuur en de stralingstemperatuur en wordt in CAPSOL berekend volgens de volgende formule: Tcomf = a * Tlucht + (1-a) * Tstraling Waarbij:

Tcomf Tlucht Tstraling a

[ºC]

(F/9.1)

de gemiddelde comforttemperatuur [ºC] de gemiddelde luchttemperatuur [ºC] de gemiddelde stralingstemperatuur [ºC] gewichtsfactor

De hoogte van de gewichtsfactor maakt deel uit van de programmaparameters en wordt in navolging van de CAPSOL handleiding standaard ingesteld op 0,5. De gewichtsfactor kan eventueel aangepast worden als er bijvoorbeeld sprake is van een hoge luchtsnelheid. De gemiddelde stralingstemperatuur wordt in CAPSOL bepaald uit de oppervlaktetemperaturen van de wanden en de bijbehorende hoekfactoren. Tstraling = T1 * F1 + T2 * F2 + ….+ Tn * Fn Waarbij:

Tn Fn

[ºC]

oppervlaktetemperatuur van vlak n hoekfactor voor punten van vlak n

(F/9.2) [[ºC] [-]

Net als de luchttemperatuur wordt de comforttemperatuur standaard in het midden van de gemodelleerde ruimte gemeten.

9.4.4 Warmtestroom door transmissie De luchttemperaturen en oppervlaktetemperaturen kunnen als uitvoer van CAPSOL worden opgevraagd, vervolgens kan qtransmissie aan de hand van de binnenlucht- en de oppervlakte-temperaturen bepaald worden. De warmte-uitwisseling wordt als volgt berekend: Qtransmissie = αi * (Ti,opp – Ti,lucht) Waarbij:

αi

warmte-overgangscoëfficiënt aan de binnenzijde = 7,7 W/m2K

75

Zolang de oppervlaktetemperatuur hoger is dan de binnenluchttemperatuur staat de constructie warmte af aan de binnenruimte (q = +), is de binnenluchttemperatuur hoger dan neemt de constructie warmte op (q = -), zie figuur 9.2 en afbeelding 9.10.

15

20

10 5

15

0 -5 10

warmtestroom [W/m2]

luchttemperatuur [C]

In feite wordt op deze manier iets te een vereenvoudigde

Afbeelding 9.10: weergave q-transmissie T-i (opp)

-10

T-i (lucht)

-15

q-transm -20

5 0

2

4

6

8

10

12

14 16

18

20

22 24

tijd [h] Figuur 9.2: warmte-uitwisseling tussen constructie en binnenlucht

warmtestroom [w/m2]

weergave gegeven van het energieverlies door transmissie. Het berekende transmissieverlies is echter met name bedoeld een snelle beoordeling van het betreffende constructiedeel te kunnen doen, waarna de kwaliteit van het constructiedeel op het thermische vlak eenvoudig vergeleken kan worden met die van de overige toegepaste materialen in de 60 ruimteomhullende constructie. De 50 transmissieverliezen kunnen nauwkeuriger 40 worden berekend door gebruik te maken van 30 de volgende formule, waarbij een dun 20 wandlaagje beschouwd wordt: 10 Qtransmissie = -λ (ΔT / δx). Qtr(oud)

0

De volgens deze methode berekende warmtestroom levert globaal dezelfde kromme op als bij berekening met gebruik van de eerder gevolgde methode. Geconcludeerd kan worden dat met de vereenvoudigde methode in elk geval een betrouwbare vergelijking gedaan kan worden.

Qtr(nieuw)

-10 -20 -30 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 9.3: berekening transmissie

9.4.5 Energiegebruik In de actieve situatie is het van belang te weten te komen welke ingreep of ingrepen het meeste resultaat in de zin van een verlaging in het energiegebruik opleveren. Uit CAPSOL kan een uitvoer worden opgevraagd waarin het werkelijk gebruikte vermogen van de verwamingsinstallatie [W] wordt weergegeven. Door het totaal gebruikte vermogen vast te stellen kan het totale energiegebruik [kWh] per dag worden bepaald. De gebruikte omrekenmethode zal in hoofdstuk 11 ‘Actieve situatie’ besproken worden.

76

9.5

Controle van het model

De door een computerprogramma zoals CAPSOL gegenereerde uitvoeren dienen niet per definitie als juist beschouwd te worden, totdat een controle op de werking van het programma is uitgevoerd. Controles worden uitgevoerd op de inrekentijd, de bezonning van de gevels en op de warmtestromen en opslag in de materiaalknopen.

9.5.1 Inrekentijd In de berekeningen wordt uitgegaan van een inrekentijd van tien dagen zodat de echte berekening vanuit een dynamische situatie gestart wordt. Om te controleren of een voorberekening van tien dagen lang genoeg is wordt de inrekentijd verlengd tot 100 dagen. De uitvoer blijft met deze verlenging exact gelijk, de inrekentijd van tien dagen kan als voldoende beschouwd worden.

9.5.2 Bezonning van de gevels Om te controleren of CAPSOL de opgegeven globale en diffuse zonnestraling op het horizontale vlak naar behoren omrekent voor elk willekeurig georiënteerd vlak, kan de totale op een vlak vallende zonnestraling als uitvoer van CAPSOL worden gekozen. Uit deze totale hoeveelheid zonnestraling kan de intensiteit per m2 worden berekend door te delen door de oppervlakte van het betreffende vlak. Ook de hoeveelheid op een gevel vallende zonnestraling als gevolg van grondreflecties zijn meegerekend, de grondreflectiefactor is hierbij op 0,2 (20%) gesteld. In onderstaande grafieken is de bezonning van verschillende gevelvlakken voor een zomer- en een wintersituatie weergegeven.

77

intensiteit zon [W/m2]

1000 900

dak

800

oostgevel

700

westgevel

qzon (max) zomer

noordgevel

600

dak oostgevel westgevel noordgevel zuidgevel

zuidgevel

500 400 300

959 W/m2 556 W/m2 599 W/m2 311 W/m2 260 W/m2

200 100 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

intensiteit zon [W/m2]

Figuur 9.4: bezonning geveloppervlakken in zomersituatie

1000

noordgevel

900

qzon (max) winter

dak

800

oostgevel

700

noordgevel dak oostgevel westgevel zuidgevel

westgevel

600

zuidgevel

500 400 300

764 W/m2 672 W/m2 527 W/m2 545 W/m2 125 W/m2

200 100 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 9.5: bezonning geveloppervlakken in wintersituatie

Figuur 9.5, waarin de bezonning in de wintersituatie weergegeven wordt, ziet er erg aannemelijk uit. In de zomersituatie, figuur 9.4, zijn echter wat onregelmatigheden te bespeuren. Dit is een direct gevolg van het rekenen met reële waarden in plaats van met een gemiddelde waarde over een langere periode. In de zomerperiode is de invloed van bewolking groter dan in de wintersituatie, dit heeft uiteraard effect op de intensiteit van de bezonning op de gevels. Op welke tijdstippen op de gekozen zomerdag bewolking optreedt is af te lezen uit de curve van de bezonning op het dakvlak. Deze perioden van lagere zonintensiteit komen overeen met de dip in de curven van de oost- en westgevel. Het is dus de bewolking die voor het grillig uitziende verloop van de grafiek zorgt.

9.5.3 Knoopcontroles Om er zeker van de zijn dat de door CAPSOL gemaakte berekeningen ook werkelijk betrouwbare waarden opleveren, zoals verwacht, is het uitvoeren van controles op de energiebalansen noodzakelijk. De controles worden uitgevoerd met handberekeningen, waarvan de uitkomsten naast de uitvoer van CAPSOL worden gelegd. Wanneer de controles plaatsvinden voor verschillende knopen op

78

verschillende lokaties in het model en de uitkomsten komen voldoende overeen, kan gezegd worden dat de rekentool aan de verwachting voldoet. De uitgevoerde controles hebben betrekking op de warmtestroom en de warmteopslag in een wandknoop en de warmteopslag in een luchtknoop. Omdat stationaire formules worden gebruikt om een dynamische berekening te controleren wordt slechts één tijdstap van de berekening beschouwd. 9.5.3.1 Controle warmtestroom wandknoop Bij de controle van de warmtestroom in een wandknoop wordt in een dun laagje van de constructie, in dit geval aan de binnenzijde van de noordgevel, de warmtestroom door geleding aan de hand van temperatuurverschillen bepaald. De controle is uitgevoerd in het referentiemodel, om 15:00 uur. Het temperatuurverschil tussen de knooppunten 1 en 2 kan in de uitvoer van CAPSOL worden opgevraagd. De warmtestroom aan de binnenzijde van een wand wordt met behulp van de volgende formules gecontroleerd: handberekening

q=

− λ * δT δx

Waarbij: (F/9.3)

(F/9.4)

2 qgeleiding

buiten

binnen

0,01 m

0,14 m

Afbeelding 9.11: controle warmtestroom in wandknoop

CAPSOL [W/m2]

q λ δT δx Qgeleiding Ao

(F/9.3)

q=

Q geleiding A0

[W/m2]

warmtestroomdichtheid warmtegeleidingscoëfficiënt temperatuurverschil plaatsverschil warmtestroom door geleiding (door dun laagje) oppervlakte beschouwde wand

handberekening λleem = 1,13 W/mK δT = (T2 – T1) = -0,2323 K δx= 0,01 m

q=

1

− 1,13 * (− 0,2323) = 26,25 W/m2 0,01

(F/9.4)

[W/m2] [W/mK] [K] [m] [W] [m2]

CAPSOL Qgeleiding = 339,96 W A0 = opp.wand = 12,95 m2

q=

339,96 = 26,25 W/m2 12,95

Beide uitkomsten komen exact overeen. Uit de bovenstaande formules blijkt dat voor de handmatige berekening van q een wandlaagje (δx) beschouwd wordt. Als dit wandlaagje dun genoeg wordt genomen blijkt dat qhandberekening exact overeenkomt met qCAPSOL wanneer in CAPSOL Qgeleiding wordt opgevraagd in het knooppunt dat dezelfde gevel vertegenwoordigt, gedeeld door de oppervlakte van die gevel. Het feit dat beide formules te vergelijken zijn bewijst dat CAPSOL voor de berekening van qgeleiding in een punt eigenlijk een wandlaagje beschouwt.

79

9.5.3.2 Controle warmteopslag wandknoop Warmteopslag kan alleen plaats-vinden bij de aanwezigheid van massa. In een wandknoop, een massaloos punt, kan dus Qconv. per definitie geen warmteopslag plaatsvinden. Uit de berekening van de Qzon. warmtestroom blijkt echter dat CAPSOL 2 1 de warmtestroom door een knooppunt Qgel. berekent door eigenlijk een dun Qstr. wandlaagje te beschouwen, het programma doet dus net alsof de buiten binnen 0,005 m wandknoop wel degelijk massa heeft. In dit kader kan gezegd worden dat het mogelijk is de warmteopslag in een 0,14 m wandknoop te berekenen. Voorwaarde voor een kloppende vergelijking is weer Afbeelding 9.12: controle warmteopslag in wandknoop dat het beschouwde wandlaagje dun genoeg moet worden genomen. Het beschouwde wandlaagje is 0,005 m dik, slechts de helft van wandlaag tussen punten 1 en 2 wordt in de berekening meegenomen. De controle van de warmteopslag vindt plaats volgens de volgende formules: handberekening

Qopslag = Waarbij: (F/9.5)

(F/9.6)

ρ * c * V * δT δt Qopslag ρ c V δt Qgel Qconv Qstr Qzon

CAPSOL [W]

(F/9.5)

Qopslag = Q gel + Qconv + Qstr + Q zon

opgeslagen energie dichtheid soortelijke warmte volume wandlaagje tijdverschil (tijdstap) warmtestroom door geleiding warmtestroom door convectie warmtestroom door straling warmtewinst door zon

[W]

(F/9.6)

[W] [kg/m3] [J/kgK] [m3] [s] [W] [W] [W] [W]

Omdat het hier nu om opslag gaat wordt een tijdstap van 2 minuten beschouwd in plaats van één tijdstip, de controle vindt plaats aan de binnenzijde van de noordgevel tussen de tijdstippen 15:00 en 15:02 uur. Het temperatuurverschil wordt afgelezen uit CAPSOL. handberekening ρleem = 2200 kg/m3 cleem = 1000 J/kgK V = 12,75 * 0,005 m3 δT = T(t =15:02) – T(t = 15:00) = 0,0642 K δt = 2 min = 120 s 2200 *1000 * 0,06375 * 0,0642 Qopslag = 120 = 75,034 W

CAPSOL Qgeleiding = 339,96 W Qconvectie = -42,817 W Qstraling = -224,201 W Qzon = 0 W

Qopslag = 339,960 − 42,817 − 224,201 + 0 = 72,942 W

Tussen beide uitkomsten zit een verschil van 2,8 %. Dit verschil is een gevolg van de gebruikte rekenmethode. CAPSOL berekent de gebruikte waarden voor geleiding over de dikte van de gehele wandlaag van 0,01 m, de afstand tussen punt 1 en 2. (Ter plaatse van de subwandlaag (op 0,005 m) 80

kan CAPSOL geen uitvoer geven.) Voor de handberekening is de opslag alleen over de eerste helft van het wandlaagje genomen, dus over een dikte van 0,005 m. In de tweede helft van het wandlaagje vindt echter ook nog opslag plaats, welke nu niet beschouwd wordt. De gebruikte waarde voor Qgeleiding is dan eigenlijk te laag genomen, waardoor Qopslag(CAPSOL) < Qopslag(handb.). 9.5.3.3 Controle warmteopslag luchtknoop De controle voor de warmteopslag in de luchtknoop vindt op vrijwel dezelfde wijze plaats als de controle voor de opslag in een wandknoop. handberekening

Qopslag = Waarbij: (F/9.7) (F/9.8)

CAPSOL

ρ * c * V * δT δt

[W] (F/9.7)

V Qvent

Qopsl = ΣQvent + ΣQconv + ΣQstr + ΣQ zon

volume binnenruimte warmtestroom door ventilatie

[W] (F/9.8)

[m3] [W]

Wederom wordt het temperatuurverschil, gebruikt in de handberekening, met behulp van de uitvoer uit CAPSOL gegenereerd. In CAPSOL worden alle warmtestromen van de wandknopen richting luchtknoop opgevraagd. De som hiervan leidt tot de opslag in de luchtknoop. Vooraf kan al gezegd worden dat het aandeel straling in Qopslag in verhouding zeer klein zal zijn. De straling die door de omringende wanden wordt uitgezonden zal de luchtknoop grotendeels passeren en opgenomen worden door andere wandknopen, die meer massa vertegenwoordigen.

Q s tra lin g Q c o n v e c tie

Afbeelding 9.13: controle warmteopslag in luchtknoop

handberekening ρlucht = 1,2 kg/m3 clucht = 1000 J/kgK V = volume ruimte = 41,25 m3 δT = T(t =15:02) – T(t = 15:00) = 0,0186 K δt = 2 min = 120 s

Qopslag =

CAPSOL ΣQconvectie = 105,240 W ΣQstraling = 0,0031 W ΣQventilatie = -228,527 W ΣQzon = 159,025 W

1,2 *1000 * 41,25 * 0,0186 W = 33,66 W Qopslag = 105,240 + 0,0031 − 228,527 + 159,025 = 35,74 120

De afwijking tussen beide uitkomsten bedraagt 5,8%. Voor deze afwijking kan geen directe aanleiding worden gegeven, maar kan het gevolg zijn van bijvoorbeeld de genomen tijdstap. Een kleinere tijdstap zou een nauwkeuriger resultaat tot gevolg kunnen hebben. Ook kan de afwijking het gevolg zijn van afrondingsfouten in CAPSOL. Grote reeksen van temperaturen worden bij elkaar opgeteld, zodat kleine afwijkingen in de afronding een relatief grote invloed kunnen hebben.

81

9.6

Beperkingen

Naast de vele mogelijkheden van CAPSOL heeft het programma ook een aantal beperkingen waarmee de gebruiker rekening moet houden: -

-

-

CAPSOL is een programma dat het warmtetransport ééndimensionaal berekent, alleen warmtetransport loodrecht door de constructiedelen wordt beschouwd. De warmte-uitwisseling in de dwarsrichting in de wand zelf en tussen twee wanden wordt als gevolg hiervan niet in de berekening meegenomen. De hoeveelheid warmtetransport door geleiding door een wand kan alleen aan de oppervlakte worden opgevraagd, niet in andere lagen van de wand. Voor interne (ruimtescheidende) wanden kan bij de invoer van het programma geen oriëntatie worden opgegeven. Dit zorgt voor het ontbreken van een tijdafhankelijke bezonning van deze binnenoppervlakken. De gebruiker moet in dit geval een schatting maken voor de hoeveelheid zonlicht die gedurende de hele berekening (zolang de zon schijnt) op het vlak valt. Ook de hoeveelheid op een binnenoppervlak vallende zonnestraling kan niet als uitvoer worden opgevraagd. De temperaturen van de binnenlucht en de wandoppervlakken worden slechts in één punt weergegeven, waar een gemiddelde waarde is berekend. Het warmteverlies door transmissie door een constructie kan niet rechtstreeks als uitvoer worden opgevraagd in CAPSOL, deze resultaten kunnen alleen verkregen worden als gebruik gemaakt wordt van een spreadsheetprogramma als Excel.

Verder moet rekening worden gehouden met een invoereigenschap van het programma met betrekking tot bezonningsfuncties: - Bij invoer van bezonningsfuncties kan de duur van de opgegeven bezonning anders zijn dan de duur van de bezonning zoals die volgens CAPSOL zou moeten zijn. CAPSOL berekent de bezonningsduur aan de hand van de opgegeven positie op aarde en de tijdzone, als dit volgens het programma niet strookt met de handmatig opgegeven bezonning kan ‘kapt’ het programma aan het begin en aan het eind van de dag de zonnestraling ‘af’, omdat het dan volgens de berekeningen van het programma dan al geen zon meer zou moeten zijn. Deze afkapping leidt tot grote, vreemde pieken in de bezonning van de gevels, die in geen geval realistisch te noemen zijn. Door een klein beetje te variëren met de tijdzone kan dit enigszins uitgevlakt worden, maar de grafiek wordt nooit een nette kromme. Ook het plaatsen van een zonwering kan in dit geval bijdragen aan een meer realistisch beeld van de bezonning.

82

RESULTATEN ONDERZOEK In dit deel worden de resultaten van het bouwfysisch onderzoek besproken. In eerste instantie worden de berekeningen in de passieve situatie behandeld, waarna het de beurt is aan de actieve situatie. De resultaten uit beide situaties leiden tot een aanpak voor de optimalisatie van het model.

10.

PASSIEVE SITUATIE

10.1

Inleiding

Nu de werking en de manier van modelleren in CAPSOL duidelijk is kan het thermisch gedrag van gebouwen en hun constructies bekeken worden, en met name de effecten van materiaalkeuzen die gemaakt moeten worden. In verschillende stappen zal naar de uiteindelijke optimale materiaalkeuze of –keuzen worden toegewerkt. In eerste instantie wordt een kubusmodel beschouwd en de belangrijke invloeden erop vanuit het buitenklimaat. Samen met de beschikbare gegevens van de huidig gebouwde RDP-woningen kan hierna het referentiemodel worden opgesteld. Aan het referentiemodel worden wat basisaanpassingen gedaan om te bekijken in welke mate ingrepen effect hebben op de passieve situatie. Deze aanpassingen worden vervolgens beoordeeld op mate van geschiktheid voor de bekeken situatie, en aan de hand hiervan kan worden toegewerkt naar een materialencombinatie die voor het Zuid-Afrikaanse klimaat in thermisch opzicht het beste voldoet.

10.2

Testvarianten

10.2.1 Invoer Om inzicht te krijgen in de werking en mogelijkheden van het programma CAPSOL en in het thermisch dynamisch gedrag van een constructie zijn een aantal testberekeningen gemaakt met behulp van een model met een eenvoudige geometrie. In eerste instantie wordt een schema opgezet waarin de resultaten van de berekeningen met drie blokvarianten verwerkt worden. In elk van deze vier varianten wordt hetzelfde model als basis genomen, waarbij in elke stap een kleine verandering wordt aangebracht. Het model heeft een blokvorm, met een plattegrond van 30 m2 en een inhoud van 90 m3 (5*6*3 m). Ook in de omgeving van het model zal met de randvoorwaarden worden gevarieerd: de drie varianten worden in winter- en zomersituaties, beiden zowel met als zonder zon, doorgerekend. Gekeken wordt naar de demping (D) en de tijdvertraging (τ) van de temperatuur in de zoneknoop (binnenluchttemperatuur) en de temperatuur in een wandknoop. Uit de optredende verschillen tussen deze waarden in verschillende varianten kan vervolgens de mate van invloed van de buitenluchttemperatuur en de zon op het thermisch gedrag van de woning bepaald worden. De volgende varianten vormen het ‘basisschema’: - V1; gesloten volume met massief lemen wanden. - V2; volume met in elke gevel een raamoppervlak van 2m2. - V3; volume met ramen en een optredend ventilatievoud van 4/h. De niet-transparante delen, dus gesloten delen van de gevel, het dak en de vloer, zijn in deze testvarianten altijd opgebouwd uit leemsteen, een veelgebruikt bouwmateriaal in Zuid-Afrika. De varianten V2 en V3 zijn uitgebreid met raamopeningen, deze zijn uitgevoerd in enkelglas. De binnenruimte van de testvarianten is gemodelleerd volgens het IV-model. De woningen zijn met een korte gevel op het noorden georiënteerd.

83

ZOMER WINTER

V

V1-W

V1-WZ

V2-W

V2-WZ

V3-W

V3-WZ

V1-Z

V1-ZZ

V2-Z

V2-ZZ

V3-Z

V3-ZZ

In afbeelding 10.1 is schematisch weergegeven voor welke situaties berekeningen zijn gemaakt met de testvarianten. Voor zowel zomer- als winter-situaties is met en zonder zon gerekend.

Afbeelding 10.1: schema situaties testvarianten

In onderstaande tabel zijn de materiaaleigenschappen van de gebruikte materialen te vinden: Tabel 10.1: technische eigenschappen materialen materiaal d [m] λ [W/mK] R [m2K/W] leemsteen 0,14 1,13 0,124 enkel glas 0,004 0,8 0,005 Waarin:

d λ R ρ c

dikte warmtegeleidingscoëfficiënt warmteweerstand dichtheid soortelijke warmte

ρ [kg/m3] 2200 2500

c [J/kgK] 909 840

[m] [W/mK] [m2K/W] [kg/m3] [J/kgK]

Voor de overzichtelijkheid worden hier nog even de gebruikte invoergegevens vermeld. Dit maakt een vergelijking tussen binnen- en buitenklimaat eenvoudiger. Voor de wintersituatie geldt: - Ta, min = 3,3 ˚C - Ta, max = 16,6 ˚C - Ta, gem = 8,3 ˚C - Ta, ampl = 8,3 ˚C - t(Ta, max) = 14:40 h - Qzon_glob, max = 679 W/m2 - t(Qzon_glob, max) = 13:00 h

84

En voor de zomersituatie: - Ta, min = 17,0˚C - Ta, max = 26,7˚C - Ta, gem = 21,1˚C - Ta, ampl = 5,6˚C - t(Ta, max) = 13:25 h - Qzon_glob, max = 979 W/m2 - t(Qzon_glob, max) = 13:00 h

10.2.2 Resultaten variant

WINTER (juni) Tlucht (-W)

Tlucht + zon (-WZ)

ZOMER (januari) Tlucht (-Z)

Tlucht + zon (-ZZ)

luchtknoop

dakknoop

luchtknoop

dakknoop

luchtknoop

dakknoop

luchtknoop

dakknoop

V1

Ti, min Ti, max Ti, gem D τ

8,3 ˚C 12,8 ˚C 10,5 ˚C 72,4 % 5:00 h

7,2 ˚C 12,4 ˚C 9,7 ˚C 67,0 % 4:35 h

9,4 ˚C 19,7 ˚C 14,1 ˚C 32,4 % 3:30 h

8,2 ˚C 22,0 ˚C 14,4 ˚C 7,7 % 2:45 h

18,4 ˚C 22,0 ˚C 20,2 ˚C 67,5 % 5:00 h

18,5 ˚C 22,7 ˚C 20,6 ˚C 61,4 % 4:30 h

20,2 ˚C 31,0 ˚C 25,4 ˚C -2,0 % 4:45 h

20,4 ˚C 37,4 ˚C 28,2 ˚C -67,4 % 3:45 h

V2

Ti, min Ti, max Ti, gem D τ

8,2 ˚C 12,7 ˚C 10,4 ˚C 71,8 % 4:20 h

7,0 ˚C 12,5 ˚C 9,6 ˚C 65,6 % 4:30 h

9,4 ˚C 21,8 ˚C 15,1 ˚C 19,5 % 2:05 h

8,2 ˚C 23,0 ˚C 14,8 ˚C -0,7 % 2:35 h

18,5 ˚C 22,1 ˚C 20,2 ˚C 66,8 % 4:20 h

18,5 ˚C 22,8 ˚C 20,6 ˚C 59,7 % 4:30 h

20,5 ˚C 33,5 ˚C 26,5 ˚C -22,8 % 4:00 h

20,5 ˚C 38,4 ˚C 28,7 ˚C -77,4 % 3:40 h

V3

Ti, min Ti, max Ti, gem D τ

6,8 ˚C 13,1 ˚C 9,7 ˚C 58,4 % 1:25 h

6,7 ˚C 12,5 ˚C 9,5 ˚C 62,7 % 4:20 h

7,4 ˚C 19,4 ˚C 12,7 ˚C 18,8 % 1:20 h

7,6˚C 22,5 ˚C 14,1 ˚C -2,2 % 2:30 h

18,0 ˚C 23,2 ˚C 20,6 ˚C 52,2 % 1:40 h

18,4 ˚C 23,1 ˚C 20,7 ˚C 56,6 % 4:10 h

19,1 ˚C 30,3 ˚C 24,7 ˚C -1,1 % 2:45 h

20,1 ˚C 37,9 ˚C 28,2 ˚C -77,8 % 3:35 h

Tabel 10.2: resultaten testvarianten CAPSOL Waarbij: Tlucht = situatie zonder zon, thermisch gedrag alleen afhankelijk van buitenluchttemperatuur Tlucht + zon = situatie met zon Ti,min / max /gem = minimale, maximale op gemiddelde binnentemperatuur [˚C] D = demping t.o.v. buitentemperatuur [%] τ = tijdvertraging t.o.v. buitentemperatuur [h]

luchttemperatuur [C]

In onderstaande figuur is een voorbeeld te zien van de invloed van de zomerzon op de binnenluchttemperatuur in een gesloten volume. 35

30

25

met zon

20

zonder zon

15 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Figuur 10.1: invloed van zon op de binnenluchttemperatuur

18

20

22

24

tijd [h]

85

10.2.3 Bespreking 10.2.3.1 Variant 1 In een situatie zonder zon blijken de demping en tijdvertraging van de temperaturen in de luchtknoop en de dakknoop weinig te verschillen, zowel in de winter- als de zomersituatie. Ongeveer 70% van de in de buitentemperatuur optredende amplitude is in de temperatuur van het binnenklimaat niet meer terug te vinden. Zowel in de winter als in de zomer ligt het dempingspercentage van de temperatuurfluctuatie in de dakknoop ongeveer 5% lager dan in de luchtknoop. Ook de tijdvertraging is in de winter- en zomersituatie zonder zon gelijk, de koudere of warmere lucht doet er even lang over om het binnenklimaat te bereiken. Voor de wintersituatie met zon is te zien dat de tijdvertraging in de luchtknoop en de dakknoop behoorlijk is afgenomen, de binnentemperaturen bereiken eerder dan in de situatie zonder zon hun maximum. De optredende maximale binnentemperaturen zijn gestegen en de demping is sterk afgenomen, zowel in de temperatuur van de luchtknoop als van de dakknoop. Hetzelfde geldt voor de zomersituatie met zon, de tijdvertraging is afgenomen, de binnentemperaturen zijn nog sterker gestegen. De demping in zowel de lucht- als de wandknoop is, net als in de wintersituatie met zon, sterk afgenomen ten opzichte van de situatie zonder zon, en is in dit geval zelfs negatief geworden. Dit betekent dat de fluctuatie van de temperatuurgolf in de constructie is toegenomen ten opzichte van de fluctuatie in de buitentemperatuur. 10.2.3.2 Variant 2 Het toevoegen van glasoppervlakken in de gevels heeft met name in de situatie zonder zon nauwelijks effect op de optredende binnentemperaturen. In situaties zonder zon is ook het effect op met name de demping in lucht- en wandknopen zeer gering. De tijdvertraging echter is in beide gevallen met ongeveer een half uur verminderd, dit zal te maken hebben met de verlaagde massa van de woning door het vervangen van leem door glas. Het vervangen van dichte wand door glas heeft in de situaties met zon vooral invloed op de binnenluchttemperatuur, deze liggen iets hoger dan in de variant zonder raamopeningen. Ook is zowel in de zomer- als in de wintersituatie het effect op de demping van de temperatuur in de luchtknoop zichtbaar, hetzelfde geldt voor de tijdvertraging. De effecten in de dakknoop zijn gering. 10.2.3.3 Variant 3 Het introduceren van een luchtstroom van buiten naar binnen heeft vooral een grote invloed op de tijdvertraging van de temperatuur in de luchtknopen. Door de directe menging met buitenlucht neemt de binnenlucht sneller de temperatuur van de buitenlucht aan dan wanneer er geen ventilatiestroom is. Voor de constructie duurt het opwarmen langer dan de opwarming van de luchtknoop door de hogere massa, maar de maximale temperatuur wordt alsnog iets sneller bereikt dan zonder ventilatie. Ook de demping van de binnentemperaturen is over het algemeen lager onder de invloed van ventilatie.

10.2.4 Conclusie Het blijkt dat de zon een grote invloed heeft op het thermische gedrag van de woning. Wanneer het thermisch gedrag alleen afhankelijk is van de buitenluchttemperatuur is de zware lemen constructie van de woning in staat een groot deel van de temperatuurfluctuatie uit te vlakken. Ook wordt de piek van de temperatuurgolf in het binnenklimaat tussen de drie en vijf uur vertraagd ten opzichte van de optredende golf buiten. In situaties met zon stijgt de binnenluchttemperatuur gemiddeld met 10 ˚C ten opzichte van de situaties zonder zon, wat met name in de zomer tot oncomfortabel hoge temperaturen tot 37 à 38 ˚C in de dakknoop leidt. De invloed van ramen in de gevel is kleiner dan verwacht, met name in de situaties waar alleen de luchttemperatuur bepalend is. Door de verminderde massa van de woning en het door de ramen binnenvallende zonlicht worden in situaties met zon fluctuaties in de buitentemperatuur minder uitgevlakt waardoor de luchttemperatuur met maximaal één of twee graden oploopt. Het effect van het toevoegen van raamoppervlakken zal waarschijnlijk duidelijker te zien zijn als bijvoorbeeld

86

geïsoleerde wanden worden toegepast, zodat het verschil in isolatiewaarde tussen de gevels en het glas groter is. Ventileren heeft met name een grote invloed op het verschuiven van de piektemperatuur in het binnenklimaat. Deze piek verschuift meer richting de piek in de buitentemperatuur, de tijdvertraging wordt dus kleiner. In situaties met zon kan de binnentemperatuur met ongeveer een graad dalen ten gevolge van de toegevoegde ventilatielucht, op de werkelijke binnentemperatuur is het effect dus gering. De steenachtige wanden zijn zeer goed in staat de warmte uit de opvallende zonnestraling op te nemen en door te geven naar de binnenklimaat, deze grote hoeveelheden warmte zijn moeilijk weg te ventileren. In de zomersituatie met zon blijkt in alle drie de varianten de tijdvertraging hoger dan in de wintersituatie met zon. In eerste instantie zou juist het omgekeerde verwacht worden: de hogere luchttemperaturen en zonnestand en de grotere zonintensiteit lijken eerder bij te moeten dragen aan een kleinere tijdvertraging. Een aantal mogelijke oorzaken met betrekking tot dit faseverschil zijn op hun invloed onderzocht en weergegeven in tabel 10.3. Tabel 10.3: mogelijke oorzaken voor faseverschil in tijdvertraging zomer vs. winter mogelijke oorzaken invloed faseverschil in optredende Ta,max groot groter aandeel qdiffuus in zomer (meer bewolking) t.o.v. winter weinig methode van aanname Tgrond aanpassen geen amplitudeverschil tussen Ta,zomer en Ta,winter geen andere methode voor bepaling van tijdvertraging aannemen geen De verklaring is uiteindelijk te vinden in het faseverschil tussen Ta,max in de zomer en de winter. Al eerder is vermeld dat de maximale buitentemperatuur in de zomer om 13:25 h optreedt, terwijl de maximale temperatuur in de winter pas om 14:40 h wordt bereikt. Ook is al eerder vermeld dat de zon de grootste invloed heeft op de mate van tijdvertraging. De zon bereikt zowel in de zomer als in de winter om 13:00 de maximale intensiteit, zodat ook de binnentemperatuur in de zomer en winter op vrijwel hetzelfde tijdstip maximaal is. De tijdvertraging wordt echter berekend door t(Ti,max) – t(Ta,max) en aangezien t(Ti,max) in beide situaties gelijk is, wordt het verschil in tijdvertraging dus bepaald door het faseverschil in Ta,max.

10.3

Referentiemodel

10.3.1 Invoer Het referentiemodel is een vereenvoudigde versie van een mogelijke RDP-woning. Zoals bij de testvarianten is de plattegrond 30m2 groot, voor de materialisering is gekozen voor leem, beton en staalplaat voor respectievelijk de wanden, vloer en dak. De ramen worden weer uitgevoerd in enkel glas. De binnenruimte is gescheiden in een noord- en een zuidruimte van elk 15m2 door een leemstenen wand met een dikte van 140mm. Hiervoor is gekozen om de effecten van zoninval op de binnenruimte te kunnen bekijken. De eigenschappen van de gebruikte materialen zijn weer in onderstaande tabel te vinden. Tabel 10.4: technische eigenschappen materialen materiaal d [m] λ [W/mK] R [m2K/W] leemsteen 0,14 1,13 0,124 beton 0,15 0,90 0,167 staalplaat 0,002 50,0 4*10-5 enkel glas 0,004 0,80 0.005

ρ [kg/m3] 2200 2000 7800 2500

c [J/kgK] 909 840 530 840

87

ZOMER WINTER

REF-W

REF-WZ

REF-Z

REF-ZZ

Met het referentiemodel zijn berekeningen uitgevoerd in zowel een ‘winter’- (REF-W) en een ‘zomer’ situatie (REF-Z) zonder zon als beide situaties met zon (REF-WZ en REF-ZZ) beschouwd. Voor de wintersituatie wordt nog steeds een ventilatievoud van 1/h aangehouden, voor de zomer geldt 3/h. Een voorbeeld van de invoergegevens zoals deze door CAPSOL worden weergegeven is opgenomen in bijlage 8. Omdat uit de eerder berekende varianten V1 tot en met V3 blijkt dat de invloed van de zon op het binnenklimaat veel groter is dan de invloed van alleen de buitenluchttemperatuur worden alleen de resultaten van de simulaties waarbij de zon wel is gemodelleerd besproken. Het totale overzicht van de resultaten van de berekeningen zonder zon zijn in grafiekvorm in bijlage 9 te vinden.

Afbeelding 10.2: schema situaties referentiemodel

Voor de winter- en zomersituatie worden dezelfde randvoorwaarden gesteld: Wintersituatie: - Ta, min = 3,3 ˚C - Ta, max = 16,6 ˚C - Ta, gem = 8,3 ˚C - Ta, ampl = 8,3 ˚C - t(Ta, max) = 14:40 h - Qzon_glob, max = 679 W/m2 - t(Qzon glob, max) = 13:00 h

Zomersituatie: - Ta, min = 17,0˚C - Ta, max = 26,7˚C - Ta, gem = 21,1˚C - Ta, ampl = 5,6˚C - t(Ta, max) = 13:25 h - Qzon_glob, max = 979 W/m2 - t(Qzon glob, max) = 13:00 h

10.3.2 Resultaten Naast de luchtknoop en de dakknoop worden nu ook wandknopen op het binnenoppervlak van de warmste en de koudste gevel beschouwd en een wandknoop aan de binnenzijde van de vloer om het verschil te kunnen bekijken tussen de demping en tijdvertraging van verschillende constructieonderdelen. Voor de zomersituatie geldt dat de westgevel de warmste en de noordgevel de koudste is. In de winter is de noordgevel juist de warmste gevel en is de zuidgevel de koudste. Als de figuren 9.4 en 9.5 uit paragraaf 9.5.2 ‘Bezonning van de gevels’ er nog eens op worden nageslagen blijkt dit ook niet verwonderlijk. De gevel welke over de gehele dag het meeste zon ontvangt zal de warmste zijn, de gevel die het minst door de zon beschenen wordt zal de koudste zijn. Door de verschillen in de hoogte van de zonnestand tussen zomer en winter zijn in beide seizoenen verschillende gevels de warmste of de koudste, met als meest extreme gevel de noordgevel, die in de winter de warmste is en in de zomer de koudste. Tabel 10.5: resultaten referentiemodel wintersituatie met zon REFluchtknopen wandknopen WZ wk sk vloer noordgevel zuidgevel Tmin 7,75 ºC 7,58 ºC 10,11 ºC 7,58 ºC 7,24 ºC Tmax 19,81 ºC 17,23 ºC 17,40 ºC 23,64 ºC 15,92 ºC Tgem 13,15 ºC 11,93 ºC 13,49 ºC 14,67 ºC 11,32 ºC D 19,71 % 36,21 % 53,00 % -8,12 % 44,58 % τ 0:45 h 0:35 h 1:30 h 2:30 h 2:40 h

88

dak 4,30 28,89 12,66 -95,52 -0:50

ºC ºC ºC % h

Tabel 10.6: resultaten referentiemodel zomersituatie met zon luchtknopen wandknopen REFZZ wk sk vloer noordgevel westgevel Tmin 19,92 ºC 19,99 ºC 21,64 ºC 20,43 ºC 20,76 ºC Tmax 31,32 ºC 30,99 ºC 28,87 ºC 30,70 ºC 33,06 ºC Tgem 25,29 ºC 25,26 ºC 25,19 ºC 25,22 ºC 26,38 ºC D -7,57 % -2,32 % 34,38 % 2,20 % -19,32 % τ 0:45 h 0:40 h 2:15 h 3:20 h 5:30 h

dak 17,68 45,96 27,94 -221,88 -0:20

ºC ºC ºC % h

Op de volgende pagina zijn de bijbehorende grafieken weergegeven.

10.3.3 Bespreking 10.3.3.1 Zomer In de zomer blijken de luchttemperaturen in de binnenruimten tot (ruim) 31ºC oplopen. Door de hoge stand van de zon treden er vrijwel geen temperatuurverschillen op tussen de noord- en de zuidruimte. De binnenluchttemperaturen beschrijven vrijwel dezelfde kromme als de buitenluchttemperatuur, de dempende en vertragende eigenschappen van de ruimteomhullende constructie zijn miniem. Dit kan met name worden toegerekend aan de dakconstructie.

89

30

temperatuur [C]

temperatuur [C]

BINNENLUCHTTEMPERATUUR 35

35

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

30

25

Tlucht,wk

20

Tlucht,sk

20

15

Tbuiten

15

25

Tlucht,wk 10

10

5

5

0

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Tlucht,sk Tbuiten 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

tijd [h]

Figuur 10.1: Tlucht voor referentiemodel in zomersituatie

Figuur 10.2: Tlucht voor referentiemodel in wintersituatie

40

westgevel 30

temperatuur [C]

temperatuur [C]

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE 50

22 24 tijd [h]

50

TEMPERATUREN AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

40

30

noordgevel

noordgevel

vloer (wk)

20

20

vloer (wk)

dak (wk) 10

10

0

0

zuidgevel dak (wk)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

tijd [h]

Figuur 10.4: Topp voor referentiemodel in wintersituatie

warmtestroom [W/m2]

100 80 60

westgevel noordgevel

-40

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

100 80 60 40

noordgevel 20 0

vloer (wk)

-20

zuidgevel

dak (wk)

-40

dak (wk)

-60

-60 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 10.5: Qtransmissie voor referentiemodel in zomersituatie

Afbeelding 10.3: meetpunten voor Tlucht, Topp en Qtransmissie

90

120

vloer (wk)

0 -20

warmtestroom [W/m2]

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE 120

20

24

tijd [h]

Figuur 10.3: Topp voor referentiemodel in zomersituatie

40

22

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 10.6: Qtransmissie voor referentiemodel in wintersituatie

Als gekeken wordt naar de oppervlaktetemperaturen aan de binnenzijde van verschillende constructiedelen blijkt dat met name het dak een extreme temperatuurschommeling doormaakt. Dit leidt tot een grote warmtestroom door transmissie van het dakvlak naar de binnenruimte. De overige constructiedelen, gevels en vloer, bereiken pas op een later tijdstip een hogere oppervlaktetemperatuur, waardoor zij gedurende een groot deel van de dag warmte uit de binnenruimte absorberen. 10.3.3.2 Winter In de wintersituatie zijn wel duidelijk temperatuurverschillen tussen de twee ruimten te onderscheiden, als gevolg van de verschillende oriëntaties. De ruimte aan de noordzijde heeft duidelijk hogere maximale temperaturen, het verschil loopt op tot 2,5ºC. Gedurende een groot deel van de nacht en ochtend (01:00 – 09:30) zijn de optredende binnenlucht-temperaturen lager dan 10ºC. Het stalen dak zorgt voor extra warmte in de binnenruimte gedurende de uren dat de zon schijnt, maar door de slechte isolerende eigenschappen kan deze extra warmte niet worden vastgehouden. De noordgevel daarentegen houdt de gedurende de dag opgenomen warmte vast tot na zonsondergang en blijft tot in de ochtend warmte naar de binnenruimte uitstralen.

10.3.4 Conclusie De aan de binnenzijde van het dakvlak optredende temperaturen hebben een grote invloed op de dempende werking van de totale ruimteomhullende constructie in de zomer. Op het heetst van de dag worden grote hoeveelheden warmte door het dakvlak naar de binnenruimte getransporteerd. Deze hoeveelheden warmte kunnen niet weggeventileerd worden met een ventilatievoud van 3/h. Aangezien gebruik gemaakt wordt van natuurlijke ventilatie is het niet aannemelijk dat hogere ventilatievouden behaald kunnen worden. Het ongeïsoleerde stalen dak speelt een centrale rol in het thermisch gedrag van de woning, toepassing van een dergelijk dak leidt tot oncomfortabel hoge temperaturen voor de binnenlucht. Met name het vloeroppervlak kan benut worden voor het afvoeren van overtollige warmte in de binnenruimte naar de bodem. Waar het dak in de zomer zorgt voor oncomfortabel hoge binnenluchttemperaturen, leidt dit in de winter tot lage binnentemperaturen. Door het slechte isolerende vermogen van het dak kan zowel de eerder opgenomen warmte als de in andere constructiedelen opgeslagen warmte niet lang genoeg vastgehouden worden. Het spreekt dan ook voor zich om de eerste verbeteringen aan te brengen in de dakzone, met deze aanpassingen kunnen waarschijnlijk meteen verbeterde resultaten geboekt worden.

10.4

Bouwkundige varianten

Het invoeren van de varianten wordt in eerste instantie beperkt tot de hoofdlijnen, wanneer vastgesteld is dat een ingreep een positieve invloed heeft op het binnenklimaat kan gezocht worden naar de optimale inpassing van deze ingreep in het model. Het referentiemodel is het uitgangspunt geweest voor alle volgende varianten, er zijn steeds elementen aangepast en /of toegevoegd ten opzichte van het referentiemodel.

10.4.1 Invoer De delen van de gebouwschil zullen in verschillende stappen worden voorzien van isolerend materiaal. Gekozen is voor een isolatiepakket van polystyreenplaat (PS), met een dikte van 60 mm. Achtereenvolgens wordt het effect bekeken van het toevoegen van dit isolatiepakket aan het dak, de gevels en de vloer. In de volgende tabellen is vanaf de buitenzijde naar binnen de nieuwe opbouw van de gebouwschil te zien, daarbij zijn steeds de U-waarden te zien van het totale pakket. Na het toevoegen van isolatie aan de binnenzijde van het dak, heeft het dakpakket nu een U-waarde van 0,46 W/m2K en de volgende opbouw en eigenschappen:

91

Tabel 10.7: opbouw geïsoleerd dak buiten materiaal d [m] λ [W/mK] staalplaat 0,002 50,0 PS 0,06 0,03 binnen

R [m2K/W] 4*10-5 2,0

ρ [kg/m3] 7800 35

c [J/kgK] 530 1470

refl. = 0,4 absorptie 1,0 1,0 refl. = 0

Naast het dak wordt ook de leemstenen gevel met PS geïsoleerd, het isolatiepakket wordt afwisselend aan de buiten- en binnenzijde van de gevels aangebracht. In onderstaande tabel is alleen de opbouw van de gevel met isolatie aan de buitenzijde weergegeven. Ugevel = 0,44 W/m2K. Tabel 10.8: opbouw gevel met isolatie aan buitenzijde buiten materiaal d [m] λ [W/mK] R [m2K/W] PS 0,06 0,03 2,0 leemsteen 0,14 1,13 0,124 binnen

ρ [kg/m3] 35 2200

c [J/kgK] 1470 1000

refl. = 0,1 absorptie 1,0 1,0 refl. = 0

Aan de buitenzijde van de betonnen vloer wordt een zelfde PS- isolatieplaat toegevoegd, alle wanden, met uitzondering van de raamopeningen zijn nu geïsoleerd met PS. Door het toevoegen van isolatie verkrijgt de vloer een U-waarde van 0,43 W/m2K. Tabel 10.9: opbouw geïsoleerde vloer buiten materiaal d [m] λ [W/mK] PS 0,06 0,03 beton 0,15 0,90 binnen

92

R [m2K/W] 2,0 0,167

ρ [kg/m3] 35 2000

c [J/kgK] 1470 840

refl. = 0 absorptie 1,0 1,0 refl. = 0

ZOMER WINTER

In onderstaand schema worden de met afkortingen benoemde varianten kort toegelicht:

ISO-D1-W ISO-G1-W ISO-G2-W ISO-V1-W ISO-V2-W

ISO-D1-Z

ISO-G1-Z

ISO-G2-Z

ISO-V1-Z

ISO-V2-Z

Afbeelding 10.4: schema situaties bouwkundige varianten

Het schema geeft de plaatsing van isolatiemateriaal aan per variant: alleen dakisolatie (D), dak- en gevelisolatie (G) of dak-, gevel- en vloerisolatie (V). Gevelisolatie kan aan de buitenzijde van de gevel (1) of aan de binnenzijde van de gevel (2) geplaatst zijn. De randvoorwaarden met betrekking tot klimaat zijn uiteraard hetzelfde gesteld als bij het referentiemodel.

10.4.2 Resultaten Gezien het aantal varianten zullen slechts de resultaten van de voor de zomer- en wintersituatie best voldoende varianten weergegeven en besproken worden. Voor de overige varianten zijn de resultaten in een overzicht ingevoegd in bijlage 9. Tabel 10.10: resultaten optimaal model wintersituatie ISOluchtknopen V2-W wk sk vloer Tmin 11,80 ºC 11,41 ºC 13,84 ºC Tmax 18,55 ºC 16,73 ºC 18,46 ºC Tgem 14,78 ºC 13,71 ºC 16,03 ºC D 54,49 % 63,70 % 70,69 % τ 0:50 h 1:10 h 1:30 h

wandknopen noordgevel zuidgevel 12,15 ºC 11,68 ºC 18,40 ºC 17,44 ºC 15,07 ºC 14,16 ºC 59,92 % 60,41 % 1:25 h 1:15 h

dak 11,61 18,99 14,75 48,93 0:35

ºC ºC ºC % h

Tabel 10.11: resultaten optimaal model zomersituatie ISOluchtknopen G1-Z wk sk vloer Tmin 21,47 ºC 21,52 ºC 22,37 ºC Tmax 26,29 ºC 25,82 ºC 26,10 ºC Tgem 23,76 ºC 23,59 ºC 24,18 ºC D 54,67 % 60,10 % 65,73 % τ 0:40 h 0:45 h 2:20 h

wandknopen noordgevel westgevel 23,24 ºC 23,34 ºC 24,77 ºC 24,68 ºC 24,02 ºC 24,03 ºC 86,60 % 88,32 % 4:25 h 5:20 h

dak 21,83 27,41 24,30 44,32 0:35

ºC ºC ºC % h

Op de volgende pagina zijn bijbehorende grafieken weergegeven.

93

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

25

Tlucht,wk

20

Tlucht,sk

15

Tbuiten

temperatuur [C]

temperatuur [C]

BINNENLUCHTTEMPERATUUR 30

30 25 20 15

10

10

5

5

0

Tlucht,wk Tlucht,sk Tbuiten

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

tijd [h]

Figuur 10.8: Tlucht voor beste variant in wintersituatie TEMPERATUREN AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

35 30

westgevel

temperatuur [C]

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE temperatuur [C]

24

tijd [h]

Figuur 10.7: Tlucht voor beste variant in zomersituatie

35 30 25

25

noordgevel

20

vloer (wk)

20

15

dak (wk)

15

vloer (wk) noordgevel dak (wk)

10

10

zuidgevel

5

5 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0

24

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

30 20

westgevel

10

noordgevel vloer (wk) dak (wk)

-10

warmtestroom [W/m2]

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

24

Figuur 10.10: Topp voor beste variant in wintersituatie

Figuur 10.9: Topp voor beste variant in zomersituatie

40

22

tijd [h]

tijd [h]

warmtestroom [W/m2]

22

40

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

30 20

vloer (wk)

10

noordgevel zuidgevel

0

dak (wk)

-10 -20

-20 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 10.11: Qtransmissie voor beste variant in zomersituatie

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 10.12: Qtransmissie voor beste variant in wintersituatie

De meetpunten voor de temperaturen en de warmtestromen in deze varianten zijn dezelfde als die in de referentiemodellen, zie afbeelding 10.3 op pagina 91.

10.4.3 bespreking 10.4.3.1 zomer In de zomersituatie blijkt variant ISO-G1-Z van alle doorgerekende varianten het beste te voldoen aan de comforteisen voor zowel de lucht- als de comforttemperatuur. Het toepassen van dakisolatie en isolatie aan de buitenzijde van de gevels blijkt de laagste binnentemperaturen op te leveren in de zomer, de maximale binnenluchttemperatuur bedraagt nu 26,3ºC, in het referentiemodel was dat nog 31,3ºC. Naast een verlaging van de maximaal optredende binnenluchttemperatuur, zijn de minimum temperaturen iets verhoogd, de gehele amplitude van het temperatuurverloop is verkleind, hetgeen een meer stabiel binnenklimaat betekent.

94

Tabel 10.11 laat zien dat de ingrepen in de constructie hebben geleid tot een demping van de buitentemperatuur van 54 tot 60% in het binnenklimaat. De prestaties van het referentie-model op dit gebied waren negatief (D = -2 tot -7%) wat betekent dat de prestaties wat betreft demping vele malen zijn verbeterd. Van de constructiedelen heeft met name het dak een grote verbetering ondergaan. De maximaal optredende temperatuur aan de binnenzijde van het dak bedraagt nu 27,4ºC, in plaats van de bijna 46ºC in het referentiemodel, een vermindering van bijna 20ºC. Ook dempt het dak nu ruim 40% van de temperatuurgolf in het buitenklimaat, in plaats van deze golf met meer dan 220% te versterken. Verder valt op dat het verschil tussen de voorheen warmste en koudste gevel vrijwel geheel zijn weggevallen. Qua tijdvertraging zijn met name in het dakvlak aanzienlijke verbeteringen opgetreden, voor de andere constructiedelen zijn nauwelijks veranderingen opgetreden, waarschijnlijk door de slechts geringe toevoeging van massa. 10.4.3.2 Winter In de wintersituatie blijken juist andere ingrepen tot het beste resultaat te leiden, de variant ISO-V2-W levert hier het beste resultaat op. In plaats van buitengevelisolatie is in deze variant isolatie aan de binnenzijde van de gevel toegepast, ook het vloerpakket is nu geïsoleerd. Met deze variant worden ’s winters de hoogste maximale en minimale binnenluchttemperaturen behaald, de gemiddelde temperatuur ligt bij deze variant dus het hoogst. De laagste optredende binnenluchttemperatuur stijgt bijvoorbeeld van 7,8ºC in het referentiemodel naar 11,8ºC in deze variant. De toename van het dempingspercentage is wederom groot: van 20-36% in het referentiemodel naar 55-64% in de ISOV2-W variant. Ook voor de wintersituatie geldt dat in het dakvlak grote verbeteringen worden behaald op het gebied van zowel demping als tijdvertraging, de minimum oppervlaktetemperaturen zijn fors gestegen, terwijl de maximale temperaturen lager zijn geworden. Eveneens is de geveloriëntatie minder belangrijk geworden, de oppervlaktetemperaturen aan de binnenzijde van de gevels zijn vrijwel gelijk.

10.4.4 Conclusie De resultaten blijken nogal wat tegenstrijdigheden te bevatten wat betreft de ‘optimale’ oplossing. Ingrepen in de ruimteomhullende constructie die in de wintersituatie prima resultaten opleveren, blijken in de zomer juist minder gewenst te zijn. De passieve situatie in de winter wordt pas verbeterd na het toevoegen van tenminste gevelisolatie, naast dakisolatie. Het toevoegen van dakisolatie zorgt slechts voor een verlaging van de maximum binnentemperatuur en niet voor een verhoging van de minimum temperaturen. Om dit te bereiken zal gevel- en bij voorkeur ook vloerisolatie toegepast moeten worden. Gevelisolatie kan in deze combinatie het beste aan de binnenzijde van gevel geplaatst worden. In tegenstelling tot in de wintersituatie, is vloerisolatie ’s zomers eerder een nadeel, de on-geïsoleerde vloer een prima medium om overtollige warmte via de vloer naar de bodem te transporteren. De continue bodemtemperatuur van 22°C zorgt voor een enorm groot, op dat moment gewenst, koelend vermogen. Door aan de vloer een isolatiepakket toe te voegen wordt alle binnengekomen warmte in de woning vastgehouden en kan de woning alleen nog maar via ventilatie gekoeld worden. De binnentemperaturen zullen hoger komen te liggen dan in een situatie zonder vloerisolatie. In de zomersituatie blijkt dat met name dakisolatie een grote rol speelt in het verlagen van de binnentemperatuur. Door het toevoegen van alleen dakisolatie wordt het comfort van het binnenklimaat al behoorlijk verhoogd. Het isoleren van de gevel leidt tot een verdere verhoging van het comfort, de effecten zijn echter wat kleiner dan bij het toevoegen van dakisolatie. In tegenstelling tot in de wintersituatie wordt de gevelisolatie in dit geval aan de buitenzijde van de gevel geplaatst voor het beste resultaat. 95

Door het toevoegen van isolatiemateriaal in de gevelzone liggen alle temperaturen aan de binnenoppervlakken van de gevels rond hetzelfde niveau. Tussen vlakken met een min of meer gelijke oppervlaktetemperatuur zal weinig warmte-uitwisseling door middel van straling plaatsvinden. Dit komt de beleving van de mate van comfort in zowel de zomer- als de wintersituatie ten goede. Onderstaande tabel geeft weer welke ingrepen in de gebouwschil een positief (+) tot zeer positief (++) effect hebben op de temperatuur van het binnenklimaat of welke ingrepen minder resultaat hebben (-). Vloerisolatie in de zomer heeft zoals gezegd zelfs een negatief effect op het binnenklimaat (--). Tabel 10.12: mogelijke ingrepen in gebouwschil mate van invloed ingreep zomer winter dakisolatie ++ ++ gevelisolatie (buiten) + + gevelisolatie (binnen) ++ vloerisolatie -+

10.5

tlucht versus tcomfort

10.5.1 Invoer In de luchtknoop, die in een model de geometrische en fysische eigenschappen van een zone weergeeft, wordt, bij opvraag van de temperatuur ervan in CAPSOL, in eerste instantie de luchttemperatuur Tlucht berekend. De Tlucht geeft puur de temperatuur van de lucht weer, waarbij eventuele aanwezige stralingswarmte of -koude niet meegerekend wordt. Met een kleine aanpassing in de invoer kan echter ook de comforttemperatuur Tcomfort in dat punt berekend worden, hierbij wordt het aandeel straling wel meegerekend. De Tcomfort is dus de temperatuur van de ruimte zoals men deze werkelijk ervaart. Tcomfort wordt voor 50% bepaald door de luchttemperatuur en voor 50% door de stralingstemperatuur van de wanden, zoals beschreven in paragraaf 9.4.3 ‘Comforttemperatuur’. Het is interessant te weten of er wel of niet grote verschillen ontstaan tussen de in een luchtknoop optredende lucht- of comforttemperatuur.

10.5.2 Resultaten In onderstaande figuren wordt Tlucht vergeleken met Tcomfort, waarbij de invloed van het aandeel door straling in Tcomfort bepaald kan worden. Gerekend is met een ongeïsoleerd model (referentiemodel) en 32

temperatuur [C]

temperatuur [C]

20

16

28

12

24

8

20

T-lucht referentie T-comfort referentie

T-lucht referentie T-comfort referentie

T-lucht geïsoleerd T-comfort geïsoleerd

16

4 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 10.13: Tlucht vs. Tcomf in wintersituatie

96

T-lucht geïsoleerd T-comfort geïsoleerd

0

2

4

6

8

10

12

14

Figuur 10.14: Tlucht vs. Tcomf in zomersituatie

16

18

20

22

24

tijd [h]

een volledig geïsoleerd model (ISO-V1) voor een zomer- en een wintersituatie. Hieruit zou de mate van het optreden van stralingsuitwisseling tussen vlakken in een geïsoleerd model ten opzichte van vlakken in een ongeïsoleerd model bepaald moeten kunnen worden.

10.5.3 Bespreking Tlucht en Tcomfort liggen in beide modellen, met of zonder isolatie, in zowel zomer- als wintersituatie dicht bij elkaar. Met name in het model waarbij de wanden geïsoleerd zijn is het te verwachten dat de oppervlaktetemperaturen van de wanden vrij dicht in de buurt van de luchttemperatuur liggen. Het aandeel straling in Tcomfort verschilt in dit model weinig van het aandeel Tlucht. Dat Tcomfort en Tlucht in het referentiemodel ook dicht bij elkaar liggen is in eerste instantie minder voor de hand liggend. Het stalen dak varieert gedurende de dag sterk in temperatuur en zal zeker gedurende een groot deel van de dag de opvallende zonnewarmte naar de binnenruimte stralen. Als wordt gekeken naar het oppervlak van het dakvlak in verhouding tot de totale oppervlakte van de steenachtige wanden en vloeren (verhouding dak:wanden ≈ 1:3) is het echter logisch dat het aandeel Tstraling in Tcomfort vrijwel gelijk is aan het aandeel Tlucht. Hoewel de hoge temperatuur van het dak een nauwelijks meetbaar effect heeft op Tcomfort kan het echter wel zo zijn dat een dergelijke oppervlaktetemperatuur wel invloed heeft op het gebruikscomfort van een woning. Het verschijnsel stralingsasymmetrie, veroorzaakt door de grote verschillen in temperaturen van diverse vlakken in dezelfde ruimte, kan gevoelsmatig erg vervelend zijn.

97

11.

ACTIEVE SITUATIE

11.1

Inleiding

In de actieve situatie wordt, in tegenstelling tot de passieve situatie, de invloed van actief opererende systemen zoals koeling of verwarming beschouwd. In dit geval wordt alleen de invloed van verwarming bepaald, en dus slechts met de wintersituatie gerekend, koeling in de zomer dient passief te geschieden. Voor de verschillende varianten wordt het energiegebruik per gemiddelde winterdag bepaald. Ook kan de invloed van interne warmteproductie door bewoners en verlichting onderzocht worden. Het energiegebruik wordt bepaald door de benodigde hoeveelheid energie voor verwarming van de binnenruimte teneinde de minimaal geëiste temperaturen te behalen. De resultaten zullen worden weergegeven in figuren waarop de binnentemperaturen te zien zijn en tabellen waarin de besparing in energiegebruik wordt vergeleken.

11.2

Bepaling vermogen installatie

Aan de hand van stationaire berekeningen van het totale warmteverlies wordt het maximaal benodigde vermogen bepaald dat door de installatie aan de binnenruimte moet worden afgegeven om een vooraf bepaalde doeltemperatuur te bereiken. Deze berekening echter slechts een indicatie, door het temperatuurverloop na het uitvoeren van de berekening te beoordelen kan ook gekozen worden voor een aanpassing van het vermogen. Het totale warmteverlies wordt bepaald door het gezamenlijke verlies door transmissie en ventilatie. De berekeningen vinden plaats met behulp van de onderstaande formules:

Qtransmissie =

Qventilatie = Waarbij:

Ti − T a * A0 Rtot

[W]

(F/11.1)

n *V ruimte * ρ lucht * c lucht * (Ti − Ta ) [W] 3600

(F/11.2)

n = ventilatievoud

[/h]

De verklaring voor de overige symbolen kan worden gevonden in de symbolenlijst.

Afbeelding 11.1: warmteverlies door transmissie ventilatie

In bijlage 10 is een voorbeeldberekening ter bepaling van het verwarmend vermogen opgenomen.

11.3

Invoer verwarmingssysteem

Bij het doorrekenen van varianten gaat het in dit geval met name om de onderlinge vergelijking van de verschillende modellen. De absoluut te behalen besparing op het energiegebruik hangt van veel, nietmodelleerbare, factoren af, zoals de te gebruiken brandstof en het rendement van de gebruikte installatie. In Nederland zijn daar wel redelijk gerichte aannamen voor te doen, in Zuid Afrika ligt dat anders. Er zal daarom een min of meer fictief systeem gemodelleerd worden waarvan de werking niet al te nauwkeurig geregeld is. Het hoofdverwarmingssysteem zal zeer waarschijnlijk bestaan uit een in de keuken geplaatste kachel, waarop tevens gekookt zal gaan worden. Van de verschillende verwarmingsmethoden

98

(luchtverwarming, radiator, convector, vloerverwarming) komt het verwarmen met een radiator het meest overeen met de werkelijk te plaatsen kachel. De kachel wordt vooralsnog in metaal (staal/ ijzer) gemodelleerd, met een dikte van 10 mm en een doorsnede van 500 mm, waarmee het verwarmende oppervlak bij een hoogte van 1 m neerkomt op 1,6 m2. De warmteovergangscoëfficiënt van de kachel naar de omringende ruimte wordt hoog gezet: 999 W/mK, waarmee een gemakkelijke warmteafgifte van de kachel naar de ruimte gesimuleerd wordt. Door de hoge oppervlaktetemperaturen van de kachel wordt de snelheid van de luchtstroming rond de kachel beïnvloed, hetgeen een aangepaste warmteovergangscoëfficiënt voor convectie vraagt. αconv wordt, naar voorbeeld van de CAPSOL handleiding, gekozen op 15 W/m2. De emissiecoëfficiënt E wordt overeenkomstig de E-waarde van staal/ ijzer 0,8 gekozen.

11.3.1 Doeltemperatuur

25

T(doel) WK 20

temperatuur [C]

temperatuur [C]

De doeltemperatuur is de gewenste binnentemperatuur die met de installatie bereikt dient te worden, deze wordt gelijkgesteld aan de luchttemperatuur of de comforttemperatuur in een luchtknoop. Dit heeft een zeer groot effect op het te injecteren vermogen van de installatie. De comforttemperatuur wordt voor de helft bepaald door de stralingstemperatuur van de wanden. Het opwarmen van de wanden duurt veel langer dan het opwarmen van de lucht, er moet langer gestookt worden op de ruimte op de gestelde doeltemperatuur te krijgen. De doeltemperatuur is bepaald met behulp van het temperatuurschema uit het Programma van Eisen. 25

T(doel) SK 20

15

15

10

10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

tijd [h]

tijd [h]

Figuur 11.1: doeltemperatuur voor woonkamer

Figuur 11.2: doeltemperatuur voor slaapkamer

11.3.2 Bestemming De bestemming is het knooppunt waarin het verwarmende vermogen wordt geïnjecteerd. Afhankelijk van het soort verwarming kan de bestemming een luchtknoop (luchtverwarming) of bijvoorbeeld een apart gemodelleerde warmtebron (radiator/ kachel) zijn. In dit geval is een kachel in de leefruimte (keuken) gemodelleerd, het knooppunt dat de kachel vertegenwoordigt is als bestemming opgegeven.

11.3.3 Gevoeligheid Rond de gedefinieerde doeltemperatuur kan een marge worden opgesteld waarmee de installatie aan of uitgeschakeld wordt. De instelling van de gevoeligheid kan als een soort thermostaat worden gezien, als de temperatuur tot onder de gevoeligheidsgrens is gedaald zal de installatie aanslaan totdat de bovengrens van de gevoeligheid is bereikt. Aangezien de Zuid-Afrikaanse woningen niet met een thermostaat uitgerust gaan worden zal de waarneming van de binnentemperatuur plaatsvinden door de bewoner zelf, bij een onbehaaglijk gevoel zal de kachel extra opgestookt worden. Het is dus lastig de gevoeligheid van dit systeem te bepalen. Uit onderzoeksoverwegingen is er voor gekozen de gevoeligheid in te stellen op +/- 1ºC. Als de gevoeligheid minder nauwkeurig wordt ingesteld zullen er 99

grote schommelingen in de binnentemperatuur gaan optreden, en wordt het moeilijker te beoordelen welke variant nu het beste voldoet.

11.3.4 Inertie Met de inertie kan een schatting worden gegeven van de tijd die verstrijkt vanaf het moment dat de installatie aan gaat tot het moment dat de installatie 63,2 % van het maximale vermogen heeft afgegeven. De inertie is afhankelijk van het gekozen verwarmingssysteem, luchtverwarming zal bijvoorbeeld een vrij kleine inertie hebben (0-5 minuten) terwijl voor vloerverwarming juist een grote inertie (60-180 minuten) moet worden opgegeven. De CAPSOL handleiding raadt aan voor radiatoren een inertie van ongeveer 15 minuten aan te houden, dit is overgenomen bij het modelleren van de kachel.

11.3.5 Minimale duur aan/uit Deze parameter beschrijft de minimale periode dat het systeem aan of uit staat, ongeacht het onder- of overschreden van de temperatuureis en de gestelde gevoeligheid. In de modellering wordt ervan uitgegaan dat de kachel op elk gewenst tijdstip aan- of uitgeschakeld kan worden. Afhankelijk van het soort brandstof dat gebuikt wordt strookt echter dit meer of minder met de werkelijkheid, een houtgestookte kachel kan immers niet zomaar uitgezet worden, het hout zal eerst moeten opbranden.

11.4

Referentiemodel

11.4.1 Invoer Een verwarmingssysteem, zoals beschreven in paragraaf 11.3, wordt gemodelleerd in de woonruimte van de woning. De gewenste doeltemperatuur wordt afwisselend gelijk gesteld aan de luchttemperatuur en aan de comforttemperatuur, zodat bekeken kan worden in welke mate hierin verschillen optreden met betrekking tot het energiegebruik. In tegenstelling tot in de passieve situatie worden in de actieve situatie wel grote verschillen verwacht tussen de lucht- en comforttemperaturen. Het berekende benodigde vermogen is gebaseerd op de gelijkstelling van de doeltemperatuur aan de luchttemperatuur in de referentiesituatie. Dit vermogen is als uitgangspunt genomen voor de eerste berekeningen. Waar bleek dat dit vermogen niet voldeed of dat misschien met minder toekon, is met stappen van 500 W gezocht naar een meer passend vermogen voor die situatie.

11.4.2 Resultaten Tabel 11.1: energiegebruik referentiemodel per dag in wintersituatie REF-WZ Tdoel = Tlucht Tdoel = Tcomfort benodigd vermogen [W] 3000 4000 energiegebruik/dag [kWh 26,0 33,3 ]

100

30

temperatuur [C]

temperatuur [C]

24 22 20 18

T(doel)

28

T(lucht)

26

T(comfort)

24 22 20

16 14 12

T(doel)

18

T(lucht)

16

T(comfort)

14

10

12 0

2

4

6

8

10

12 14

16 18

20 22

24

0

2

4

6

8

10

12 14

16

18

Figuur 11.4: temperatuurverloop REF-WZ (wk) als Tdoel = Tcomfort bij P = 4000 W.

De figuren 11.3 en 11.4 tonen het verloop van de binnentemperatuur in de woonruimte van de woning wanneer bovenstaande verwarmende vermogens aan de zoneknoop worden afgegeven.

11.4.3 Bespreking Uit de figuren blijkt een verschil in het verloop van de lucht- en de comforttemperaturen, bij het gelijkstellen van de luchttemperatuur aan de gewenste doeltemperatuur blijft de comforttemperatuur ver achter. Om de comforttemperatuur de doeltemperatuur te laten aannemen moet flink extra gestookt worden, de luchttemperatuur kan daarbij zelfs oplopen tot 28ºC. Gezien alle aannamen die op het gebied van de gestelde doeltemperatuur en de modellering van het verwarmingssysteem zijn gedaan, laat de realistische waarde van de geschetste situatie te wensen over. Als werkelijk met een kachel gestookt wordt zal het verloop van de binnentemperatuur er waarschijnlijk anders uitzien. De gebruikte methode kan echter wel ingezet worden ter vergelijking van de verschillende bouwkundige varianten ten opzichte van het referentiemodel.

11.4.4 Conclusie Door het grote optredende verschil tussen de optredende lucht- en comforttemperaturen blijkt dat een aanzienlijk deel van de geïnjecteerde warmte door de slecht isolerende constructie naar buiten verdwijnt, met name door het dak. Aan het begin van de dag (8:00 uur) moet zeer veel warmte worden geïnjecteerd om de ruimteomhullende constructie op te warmen en de binnentemperatuur te verhogen naar 20ºC. Het isoleren van de constructie zal moeten leiden tot een kleiner warmteverlies en een kortere opwarmtijd van de constructie.

11.5

24

tijd [h]

tijd [h] Figuur 11.3: temperatuurverloop REF-WZ (wk) als Tdoel = Tlucht bij P = 3000 W.

20 22

Bouwkundige varianten

11.5.1 Invoer De invloeden van een actief verwarmingssysteem zijn voor dezelfde varianten, zoals die in de passieve situatie zijn beschouwd, onderzocht. Achtereenvolgens is gekeken naar de invloed van dakisolatie, gevelisolatie en vloerisolatie. Met name de resultaten van de best presterende variant, die met het laagste energiegebruik, zullen hier besproken worden.

101

11.5.2 Resultaten Tabel 11.2: overzicht energiegebruik bouwkundige varianten per dag in wintersituatie Tlucht = Tdoel REF-WZ ISO-D1-W ISO-G1-W ISO-G2-W ISO-V1-W ISO-V2-W benodigd vermogen [W] 3000 2000 1500 1500 1500 1500 E-gebruik [kWh 26.0 19.2 16.7 14.4 11.9 9.5 ] besparing tov REF [%] 0.0 -26.3 -35.8 -44.8 -54.3 -63.6

benodigd vermogen E-gebruik

E-gebruik [k

besparing tov REF

Tcomfort = Tdoel REF-WZ ISO-D1-W ISO-G1-W ISO-G2-W ISO-V1-W ISO-V2-W [W] 4000 3000 2500 1500 2500 1500 [kWh 33.3 25.3 22.1 17.7 14.0 10.8 ] [%] 0.0 -24.0 -33.6 -46.8 -58.0 -67.6

35 30

Tdoel = Tcom f

25

Tdoel = Tlucht

20 15 10 5 0 REF

ISO-D1

ISO-G1

ISO-G2

ISO-V 1

ISO-V 2

varianten

Figuur 11.5: energiegebruik bouwkundige varianten

102

Tabel 11.2 en Figuur 11.5 laten zien dat variant ISO-V2-W, waarbij het dak en de gevel aan de binnenzijde, en de vloer aan de buitenzijde is geïsoleerd, het minste energie nodig heeft om de doeltemperatuur te bereiken. Figuur 11.6 en 11.7 laten het verloop van de binnenlucht- en comforttemperatuur in deze variant zien.

26

temperatuur [C]

temperatuur [C]

24 22 20

T(doel) 24 22

18

20

16

18

14

T(doel) T(lucht)

12

T(lucht) T(comfort)

16 14

T(comfort) 12

10 0

2

4

6

8

10 12

14 16

18 20

22 24

0

2

4

6

8

10

12 14

16

18

20 22

tijd [h]

tijd [h] Figuur 11.6: temperatuurverloop ISO-V2-W (wk) als Tdoel = Tlucht bij P = 1500 W.

24

Figuur 11.7: temperatuurverloop ISO-V2-W (wk) als Tdoel = Tcomfort bij P = 1500 W.

11.5.3 Bespreking Uit bovenstaande figuren blijkt dat er minder grote verschillen optreden tussen de lucht- en comforttemperaturen dan het geval was bij het referentiemodel, ook is er geen extra vermogen meer nodig om behaaglijke comforttemperaturen te bereiken, er kan met hetzelfde vermogen worden gerekend. Door het aan de binnenzijde isoleren van alle vlakken is er een stuk minder warmte nodig om naast de binnenlucht ook de constructie op te warmen.

11.5.4 Conclusie Het isoleren van alle wanden leidt tot het laagste energiegebruik in de woning. Met het uitvoeren van deze ingrepen kan een besparing op het energiegebruik van 63,6 tot 67,6 % behaald worden ten opzichte van het energiegebruik in het referentiemodel.

11.6

Interne warmteproductie

11.6.1 Invoer De warmteproductie van de mens kan een grote invloed uitoefenen op de temperatuur van het binnenklimaat, met name als er door veel mensen op een klein oppervlak geleefd wordt. De door de bewoners geproduceerde warmte wordt als interne warmte geïnjecteerd in de zoneknoop. De warmteproductie van één persoon bij ‘normale’ dagelijkse activiteit is vastgesteld op 100 W, in slapende toestand is de warmteproductie 50 W. Uitgegaan wordt van een gemiddelde gezinsgrootte, bestaande uit 5 personen. Ook verlichting en eventuele apparatuur produceren warmte, deze warmte wordt ook tot de interne warmteproductie gerekend. Hoewel uitgegaan kan worden van een minimale hoeveelheid elektrische apparatuur en verlichtingsmate zijn ook enkele berekeningen uitgevoerd waarbij in de avonduren, van 18:00 tot 23:00, een toeslag aan de interne warmteproductie is toegekend ten gevolge van gebruik van verlichting e.d. Deze toeslag, vastgesteld op 10% van de door de bewoners geproduceerde warmte, leidt tot verwaarloosbare veranderingen in de energiehuishouding ten opzichte van de modellering van enkel de interne warmteproductie door de bewoners. Derhalve zullen deze resultaten niet worden besproken. 103

In onderstaande tabel is een voorbeeld gegeven van een mogelijke dagindeling. Hoewel zeer veel mogelijke gezinssamenstellingen te bedenken zijn en zo mogelijk nog meer variaties in de activiteiten die door hen worden uitgevoerd, is er hier voor gekozen een redelijk eenduidige dagindeling voor het hele huishouden aan te houden.

warmteproductie [W]

Tabel 11.3: activiteiten en bijbehorende warmteproductie gedurende een dag woonkamer slaapkamer tijdstip activiteit warmteproductie activiteit warmteproductie 0:00 – 7:00 slapen 250 W 7:00 – 8:00 opstaan naar 500 W opstaan naar 0 W 8:00 – 9:00 3 personen weg naar 200 W 9:00 – 17:00 2 pers. thuis 200 W 17:00 – 18:00 thuiskomen naar 500 W 18:00 - 23:00 iedereen thuis 500 W 23:00 – 24:00 naar bed gaan naar 0 W naar bed gaan naar 250 W

600

Q intern (wk)

Q intern (sk)

500 400 300 200 100 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 11.8: interne warmteproductie in leefruimten gedurende de dag

11.6.2 Resultaten Tabel 11.4: overzicht energiegebruik bouwkundige varianten per dag in wintersituatie Tcomfort = Tdoel REF-WZ ISO-D1-W ISO-G1-W ISO-G2-W ISO-V1-W ISO-V2-W benodigd vermogen [W] 4000 3000 2500 1500 2500 1500 E-gebruik [kWh] 33.3 25.3 22.1 17.7 14.0 10.8 besparing tov REF [%] 0.0 -24.0 -33.6 -46.8 -58.0 -67.6

E-gebruik besparing tov model zonder IWP

104

Tcomfort = Tdoel inclusief interne warmteproductie (IWP) REF-WZ ISO-D1-W ISO-G1-W ISO-G2-W ISO-V1-W ISO-V2-W [kWh] 27.9 20.6 16.1 11.5 1.9 2.2 [kWh] 5.4 4.8 6.0 6.2 12.1 8.6 [%] -16.3 -18.8 -27.3 -35.0 -86.4 -80.1

E-gebruik [kWh]

35

Tdoel = Tcomf 30

Tdoel = Tlucht

25

Tdoel = Tcomf (+IWP)

20 15 10 5 0 REF

ISO-D1

ISO-G1

ISO-G2

ISO-V1

ISO-V2

varianten Figuur 11.9: energiegebruik bouwkundige varianten met en zonder interne warmteproductie

In figuur 11.10 is een voorbeeld te zien van de invloed van interne warmteproductie (IWP) op het verloop van de binnentempera-tuur in de woonkamer. De doeltemperatuur is hierbij gelijk gesteld aan de comforttempera-tuur. In beide gevallen (met of zonder IWP) is gebruik gemaakt van hetzelfde verwarmende vermogen.

11.6.3 Bespreking Uit figuur 11.9 valt op te maken dat de invloed van intern geproduceerde warmte veel groter wordt naar mate de mate van isolatie groter wordt. Bij de varianten ISO-V1 en ISO-V2 leidt het modelleren van bewoners tot een veel lager energiegebruik, bij de varianten met een lagere isolatiemate gaat de extra geïnjecteerde warmte snel verloren door de slecht isolerende constructie. Zowel berekeningen met als zonder IWP zijn steeds uitgevoerd met hetzelfde verwarmende vermogen. Dit is met opzet gedaan om het effect van IWP op het energiegebruik te bepalen wanneer dezelfde verwarmingsinstallatie wordt gebruikt. Wellicht kan een installatie met een lager vermogen in dit geval ook voldoen.

temperatuu

Het blijkt, zie figuur 11.11, dat zelfs in de slaapkamer, waar in principe geen actief verwarmingssysteem zal worden toegepast, de doeltemperatuur in zeer behoorlijke mate behaald zal worden door slechts de intern geproduceerde en invallende (zonne-) warmte vast te houden door het toevoegen van isolatie. 24 22 20 18 16

Tdoel (wk) Tcom f (wk)

14

Tcom f (wk) + IWP 12 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 11.10: verloop Tcomfort in wk o.i.v. IWP

105

temperatuur [C]

20 18 16 14 12 10

T doel (sk)

8

T comf (sk) REF 6

T comf (sk) ISO-V2

4 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 11.11: comforttemperaturen slaapkamer

11.6.4 Conclusie De door de bewoners van de woning intern geproduceerde warmte kan een grote invloed op de benodigde energievraag voor het verwarmen van de woning hebben, mits aan een behoorlijke mate van isolatie is gedaan. Door alle wanden te isoleren wordt in eerste instantie de energievraag lager door kleinere transmissieverliezen, tevens kan de intern geproduceerde warmte beter vastgehouden en benut worden, wat weer een extra verlaging van de stookbehoefte oplevert. Rekening houdend met IWP blijkt de plaats van de gevelisolatie (aan de buiten- of aan de binnenzijde van gevel) minder van belang te zijn. Bij het plaatsen van isolatie aan de binnenzijde zal de binnenruimte sneller opwarmen maar ook weer sneller afkoelen door gebrek aan warmteaccumulerende massa in de ruimte, wat wel aanwezig is als de isolatie aan de buitenzijde van de gevel wordt geplaatst. Het verschil in invloed van beide isolatiemethoden op de opwarming van het binnenklimaat lijkt met de introductie van IWP op te zijn vervaagd. Het toepassen van buitengevelisolatie zal in eerste instantie een grotere warmte-injectie aan de binnenruimte vragen, maar als de ruimte eenmaal warm is zal deze ook niet zo snel meer afkoelen en dus minder energie vragen.

11.7

Conclusie actieve situatie

Variant ISO-V1 als ISO-V2 presteren in de actieve situatie vrijwel gelijk. Als de actieve situatie zonder IWP wordt beschouwd presteert ISO-V2, de variant met buitengevelisolatie, beter. Bij de aanname van de IWP is uitgegaan van veel mensen op een heel klein oppervlak. Het is mogelijk dat de prestatie van met name ISO-V1 minder gunstig zal zijn wanneer de verhoudingen in dit opzicht veranderen. Voor het bereiken van een ‘optimale’ variant zal uitgegaan worden van variant ISO-V2, aangezien deze variant onafhankelijk van de intern geproduceerd warmte het minste energie voor ruimteverwarming vraagt.

106

12.

OPTIMALISATIE

12.1

Aanpak optimalisatie

Nu bekend is welke varianten in welke situatie het beste voldoen is het zaak hieruit één variant te selecteren, en deze voor alle situaties te ‘optimaliseren’, waarbij het best haalbare compromis de optimale variant zal vertegenwoordigen. Aangezien de focus van dit project in eerste instantie is gericht op het reduceren van energiegebruik, en daarmee de CO2 emissies, door de bewoners van de RDP-woningen, weegt deze factor het zwaarst mee in de keuze voor de ‘optimale’ variant. Het is zaak te zorgen dat de voor de wintersituatie noodzakelijke ingrepen het comfort in de zomersituatie niet, of zo min mogelijk, benadelen. Voor het bereiken van een optimale variant zal uitgegaan worden van de variant ISO-V2, waarbij dak-, binnengevel- en vloerisolatie is toegepast. Voor de wintersituatie zal alleen de actieve situatie beschouwd worden, uiteindelijk is het energiegebruik het belangrijkste criterium. Behalve warmteproductie door een verwarmingsinstallatie zal ook de intern geproduceerde warmte door bewoners worden meegenomen in de berekeningen. In de zomersituatie zal uitgegaan blijven worden van een passieve situatie, er wordt niet gestookt en het grootste deel van het dagelijkse leven zal zich buiten afspelen. Behalve dat de optimalisatie zich richt op het energiegebruik en het comfort, zal tevens de invloed van eventuele budgettaire beperkingen op het thermisch gedrag onderzocht worden. De optimalisatie zal plaatsvinden aan de hand van twee punten die afgeleid zijn van de reeds in paragraaf 6.2 ‘Low-E ontwerp’ genoemde punten: - inzet van middelen ter reductie van het oorspronkelijke energieverlies - inzet van passieve technieken t.b.v. een verdere verlaging van de energievraag - het zo efficiënt mogelijk beantwoorden van de overgebleven energievraag

12.2

Reductie oorspronkelijk energieverlies

In deze paragraaf wordt de relatie tussen de energievraag en de plaatsing en dikte van het isolatiepakket verder uitgewerkt.

12.2.1 Plaatsing isolatiepakket Van de drie mogelijke ingrepen, dak-, gevel- of vloerisolatie, kan bepaald worden welke op zichzelf staande ingreep het meeste invloed heeft op het energiegebruik. Deze informatie kan gebruikt worden als bijvoorbeeld blijkt dat niet alle ingrepen uitgevoerd kunnen worden als gevolg van budgettaire beperkingen. Het is dan interessant te weten welke ingreep dan als eerste moet worden uitgevoerd om de grootste resultaten te behalen. In figuur 12.1 is het energiegebruik van de woning weergegeven bij toevoeging van een isolatiepakket met een dikte van 60 mm op verschillende plaatsen in de woning. Uit de blauwe kolommen blijkt dat als slechts één van de drie ingrepen uitgevoerd kan worden het beste gekozen kan worden voor dakisolatie. Het toevoegen van alleen dakisolatie levert het laagste energiegebruik per dag op in vergelijking met alleen gevel- of vloerisolatie. Als vervolgens het effect van dakisolatie in combinatie met een tweede vorm van isolatie wordt bekeken, blijkt dat gevelisolatie het beste als tweede ingreep gedaan kan worden. De combinatie dak- en vloerisolatie heeft een hoger energiegebruik tot gevolg. Concluderend kan over de volgorde van de uit te voeren ingrepen gezegd worden: 1. dakisolatie 2. gevelisolatie 3. vloerisolatie 107

energiegebruik [kWh]

35 30

27,87

effect isolatie ingreep 2 op energiegebruik per winterdag

effect isolatie ingreep 1 op energiegebruik per winterdag

25

22,29

23,12

20,55 20 14,57

15 11,39 10 5 0

referentie model

alleen dakisolatie

alleen gevelisolatie

alleen vloerisolatie

dak- en gevelisolatie

dak- en vloerisolatie

Figuur 12.1: effecten individuele ingrepen op energiegebruik (isolatiepakket = 60 mm dik)

Aanvullend zijn nog een aantal berekeningen gedaan waarbij gevarieerd is met de te isoleren vlakken. Zo kan bijvoorbeeld antwoord worden gegeven op de vraag of het zin heeft om met name in de gevelzone het aantal te isoleren vlakken te verminderen om zo in de bouwkosten te besparen. In onderstaande tabel zijn alle in dit kader doorgerekende varianten op een rijtje gezet, op volgorde van de hoogte van het energiegebruik. Aan de al eerder besproken varianten zijn drie varianten toegevoegd waarbij naast de vloer en het dak respectievelijk alleen de zuidgevel, de zuidgevel plus de oost- en westgevels ter plaatse van de slaapkamer (sk) en de totale oost-, west- en zuidgevel zijn geïsoleerd. Tabel 12.1: energiegebruik bij variabele isolatiemate isolatiemate geïsoleerde vlakken E-gebruik [kWh] geen referentiemodel 27,87 alleen vloerisolatie 23,12 alleen gevelisolatie 22,29 alleen dakisolatie 20,55 dak- en vloerisolatie 14,57 dak, vloer en G3 12,79 dak- en gevelisolatie 11,39 dak, vloer en G2-sk+G3+G4-sk 10,79 dak, vloer en G2, G3 en G4 6,79 alles dak, gevels en vloer 2,15

hoogte energiegebruik hoog

laag

Uit tabel 12.1 blijkt dat het isoleren van slechts enkele vlakken steeds wel bijdraagt tot een lager energiegebruik naar mate het aantal geïsoleerde delen groter wordt, maar echt efficiënt is het niet. Het besparen van kosten in de bouwfase zou vanuit energie oogpunt beter op een andere manier gerealiseerd kunnen worden. Uit de resultaten van de berekeningen met de hoofdvarianten in de zomersituatie is gebleken dat met het toevoegen van alleen dakisolatie al grote verbeteringen kunnen worden behaald met betrekking tot het comfort van de binnenruimte. De eerder genoemde volgorde van ingrepen (dak – gevels – vloer isoleren) geldt ook voor de zomersituatie, met dit verschil dat het uitvoeren van de derde ingreep, het toevoegen van vloerisolatie, juist een negatief effect heeft op het verloop van de binnentemperaturen. Door het wegnemen van bodemkoeling wordt het warmer in de woning.

108

12.2.2 Dikte isolatiepakket Naast de plaatsing van het isolatie is het van belang inzicht te verkrijgen in het effect van de dikte van het geplaatste pakket op het energiegebruik. Voor de zomersituatie zal de mate van isolatie, behalve in de dakzone, weinig verandering opleveren in het binnenklimaat. Daarom zal alleen de actieve winterperiode beschouwd worden. Om een zo realistisch mogelijk beeld te verkrijgen van het energiegebruik wordt naast het verwarmingssysteem ook de interne warmteproductie gemodelleerd. De gewenste doeltemperatuur zal gelijkgesteld worden aan de comforttemperatuur, zodat de grootste energiebehoefte beschouwd wordt. In de berekeningen met de hoofdvariant ISO-V2 is uitgegaan van een isolatiepakket van steeds 60 mm dik. Door dit pakket met 50% te vermeerderen of te verminderen ontstaan isolatiepakketten met een dikte van 30 en 90 mm. Gekeken wordt naar het effect van een dunner of juist dikker isolatiepakket op het energiegebruik per winterdag. Tevens worden de verkregen resultaten vergeleken met de effecten van het toepassen van een standaard isolatiepakket (D(iso) = 60 mm) op verschillende constructiedelen.

energiegebruik [kWh

Figuur 12.2 laat zien dat ook een dun isolatiepakket al een grote daling in het energiegebruik teweegbrengt: 35 30

E-gebruik per winterdag bij volledig geïsoleerd model.

27.87

25

20.55

E-gebruik per winterdag bij is olatie van vers chillende cons tructiedelen (D(is o) = 60 m m ).

20 15

11.52

10 5.4 5

2.15

1.4

D(iso) = 60 mm

D(iso) = 90 mm

2.15

0 D(iso) = 0 mm (REF)

D(iso) = 30 mm

alleen dakisolatie

dak- en gevelisolatie

dak-, gevel- en vloerisolatie

Figuur 12.2: effect dikte isolatiepakket op het energiegebruik

Vergeleken met het energiegebruik in de referentiesituatie levert een dunne laag isolatie (30 mm) aan zowel dak, gevels en vloer al aanzienlijke verbeteringen op. Een dikker isolatiepakket (60 of 90 mm) resulteert in een nog lager energiegebruik, maar het rendement van de extra isolatie is lager. Aangezien het isolatiemateriaal voor het overgrote deel de warmteweerstand van de totale constructie bepaalt lijkt het beter te zijn om alle constructiedelen in elk geval in geringe mate van isolatie te voorzien dan om het ene deel van de constructie wel te isoleren en een ander deel niet of nauwelijks. Voor de energiehuishouding is het van belang alle scheidende, met de buitenlucht in aanraking komende, vlakken met ongeveer dezelfde warmteweerstand uit te rusten. Een eventueel slechter geïsoleerd deel zal anders de zwakste thermische schakel in de ruimteomhullende constructie vormen en alle geïnjecteerde energie zal door dit deel verloren gaan.

12.2.3 Isolerende luiken De enkelglas vensters zijn grote warmtelekken in de geïsoleerde gevel. Het toevoegen van een isolerend luik kan, naast het tegengaan van warmteverlies, bescherming bieden tegen criminaliteit. Hiernaast kan een luik in de zomer tevens als aanvullende zonwering dienen. Voor een optimale werking, welke een zo groot mogelijke energiewinst oplevert, zouden de luiken op een winterdag open moeten staan om zo veel mogelijk profijt te hebben van het invallende zonlicht. Na het ondergaan van de zon echter, zullen de luiken gesloten moeten worden om de overdag 109

ingevangen warmte zo lang mogelijk vast te kunnen houden. Het is niet mogelijk een dergelijk tijdsafhankelijk systeem in CAPSOL te modelleren. Er kan slechts een dagberekening worden gedaan met ofwel de luiken de hele dag open ofwel de gehele dag gesloten. Als luiken toegepast zouden worden dan dienen deze, samen met het glas, te beschikken over een aan de overige constructiedelen gelijke warmteweerstand. Het heeft geen zin zeer goed isolerende luiken toe te passen wanneer de overige geveldelen minder goed presteren qua isolatiewaarde.

12.2.4 Conclusie isolatie Uit de in deze paragraaf behandelde berekeningen blijkt dat het beter is de gehele ruimteomhullende constructie te voorzien van een dun isolatiepakket dan om het ene deel beter te isoleren dan het andere deel. Als er uit kostenoogpunt een afweging gemaakt moet worden tussen deels isoleren of volledig isoleren met een dunner pakket is de laatste optie de beste. Aan isoleren met een dikker isolatiepakket zijn hogere kosten verbonden in de bouwfase, maar resulteert uiteindelijk in een lager energiegebruik. Over welke optie uiteindelijk de beste is, kan geen eenduidige uitspraak worden gedaan omdat de kosten voor een isolatiepakket onbekend zijn.

12.3

Gebruik van passieve maatregelen

In deze paragraaf komt de optimale oriëntatie van de woning ten opzichte van de zon aan de orde. Verder wordt gekeken naar de invloed van de grootte van de raamoppervlakken op het energiegebruik en invloed van zonwering op het comfort van het binnenklimaat in de zomersituatie. Ook kan de invloed van het ventilatievoud bepaald worden voor het energiegebruik en het comfort.

12.3.1 Invloed raamgrootte Tijdens de winterperiode zal in een zo groot mogelijk deel van de ruimteverwarming worden voorzien door zonnewarmte, daarbij is een juiste dimensionering van raamvlakken van groot belang. Aangezien de noordgevel gedurende een winterdag de grootste hoeveelheid zon ontvangt zullen op het noorden georiënteerde raamoppervlakken de grootste bijdrage kunnen leveren in de warmtewinst door invallend zonlicht, en dus aan de verlaging van de energievraag voor verwarmen. In de tot nu toe onderzochte modellen is slechts een minimaal oppervlak aan raamopeningen opgenomen, de noordgevel bevat een raam van 0,8 m2, ongeveer 2,5 % van het totale vloeroppervlak van de woning ( = 30 m2). De invloed van het raamoppervlak in de noordgevel zal bepaald worden door deze gevel te voorzien van respectievelijk 5%, 10% en 15% glas ten opzichte van het vloeroppervlak. Een groter percentage glas is in verband met de grootte van de raamopeningen in de leemstenen wand niet aan te raden. Als basis voor de berekeningen wordt uitgegaan van ISO-V2. Naast de effecten op het energiegebruik wordt ook gekeken naar de eventuele negatieve effecten van een groter raamoppervlak in een zomersituatie. In onderstaande tabellen is het energiegebruik per winterdag in kWh weergegeven, en de procentuele afname in het energiegebruik dat een groter raamoppervlak met zich meebrengt ten opzichte van het referentiemodel. Daarnaast zijn ook de effecten op de optredende comforttemperaturen weergegeven. In de wintersituatie is zowel gekeken naar de invloed van invallende zonnewarmte op het energiegebruik bij een isolatiepakket met een dikte van 60 mm en 30 mm. Het raamoppervlak in de noordgevel is weergegeven als percentage van het totale vloeroppervlak van de woning. Tabel 12.2: invloed grootte raamoppervlak op energiegebruik (Diso = 60 mm) ISO-V2-W 2.5% (REF) 5% 10% 15% 2 raamoppervlak [m ] 0,8 1,5 3,0 4,5 E-gebruik [kWh] 2,15 1,65 1,40 1,15 afname [%] n.v.t. -23,30 -34,95 -46,61 Tcomfort, gem (wk) [C] 19,47 20,15 22,04 23,60 Tcomfort, gem (sk) [C] 16,68 17,03 18,05 18,93

110

Tabel 12.3: invloed grootte raamoppervlak op energiegebruik (Diso = 30 mm) ISO-V2-W 2.5% (REF) 5% 10% 15% raamoppervlak [m2] 0,8 1,5 3,0 4,5 E-gebruik [kWh 5,40 3,90 3,15 2,65 ] afname [%] n.v.t. -27,80 -41,70 -50,97 Tcomfort, gem (wk) [C] 19,10 19,34 20,66 21,81 Tcomfort, gem (sk) [C] 15,47 15,68 16,32 16,85 Een groter raamoppervlak leidt in de wintersituatie tot een lager energiegebruik. In elk geval tot een percentage van 15% glas in de noordgevel weegt de extra energiewinst overdag op tegen het grotere verlies in de nachtelijke uren. Wel verlopen de lijnen in figuur 12.3 steeds vlakker, wat betekent dat het nog verder vergroten van het raamoppervlak minder effect zal gaan uitoefenen op het energiegebruik. Figuren 12.4, 5 en 6 laten de effecten zien van de verschillende glasoppervlakken in de noordgevel op

energiegebruik [kWh]

D (iso) = 30 mm 5

D (iso) = 60 mm 4

temperatuur [C]

35

6

30

25

3 20

2

T comf,w k (max) 15

1

Tcomf,w k (min) 10

0 2.5%

5%

10%

2,5%

15%

Figuur 12.3: energiegebruik per winterdag bij verschillend percentage glas

10%

Figuur 12.4: effecten glasoppervlak op T zomersituatie (Diso = 60 mm)

35

15%

comfort

(wk) in

temperatuur [C]

35 T comf,w k (max)

30

5%

glasoppervlak in noordgevel als percentage van het vloeroppervlak

glasoppervlak in noordgevel als percentage van het vloeroppervlak

temperatuur [C]

T comf,w k (gem)

T comf,w k (gem) Tcomf,w k (min)

25

T comf,sk (max) 30

Tcomf,sk (min) 25

20

20

15

15

10

T comf,sk (gem)

10 2,5%

5%

10%

15%

glasoppervlak in noordgevel als percentage van het vloeroppervlak

Figuur 12.5: effecten glasoppervlak op Tcomfort (wk) in wintersituatie (Diso = 60 mm)

2,5%

5%

10%

15%

glasoppervlak in noordgevel als percentage van het vloeroppervlak

Figuur 12.6: effecten glasoppervlak op Tcomfort (sk) in wintersituatie (Diso = 60 mm)

111

de comforttemperatuur in de woonkamer in de zomersituatie en in de woon- en slaapkamer in de wintersituatie. De binnenruimte mag in de zomer niet oververhit raken. Het vergroten van het raamoppervlak in de noordgevel leidt niet alleen tot een lager energiegebruik maar ook tot een hogere comforttemperatuur in de op het zuiden gelegen slaapkamer. De lemen scheidingswand tussen woon- en slaapkamer kan aan de zijde van de woonkamer meer warmte invangen en doorgeven naar de slaapkamer. Een raamoppervlak van 4,5 m2 kan in de wintersituatie leiden tot oncomfortabel hoge lucht- en comforttemperaturen van meer dan 30˚C in de woonkamer. In de zomersituatie heeft het vergroten van het raamoppervlak in de noordgevel in verhouding tot de wintersituatie een minder grote invloed op het binnenklimaat. De binnentemperaturen stijgen wel, maar de stijging beperkt zich tot de woonruimte, in de slaapkamer zijn effecten van een groter raamoppervlak nauwelijks merkbaar. Met een goed gedimensioneerd dakoverstek of een zonwering kan een deel van de temperatuurstijging als gevolg van een groter raamoppervlak vermeden worden. Aangezien een raamoppervlak van 4,5 m2 leidt tot te hoge binnentemperaturen, zal voor de variant met het raamoppervlak van 3 m2 gekozen worden. In de zomersituatie moet dan wel naar zonwering gekeken worden.

12.3.2 Oriëntatie Dat de oriëntatie van een woning op het noorden in de Zuid-Afrikaanse situatie de grootste warmtewinsten ten gevolge van zoninstraling oplevert moge duidelijk zijn. Maar niet in alle gevallen zal het ook daadwerkelijk mogelijk zijn de woning (pal) op het noorden te oriënteren. Hoeveel graden mag de oriëntatie dan afwijken van het optimale noorden, zonder dat dit (grote) consequenties heeft voor de warmtewinst? Om de invloed van de oriëntatie te bepalen wordt variant ISO-V2 als basis voor de berekeningen genomen, het raamoppervlak in de (nu nog) noordgevel wordt daarbij voorlopig vastgesteld op 3 m2, wat overeenkomt met 10% van het totale vloeroppervlak. Met een wat groter gekozen raamoppervlak zullen de verschillen in oriëntatie duidelijker in de resultaten naar voren komen dan bij een kleiner raamoppervlak. Voor het isolatiepakket wordt uitgegaan van het dunne pakket: 30 mm. Het energiegebruik per winterdag ten gevolge van oriëntatie zal voor verschillende oriën-taties tussen west en oost worden vergeleken. Behalve de pure west-, noord- en oost-oriëntatie worden ook oriëntaties met een afwijking van 45, 20 of 10˚ vanaf het noorden naar het westen of oosten beschouwd. Tabel 12.4 toont de invoer van de gevels zoals die in CAPSOL zijn ingevoerd voor de verschillende oriëntaties waarbij berekeningen zijn uitgevoerd. De tabel 12.5 geeft de bij de oriëntaties behorende zonreceptiefactoren voor de binnenoppervlakken weer. De verkregen energiegebruiken worden vergeleken met het energiegebruik in de tot nu toe steeds gebruikte oriëntatie; de noordoriëntatie. Tabel 12.4: geveloriëntaties varianten invoer graden gevels oriëntatie G1 G2 G3 G4 W 90 180 -90 0 NW 45˚ 135 -135 -45 45 NW 20˚ 160 -110 -20 70 NW 10˚ 170 -100 -10 80 N 180 -90 0 90 NO 10˚ -170 -80 10 100 NO 20˚ -160 -70 20 110 NO 45˚ -135 -45 45 135 O -90 0 90 180

112

Tabel 12.5: zonreceptiefactoren binnenoppervlakken woonkamer (WK) lucht vloer G1 G2 G4 oriëntatie W 20% 45% 10% NW 45˚ 20% 50% 5% 10% 5% NW 20˚ 20% 55% 5% 5% 5% NW 10˚ 20% 60% 5% N 20% 60% NO 10˚ 20% 60% 5% NO 20˚ 20% 55% 5% 5% 5% NO 45˚ 20% 50% 10% 5% 5% O 20% 45% 10% -

slaapkamer (SK) b-wand lucht vloer 25% 20% 50% 10% 20% 50% 10% 20% 40% 15% 20% 40% 20% 20% 40% 15% 20% 40% 10% 20% 40% 10% 20% 50% 25% 20% 50%

G3 15% 20% 40% 40% 40% 40% 40% 20% 15%

b-wand 15% 10% 10% 15%

Tabel 12.6 geeft het energiegebruik per winterdag weer per doorgerekende oriëntatie. Tabel 12.6: energiegebruik per oriëntatie oriëntatie W NW 45˚ NW 20˚ NW 10˚ E-gebruik 6,15 4,15 3,65 3,15 [kWh] verschil +95,24 +31,75 +15,87 0,00 met N [%]

N

NO 10˚ NO 20˚ NO 45˚

O

3,15

3,15

3,40

4,15

6,54

n.v.t.

0,00

+7,94

+31,75

+107,62

energiegebruik [kWh]

Tabel 12.6 en figuur 12.7 laten zien dat zoals verwacht de noordoriëntatie leidt tot het laagste energiegebruik. Een afwijking van 10˚ of minder van de pure noordrichting leidt niet tot een verhoging van het energie-gebruik. In de oostrichting leidt een rotatie van 20˚ van het noorden slechts tot een lichte verhoging van het energiegebruik met 8%, terwijl een zelfde rotatie in de westrichting tot een grotere toename leidt van 16%. Dit is te verklaren door de opgelegde doeltemperatuur te beschouwen (paragraaf 11.3.1.). In de ochtend, na het opstaan tussen 7:00 en 8:00 uur, wordt de gewenste temperatuur verhoogd tot 20˚C. Juist op dit deel van de dag is extra veel warmte benodigd om de door de nacht afgekoelde woning op temperatuur te brengen. Door de woning iets meer richting het oosten te draaien kan in de ochtenduren meer geprofiteerd worden van de opkomende zon. Daar tegenover staat dat in de avond meer warmte voor verwarming benodigd is.

7 6 5 4 3 2

energiegebruik bij verschillende oriëntaties

1 0 W

NW (45)

NW (20)

NW (10)

N

NO (10)

NO (20)

NO (45)

O

oriëntatie Figuur 12.7: energiegebruik bij verschillende oriëntaties

113

12.3.3 Invloed Zonwering De binnentemperatuur zal onder invloed van invallend zonlicht veel sneller stijgen in een situatie waarbij de gevels aan de binnenzijde zijn geïsoleerd. Om de binnentemperaturen in de zomer op een comfortabel niveau te houden is het buiten houden van de zon door middel van zonwering een belangrijke ingreep. De west- en de oostgevel zijn in de zomer de twee gevels waarop de grootste hoeveelheid zon valt, de bezonningsintensiteit is op deze gevels het grootst, zie paragraaf 9.5.2. ‘Bezonning van de gevels’. Het ligt dus het meest voor de hand om op deze oriëntaties de zonwerende maatregelen toe te passen.

temperatuur [C]

Ook hier wordt uitgegaan van variant ISO-V2, het isolatiepakket heeft een dikte van 30 mm. Het raamoppervlak in de noordgevel wordt weer op 10% van het totale vloeroppervlak van de woning gesteld, wat betekent dat de noordgevel een raamoppervlak van 3m2 bevat. De ramen in de west- en oostgevel worden gedurende de gehele dag volledig bedekt door zonwering. 30 28 26 24 22 geen zonw ering 20

zonw ering O en W zonw ering N, O en W

18

T (buiten) 16 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h] Figuur 12.8: invloed van zonwering op comforttemperatuur

Het plaatsen van zonwering op de oost- en westgevel leidt tot een verlaging van de binnentemperatuur met 3 of 4˚C. Maar ook zonder het toepassen van zonwering overschrijdt de binnentemperatuur niet de gestelde grens van 30˚C. Het extra plaatsen van zonwering op de noordgevel heeft nauwelijks effect op de optredende binnentemperaturen, aangezien deze gevel in de zomersituatie de koudste is.

12.3.4 Ventilatievoud Het ventileren met buitenlucht zorgt ervoor dat samen met de vervuilde binnenlucht veel warmte de woning verlaat. De mate van warmteverlies door ventilatie is uiteraard afhankelijk van het ventilatievoud en van het verschil in temperatuur tussen de binnen- en de buitenlucht. In de zomer is het de bedoeling dat warmte wordt afgevoerd met de ventilatielucht, in de winter echter is het zaak zoveel mogelijk warmte in de woning te houden terwijl er tegelijkertijd wel voldoende frisse lucht van buiten aangevoerd wordt. In de eerdere berekeningen is uitgegaan van een ventilatievoud in de wintersituatie van 1/h, gelijk aan de geschatte waarde voor infiltratie als gevolg van slechte kierdichting. Voor de wintersituatie is interessant te weten wat voor gevolgen een afwijkend ventilatievoud heeft op het energiegebruik. Het ventilatievoud kan in de praktijk hoger uitpakken wanneer bijvoorbeeld een raam wordt opengezet tijdens het koken. Het energiegebruik wordt uitgezet bij ventilatievouden van 0,5/h, 1/h, 1,5/h en 2/h in het winterseizoen. Hierbij wordt uitgegaan van model ISO-V2-W, in de oorspronkelijke situatie. Uit figuur 12.9 blijkt dat het energieverlies tot en met een ventilatievoud van 1,5/h vrij lineair verloopt. Bij een hoger ventilatievoud van 2/h stijgt de toename van het energiegebruik in sterkere 114

energiegebruik [kW

mate dan daarvoor. Een stijging van het ventilatievoud met 0,5/h levert steeds bijna een verdubbeling op van het energiegebruik. 8

energiegebruik per ventilatievoud

7 6 5 4 3 2 1 0 0.5

1

1.5

2

ventilatievoud [/h]

Figuur 12.9: energiegebruik per winterdag bij verschillende ventilatievouden

12.3.5 Conclusie passieve maatregelen Het energiegebruik daalt bij het toepassen van steeds grotere raamoppervlakken, tot een reductie van 50% bij toepassing van 4,5 m2 glas in de noordgevel. Er dient echter rekening te worden gehouden met de eigenschappen van het gekozen bouwmateriaal. Openingen in de gevel worden bij voorkeur niet breder dan 1,5 meter uitgevoerd in verband met de zeer beperkte kwaliteiten van leemmetselwerk op het gebied van belasting op trek als gevolg van te grote overspanningen. Dit beschouwend zal het maximale raamoppervlak in de noordgevel 3 m2 bedragen. Ook uit fysisch oogpunt is een raamoppervlak van 4,5 m2 niet aan te raden in verband met de optredende comforttemperaturen in de woonkamer in de wintersituatie, die tot ruim 30˚C oplopen. Vanuit beide oogpunt zal in de noordgevel een glasoppervlak van 3 m2 het maximaal haalbare zijn Gerekend met dit raamoppervlak kan gezegd worden dat het roteren van de woning tot en met 10˚ in beide richtingen ten opzichte van het noorden geen invloed heeft op het energiegebruik. In de oostrichting is een rotatie tot en met 20˚ acceptabel. Een rotatie van de woning tussen deze marges heeft een toename van het energiegebruik van minder dan 10% tot gevolg. Het is aan te raden in de zomersituatie zonwering op de oost- en westgevel toe te passen, of deze gevels met zo min mogelijk ramen uit te voeren, aangezien deze gevels in dat seizoen het meest bezond worden. De grootte van het raamoppervlak in de noordgevel heeft nauwelijks tot geen effect op de hoeveelheid binnenvallend zonlicht in de zomersituatie, het toepassen van zonwering op de noordgevel heeft geen effect op het verloop van de binnentemperatuur.

12.4

Overgebleven energievraag

In dit hoofdstuk zijn nu een aantal maatregelen beschouwd die invloed uitoefenen op het energiegebruik van de woning en het comfort van het binnenklimaat. Het toepassen van (een selectie) van deze maatregelen leidt tot een verlaagd energiegebruik. Er blijft echter altijd een bepaalde energievraag bestaan, welke zo efficiënt mogelijk beantwoord dient te worden. Hierom wordt een verwarmingsinstallatie toegepast die tevens als kooktoestel gebruikt kan worden. Met behulp van stationaire berekeningen van het totale warmteverlies zijn aannamen gedaan voor het te injecteren vermogen van de betreffende installatie. Aangezien geen specifiek installatietype gebruikt gaat worden is geen betrouwbare uitspraak te doen over het werkelijke vermogen van de installatie. 115

Wat gebeurt er dus als de installatie niet in staat is het benodigde vermogen te injecteren? Kan de doeltemperatuur dan nog wel of niet meer behaald worden, en wat is het effect op het energiegebruik? Variant ISO-V2-W wordt wederom in oorspronkelijke vorm als uitgangspunt voor de berekeningen gebruikt. In voorgaande berekeningen is voor deze variant uitgegaan van een geïnjecteerd vermogen van 1500 W. Met stappen van 500 W zal bekeken worden wat de invloed van een aangepast verwarmend vermogen betekent voor het energiegebruik. In deze variant zal de invloed van intern geproduceerde warmte buiten beschouwing worden gelaten, zodat puur de invloed van de verwarmingsinstallatie bekeken kan worden. Tabel 12.7: invloed variatie in geïnjecteerd vermogen vermogen P [W] 1500 1000 500 E-gebruik [kWh] 10,78 9,86 8,67 Duur aan [min] 440 600 1050 Tcomfort (wk) [C] 18,95 18,76 18,40

verwarming [aan/uit]

Uit tabel 12.7 en figuur 12.10 blijkt dat bij het verlagen van het te injecteren vermogen de tijd dat de verwarmingsinstallatie daadwerkelijk warmte produceert aanzienlijk toeneemt. Figuur 12.10 laat voor

P = 500 W

P = 1000 W

P = 1500 W

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

temperatuur [C]

Figuur 12.10: tijdsduur verwarming aan/uit bij variabel vermogen

23 22 21 20 19 18

P = 1500 W

17

P = 1000 W

16

P = 500 W

15

T doel

14 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

Figuur 12.11: verloop comforttemperaturen bij geïnjecteerde vermogens

116

de verschillende vermogens de periode per dag zien waarop gestookt wordt. Het energiegebruik neemt echter wel af naarmate een lager vermogen wordt geïnjecteerd, maar het blijkt dat de installatie niet meer genoeg vermogen kan leveren om de doeltemperatuur te bereiken. Dit is met name het geval als een maximaal vermogen van 500 W wordt gemodelleerd, de installatie staat bijna de hele dag aan, maar de comforttemperatuur bereikt bij lange na niet de gewenste doeltemperatuur, zie figuur 12.11. Een vermogen van 1000 W zou echter wel kunnen voldoen, de opwarmtijd is alleen iets langer dan wanneer een vermogen van 1500 W wordt geïnjecteerd. Een installatie met een lager vermogen zal tot op zekere hoogte in staat zijn te voldoen aan de gestelde temperatuureis door het tekort aan vermogen te compenseren met meer stookuren.

117

13.

CONCLUSIES ONDERZOEK

13.1

Overzicht resultaten

De resultaten van de met CAPSOL doorgerekende varianten in de wintersituatie zijn ten behoeve van het overzicht samengevat in onderstaande tabel. Tabel 13.1: overzicht resultaten wintersituatie WINTER - actief

Variant

Beschrijving

E-gebruik / dag [kWh]

Tcomf,gem (wk) [˚C]

Tcomf,gem (sk) [˚C]

Hoofdvarianten REF-WZ

referentiemodel

27,9

18,9

12,9

ISO-D1-W

dakisolatie

20,6

18,9

13,0

ISO-G1-W

dak- en buitengevelisolatie

16,1

19,1

14,3

ISO-G2-W

dak- en binnengevelisolatie

11,5

18,7

14,5

ISO-V1-W

dak-, vloer- en buitengeveliso

1,9

18,8

16,2

ISO-V2-W

dak-, vloer- en binnengeveliso

2,2

19,4

16,7

Optimalisatie isolatie – gedeeltelijk isoleren ISO-V2-W

dak, vloer en G3

12,8

19,4

15,0

ISO-V2-W

dak, vloer, G2-sk, G3, G4-sk

10,8

19,2

16,3

ISO-V2-W

dak, vloer, G2, G2 G4

6,8

20,0

16,8

Optimalisatie isolatie – dikte isolatiepakket ISO-V2-W

isolatie 30 mm

5,4

19,1

15,5

ISO-V2-W

isolatie 60 mm

2,2

19,4

16,7

ISO-V2-W

isolatie 90 mm

1,4

19,9

17,4

19,1

15,5

Optimalisatie passieve ingrepen – raamoppervlak noordgevel 5,4 ISO-V2-W Araam = 0,8 m2 (2,5 % Avloer) ISO-V2-W

Araam = 1,5 m2 (5 % Avloer)

3,9

19,3

15,7

ISO-V2-W

Araam = 3,0 m2 (10 % Avloer)

3,2

20,7

16,3

ISO-V2-W

2

2,7

21,8

16,9

Araam = 4,5 m (15 % Avloer)

Optimalisatie passieve ingrepen – oriëntatie ISO-V2-W

west

6,2

19,4

16,3

ISO-V2-W

noordwest 45˚

4,2

20,1

16,0

ISO-V2-W

noordwest 20˚

3,7

20,7

16,1

ISO-V2-W

noordwest 10˚

3,2

20,6

16,2

ISO-V2-W

noord

3,2

20,7

16,3

ISO-V2-W

noordoost 10˚

3,2

20,7

16,2

ISO-V2-W

noordoost 20˚

3,4

20,6

16,1

ISO-V2-W

noordoost 45˚

4,2

20,1

16,0

ISO-V2-W

oost

6,5

19,4

16,3

118

Het in de tabel weergegeven energiegebruik voor verwarming is berekend wanneer de doeltemperatuur gelijkgesteld wordt aan de comforttemperatuur, en wanneer er sprake is van interne warmteproductie. Voor de waarden weergegeven bij de optimalisatie van het raamoppervlak in de noordgevel is alleen gebruik gemaakt van de situatie waarbij een isolatiepakket met een dikte van 30 mm is toegepast. Tabel 13.2 laat in een overzicht de effecten van de ingrepen in de zomersituatie zien. Tabel 13.2: overzicht resultaten zomersituatie ZOMER - passief Variant Beschrijving Tcomf,gem (wk) [˚C] Hoofdvarianten 25,3 REF-ZZ referentiemodel ISO-D1-Z dakisolatie 24,4 ISO-G1-Z dak- en buitengevelisolatie 23,8 ISO-G2-Z dak- en binnengevelisolatie 23,8 ISO-V1-Z dak-, vloer- en buitengeveliso 25,6 ISO-V2-Z dak-, vloer- en binnengeveliso 25,7 Invloed passieve ingrepen – raamoppervlak noordgevel ISO-V2-Z Araam = 0,8 m2 (2,5 % Avloer) 26,1 ISO-V2-Z Araam = 1,5 m2 (5 % Avloer) 26,4 ISO-V2-Z Araam = 3,0 m2 (10 % Avloer) 26,9 ISO-V2-Z Araam = 4,5 m2 (15 % Avloer) 27,4 Invloed passieve ingrepen – zonwering ISO-V2-Z geen zonwering 25,9 ISO-V2-Z west- en oostgevel 24,3 ISO-V2-Z noord-, oost- en westgevel 23,9

13.2

Tcomf,gem (wk) [˚C] 25,3 24,4 23,6 23,6 25,3 25,4 25,8 25,9 26,1 26,2 25,6 24,1 23,9

Conclusies

De doelstelling van dit bouwfysisch onderzoek is geweest inzicht verkrijgen in de effecten van verschillende bouwkundige ingrepen in de gebouwschil op het comfortniveau van het binnenklimaat in de passieve situatie en het energiegebruik in de actieve situatie, teneinde tot een woningontwerp te komen waarbij een uitspraak kan worden gedaan met betrekking tot de energievraag en het thermisch comfort. De vooraf gestelde eisen beperken zich in de wintersituatie tot de opgaaf van een minimaal te behalen binnentemperatuur van 16°C in de slaapkamer en in de woonkamer gedurende de nacht, tot 20°C in de woonkamer overdag, met daarbij een zo laag mogelijk energiegebruik. In de zomersituatie is het streven eenvoudig naar een zo laag mogelijke binnentemperatuur met slechts de inzet van passieve middelen. In principe kunnen alle berekende varianten aan de temperatuureisen voldoen. De benodigde hoeveelheid energie om de temperatuureis te halen zal dus de mate van geschiktheid van de gekozen ingreep bepalen.

13.2.1 Reduceren van het oorspronkelijke energieverlies De eerste stap op weg naar een energiezuinige woning is het reduceren van het oorspronkelijke energieverlies door het toevoegen van isolatiemateriaal. De verschillende onderzochte ingrepen op dit gebied leiden allemaal tot een meer comfortabel binnenklimaat. Ook wordt bij alle varianten de temperatuureis gehaald. Het volledig inpakken van de woning met een isolatiepakket van 60 mm levert een besparing in het energiegebruik op van 80%. Budgettaire beperkingen kunnen tot gevolg hebben dat niet alle gewenste ingrepen kunnen worden uitgevoerd. In dat geval kan de gehele woning beter met een dun isolatiepakket worden uitgerust dan dat alleen de slechtst presterende delen worden aangepakt. Mochten toch afzonderlijk ingrepen worden uitgevoerd kan bij de keuze voor het te 119

plaatsen isolatiemateriaal het beste de volgende volgorde worden aangehouden: eerste keuze is het plaatsen van dakisolatie, vervolgens gevelisolatie, daarna vloerisolatie. De eerste ingreep heeft op zichzelf staand het meeste invloed op het energiegebruik, de laatstgenoemde het minst.

13.2.2 Toepassen passieve middelen Als eenmaal gewaarborgd is dat geïnjecteerde energie ook zo veel mogelijk binnen de woning benut kan worden, kan gekeken worden naar het toevoegen van energie volgens passieve ingrepen in de gebouwschil en de gebouworiëntatie. De noordoriëntatie is de meest gunstige in energetisch opzicht, deze gevel bevat het grootste raamoppervlak. Van de onderzochte oppervlakken blijkt een raamoppervlak van 3 m2 in de noordgevel, wat overeenkomt met 10% van het totale vloeroppervlak, het beste te voldoen in de wintersituatie. Dit raamoppervlak levert ook nauwelijks negatieve effecten op voor het comfort in de zomersituatie. Van de pure noordoriëntatie mag met maximaal 10˚ naar het westen en 20˚ naar het oosten afgeweken worden. Het effect op het energiegebruik is dan minder dan 10%, wat acceptabel wordt geacht. Toepassing van zonwering in de zomersituatie kan van belang zijn in op de oost- en de westgevel. Deze gevels worden in de zomer het meest intensief bezond en zijn dan ook uitgevoerd met slechts een klein raamoppervlak.

13.2.3 Overige energievraag zo efficiënt mogelijk beantwoorden De overgebleven energievraag wordt zo efficiënt mogelijk beantwoord door gebruik te maken van installaties met een hoog rendement. Uit de berekeningen blijkt dat voor een volledig geïsoleerde woning een verwarmend vermogen van 2000 W de doeltemperatuur het beste benadert. In elk geval mag de verwarmingsinstallatie gaan lager vermogen hebben dan 1000 W, in dat geval wordt niet voldaan aan de gestelde temperatuureis.

13.3

Reductie CO2-emissies

In onderstaande tabellen wordt de (ten behoeve van ruimteverwarming) geproduceerde CO2 uitstoot van de referentiewoning vergeleken met de uitstoot van de beste variant, voor een gemiddelde winterdag. Tabel 13.3: energiegebruik in MJ energiegebruik voor verwarming per winterdag referentiemodel beste variant

[kWh] 27,9 2,2

* 3,6 = * 3,6 =

[MJ] 100,4 7,9

Tabel 13.4: CO2 uitstoot per brandstof 5 meest gebruikte brandstoffen voor verwarming elektriciteit kerosine hout kolen gas

CO2 uitstoot [g/MJ] 251,7 0,084 102,0 87,3 51,3

Tabel 13.5: verlaging van de CO2 uitstoot referentiemodel vermindering CO2 uitstoot [gr.CO2] elektriciteit 25270,7 kerosine 8,4 hout 10240,8 kolen 8764,9 gas 8150,5

120

beste variant [gr.CO2] 1988,4 0,7 805,8 689,7 405,3

verschil [gr.CO2] 2328,3 7,7 943,4 8075,2 7745,2

verschil [%] -92,1 -91,7 -92,1 -92,1 -95,0

De absolute CO2 besparing per dag per woning is afhankelijk van de gekozen brandstof. De relatieve CO2 uitstoot kan bij elke gekozen brandstof met ruim 90% worden gereduceerd. Het woningtekort voor de laagste inkomensgroepen wordt voor de komende 20 jaar geschat op 5,7 miljoen woningen, wat neerkomt op een woningproductie van 300.000 woningen per jaar. Zelfs als maar een deel van de voorgestelde energiebesparende ingrepen wordt uitgevoerd in deze woningen kan dit al een enorme vermindering van de CO2 emissies opleveren. Naast de voordelen voor het algehele milieu en de directe leefomgeving zijn ook de voordelen van een lager energiegebruik direct merkbaar voor de bewoners. Het veel lagere brandstofgebruik levert een ruimer budget en meer vrije tijd op, waarvan een groot deel anders werd besteed aan het aanschaffen en verzamelen van brandstof. Tot 35% van het inkomen wordt nu uitgegeven aan energiekosten, waarvan weer 40% naar ruimteverwarming gaat. Als van dit bedrag 80 tot 90% kan worden bespaard door het wonen in een energiezuinige woning, dan levert dit een winst van ongeveer 12% van het totale inkomen op.

13.4

Beperkingen onderzoek en aanbevelingen

Hoewel veel aspecten met betrekking tot de energievraag en het comfort in dit onderzoek aan de orde zijn gekomen, is lang niet alles onderzocht. Een aantal punten die nog voor verder onderzoek in aanmerking zouden kunnen komen zijn hier op een rijtje gezet. − De simulaties zijn met opzet slechts uitgevoerd in een situatie waarbij sprake is van zon. Op deze manier kan de mate van oververhitting in de zomer ingeschat worden en de reactie op de zon in de wintersituatie bepaald worden. Vooral in de actieve wintersituatie kan het echter interessant zijn te zien hoe groot het effect is van een situatie zonder zon op het energiegebruik. Hierbij moet wel vermeld worden dat de hemelkoepel in de winterperiode in Johannesburg over het algemeen vrij helder is, aangezien de wind overwegend droge woestijnlucht uit het westen aanvoert. In de meeste situaties zal er dus wel degelijk sprake zijn van direct zonlicht. − De berekeningen zijn slechts over één dag uitgevoerd. Om een meer betrouwbare uitspraak te kunnen doen over het energiegebruik over een heel winterseizoen zullen de berekeningen over een grotere tijdsperiode moeten worden uitgevoerd. Vanwege de aard van de beschikbare klimatologische gegevens uit Zuid Afrika is het zeer bewerkelijk klimaatfuncties over een periode van enkele maanden op te zetten in CAPSOL. − Het onderzoek zoals het nu is uitgevoerd heeft zich toegespitst op de ‘zware’ bouw, met hoofdzakelijk steenachtige materialen. Uit oogpunt van dynamisch warmtetransport is het beschouwen van dergelijke constructies interessanter in verband met de accumulerende werking van een zware constructie. Het toepassen van lichte constructies in bijvoorbeeld de gevelzone, zoals het gebruik van sandwichpanelen, zou echter wellicht ook interessante gegevens kunnen opleveren. Deze beperkingen in het onderzoek leiden ertoe dat de gekozen oplossing weliswaar een mogelijke oplossing is voor de aanpak van het CO2 probleem, maar dat aan de hand van eventueel verder onderzoek blijkt dat andere oplossingen net zo goed of misschien zelfs beter voldoen. Hoewel de bouwwijze niet of nauwelijks is geaccepteerd, zou onderzoek naar het gedrag van gestapelde en geschakelde woningen vanuit energieoogpunt een interessant gegeven zijn. Ook uit kostenoogpunt kunnen hier voordelen te behalen zijn (minder geveloppervlak). Er moet dan wel rekening worden gehouden met extrakosten voor andere constructiedelen zoals een gewapende vloer en dubbele wanden in verband met geluidsoverlast.

121

BOUWTECHNISCHE UITWERKING

14.

ONTWERP

14.1

Bespreking woningen PEER Africa

Het Zuid-Afrikaanse ontwerp-/ adviesburo PEER Africa heeft ten behoeve van het project “Housing for a healthier future” een aantal ontwerpvoorstellen gedaan voor de nieuw te bouwen energieefficiënte woningen. Op een bepaald aantal punten zullen deze woningen in de praktijk voordelen opleveren ten opzichte van de “standaard” RDP-woning, maar mijns inziens kan het ontwerp op nog meer punten aangepast worden. De volgende pagina toont de plattegronden en enkele gevelaanzichten van de door PEER ontworpen woningvoorstellen. Onderstaande tekst behandelt de voor- en nadelen van de ontwerpen aan de hand van in het PvE opgestelde criteria. VOORDELEN

1 2 3 4 5 6 7 8

verschillende woningtypen noordgevel bevat grootste glasoppervlakken, overige gevels minder glas hoofdas woning meestal oost-west georiënteerd meeste woningtypen uitgevoerd met schoorsteen gevels bevatten te openen ramen t.b.v. natuurlijke ventilatie woning heeft altijd tweede uit-/ toegang behoorlijke (sanitaire) voorzieningen aanwezig badkamer en keuken naast elkaar geplaatst i.v.m. kosten aansluitingen

NADELEN

1 2 3 4 5 6 7 8

Variatie in woningen erg eenvoudig tot stand gebracht Verhouding (geveloppervlak : woninginhoud) bij m.n. kleinere woningtypen ongunstig Geen mogelijkheid tot uitbreiding van kleinere naar grotere woning Oriëntatie van ruimten niet altijd meest gunstig t.o.v. zon Oriëntatie van ruimten t.o.v. elkaar in functioneel oogpunt soms onhandig Verdeling oppervlakken over verschillende ruimten in de woning ongunstig Entree sluit aan op woonkamer ( = ongewenst), geen bufferruimte binnen – buiten Afwezigheid mogelijkheden voor zonwering in zomer

Al met al kan geconstateerd worden dat de aanzet tot een meer energie-effiënte woning aanwezig is in de ontwerpen, maar dat deze aanzet duidelijk nog verbeterd kan worden.

122

Afbeelding 14.1: ontwerpvoorstellen PEER Africa [8]

123

14.2

Uitgangspunten voor ontwerp

14.2.1 Lokatie Uit de vier mogelijke testlokaties is voor dit project gekozen voor de locatie Benoni, ten oosten van Johannesburg. Naast de locatie nabij Kaapstad is dit de enige lokatie is waarvan via meteorologische instituten uitgebreide klimaatgegevens beschikbaar zijn. De keuze is op deze lokatie gevallen omdat het klimaat rond Johannesburg, in verhouding tot dat rond Kaapstad, grotere verschillen vertoont in de temperaturen tussen dag/nacht en zomer/winter. Benoni ligt op een plateau, op een hoogte van 1800 meter. Een deel van de stad bestaat uit een grote arme wijk waar de bewoners (ongeveer 500.000 mensen) in zelfgebouwde shacks wonen. Het woningtekort in deze gemeenschap wordt geschat op 66.000 woningen. Voor de lokalisering van Benoni in het simulatieprogramma CAPSOL is gebruik gemaakt van de lengte- en breedtegraad van Johannesburg: 26,17ºZB en 27,5ºOL. De nieuwe woningen zullen in een stedelijk gebied geplaatst worden waarbij de omliggende bebouwing zeer waarschijnlijk voor een groot deel eveneens uit woningen en/ of woongebouwen zal bestaan.

Afbeelding 14.2: ligging Benoni [bosatlas]

In het klimaat zijn zowel invloeden vanuit de woestijn ten westen (’s winters) als vanaf de oceaan ten oosten (‘zomers) van de lokatie merkbaar. De winter is met een gemiddelde neerslag van gemiddeld 8 mm/maand droger dan de zomer, wanneer de gemiddelde neerslag ongeveer 120 mm/maand bedraagt. Hoewel de gemiddelde temperaturen in de winter tussen dag/nacht over het algemeen tussen de 17/4°C schommelen is het optreden van (lichte) nachtvorst geen onwaarschijnlijkheid. De zomer is warm en vochtig met gemiddelde dag-/nachttemperaturen tussen de 26/14°C.

124

In onderstaande afbeelding is de baan van de zon in zomer en winter te zien en de in de zomer en winter overheersende windrichting ten opzichte van een gebouw.

zo me r win ter

N er m zo

winter

N

windrichting

zonnestand Afbeelding 14.3: zonnestanden en windrichting in zomer

en winter

14.2.2 Programma woningen Het Programma van Eisen voor de te ontwerpen woningen is behandeld in hoofdstuk 6.

14.3

Stedebouwkundig plan

14.3.1 Opzet Het stedebouwkundig plan is uitgezet op basis van het mogelijke openbaar vervoer- en dienstensysteem. Niet elk gezin zal over een eigen auto beschikken, dus zal in elk geval een bussysteem voor het plaatselijke vervoer aanwezig moeten zijn. De bushaltes moeten voor iedereen binnen een redelijke straal te bereiken zijn. Ook moet elke woning bereikbaar zijn voor nooddiensten als politie, ambulance en brandweer. Dit betekent dat elke woning aan een weg die breed genoeg is om dergelijk materieel moeiteloos te laten passeren. Op vaste plaatsen dienen vuilinzamelpunten ingericht te worden zodat de vuilophaaldienst volgens een vaste route het huisvuil kan ophalen. Volgens CSIR [4] is het een goede aanname dat een bushalte de woningen in een straal van ongeveer 400 meter rondom bedient. Aangenomen dat de bus het hoofdvervoermiddel zal zijn is 400 meter tussen woning en bushalte een goed te belopen afstand. Door de bushaltes te verbinden met doorgaande routes door de wijk ontstaat een eerste stedebouwkundige ordening. (Zie tekening PL_01.) De hoofdwegen in de wijk dienen op hun beurt weer goed aangesloten te worden op overige vormen van transport, zoals een railsysteem. Verschillende vormen van transport kunnen elkaar op deze wijze ondersteunen en vergroten de keuzevrijheid op het gebied van vervoer. Naast een goede bereikbaarheid voor voetgangers vraagt een goed functionerend bussysteem nog een aantal basisvoorwaarden: − een regelmatig dienstrooster − voor bustransport geschikte wegen, zodat twee bussen elkaar kunnen passeren − voorzieningen als haltes moeten veilig zijn, dus aparte strook, goed verlicht e.d.

125

Tabel 14.1: relatie tussen soort OV diensten en woningdichtheid [4] Type of transport service Gross residential density (dwellings/ha) Frequent service (5-10 min. Service intervals) 37 Frequent bus service with some express routes 22 (15 minute intervals) Local bus (daytime 30 minutes intervals and 17 extended services at 60 min. Intervals) Local bus (daytime 60 minutes intervals) 10 Rondom de haltes voor het OV wordt steeds een lokaal activiteitscentrum gepland met een aantal buurtwinkels en dergelijke. (Zie tekening PL_01) Grotere activiteitscentra zullen op voor de wijk strategische punten worden geplaatst, bijvoorbeeld bij grotere verkeersknooppunten zoals een station. Hier kunnen bijvoorbeeld een kliniek, scholen en grotere winkels gesitueerd worden. Ook kantoorpanden of iets soortgelijks dienen langs de hoofdaders van de wijk geplaatst te worden. Naast routes voor het openbaar vervoer is de voetganger een belangrijke deelnemer aan het verkeer. Alle getroffen voorzieningen dienen ook te voet bereikbaar te zijn, of te voet vanaf een bushalte. De belangrijkste verkeersaders zullen dus met name bestemd moeten zijn voor OV en voetgangers. De primaire wegen van de wijk, waar de bus rijdt, zullen in elk geval verhard moeten worden, waarbij ook rekening moet worden gehouden met bijvoorbeeld waterafvoer. Of de secundaire wegen, de ontsluitingswegen van de woonbuurten, ook verhard moeten worden kan afhankelijk zijn van bijvoorbeeld de mate van gemotoriseerd vervoer in deze straten en van het beschikbare budget. De straten tussen de woningen zelf kunnen onverhard blijven. Voor de stedebouwkundige opzet is gekozen voor een zogenaamd open netwerk. Het raster van het stratenpatroon is overzichtelijk en de bereikbaarheid van de woningen en voorzieningen is goed. Binnen dit strakke raster worden kleinere woonbuurten gecreëerd, wat de sociale controle en de dus veiligheid bevordert.

14.3.2 Ontwerprichtlijnen voor een veilige wijk In de inleiding van dit rapport is reeds vermeld dat de woningbouw niet als een op zichzelf staand probleem kan worden gezien. Criminaliteit, geweld op straat, armoede en ziekten als AIDS hebben een grote invloed op de samenleving. Deze problematiek zou geïntegreerd moeten worden aangepakt. Niet al deze punten zijn voor dit project relevant, criminaliteit en geweld echter kunnen door een goede (stedebouwkundige) planning sterk gereduceerd worden. [hoofdzakelijk 41] In Zuid Afrika is in 1996 een begin gemaakt met het principe CPTED, Crime Prevention Through Environmental Design, in te zetten als één van de vier strategieën tegen de hoge mate van criminaliteit. Criminaliteit in de Zuid-Afrikaanse steden is met name een gevolg van de grote armoede (bijna 50% van de bevolking leeft onder de armoedegrens) en van de stedebouwkundige planning ten tijde van het apartheidsregime. Veelal wordt gepoogd criminaliteit aan te pakken door woningen en winkelcentra te ommuren of door hele woonbuurten in de avonduren af te sluiten, maar vaak zetten dergelijke ingrepen juist aan tot nog meer geweld. Met CPTED wordt geprobeerd de criminaliteit te bestrijden door structurele veranderingen aan te brengen in, en in de directe omgeving van, probleemwijken. De volgende punten worden daarbij vermeld: 14.3.2.1 Braakliggend land Braakliggende stukken grond, vaak toegepast als bufferzone tussen ‘blanke’ en ‘zwarte’ wijken, vormen een serieuze bedreiging voor de veiligheid. Nog steeds zijn townships vaak gescheiden van de stadscentra en de werkgelegenheid. Veel mensen uit deze gebieden leggen vaak na zonsondergang grote afstanden af over deze afgelegen stukken land, waardoor zij een ideaal slachtoffer vormen voor verkrachting, bedreiging en beroving. 126

Door de verschillende wijken van de steden in een grotere dichtheid te bebouwen en deze bebouwing beter op elkaar te laten aansluiten wordt de sociale controle een stuk vergroot. Mensen hoeven minder grote afstanden af te leggen over overzichtelijker gebied, waardoor verkrachters en rovers minder makkelijk kunnen toeslaan. 14.3.2.2 Slechte infrastructuur De infrastructuur in townships, zowel in de vorm van wegen als in de vorm van telefonie, is vaak in slechts zeer minimale vorm aanwezig. De geringe mate van infrastructuur die wel aanwezig is wordt daarbij ook nog eens niet onderhouden. Gepleegde misdaden worden vaak niet gemeld bij gebrek aan mogelijkheden om de politie te alarmeren. Ook tegen wel gemelde misdaden kan vaak weinig uitgericht worden aangezien de politie de betreffende lokatie nauwelijks per auto kan bereiken. Taxi’s en dergelijke transportmiddelen kunnen vaak de woningen niet direct bereiken, waardoor bewoners als nog een groot stuk door een donkere, slecht controleerbare wijk moeten lopen. Door het verbeteren van het wegennet zijn politie en andere nooddiensten sneller ter plaatse, waardoor de pakkans van een crimineel aanzienlijk verhoogd wordt. Een goed werkend telefoonnet geeft de bewoners een weerbaarder gevoel, ze kunnen zelf ook iets ondernemen tegen een gepleegde misdaad. 14.3.2.3 Gebrek aan voorzieningen op straat Er zijn tussen de ‘blanke’ en ‘zwarte’ wijken grote verschillen in de mate van voorzieningen op straat, voor bijvoorbeeld voetgangers en Afbeelding 14.4: voorbeeld slechte infrastructuur sportvoorzieningen. Voetgangers zijn een [41] gemakkelijk slachtoffer voor overvallers op de vaak onverlichte straatjes. Voor jongeren zijn geen maatregelen getroffen voor ontspanning, zodat ze rondhangen en zich vervelen. Betere voorzieningen op straat, zoals verlichting en sportvelden, eveneens goed verlicht, zullen bijdragen aan een veiliger leefomgeving. In het ontwerp van het stedebouwkundig plan zijn bovengenoemde punten zo veel mogelijk opgenomen.

14.3.3 Planning van de kavels Bij de planning van de woonbuurten is uitgegaan van vrijstaande huisjes op een eigen kavel. Dit is de meest voorkomende woonvorm. Een vrijstaande woning geeft het meeste privacy en de grond om de woning wordt gebruikt voor het kweken van groenten en fruit en voor het houden van enkele dieren. De lay-out van de kavels en de ligging van de kavels ten opzichte van elkaar is in grote mate bepaald door de oriëntatie van de woningen op de zon. Om toch een zo groot mogelijke woningdichtheid te bereiken zijn de kavels zo klein mogelijk uitgevoerd, maar dusdanig dat zo min mogelijk beschaduwing plaatsvindt. In mindere mate is gekeken naar de heersende windrichtingen ten opzichte van de kavels en de optimale oriëntatie van de woning daarop. Naast de planning van losse woningen op eigen kavels kan rond de doorgaande wegen en lokale activiteitscentra ook gedacht worden aan een grotere woningdichtheid in de vorm van gestapelde of geschakelde woningbouw. Bij de ligging van de woningen op de kavels zelf is rekening gehouden met de verschillende geplande woningtypen. De plaatsing van het grootste woningtype leidt, in verband met de uitbreidingsmogelijkheid (zie paragraaf 14.4.1 ‘Woningtypen’), automatisch tot de plaats van het 127

kleinste woningtype op de lokatie. Ook is bij het plaatsen van de woning op de lokatie stilgestaan bij de aansluitingen op de verschillende voorzieningen, zoals water, elektra en riolering. Door de woningen zo veel mogelijk voor op de kavels te plaatsen (aan de straatzijde) wordt meteen bespaard op de lengte van de aan te leggen meters voorzieningen. (Zie tekeningen PG_FR_01, PG_EL_01 en PG_WL_01) De kavels zijn met het oog op bezonning oost-west georiënteerd. Aan de hand van de bezonning is bepaald welke kaveldiepte (N-Z) minimaal nodig is om belemmering van de zon door andere woningen in de winter zo veel mogelijk te voorkomen, zie afbeelding 14.5. Voor de bepaling van de breedte (O-W) van de kavels is deze methode echter niet geschikt. Om beschaduwing door de laagstaande winterzon in de ochtend en middag te voorkomen zouden de kavels erg groot moeten worden uitgevoerd bij het plaatsen van de woningen in één lijn (O-W). Daarom is er voor gekozen de woningen ten opzichte van elkaar in oost-west richting te laten verspringen. Om er voor te zorgen dat elke woning het grootste deel van de grond aan de noordzijde van de woning heeft liggen, wat gunstig is in het opzicht van bezonning, zijn de kavels zelf een halve diepte ten opzichte van elkaar verschoven. De lengte van het aantal geschakelde kavels hangt af van de structuur van het landschap, bij een vlak landschap kan vaak voor langere ketens worden gekozen dan bij een meer heuvelachtig landschap. Er zal echter rekening moeten worden gehouden met doorgangen voor verkeer tussen de woningen, met name ten behoeve van nooddiensten. Ook wordt tussen de woningen ruimte gereserveerd voor sportveldjes. Op de gekozen lokatie overheerst in de winterperiode een westenwind, in de zomer komt de wind overwegend uit het noordoosten. In de winter is het zaak infiltratie zo veel mogelijk te vermijden, dit kan bereikt worden door de windlast op de westgevel te minimaliseren. Bij een puur oost-west georiënteerde woning zal de westgevel veel wind vangen, de windlast op deze gevel kan verlaagd worden door het plaatsen van een soort schutting of beplanting waardoor de windstroom afbuigt en over de woning heen stroomt. Ook kan de woning aan aantal graden gedraaid worden ten opzichte van de pure oost-west richting, maar hierbij moet er op gelet worden dat dit niet ten koste gaat van de oriëntatie richting de zon. In de zomer is het juist van belang met een natuurlijke ventilatiestroom te stimuleren. Naast het roteren van de woning, kunnen ook toevoegingen als luifels en overstekken het verloop van de ventilatieluchtstroom beïnvloeden.

128

Afbeelding 14.5: bezonning in wintersituatie

129

14.4

Woningen

14.4.1 Woningtypen De huidige RDP-woningen hebben vaak een vloeroppervlak van rond de 30 m2. Dit is ongeveer het maximum aan woning dat met behulp van de RDP-subsidie gebouwd kan worden. Mensen met wat eigen geld kunnen voor de aanvang van de bouw van hun woning aangeven dat ze bijvoorbeeld 1 of 2 extra kamers aangebouwd willen hebben, als aanvulling op de standaardwoning. Mensen zonder eigen geld zullen het moeten doen met 30 m2, en aangezien het gemiddelde gezin uit 4 tot 6 personen bestaat is dit woonoppervlak erg gering. Zodra er een klein beetje extra geld is, is het uitbreiden van de woning dan ook een veel voorkomend verschijnsel. Dit uitbreiden gebeurt echter met materialen die het eenvoudigst en goedkoopst te verkrijgen zijn, met andere woorden: staalplaat. Aangezien een dergelijke uitbreiding uiteraard funest is ten aanzien van het beoogde Low-E concept, is er gezocht naar een mogelijkheid om deze onvermijdelijke en begrijpelijke uitbreidingsdrang enigszins te controleren. Uiteindelijk zijn drie woningtypen bedacht: Tabel 14.2: woningtypen woningtype woonoppervlak type A 30 m2 type B 45 m2 type C 60 m2

aantal bewoners 2 personen 4 personen 6 personen

Woningtype A dient als basismodule voor alle woningen. Uitgegaan is van het idee dat alle woningen dezelfde basisruimten nodig hebben die niet in oppervlakte hoeven te veranderen naarmate de woning door meerdere bewoners bewoond gaat worden: de keuken, de badkamer en de ouderslaapkamer blijven gelijk. Bij uitbreiding van het aantal bewoners zal in elk geval behoefte zijn aan een extra IN ELKE WONING

UITBREIDING VOOR 2 PERS.

keuken > 3 m²

extra slaapkamer > 7,5 m²

3000

2000

werblad met spoelbak

1200

opstelplaats kook-/verwarmtoestel

800

eethoek min. 4 pers. 1500

badkamer > 3,75 m² douche

2500

wasbak

2500

toilet extra eetruimte > 3 m² 1500

wasgelegenheid voor kleding

2000

1500

slaapkamer > 7,5 m²

extra zitruimte > 4,5 m² 1500

2 persoons bed

2500

kastruimte

3000

TOTAAL EXTRA BENODIGD: 15 M² 3000

Afbeelding 14.6: minimaal benodigde oppervlakken

slaapkamer en extra eet- en zitruimte. De totaal benodigde extra ruimte om 2 personen meer te kunnen huisvesten bedraagt minimaal 15 m2, zie afbeelding 14.6. Woning A zal dus na verloop van tijd uitgebreid kunnen worden naar een woning B, en zelfs naar C. Ook woning B kan worden uitgebreid naar type C. Bij de bouw van een nieuwe wijk zullen meteen verschillende typen woningen worden neergezet, er zijn altijd gezinnen met meer geld dan anderen. 130

De grotere woningtypen kunnen op die manier als voorbeeld dienen voor de uitbreidingsmogelijkheden. Door te laten zien wat mogelijk is met een eventuele uitbreiding en door de uitbreiding gecontroleerd te laten verlopen gaat het energiezuinige aspect niet verloren. Om mensen te stimuleren een uitbreiding van hun woning ook werkelijk op deze manier aan te pakken moet dit op een zo eenvoudig mogelijke manier kunnen gebeuren. Bouwtechnisch gezien levert dit een aantal gevolgen voor de constructie van de woning op: − delen van de langsgevels moeten weg te halen zijn zonder schade aan de rest van de constructie te berokkenen − de nieuwe constructie, zowel gevels als dak, moet zonder veel moeite aan de oude vastgemaakt kunnen worden − het dak dient onafhankelijk van de langsgevels gedragen te worden. De benodigde bouwmaterialen moeten lokaal verkrijgbaar zijn voor een betaalbare prijs.

Type A

Type B

Type C

Afbeelding 14.7: oorspronkelijke gevels (zwart) en aangebouwde delen

14.4.2 Plattegronden Als basisoppervlak voor de plattegronden is uitgegaan van de oppervlakte van de nu gebouwde RDPwoningen, ongeveer 30 m2. Uit eerdere RDP-projecten blijkt dat 30 m2 ongeveer het maximum is wat met de RDP-subsidie gebouwd kan worden. Deze oppervlakte is onderverdeeld in 5 ruimten: een entree, de badkamer, slaapkamer, woonkamer en keuken. Alle oppervlakken van de ruimten zijn gebaseerd op de minimaal benodigde ruimte voor de functie die in de ruimte gevestigd is. Zo moeten er in een tweepersoons slaapkamer wel minimaal twee bedden en kasten passen, anders is het geen tweepersoons slaapkamer. Als uitgegaan wordt van deze minimale oppervlakken blijkt dat een woning van 30 m2 niet voor permanente bewoning van meer dan twee mensen geschikt is. In overeenstemming met het zo veel mogelijk benutten van passieve middelen teneinde de energievraag te verlagen, zijn de ruimten met de grootste energievraag, de leefruimten, op het noorden geplaatst. De noordgevel ontvangt het meeste zonlicht in de winter. Door in deze gevel twee ramen van elk 1,5 m2 (totaal raamoppervlak in noordgevel bedraagt 10% van het totale vloeroppervlak van de woning) worden de woonkamer en de keuken vrij behoorlijk op kamertemperatuur gehouden. Alleen ’s ochtends zal de kachel gestookt moeten worden t.b.v. ruimteverwarming. Ook bij de woningtypen B en C zijn de woonkamer en de keuken op het noorden gesitueerd. De slaapkamers, ook die in de uitbreidingen, zijn aan de zuidzijde van de woning gelegen. Ook de badkamer ligt op het zuiden. Naast het oriënteren van de meest warmtebehoevende ruimten op de zon is de oriëntatie van de ruimten ten opzichte van elkaar een tweede criterium geweest. De belangrijkste ruimten zijn hierbij de 131

badkamer en de keuken geweest. Doordat deze tegen elkaar aan liggen is één warmwater voorziening voor zowel douche als keuken voldoende. Ook gezien de kosten voor de aanleg van koud water en riolering is deze ligging gunstig. Het leidingverloop kan zo kort mogelijk gehouden worden. Een probleem bij het uitbreidbaar maken van een woning is onder andere de routing. Een woning met 4 kamers vraagt om een andere ontsluiting van de ruimten dan een woning met 6 kamers. Daarbij waren een aantal voorwaarden aan de ruimten gesteld die bij een eventuele uitbreiding niet mochten veranderen. Zo moest de kachel, verantwoordelijk voor de ruimteverwarming, zo veel mogelijk in het midden van de woning staan, ook na een uitbreiding van de woning, zodat de warmte van de kachel zich optimaal kan verdelen over de ruimten. De kachel staat in de keuken want er moet ook op gekookt worden en de badkamer ligt aan de keuken. De badkamer moet per sé via de hal ontsloten worden. Verder mochten de verschillende ruimten niet van functie moeten veranderen na een verbouwing, dus de slaapkamer blijft een slaapkamer. Een uitbreiding heeft op die manier zo min mogelijk invloed op het functioneren van de woning. Om te voorkomen dat teveel ruimte wordt verspild aan verkeersruimte is besloten dat de tweede en de derde slaapkamer ontsloten worden via de leefruimte. De hal dient dan voornamelijk als bufferzone tussen buiten en binnen, en als ontsluiting voor de badkamer, wat uit privacy oogpunt zeer gewenst is. Ook de eerste slaapkamer blijft via de hal toegankelijk. De woning heeft altijd twee buitendeuren, een voordeur, die toegang geeft tot de hal, en een achterdeur naar de tuin. Deze tweede deur is geïntroduceerd als vluchtweg, zodat bij een overval o.i.d. de woning via de andere zijde verlaten kan worden. Ter plaatse van de buitendeuren is de woningplattegrond versprongen, dit is gedaan om een aantal redenen. Ten eerste wordt de plaats hoofdingang hiermee duidelijk aangegeven vanaf de weg. De voordeur ligt beschut, maar toch in het zicht van de straat. Boven de voordeur is een overstek geplaatst, wat gemakkelijker te realiseren is in een hoek zonder daarbij met kolommen en extra fundering te hoeven werken. Ook de achterdeur ligt meer beschut en op een logischer plek dan wanneer deze in een vlakke gevel was geplaatst. Ten tweede kan door deze verspringing in de plattegrond de verkeersruimte zo klein mogelijk worden gehouden, wat ten goede komt aan de oppervlakten van de woonkamer en keuken. De woningplattegronden zijn opgenomen in de tekeningen PG_TA_01, PG_TB_01 en PG_TC_01.

14.4.3 Gevels Bij de gevelindeling is zo veel mogelijk uitgegaan van de oriëntatie op de zon, elke gevel heeft dan ook een andere uitstraling. De zuidgevel is in het winterseizoen de koudste gevel, hierdoor vinden dus ook de meeste warmteverliezen plaats. Raamoppervlakken dienen in deze gevel in principe helemaal niet voor te komen. Het was echter onvermijdelijk een klein raam in deze gevel te plaatsen t.b.v. de ventilatie van de badkamer. De noordgevel daarentegen levert het meeste warmtewinst op in de winter, terwijl in de zomer deze gevel nauwelijks bezond wordt. Raamoppervlakken in de noordgevel kunnen dus zonder bezwaar zo groot mogelijk worden uitgevoerd. De beperking is hierbij dat het af te raden is openingen breder dan 1,5 meter in de lemen gevel te maken, aangezien de lemen stenen niet op trek belast dienen te worden. In elk woningtype wordt 10% van het totale vloeroppervlak als glasoppervlak in de noordgevel opgenomen. De oost- en westgevel zijn de warmste in het zomerseizoen, in verband met mogelijke oververhitting van de achterliggende ruimten worden deze gevels bij voorkeur niet voorzien van ramen. Deze gevels hebben echter ieder een klein raam om de slaapkamers te voorzien van daglicht. Als zonwering toegepast wordt zou dat alleen voor deze ramen van belang zijn. Gevelaanzichten zijn opgenomen in de tekeningnummers AZ_NG_01, AZ_WG_01 en AZ_ZG_01.

132

14.4.4 Technische voorzieningen 14.4.4.1 Elektriciteit De woning wordt aangesloten op het vaak al bestaande elektriciteitsnet, hierop worden de verlichting van de woning en de elektrische boiler ten behoeve van het warme water aangesloten. De mate van verlichting zal beperkt worden tot een minimum, in verband met de kosten voor aanleg en energiegebruik. Elke ruimte wordt uitgerust met 1 of twee lichtpunten en een stopcontact. In woningtype A worden twee elektragroepen aangebracht, één groep voor de badkamer, keuken en hal, en een tweede groep voor de slaapkamer en de woonkamer. In type B is ook de tweede slaapkamer op de tweede groep aangesloten. Voor type C kan eventueel een derde groep worden aangelegd. (Zie tekening PG_EL_01 voor elektra.) Voor het warme water zal gebruik gemaakt worden van de in Zuid Afrika gebruikelijke elektrische boiler. De plannen om in eerste instantie in de warm water behoefte te voorzien door het installeren van een zonneboiler systeem zijn in praktisch en financieel opzicht niet haalbaar. Een zonneboiler bestaat uit meerdere, vaak kwetsbare, onderdelen, die bovendien ook nog eens niet goedkoop zijn. De kans op mankementen aan de zonneboiler die, door gebrek aan kennis van het systeem, niet verholpen kunnen worden, maken een dergelijk apparaat niet rendabel. Voor een nuttig gebruik van een zonneboiler is een groot reservoir nodig waar het voorverwarmde water opgeslagen kan worden tot het gebruik. Dit heeft grote gevolgen voor de dakconstructie, die door het toepassen van een zonneboiler veel zwaarder gedimensioneerd moet worden. Bovendien blijft altijd een na-verwarmer in de vorm van een boiler of iets dergelijks nodig in het geval het water in de boiler niet warm genoeg wordt of als het reservoir leeg is. Zowel in de keuken als in de badkamer (douche) kan gebruik gemaakt worden van warm water. De keuken en de badkamer zijn naast elkaar gelegen, aan de scheidende wand wordt de boiler geplaatst. Afwisselend kan in de keuken of de douche gebruik gemaakt worden van warm water. 14.4.4.2 Ruimteverwarming Gedurende de dag zal in een groot deel van de warmtebehoefte worden voorzien door het optimaal benutten van de invallende zonnewarmte. Met name in de ochtenduren zal echter aanvullende ruimteverwarming nodig zijn. In het huidige ontwerp is hiervoor gebruik gemaakt van een bestaand type kachel, de Bekkasinen, een Deense houtkachel. Op deze kachel kan tevens gekookt worden. Door de functies verarmen en koken kan energie bespaard worden aangezien geen apart apparaat hoeft te worden ingezet voor het koken. Productinformatie en technische gegevens over deze kachel is te vinden in bijlage 11. Er kleven echter twee nadelen aan het gebruik van deze kachel: − de kachel is te duur om zonder meer in de woningen geplaatst te kunnen worden, hiervoor zou een subsidieregeling o.i.d. getroffen moeten worden − de kachel kan alleen op hout gestookt worden, waarmee de brandstofkeuze definitief bepaald is.

Afbeelding 14.8: Bekkasinen kachel [46]

133

Handiger zou het zijn om iets meer vrijheid op dit gebied te kunnen geven, zodat de brandstofkeuze bepaald kan worden door de verkrijgbaarheid en de prijs van brandstof op dat moment. Met een goede training zijn redelijk eenvoudig zelf dergelijke kachels te maken, hoewel wel enige kennis van lassen vereist is. Zo kunnen ze veel goedkoper worden uitgevoerd en het produceren van eigen kachels zou ook nog eens een positief effect op de werkgelegenheid kunnen hebben. Daarnaast kan een kachel dan ook zo ontworpen worden dat deze zowel op hout als op kolen (de twee meest gebruikte brandstoffen) te stoken is, zodat een grotere keuzevrijheid op dit gebied ontstaat. Het belangrijkste waarmee in dit geval rekening moet worden gehouden is dat kolen en hout niet op dezelfde manier branden. Het is onmogelijk om met exact dezelfde installatie even efficiënt op kolen als op hout te stoken. Het grootste verschil tussen het stoken van kolen en hout zit in wijze van luchttoevoer. In een houtoven wordt lucht bij voorkeur vanaf de zijkant ingevoerd, hetgeen een turbulente luchtstroom in de oven oplevert. Dit komt ten goede aan de efficiëntie van de verbranding. Voor een efficiënte verbranding van kolen is toevoer van lucht vanuit het laagst mogelijke punt echter gewenst, de lucht moet onder de kolen in de kachel gelaten worden. [31] In afbeelding 14.9 zijn in twee doorsneden de verschillen te vinden tussen een kolen- en een houtoven.

Afbeelding 14.9: verschil werking kolen- en houtkachel [31]

De kachel is aangesloten op een schoorsteen, zodat rookgassen direct naar buiten worden afgevoerd. De kachel hiermee bij aan zowel een gezonder binnenklimaat, als aan een minder vervuild buitenklimaat vanwege de hogere efficiëntie. Andere verschillen tussen kolen- en houtkachels [31]: − Bij de keuze voor kolen wordt een rooster (grate) in de kachel geplaatst zodat de ingevoerde lucht van onderaf langs de kolen omhoog stroomt, terwijl de houtblokken gewoon op de bodem van de kachel liggen. − Een kolenkachel heeft een secundaire luchttoevoer nodig (die afgesloten kan worden als op hout overgeschakeld wordt) zodat de voor de gezondheid schadelijke gassen die ontstaan bij de verbranding van kolen sneller in de richting van de schoorsteen gedreven worden. De gassen krijgen zo minder kans het binnenklimaat in te dringen.

134

−

Het boven in de kachel geplaatste beweegbare scherm (sliding baffle) wordt bij verbranding van hout voor de ingang van de schoorsteen geplaatst, waardoor het meeste natuurlijke gas, dat door het stoken van hout ontstaat in de rook, verbrand wordt. Bij het stoken van kolen moet de ingang naar de schoorsteen echter vrij zijn en wordt het scherm naar voren verplaatst.

14.5

Opbouw woningen

14.5.1 Fundering en vloer Een goede fundering is de basis van een goed functionerende woning. Een slechte fundering of zelfs het ontbreken van een fundering leidt tot problemen die later nauwelijks meer te herstellen zijn. In dit ontwerp wordt uitgegaan van een zogenaamde fundering op staal, aangenomen wordt dat de bodem stabiel genoeg is om de krachten via deze fundering af te dragen. De uiteindelijke vorm en afmetingen van de fundering zullen uiteraard mede afhangen van de bodemgesteldheid, die per lokatie bepaald dient te worden. 14.5.1.1 Opbouw De fundering wordt onder elke wand gelegd. Voor de funderingsbalken kan beton worden gebruikt, maar goedkoper is het (mits aanwezig) lokaal gevonden steenblokken als basis voor de fundering te nemen. Door deze stenen in cement in te zetten kan eveneens een goede ondergrond ontstaan voor de later te plaatsen wanden. De vorm van de bovenrand van de fundering moet ertoe bijdragen dat zich bij de aansluiting met de gevels geen vocht kan ophopen. Voor zowel de fundering als de vloer wordt geen wapening gebruikt. De vloer wordt dan ook alleen binnen de fundering gelegd, aangezien het opleggen van de vloer op de fundering bij het ontbreken van wapening slechts tot het scheuren van de vloer zal leiden. Alleen de afwerklaag van de vloer zal tot over de bovenzijde van de fundering doorlopen om een egale afwerking van de vloer te verkrijgen.

Afbeelding 14.10: voorbeeld opbouw fundering [2]

14.5.1.2 Uitvoeringsvolgorde Het storten van de fundering en het leggen van de vloer zal in onderstaande volgorde plaatsvinden: 1. Egaliseren van bouwplaats. De bouwlokatie dient vrijgemaakt te worden van puin en lossen stenen. Daarna kan de lokatie machinaal geëgaliseerd worden. 2. Uitzetten lokatie van fundering. Met behulp van touwtjes wordt de exacte lokatie van de fundering uitgezet. 3. Uitgraven sleuf voor fundering. Vervolgens worden de sleuven voor de fundering uitgegraven. Deze sleuven dienen minimaal 600 mm breed te zijn, de diepte minimaal 500 mm, afhankelijk van de stabiliteit van de bodem. [2] Bij zachte grond kan het nodig zijn om dieper te graven voordat op een stabiele laag gestuit wordt. 4. Leggen van de fundering. De lokaal gevonden stenen worden in de uitgegraven sleuven gelegd en overgoten met cement. In deze fase moet rekening worden gehouden met de plaats van de riolering. Op punten waar de riolering de fundering passeert zullen uitsparingen gemaakt moeten worden. De fundering zal ongeveer een week nodig hebben om uit te harden voordat begonnen kan worden met de bouw van de wanden 135

5. Egaliseren en verdichten van bodem binnen funderingsbalk. Tijdens het uitharden van de fundering kan begonnen worden met het leggen van de vloer. In eerste instantie zal de bodem verder geëgaliseerd en verdicht moeten worden om een goede basis voor het vloerpakket te creëren. 6. Leggen van dampremmende folie en isolatie. Onder het vloerpakket wordt een dampremmende PE folie gelegd om te voorkomen dat optrekkend vocht uit de bodem in de vloer kan trekken. Op de PE folie worden isolatieplaten van Polystyreen (PS) aangebracht. Deze isolatieplaten hebben een dikte van 50 mm. 7. Leggen van de vloer. Op het isolatiepakket wordt een vloer van gestabiliseerde leemstenen ingelegd in een cementmortel. De vloer kan ook in gestort beton worden uitgevoerd, leemsteen is echter waarschijnlijk goedkoper aangezien de grondstoffen daarvoor letterlijk voor het oprapen liggen. 8. Storten van de afdekvloer. Na het plaatsen van de eerste steenlaag kan de afdekvloer gestort worden. De eerste steenlaag dient hierbij als een soort bekisting. Voor details van de fundering zie tekeningen met de markering DV.

Afbeelding 14.11: graven van sleuven voor fundering [2]

Afbeelding 14.12: steenblokken t.b.v. fundering leggen [2]

14.5.2 Wanden De wanden van de woning zullen uitgevoerd worden in leemsteen. Deze leemstenen zijn samengesteld uit geperste kleihoudende aarde en hoeven niet gebakken te worden, wat zorgt voor een productieproces met een minimale CO2 uitstoot. De leemstenen zijn geschikt voor zowel dragende als niet dragende muren. Doordat de stenen geen bakproces ondergaan is de productie erg eenvoudig, de stenen kunnen goed door ongeschoolde werknemers geproduceerd worden. Het bedrijf Oskam bouwt machines welke geschikt zijn voor de productie van geperst leemstenen, zoals vermeld in paragraaf 2.3.3. In bijlage 2 zijn de technische specificaties van deze leemstenen opgenomen. 14.5.2.1 Leemsteen Leemstenen kunnen in gestabiliseerde en ongestabiliseerde vorm geproduceerd worden. De ongestabiliseerde stenen worden met name gebruikt als muurinvulling en zijn samengesteld uit klei, silt en zand (= leem). Het grootste deel van de Zuid-Afrikaanse bodem is uitermate geschikt voor het produceren van deze stenen. Gestabiliseerde stenen hebben een grotere stevigheid door een deel cement toe te voegen (ongeveer 6%). Door het toevoegen van cement binden de verschillende deeltjes in de leem beter, hierdoor kan een gestabiliseerde steen ook beter tegen vocht. Normaal Portland

136

cement (goed verkrijgbaar in Zuid Afrika) voldoet in dit geval prima. Afhankelijk van het beschikbare budget kan ook de hele woning uitgevoerd worden in gestabiliseerde stenen. De eigenschappen van leem veranderen niet tijdens de productie van de stenen, zodat leem onbeperkt opnieuw verwerkt kan worden, mits het niet behandeld is met producten als verf op een nietnatuurlijke basis. Stenen die tijdens de productie of de bouw kapot gaan, kunnen vermalen en opnieuw gebruikt worden. 14.5.2.2 Opbouw De eerste steenlaag van de gevels zal worden uitgevoerd in een cementsteen in verband met vocht uit het buitenklimaat, zoals opspattend regenwater. De onder de vloer geplaatste dampdichte laag wordt doorgetrokken over deze eerste steenlaag om optrekkend vocht vanuit de bodem tegen te houden. Boven op deze laag volgen twee of drie lagen gestabiliseerd leemsteen. Deze gestabiliseerde stenen worden gemetseld met een mortel die ook een aandeel cement bevat. De eerste steenlagen van de binnenwanden worden direct opgebouwd uit gestabiliseerd leemsteen, een eerste steenlaag van cementsteen is hier niet nodig. De wanden worden verder opgebouwd uit ongestabiliseerde leemstenen, met uitzondering van de hoeken en de ombouw rond raam- en deuropeningen. Ook de aansluiting van een binnenwand op een gevel wordt in gestabiliseerd steen uitgevoerd. De wand tussen de keuken en de badkamer zou met het oog op de vochtproductie eventueel geheel uit gestabiliseerd leemsteen kunnen worden opgetrokken.

Afbeelding 14.13: wandopbouw [2]

Bij het metselen van de wanden moet er op gelet worden dat de stenen een goed verband vormen, er mogen dus in principe geen doorlopende verticale voegen voorkomen. (Als uitzondering gelden de delen van de gevels die verwijderbaar moeten zijn.) Afbeelding 14.14 toont een aantal voorbeelden.

Afbeelding 14.14: verbanden in metselwerk [11]

137

Aan de buitenzijde van de gevels wordt een houten stijl- en regelwerk geplaatst ten behoeve van de buitengevelisolatie. Hoewel uit het bouwfysisch onderzoek naar voren kwam dat uit puur energetisch oogpunt binnengevelisolatie te prefereren valt is toch voor buitengevelisolatie gekozen nadat van beide isolatiemethoden de voordelen vergeleken waren: Tabel 14.3: voordelen plaatsing gevelisolatie Voordelen buitengevelisolatie − lagere binnentemperaturen in zomersituatie door aanwezigheid grotere warmteaccumulerende massa − bouwtechnisch eenvoudiger uitvoerbaar − minder materiaal nodig omdat niet alle binnenwanden worden ingepakt met isolatiemateriaal − leemstenen beschermd tegen regen en ander vocht, dakoverstek daardoor overbodig

Voordelen binnengevelisolatie − laagste energiegebruik in winterperiode

Het isolatiepakket is opgebouwd uit een PS isolatieplaat met een dikte van 30 mm en een houtwolcementplaat van EltoBoard met een dikte van 10 mm. Het geheel is afgewerkt met een stuclaag. EltoBoard is hiervoor een geschikt materiaal, gezien de ongevoeligheid voor water, schimmel, rot, vuur en ongedierte, zoals beschreven in paragraaf 2.3.1 ‘Eltomation’. In plaats van een stuclaag als afwerking kan indien gewenst ook gekozen worden voor een van de verschillende afwerkingen waarin EltoBoard standaard geleverd wordt, zoals steen- en houtpatronen. Zowel de isolatie- als de houtwolcementplaat is gemakkelijk te bewerken, de platen kunnen op maat gezaagd worden en tegen het stijl- en regelwerk worden geschroefd. De delen in de oost- en westgevel die ten behoeven van de uitbreidingsmogelijkheid verwijderbaar moeten zijn, zijn van de overige geveldelen gescheiden door een dilatatievoeg. Door deze voeg toe te passen is er geen ingewikkeld verband met de overige geveldelen, zodat de wand gemakkelijk te slopen is zonder schade aan te brengen aan de permanente gevel. De hoekpunten rond de voeg zijn opgetrokken uit gestabiliseerd leemsteen. Ter plaatse van de aansluiting tussen het permanente en het semi-permanente deel van de gevels is steeds één steen dwars geplaatst. Dit zorgt voor een groter hechtoppervlak tussen beide geveldelen. Tevens wordt hiermee de scheiding aangeven welk deel van de gevel verwijderbaar is en welk deel niet. Er is geen wapening aangebracht waarmee beide delen aan elkaar verbonden zijn. In leembouw wordt in enkele gevallen bij toepassing van grote wandoppervlakken ook met dilatatievoegen gewerkt in verband met de uitzetting bij verhitting onder invloed van o.a. de zon. Ook in die gevallen wordt niet met wapening gewerkt. Bij twijfel over de stabiliteit van het te verwijderen geveldeel zou eventueel op een aantal plaatsen een verbinding door wapening ingestort kunnen worden. Dit vergt het gebruik van speciale stenen waarin een uitsparing is aangebracht. Bij het wegbreken van de muur zal door het toevoegen van wapening meer schade ontstaan aan het deel van de gevel dat wel blijft staan. (Zie detailtekeningen met markering DH en DV.)

138

Afbeelding 14.15: productieproces leemstenen [46]

14.5.2.3 Uitvoeringsvolgorde De machine die ingezet zal worden voor de productie van de leemstenen kan 360 stenen per uur vervaardigen. Dat wil zeggen dat in theorie alle stenen voor één woning (zo’n 2800 stuks) in een werkdag van 8 uur geproduceerd kunnen worden. De leemstenen hebben een droogtijd van 14 dagen. Gezien de lengte van de droogtijd is de productie van de stenen het eerste dat moet gebeuren nadat aangevangen wordt met de bouw. Tegen de tijd dat dan de fundering en de vloer gerealiseerd zijn, zijn de stenen droog en kan begonnen worden met het optrekken van de muren. Het bouwen van de wanden vindt plaats in onder-staande volgorde: 1. Leggen eerste steenlaag. De eerste steenlaag van de gevels wordt zoals gezegd uitgevoerd in cementsteen in verband met vocht uit het buitenklimaat. 2. Leggen van 3 steenlagen gestabiliseerd leem. 3. Metselen tot halve hoogte kozijnen. De muren worden opgetrokken tot ongeveer de helft van de hoogte van de kozijnen. De vaste delen van het kozijn worden in de raamopening vastgezet. (Zie paragraaf 14.5.3. ‘Openingen’) 4. Afmetselen wanden Boven de openingen worden lateien aangebracht en worden de wanden verder voltooid tot aan de plaats waar de dakbalken verankerd moeten worden. 5. Plaatsen gevelisolatie Na het volledig metselen van de wanden wordt het stijl- en regelwerk t.b.v. de buitengevelisolatie aangebracht. Het isolatiepakket wordt tegen de achterliggende constructie geschroefd en afgestuct. De stuclaag kan in een willekeurige kleur geverfd worden. 6. Afwerken wanden aan binnenzijde De binnenzijde van de wanden wordt afgewerkt met leemstuc. Ook beide zijden van de binnenwanden worden afgewerkt met leemstuc. De wanden van de douche zullen worden afgewerkt met een kunststof behanglaag, aangezien de leemstenen niet goed bestand zijn tegen een dergelijke bevochtiging.

14.5.3 Openingen Gebruikelijk worden ramen en deuren gevat is stalen kozijnen zoals die in Nederland in de jaren ’50 en ’60 werden toegepast. Deze profielen worden ook wel ‘stoeltjesprofielen’ genoemd. De profielen worden geproduceerd volgens het warm walsproces. De meest gangbare profielsoort A wordt in dit project toegepast in alle ramen en deuren. Deze profielsoort wordt in twee reeksen gevoerd, die met een hoogte van 32 of 34 mm en die met een hoogte van 41 mm. De laatste variant is in dit ontwerp toegepast. [39] 14.5.3.1 Bevestiging De bevestiging van klant en klare deur- en raamkozijnen in het leemstenen metselwerk dient bestand te zijn tegen de beweging van de muurconstructie ten gevolge van (wind-) belasting. Daarnaast moet de bevestiging op een dusdanige wijze gerealiseerd worden dat mogelijkheden voor reparatie en vervanging van het kozijn aanwezig zijn. (Zie detailtekeningen van kozijn.) De bevestiging van kozijnen wordt bij leembouw op twee mogelijke manieren gerealiseerd:

Afbeelding 14.16: profiel voor naar binnen draaiend raam [39]

139

-

-

De kozijnen worden met behulp van vooraf aangelaste stukjes prikkeldraad of bijvoorbeeld spijkerkoppen verankerd in de voegen van het metselwerk. [11] Dit vergt een goede plaatsing van de ankerstukjes, deze moeten zich exact op voeghoogte bevinden. Bij het vervangen van het kozijn zal de voeg (deels) beschadigd worden waarna bij het plaatsen van een nieuw kozijn het voegmateriaal aangevuld zal moeten worden. Sommige stalen kozijnen zijn al voorzien van dit soort ankertjes. Het vaste deel van het kozijn kan ook met behulp van bouten in de raamopening vastgezet worden. Dit kan gewoon in de leemsteen gebeuren, maar soms komt het ook voor dat aan weerszijden van het te plaatsen kozijn steeds twee leemstenen vervangen worden door houten blokken van hetzelfde formaat als de stenen waarin de kozijnen dan worden vastgezet. [11] Het boren van gaten in leemsteen in echter geen probleem, het eenvoudigst is dus de kozijnen aan de leemstenen te bevestigen.

Afbeelding 14.17: mogelijke bevestiging van kozijnen [11]

Rondom de raam- en deuropeningen worden de wanden verstevigd met gestabiliseerde leemstenen, deze stenen bevatten ongeveer 6% cement. Ook wordt rond de openingen een met cement versterkte mortel gebruikt. Boven de openingen wordt een latei geplaatst, meestal een ter plaatse gestort betonnen balkje met een eenvoudige wapening van ijzerdraad, met een overstek van minimaal 300 mm [2] aan beide zijden van de opening. Om de wandconstructie zo min mogelijk te verzwakken worden openingen bij voorkeur niet breder uitgevoerd dan 1,5 m. 14.5.3.2 Uitvoeringsvolgorde Het plaatsen van een raam of deur vindt plaats in twee stappen in verschillende fasen van de bouw: 1. Bevestigen van de kozijnen aan het metselwerk De stalen kozijnen worden met beugels aan de leemstenen vastgezet met pluggen of keilbouten. Met name voor deuren is aan te raden keilbouten te gebruiken, door de slag van de deur kunnen pluggen losraken [39] Door de gaten voor de bouten iets groter te maken dan noodzakelijk kunnen de kozijnen achteraf, nadat alle wanden zijn gemetseld, gesteld worden. 2. Stellen van de kozijnen en plaatsen ramen of deuren. Het stellen van de kozijnen kan het beste plaatsvinden als alle wanden zijn gemetseld, zodat alle toleranties bekend zijn. Nadat het kozijn gesteld is wordt overgebleven ruimte opgevuld met klosjes en worden de bouten definitief vastgezet. Het plaatsen van de draaiende delen van zowel ramen als deuren kan het beste als laatste activiteit gepland worden. Het komt vaak voor dat deze delen voor de oplevering gestolen worden.

14.5.4 Dak Het dak is uitgevoerd als lessenaarsdak met het hoogste punt aan de zijde van de noordgevel en het laagste punt aan de zuidzijde van de woning. De helling van het dak bedraagt 5°, waarmee het zich kwalificeert als plat tot laag hellend dak. Voor deze hellingshoek is gekozen om de dakhoogte beperkt te houden, zodat ook het muuroppervlak zo klein mogelijk kan blijven.

140

14.5.4.1 Staalplaat Geprofileerd stalen platen, geschikt om als dakbedekking dienst te doen, worden koud gewalst uit verzinkt staalplaat. [1] Als een van de primaire eisen kan aan een dak worden gesteld dat het waterdicht is. De waterkerende werking van een geprofileerd metalen dakbedekking wordt ontleend aan het feit dat de aansluitende elementen elkaar overlappen in de richting van het afstromende water. [1] Geprofileerde stalen platen kunnen dermate grote lengten geleverd worden dat de overspanning van het dak in de lengterichting met één plaat gerealiseerd kan worden. In de dwarsrichting worden de platen met twee golven over elkaar gelegd, zodat een dubbele overlap gerealiseerd wordt. De exacte plaatbreedte is afhankelijk van de gekozen golfbreedte maar komt maximaal ongeveer op een meter neer.

Afbeelding 14.18:: dubbele overlap staalplaten

14.5.4.2 opbouw Het oorspronkelijke stalen dak is uitgebreid met een geïsoleerde plafondconstructie. Het dak is uitgevoerd als kouddaksysteem. Bij dit type dakopbouw kan de dakbedekking zonnewarmte gemakkelijk kwijt aan de achterliggende luchtspouw, zodat de temperatuur in de dakbedekking niet zo hoog oploopt als bij een warmdak. De luchtspouw wordt geventileerd met buitenlucht. Het onderliggende isolatiemateriaal wordt zo minder belast. Een essentiële voorwaarde voor een goed kouddak is een goed gesloten plafondconstructie onder de isolatie. [1] Door toepassing van een dampremmende laag onder het isolatiemateriaal kan voorkomen worden dat vochtige, warme binnenlucht in de constructie condenseert en vochtproblemen gaat opleveren. Bij kouddakconstructies met een dakbedekking van stalen platen moet rekening worden gehouden met de hoge reflectiecoëfficiënt van deze materialen. Hierdoor kan tengevolge van nachtelijke uitstraling de temperatuur van de dakbedekking dalen tot onder de temperatuur van de buitenlucht. In verband met de kleine warmteweerstand van staal zal ook aan de binnenzijde van de dakbedekking een temperatuur optreden die lager is dan de buitenluchttemperatuur. In dit geval wordt de luchtspouw in het dak geventileerd met ‘warme’ lucht, zodat tegen de onderzijde van de beplating condensatie optreedt. [1] Het gecondenseerde vocht zal zich door de helling van het dak naar het laagste punt begeven, om daar opgevangen te worden in de dakgoot. Om te voorkomen dat de gordingen, waarop de dakbedekking bevestigd is, deze waterstroom tegenhouden, zijn deze uitgevoerd met afstandhouders. De laagste punten van de geprofileerde plaat steunen dan niet op de onderliggende gordingconstructie en kan het water vrij passeren. Zo wordt voorkomen dat vocht zich in het dak ophoopt en voor problemen gaat zorgen. Mocht er zo veel vocht zijn dat het van de plaat naar beneden druppelt dan wordt dit opgevangen door de waterkerende laag en alsnog afgevoerd naar de goot. Volgorde dakpakket van buiten naar binnen (zonder balklagen): - dakbedekking van geprofileerde plaat - waterdichte, dampopen laag - isolatiepakket - dampremmende laag - plafondplaat De opbouw van het dakpakket is te zien op de detailtekeningen DV.

141

Het dakpakket wordt gedragen door een constructie van dakbalken en gordingen. (Zie tekening AZ_DO_01.) Er wordt gebruik gemaakt van 3 dakbalken waarvan er twee boven de langsgevels liggen en één in het midden van de woning. Deze zijn verankerd in de kopgevels. De dakbalken boven de langsgevels zijn geïntroduceerd zodat het dakpakket onafhankelijk van deze gevels gedragen wordt. Delen van de langsgevel moeten namelijk verwijderbaar zijn ten behoeve van de uitbreidingsmogelijkheid. De dakbalken bestaan uit twee delen die in het midden gekoppeld zijn. Dit is voordeliger in kosten aangezien de totaal benodigde lengte van de dakbalken meer dan 6 meter bedraagt. Over de dakbalken liggen volgens het stramien zes gordingen. Dit is het minimale aantal gordingen dat nodig is. De gordingen zijn met hoekankers bevestigd aan de dakbalken en verankerd in de langsgevels. 14.5.4.3 Uitvoeringsvolgorde Het plaatsen van het dak vindt plaats in onderstaande volgorde: 1. Plaatsing van de dakbalken. Voordat de dakbalken opgelegd worden op de gevels worden de uit twee delen bestaande balken gekoppeld tot de benodigde lengte. De balken worden daarna op de juiste positie geplaatst en verankerd aan de kopgevels. De muren worden verder opgemetseld tot de bovenzijde van de balken is bereikt. Overgebleven hoekjes en schuine stukken worden opgevuld met op maat gemaakte steenbrokken of leemmortel. 2. Plaatsing van de gordingen. De gordingen worden op de dakbalken opgelegd en met hoekankers verbonden. De overspanningsrichting van de gordingen staat loodrecht op die van de dakbalken. De gordingen worden verankerd aan de langsgevels. Voordat de gordingen geplaatst worden, worden ze eerst voorzien van de afstandhouders. Door dit vooraf te doen hoeft maar één keer uitgemeten te worden waar de afstandhouders precies komen te zitten en kunnen de andere gordingen naar dit voorbeeld worden nagemaakt. Ook is dit werk gemakkelijker op de grond uit te voeren dan op het dak. 3. Plaatsing van waterkerende folie. De waterkerende, dampopen folie wordt van gording tot gording geplaatst, met een voldoende grote overlap. Met het leggen van de folie wordt begonnen op het laagste punt van het dak en geëindigd op het hoogste punt. 4. Plaatsing van de stalen dakbedekking. De stalen golfplaten worden op de afstandhouders gelegd en vastgeschroefd aan de gordingen. Het bevestigingspunt bevindt zich altijd boven op een golf, zodat zich rond dit punt geen water kan verzamelen. De overspanning in de dwarsrichting mag niet te groot zijn aangezien de golfplaten in deze richting vrij slap zijn. Om de vier golven worden de platen met een verzinkte schroef aan de gordingen verbonden, de schroeven worden afgedekt met waterdichte kunststof kapjes. Aan weerszijden van elk bevestigingspunt zijn afstandhouders geplaatst. 5. Plaatsing plafond. Zodra het dak waterdicht is kan de plafondconstructie geplaatst worden. Tussen de gordingen wordt een stijl- en regelwerkje geplaatst waar boven het isolatiepakket met de dampdichte folie wordt geplaatst. Tegen de onderzijde van het stijl- en regelwerk worden de plafondplaten geplaatst. De bovenzijde van de plafondplaten valt samen met de bovenzijde van de dakbalken. Rondom de wanden wordt een plintje geplaatst.

14.6

Schema bouw

Volgens onderstaand schema zou de bouw van een woning aangepakt kunnen worden. Niet alle details zijn opgenomen, maar een globale met een globale volgorde is aangegeven welke activiteiten als eerste moeten plaatsvinden en welke werkzaamheden kunnen worden gedaan terwijl wordt gewacht op het uitharden van bouwdelen. Er kan echter alleen een uitspraak worden gedaan over de volgorde van de uitvoering, hoe lang elke activiteit duurt is afhankelijk van het aantal en de mate van ervarenheid van de bouwers.

142

Aanvang bouw Maken leemstenen Egaliseren bouwplaats Uitzetten fundering Graven funderingssleuven Storten fundering Egaliseren en verdichten bodem binnen fundering Dampremmende folie en isolatie leggen Vloer metselen Voorbereidingen gordingen (afstandhouders plaatsen) Voegen vloer uitgehard Fundering uitgehard Leemstenen uitgehard Leggen van eerste steenlaag op fundering Storten afwerkvloer Metselen Afwerkvloer uitgehard Verder metselen wanden Plaatsen raam- en deurkozijnen Wanden opmetselen tot bovenaan Plaatsen ankers t.b.v. bevestiging dakbalken en gordingen Voorbereiden plaatsen gevelisolatie o.a. stijl- en regelwerk Wanden uitgehard Gevelisolatie plaatsen Dakbalken, gordingen en dakbedekking plaatsen Plafondconstructie plaatsen Draaiende delen van ramen en deuren plaatsen Bouw afgerond

143

15.

DEFINITIEF ONTWERP IN CAPSOL

15.1

Extreme klimaatsituaties

Aan de hand van het uiteindelijke ontwerp zijn afsluitend een aantal berekeningen uitgevoerd in CAPSOL. Deze berekeningen zijn met name bedoeld om inzicht te verkrijgen in de prestaties van het uiteindelijke ontwerp. Naast het tot nu toe gebruikte ‘gemiddelde’ klimaat voor een zomer- en een winterdag is nu ook gekeken naar wat meer extreme omstandigheden. Met deze gegevens kunnen de prestaties van de woning op thermisch gebied beschouwd worden voor niet gemiddelde gevallen. Uit de gegevens van het referentiejaar zijn vier dergelijke situaties gegenereerd: − de winterdag waarop Ta,gem = min (25/06) − de zomerdag waarop Ta,gem = max (08/03) − de dag waarop Qglobaal,hor = min (07/11) − de dag waarop Qglobaal, hor = max (27/12)

30

800 25 700

500

15

400

10 Qglob,hor

200 0

6

8

10 12 14

16 18 20

20

600

15

400

10

200

5

0

0 10

12

Figuur 15.3: Qzon = minimaal

144

0

100

-5 2

4

6

8

10

12 14 16

18 20

14

16

18 20

22 24

tijd [h]

Qglob,hor Qdiff,hor Ta

22 24

tijd [h]

Figuur 15.2: Ta,gem = maximaal

800

8

5 200

tijd [h]

25

6

10

0

1000

4

15

0

30

2

500

22 24

1200

0

20

600

zonintensiteit [W/m2]

4

25 700

Ta

temperatuur [C]

2

Figuur 15.1: Ta,gem = minimaal zonintensiteit [W/m2]

Qdiff,hor

-5 0

30

800

300

5

0

900

400

300

100

35

1200

30

1000

25

800

20

600

15

400

10

200

5

0

0 0

2

4

6

8

10 12

Figuur 15.4: Qzon = maximaal

14 16

18 20

22 24

tijd [h]

temperatuur [C]

600

20

1000

temperatuur [C]

35

900

zonintensiteit [W/m2]

1000

temperatuur [C]

zonintensiteit [W/m2]

In onderstaande figuren zijn de ingevoerde klimaatgegevens voor de extreme situaties weergegeven.

De kleinste woning, type A, representeert in dit geval het definitieve woningontwerp. De oppervlakte van dit woningtype is vrijwel gelijk aan de oppervlakken van de woningen in de eerder berekende modellen. Bij de invoer van de wintersituaties is uitgegaan van een interne warmteproductie door twee personen, ten opzichte van 5 in de voorgaande berekeningen. Dit getal is aangepast aan het aantal bewoners waarvoor de woning geschikt is.

Resultaten definitief model

35

temperatuur [C]

temperatuur [C]

15.2

Tcomf (w k)

30

Tcomf (sk) 25

Tbuiten

20

35 30 25 20

15

15

10

10

5

5

0

0

-5

-5

Tcomf (w k) Tcomf (sk)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Tbuiten 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

tijd [h]

Figuur 15.6: Tlucht definitief model in zomer waarbij Ta = gem

35

temperatuur [C]

temperatuur [C]

Figuur 15.5: Tlucht definitief model in winter waarbij Ta = gem

Tcomf (w k)

30

Tcomf (sk) 25

24

tijd [h]

Tbuiten

20

35 30 25 20

15

15

10

10

5

5

0

0

-5

-5

Tcomf (w k) Tcomf (sk)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Tbuiten 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

tijd [h]

35 Tcomf (w k)

30

Tcomf (sk) 25

Figuur 15.8: Tlucht definitief model in winter waarbij Ta = max

temperatuur [C]

temperatuur [C]

Figuur 15.7: Tlucht definitief model in winter waarbij Ta = min

Tbuiten

20

24

tijd [h]

35 30 25 20

15

15

10

10

5

5

0

0

-5

-5

Tcomf (w k) Tcomf (sk)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Tbuiten 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

tijd [h]

Figuur 15.9: Tlucht definitief model waarbij Qzon = min

22

24

tijd [h]

Figuur 15.9: Tlucht definitief model waarbij Qzon = max

145

De tabellen op de vorige pagina geven het verloop van de comforttemperatuur weer in de passieve situatie. In de wintersituaties zal nog steeds gebruik gemaakt moeten worden van een actief verwarmingssysteem om de temperatuur permanent hoger dan 16°C te laten zijn. Tabel 15.1: energiegebruik definitief model definitief model Ta = gem vermogen [W] 2000 energiegebruik [kWh 7,38 ]

15.3

Ta = min 2000 19,85

Bespreking

In de gemiddelde wintersituatie presteert dit ontwerp al vrij behoorlijk. Het binnenklimaat is behoorlijk stabiel en de laagste temperatuur in de woonkamer bedraagt 14°C. Gedurende de dag is duidelijk de invloed van de zon op de comforttemperatuur van de woonkamer zichtbaar. Ook de temperatuur van de slaapkamer is redelijk constant, hoewel de minimale temperatuureis van 16°C gedurende een groot deel van de dag niet gehaald wordt. Het verschil bedraagt echter maar 1 à 2°C, dit zou nog opgevangen kunnen worden door bijvoorbeeld de warmere lucht uit de woonkamer door de hele woning te laten circuleren. In de gemiddelde zomersituatie wordt zonder verdere ingrepen de temperatuureis (< 30°C) ruimschoots gehaald. De verloop van de temperatuurkromme wanneer Ta = min is vrijwel gelijk aan het verloop van de temperatuur bij een gemiddelde wintersituatie, met dit verschil dat deze kromme zo’n vijf graden lager ligt. Het energiegebruik is in deze situatie flink gestegen, en ook in de slaapkamer zal nu een actief verwarmingssysteem moeten worden ingezet om de ruimte enigszins comfortabel te houden. Uit de figuur 15.8 bij Ta = max blijkt dat de binnen-luchttemperatuur niet onder de gestelde norm blijft. Gedurende vrijwel de gehele dag, vanaf ongeveer 9.00 tot 20.00 uur, beweegt de comforttemperatuur zich tussen de 30 en 33°C. De binnentemperatuur zal niet of nauwelijks verlaagd kunnen worden met de inzet van zonwering (blijkt uit figuur 15.9), ook een hoger ventilatievoud zal geen structurele bijdrage aan de verlaging van de binnentemperatuur leveren. In situaties met een voor de lokatie extreem hoge buitentemperatuur zal een temperatuur van net boven de norm geaccepteerd moeten worden. In de situatie waarin Qzon = min is te zien dat zowel de buitentemperatuur als de comforttemperatuur zo goed als stabiel verlopen. Ook is er geen verschil in het temperatuurverloop tussen de woon- en de slaapkamer, met uitzondering van de periode tussen 14.00 en 15.00 uur, waar net wat minder bewolking is. Uit figuur 15.9 blijkt dat de zon in de zomersituatie niet meer de dominerende factor voor de temperatuur van het binnenklimaat is. Hoewel op deze dag de zonintensiteit hoger is dan wanneer dan ook in het jaar, blijft de binnentemperatuur een aantal graden onder de buitenluchttemperatuur steken. Geconcludeerd mag worden dat dit woningontwerp voor de meeste situaties een mogelijke oplossing biedt voor het gegeven probleem. Het energiegebruik voor een gemiddelde winterdag is met 72% afgenomen ten opzichte van het referentiemodel.

146

16.

TEKENINGEN DEFINITIEF ONTWERP

147

148

17.

REFERENTIES

Literatuur [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33]

BDA Buro Dakadvies, BDA dakboekje ’93, Gorinchem 1993 Bolton, M en Burroughs, S, Building houses with earth blocks, A guide for upgrading traditional building methods using handmade earth blocks, CSIR – building and construction technology, Pretoria, SA 2001 Chamuleau, B. – ECN, Exploration of the energy efficient low income housing market in South Africa, Petten, april 2000 CSIR-Boutek, Guidelines for human settlement planning and design, Pretoria, SA 2000 Dobbelsteen, ir. Andy van den, Gezond bouwen, wonen en werken, TU Delft, december 1998 Dullemen, Caroline van, Zuid Afrika, Amsterdam, 1992 ECN, IIEC & ABT, Housing for a healthier future in South Africa – proposal, Oktober 1997 ECN, informatie en beeldmateriaal verstrekt door medewerkers, Petten 2001 Eltomation, General information EltoBoard, Voorthuizen Forum, vereniging voor volkshuisvesting, Reader in het kader van de studiedag “Zuid Afrika: wonen en bouwen”, TUDelft, 15-02-2001 Guillard, H, Joffroy, Th en Odul, P, Compressed Earth Blocks, Volume 2. Manual of design and construction, CRATerre – EAG 1995 Holm, D & Viljoen, R, Primer for energy conscious design, Department of minerals and energy, Pretoria,1996 Interfacultaire Vakgroep Milieukunde, Passieve zonne-energie - een energiebewuste manier van bouwen (brochure), Amsterdam, 1981 Kaan, H.F. en Westra, C.A.- ECN, Housing for a healthier future in South Africa – interim report no 1, Petten, februari 2001 Knoetze, Theuns, Export of building systems to developing countries, Lezing in het kader van Workshop “Nederlandse industrie en bouwen in Zuid Afrika”, Amsterdam, 15-03-2001 Knoetze, Theuns e.a, Technical assessment of construction products in South Africa, Pretoria Koos Vorrink Instituut, Zuid Afrika en de apartheid, Amsterdam, 1962 Lapping, Brian, De geschiedenis van de apartheid, Houten, 1986 Linden, ir. A.C. van der e.a., Bouwfysica, Leiden, 1996 Luirink, Bart, Zuid Afrika: mensen, politiek, economie, cultuur en milieu, Den Haag, 2000 Mazria, Edward, The passive solar energy book - expanded professional edition, Emmaus, USA, 1979 Meteotest, Handleiding Meteonorm, Bern, Zwitserland, 1997 Nai Publishers, Blank_Architecture, apartheid and after, Rotterdam, 1998 Noord, ir. G.J. de, Beschrijving binnenmilieu en klimaatinstallaties, TU Delft, Faculteit Bouwkunde, sector Installaties, juni 1995 NOVEM, De zon in stedenbouw en architectuur, Utrecht, 2000 NOVEM, Zon en architectuur, Utrecht, 2000 Oosthuizen, prof. A.J.G, Urbanisation in South Africa and the provision of low cost urban housing, ITCC review vol.11 no.1(41) blz. 80-106,januari 1982 Orkin, dr. F.M / Statistics South Africa, The people of South Africa - Population Census 1996, Census in brief, Pretoria, 1998 Oskam, Bio-logisch bouwen met leem, Lekkerkerk Physibel, Handleiding CAPSOL versie 3.0, België, 1998 Roser, R.C. en L, Build your own solid fuel burning stove, VS, 1982 Rowlands, Ian H, Climate Change Cooperation in Southern Africa, Londen, 1998 Samsom Bedrijfsinformatie, Handboek energie en milieu, Ten Hagen en Stam, Den Haag, maart 1995

149

[34] [35] [36] [37] [38] [39]

Schalkoort, ing. T.A.J. en Luscuere, prof.ir. P.G, Klimaatinstallaties, TU Delft, Faculteit Bouwkunde, vakgroep Bouwtechnologie, sector Installaties, december 1996 Stigt, prof. J. van, en Verhoef, ir. L.W.G, Cascowoningen voor Mamelodi in Zuid Afrika, Publicatiebureau Bouwkunde, TU Delft, Faculteit Bouwkunde, september 1997 Vakgroep bouwfysica TU Delft, Bouwfysica 1, Delft, 1984 Verhoeven, prof. Ir. A.C, Bouwfysisch tabellarium, TU Delft, Faculteit Civiele Techniek, oktober 1987 Voorden, M. van der, e.a, Niet-stationair thermisch gedrag van gebouwdelen, TU Delft Wieland, J, Stalen ramen en deuren, De Vries Robbé, Amsterdam, 1955

Internet [40] www.agrement.co.za [41] www.csir.co.za/boutek [42] www.eltomation.nl [43] www.mi.nl [44] www.nrc.nl [45] www.oanda.com [46] www.oskam-vf.com [47] www.physibel.be [48] www.texolite.com

150

BIJLAGEN

151

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

-60

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

tijd [h]

dak (wk)

noordgevel

westgevel

-40

4

24

tijd [h]

dak (wk)

vloer (wk)

noordgevel

westgevel

Tbuiten

Tlucht,sk

Tlucht,wk

vloer (wk)

2

24

tijd [h]

22

22

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

-20

0

20

40

60

80

100

120

15

20

25

30

35

40

45

50

10

15

20

25

30

35

Referentiemodel

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

Johannesburg Zomer (januari) Passief

REF-ZZ

buiten

Model Lokatie Seizoen Situatie

+ binnen

q

Ti,opp

Johannesburg Winter (juni) Passief

REF-WZ temperatuur [C] temperatuur [C] warmtestroom [W/m2]

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

10

12

14

16

18

20

22

24

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

24

tijd [h]

22

tijd [h]

dak (wk)

zuidgevel

vloer (wk)

noordgevel

dak (wk) 5

8

zuidgevel 10

6

vloer (wk)

0

noordgevel

4

24

tijd [h]

22

Tbuiten

Tlucht,sk

Tlucht,wk

15

2

TEMPERATUREN AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

20

25

30

35

0

5

10

15

20

25

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

22

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

10

15

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

22

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE VAN CONSTRUCTIE

tijd [h]

dak (wk)

vloer (wk)

westgevel

noordgevel

dak (wk)

westgevel

noordgevel

25

Tbuiten

Tlucht,sk

Tlucht,wk

vloer (wk)

0

TEMPERATUREN AAN BINNENZIJDE VAN DE CONSTRUCTIE

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

30

35

40

45

50

10

15

20

25

30

35

Referentiemodel zonder zon

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

Johannesburg Zomer (januari) Passief

REF-ZZ

buiten

Model Lokatie Seizoen Situatie

+ binnen

q

Ti,opp

Johannesburg Winter (juni) Passief

REF-WZ temperatuur [C] temperatuur [C] temperatuur [C]

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

2

4

6

8

10

12

BINNENLUCHTTEMPERATUUR

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE CONSTRUCTIE

0

100

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

24

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

tijd [h]

22

dak (wk)

zuidgevel

noordgevel

vloer (wk)

dak (wk)

zuidgevel

noordgevel

vloer (wk)

Tbuiten

Tlucht,sk

Tlucht,wk

-40

-20

0

20

40

60

80

6

8

10

12

14

16

2

4

6

8

10

12

14

16

18

18

2

4

6

8

10

12

14

16

18

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE DAK

0

0

100

4

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE DAK

2

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

0

120

15

20

25

30

35

40

45

50

15

20

25

30

35

20

20

20

24

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

referentie model

geïsoleerd model

T-buiten

referentie model

geïsoleerd model

Model met PS isolatiepakket aan binnenzijde dak

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

temperatuur [C] temperatuur [C] warmtestroom [W/m2]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

-40

-20

0

20

40

60

80

2

4

6

8

10

12

14

16

18

18

2

4

6

8

10

12

14

16

18

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE DAK

0

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE DAK

100

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

20

20

20

24

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

referentie model

geïsoleerd model

geïsoleerd model referentie model T-buiten

binnen

buiten

Johannesburg Zomer (januari) Passief

ISO-D1-Z

Johannesburg Winter (juni) Passief

ISO-D1-W

qtransmissie

+

Model Lokatie Seizoen Situatie

-40

-20

0

20

40

60

15

20

25

30

35

15

20

25

30

35

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

22

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE WESTGEVEL

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE WESTGEVEL (= warmste)

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

geïsoleerd model

referentie model

referentie model geïsoleerd model

referentie model geïsoleerd model T-buiten

buiten

Johannesburg Zomer (januari) Passief

ISO-G1-Z

qtransmissie

Johannesburg Winter (juni) Passief

ISO-G1-W

binnen

-

+

Model Lokatie Seizoen Situatie

Model met PS isolatiepakket aan binnenzijde dak en buitenzijde gevels

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

temperatuur [C] temperatuur [C] warmtestroom [W/m2]

-40

-20

0

20

40

60

5

10

15

20

25

0

5

10

15

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

22

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

24

tijd [h]

22

22

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE ZUIDGEVEL

0

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE ZUIDGEVEL (= koudste)

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

referentie model

geïsoleerd model

referentie model

geïsoleerd model

geïsoleerd model referentie model T-buiten

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

tijd [h]

22

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0

20

40

60

5

10

15

20

25

0

5

10

15

20

tijd [h]

-40

Johannesburg Winter (juni) Passief

ISO-G2-W

-40

Model Lokatie Seizoen Situatie

-20

0

Johannesburg Zomer (januari) Passief

ISO-G2-Z

-20

geïsoleerd model

4

24

tijd [h]

22

geïsoleerd model

referentie model

referentie model geïsoleerd model T-buiten

20

2

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE WESTGEVEL

0

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE WESTGEVEL (= warmste)

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

referentie model

40

60

15

20

25

30

35

15

20

25

30

35

Model met PS isolatiepakket aan binnenzijde

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

temperatuur [C] temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE ZUIDGEVEL

0

0

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

24

tijd [h]

22

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE ZUIDGEVEL (= koudste)

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

geïsoleerd model

referentie model

referentie model

geïsoleerd model

T-buiten

geïsoleerd model referentie model

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

8

10

12

14

16

18

20

22

24

buiten

binnen

qtransmissie

0

10

20

30

tijd [h]

-30

6

-

5

10

15

20

0

5

10

15

20

-30

referentie model

geïsoleerd model

+

Johannesburg Winter (juni) Passief

ISO-V1-W

-20

4

24

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

Model Lokatie Seizoen Situatie

-20

2

24

tijd [h]

22

geïsoleerd model referentie model T-buiten

Johannesburg Zomer (januari) Passief

ISO-V1-Z

-10

0

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

-10

0

10

20

30

15

20

25

30

15

20

25

30

35

Model met PS isolatiepakket aan binnenzijde dak en aan de buitenzijde van de gevels en de vloer

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

temperatuur [C] temperatuur [C] warmtestroom [W/m2]

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

24

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

referentie model

geïsoleerd model

geïsoleerd model referentie model T-buiten

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

8

10

12

14

16

18

20

22

24

buiten

binnen

qtransmissie

0

10

20

30

tijd [h]

-30

6

-

5

10

15

20

0

5

10

15

20

-30

referentie model

geïsoleerd model

+

Johannesburg Winter (juni) Passief

ISO-V2-W

-20

4

24

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

Model Lokatie Seizoen Situatie

-20

2

24

tijd [h]

22

geïsoleerd model referentie model T-buiten

Johannesburg Zomer (januari) Passief

ISO-V2-Z

-10

0

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

-10

0

10

20

30

20

25

30

35

15

20

25

30

35

Model met PS isolatiepakket aan binnenzijde dak en gevels en aan de buitenzijde van de vloer

temperatuur [C]

temperatuur [C]

warmtestroom [W/m2]

temperatuur [C] temperatuur [C] warmtestroom [W/m2]

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

WARMTESTROOM AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

20

20

TEMPERATUUR AAN BINNENZIJDE VLOER WK

0

BINNENLUCHTTEMPERATUUR (WK)

24

24

24

tijd [h]

22

tijd [h]

22

tijd [h]

22

referentie model

geïsoleerd model

referentie model

geïsoleerd model

geïsoleerd model referentie model T-buiten

BIJLAGEN

BIJL AG E A

-

FEI TEN EN CIJFERS ZUI D AFRIK A [20]

GEOGRAFIE

Officiële naam

Republic of South Africa

Hoofdstad

Johannesburg (regeringszetel gevestigd in Pretoria, parlement in Kaapstad)

Ligging

Bijna volledig ten zuiden van de Steenbokskeerkring, tussen 22 en 35° zuiderbreedte en 17 en 33° oosterlengte

Oppervlakte

2

1.219.090 km (32x Nederland)

BEVOLKING

Totaal bevolking

39,9 miljoen

Voorspelde bevolking in 2025

46,0 miljoen

Stedelijke bevolking

51%

Levensverwachting bij geboorte

Man: 51,5 jaar/ vrouw: 58,1 jaar

Etnische samenstelling

77,4% zwarte Afrikanen 11,7% blank 8,4% kleurlingen 2,5% Aziaten

POLITIEK

Staatsvorm/ bestuur

Democratische republiek sinds 1994

Onafhankelijkheid

1961

Staatshoofd

Thabo Mvuyelwa Mbeki, sinds 1999

Parlement

Bestaat

uit

Nationale

Vergadering,

voorgezeten

door

de

president, en Senaat. Bevolking kiest Nationale Vergadering, Senaat bestaat uit Vertegenwoordigers van de provincies. Politieke partijen

In totaal 7 in het parlement, de belangrijkste zijn: ANC (African National Party), NP (Nasionale Party) en IFP (Inkatha Freedom Party).

ECONOMIE

Munteenheid

Rand, R.1 ≈ Fl.0,33

Bruto Nationaal Product

130,151 miljard dollar (1997)

BNP/ hoofd van de bevolking

3.210 dollar

Groei van BNP/ hoofd

0,2% (1990-1997)

Inflatie

10% (1990-1997)

Totale buitenlandse schuld

25,222 miljard dollar (1997)

Ontwikkelingshulp in % BNP

0,4 (1997)

NATUUR EN MILIEU

CO 2 emissie per hoofd van de bevolking

7,3 metrische ton (1996) (Nederland= 10)

BIJLAGEN

HANDEL MET NEDERLAND

Invoer:

waarde 1,508 miljard gulden. (1998) belangrijkste producten: machines en vervoermiddelen, chemische producten, fabrikaten.

Uitvoer:

waarde 1,434 miljard gulden. (1998) belangrijkste producten: brandstoffen, voeding, chemische producten, machines en vervoermaterialen, grondstoffen, dranken, tabak.

ONTWIKKELINGSSAMENWERKING MET NEDERLAND

Zuid Afrika behoort niet tot de zeventien landen waarmee Nederland een speciale en langdurige ontwikkelingsrelatie wil onderhouden. Structurele hulp is er voorlopig ook nog voor een paar andere landen waarmee een speciale band bestaat, en daartoe behoort Zuid Afrika. Het land ontvangt jaarlijks rond de 50 miljoen gulden aan steun. De hulp richt zich op de jeugd, het onderwijs, hervorming van het justitieel apparaat en ontwikkeling van het lokale bestuur. Deze terreinen zijn door de Zuid Afrikanen zelf uitgekozen. Daarnaast wordt jaarlijks een miljoen gulden gestoken in culturele projecten. Het Nederlandse parlement heeft uitgesproken dat de hulprelatie in ieder geval nog tot 2004 in stand moet blijven. Diverse Nederlandse particuliere organisaties waaronder alle medefinancieringsorganisaties zijn actief in Zuid Afrika.

BIJLAGEN

BIJL AG E B

-

TECHNISCHE SPECIFIC ATI ES LEEMSTENEN OSK AM

KORTE OMSCHRIJVING

Lekkerkerker leemstenen zijn ongebakken, uit kleihoudende aarde geperste uniforme bouwstenen, geschikt voor toepassing in dragende en niet dragende muren, accumulerende muren, warmtemuren en finovens. SAMENSTELLING

Leem (klei, silt, zand), meestal in natuurlijke vorm aanwezig. VORM , AFMETING , GEWICHT

-

Vorm. Rechthoekig (kloostermopformaat). Afmeting. 295mm x 140mm x 90mm. Gewicht. 7,5kg per steen. Dichtheid. 2200kg per m³.

UITERLIJK

-

Oppervlaktestructuur. Glad. Kleur. Meestal bruin (afhankelijk van de leemsoort).

MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN

-

Druksterkte. 5Mpa. Produktsterkte. Per ophangpunt 2 tot 5kN, afhankelijk van de bevestigingstechniek.

BRANDBAARHEID

-

Niet brandbaar.

GASSEN , VLOEISTOFFEN , VASTE STOFFEN

-

Diffusie. Diffusieweerstandsgetal: m=< 10. Vochtopname. Maximaal 5 tot 7% van het droge gewicht. Bestandheid. Niet bestand tegen stromend water en optrekkend vocht.

THERMISCHE EIGENSCHAPPEN

-

Geleiding. Warmtegeleidingscoëfficiënt: l=1,13W/(K.m). Warmteweerstand. Warmteweerstand bij 40cm muurdikte: R=0,354w/m².K. Soortelijke warmte: Cw=2000KJ/m³k. Bij een massieve lemen wand van 40cm dikte geldt een thermische demping van 10% met een vertraging van circa 10 uur. Specifieke warmtecapaciteit. C=1,0kJ/kgK

AKOESTISCHE EIGENSCHAPPEN

-

Geluidsisolatie: geluidsisolatie bij een 40cm dikke muur: 56dB.

ELEKTRICITEIT , MAGNETISME EN STRALING

Leem laadt zich niet elektrostatisch op, werkt neutraliserend op aardstralen en kosmische straling, wordt niet beïnvloed door statische magneetvelden en is ongevoelig voor elektromagnetische velden. Het Nederlands Instituut voor Bouwbiologie en Ecologie (NIBE) beoordeelt Lekkerkerker leemstenen als een vanuit milieu- en gezondheidsoogpunt goede productkeuze.

BIJLAGEN

ENERGIE

Energiebesparing door accumulatie en vochtregulatie. Bij een project in Denemarken is in combinatie met zonne-energie een energie-besparing van 30% gehaald. TOEPASBAARHEID , ONTWERP

-

-

Toepasbaarheid. Nieuwbouw en renovatie. Dragende en niet dragende muren. Accumulerende muren. Warmtemuren. Finovens. Ontwerp. Vermetselen met leemmortel Voegdikte 10-15mm. ½ steens muur 35 stenen/m². 1 steens muur 70 stenen/m². Vanwege de fysieke eigenschappen dienen de stenen op druk belast te worden. Trek- en buigkrachten dienen voorkomen te worden. Puntlasten over een groot oppervlak verdelen. Toelaatbare druksterkte (s) 0,5Mpa. Muren bij fundatie beschermen tegen optrekkend vocht met een waterdichte laag. Buitenafwerking watervast en waterafstotend, maar dampopen. Geen dampremmende laag toepassen.

VERWERKING , UITVOERING

-

Transport. Op europallets (130 stenen per pallet). Opslag. Vlakke ondergrond, droge ruimte. Eén hoog stapelbaar. Verwerking. Vermetselen met leemmortel: droge steen, vochtige mortel. Altijd in droge omstandigheden. Afwerking. Indien gewenst leemstuc of ander ademend natuurlijk materiaal. Bewerkbaarheid. Goed te knippen, boren frezen.

ONDERHOUD

-

Onderhoud. Geen. Reparatie. Bij een mechanische beschadiging repareren met leem.

PRIJZEN EN LEVERING .

-

Op aanvraag.

LEVERINGSPROGRAMMA .

-

Leemstenen gestabiliseerde leemstenen met 6% cement warmtemuurleemstenen leem voor mortel kleine mobiele maalmachines voor leem en mineralen mobiele mengmachines o.a. voor leem en stroleem persmachines voor leemstenen

BIJLAGEN

BIJL AG E C AFRI K A [16]

-

CERTIFICERING VAN NIEUWE BOUWM ATERI ALEN IN ZUID

NIEUW PRODUCT

Bij het introduceren van een nieuw (buitenlands) bouwproduct is het van belang dat de producent op de hoogte is van de technische eisen die aan bouwconstructies in het doelland worden gesteld. Zuid Afrika heeft geen extreem koud klimaat dus gebouwen hoeven geen pakken sneeuw aan te kunnen. Zaken als ultraviolette straling en ongedierte als termieten spelen er echter wel een rol. Bij het ontwikkelen van een (deel van een) bouwsysteem moet hiermee rekening worden gehouden. De geplande bouwactiviteit, in dit geval woningbouw gericht op de armen, moet passend zijn in de geldende cultuur. Overleg met de lokale bevolking is hierbij onvermijdelijk. Het commerciële succes van een bouwsysteem is niet alleen afhankelijk van de technische goedkeuring ervan, uiteindelijk zal de markt beslissen. AANVRAAG

Bouwaanvragen worden in Zuid Afrika toegekend door de lokale gemeentebesturen. Sinds de introductie van de National Building Regulations (NBR) in 1985 worden bouwaanvragen aan de hand van de, in de NBR, gestelde eisen gecheckt. De NBR bevat echter niet alle antwoorden en de lokale overheid mag op basis van de eigen kennis en ervaringen een andere constructievorm goedkeuren als deze vergelijkbaar is met een in de NBR gegeven situatie. Als de gemeente echter een nieuw product krijgt voorgesteld waarbij ze op basis hun ervaring geen goedkeuring kunnen verlenen, zal er op een andere manier zekerheid moeten worden verschaft over het functioneren van het product. Volgens de NBR kan deze zekerheid op verschillende manieren worden verkregen: - Door het voorleggen van een door CSIR vervaardigd rapport (een organisatie als TNO) of een rapport van het South African Bureau of Standards (SABS). -

Door het voorleggen van een door Agrément South Africa verstrekt certificaat.

-

Als het product is ontworpen door een professioneel ontwerper of een ander competent persoon.

Alle gebouwde huizen in Zuid Afrika zullen zeer binnenkort geregistreerd worden door het National Home Builders’ Registration Council (NHBRC). Het NHBRC zal in het algemeen staan op een Agrément certificaat bij niet standaard of onconventionele bouwmethoden of –producten. LEVENSCYCLUS

De ontwikkelingsfasen zijn voor de meeste producten hetzelfde, deze kunnen ingedeeld worden in de volgende categorieën - Conceptfase en technologische ontwikkeling -

Productontwikkeling

-

Introductie op de markt

-

Acceptatie en groei

-

Doorgaande marketing naar conventioneel product

Een onderzoeksinstituut als CSIR houdt zich vooral bezig met de concept- en technologische ontwikkelingsfase. In principe zijn er twee organisaties die zich bezig houden met de daadwerkelijke technische goedkeuring, SABS en Agrément. Zij spelen in de praktijk een aanvullende maar zeer verschillende rol in de levenscyclus van een product.

BIJLAGEN

Evaluatie en certificatie door Agrément South Africa zijn van belang in de productontwikkelingsfase. Door onderzoek en het testen van prototypen kunnen andere ondernemers informatie verkrijgen of het product wel of niet geschikt is voor hun doeleinden. Hierdoor speelt Agrément ook een grote rol in de introductie van het nieuwe product op de markt. De ondernemer kan het nut van het product demonstreren en de klant beschikt over onafhankelijke informatie en advies betreffende eigenschappen, voordelen en limieten van het product. In de laatste twee fasen van de levenscyclus, acceptatie en groei (naar een conventioneel product) speelt vooral SABS een grote rol. Na het introduceren van een nieuw product op de markt ontstaat de behoefte aan een standaard met betrekking tot de productie, gebruikte materialen en kwaliteit van het product. Deze standaard komt gewoonlijk tot stand middels een door SABS opgezette commissie bestaande uit geïnteresseerde partijen.

Afbeelding B3.1: rollen verschillende partijen [40]

GOEDKEURING

Bij de aanvraag van een Agrément certificaat wordt het product getest op verschillende prestaties, zonder dat daarbij gekeken wordt hoe die prestaties tot stand zouden moeten komen. Aan de hand van de testresultaten bij normaal gebruik worden de verdere testcriteria opgezet. In het geval van bouwsystemen worden de volgende aspecten getest: - Sterkte, stijfheid en stabiliteit -

Gedrag bij brand

-

Waterdichtheid

-

Thermische/ energetische prestaties van het gebouw

-

Akoestische prestaties

-

Natuurlijke verlichting

-

Ventilatie

-

Condensvorming

-

Duurzaamheid en onderhoudsfrequentie

-

Het kwaliteitssysteem van de aanvrager

BIJLAGEN

Fase

Cliënt

Agrément South Africa

Aanvraag

Cliënt dient aanvraag in met betaling van de registratiekosten, na overleg met ASA.

Na het raadplegen van relevante experts wordt de aanvraag geaccepteerd of afgekeurd.

Voorbereiding van testfase

Cliënt wordt op de hoogte gebracht van de beslissing.

Voorbereiding van het testprogramma, tijd en kosten schatting e.d. Contract voor evaluatie wordt opgesteld

Testfase en toekenning certificaat

Contract wordt geaccepteerd of afgewezen, overleg met ASA. Bij acceptatie wordt contractbedrag betaald.

ASA voert testen uit. 1. het resultaat is gunstig: In overleg met alle partijen wordt een conceptcertificaat opgesteld Dit concept wordt ter goedkeuring voorgelegd aan de Executive Committee Een kopie van het definitieve certificaat wordt naar de cliënt gestuurd. De toekenning wordt gepubliceerd in de Gouvernment Gazette. 2. het resultaat is negatief: De cliënt krijgt de mogelijkheid tot het maken van aanpassingen Het probleempunt wordt opnieuw getest en bij goedkeuring volgt proces 1.

Ontvangt certificaat.

-

Acties ter behoud van het certificaat

Certificaat opnieuw aanvragen.

Afbeelding B3 2: schema technisch goedkeuringsproces [11]

Halfjaarlijkse inspectie in fabriek en op terrein - ASA ontvangt rapport van inspectie - Zo nodig wordt de fabrikant gevraagd aanpassingen te doen, de geldigheid van het certificaat wordt verlegd. Indien niet aangepast, dan:

BIJLAGEN

BIJL AG E D

-

APARTHEI D

INLEIDING

De problematiek van de vele townships in Zuid Afrika kent een lange geschiedenis, die verankerd ligt in het verschijnsel dat we ‘Apartheid’ noemen. Veelal wordt gedacht dat rassendiscriminatie pas sinds 1948 het openbare leven van Zuid Afrika is gaan beheersen, dit berust echter op een misverstand. Hoewel de apartheid pas na de overwinning van de Nasionale Partij in 1948 met de ‘W et op de Bevolkingsregistratie’ wettelijk werd vastgelegd, vindt het rassenconflict in Zuid Afrika zijn oorsprong in de komst van de Europese kolonisten in de 17

de

eeuw. Ook is het een misvatting dat de Afrikaners (naar Zuid Afrika

geëmigreerde Nederlandse boeren) als enige verantwoordelijk zouden zijn voor het ontstaan van de apartheid, de Britse, Franse en Duitse kolonisten hebben er net zo veel schuld aan gehad als de Nederlanders. Het zijn de Nederlanders geweest die aan deze praktijken een label hebben gegeven [18], het woord ‘Apartheid’ werd ooit door de Nederlander Verwoerd geïntroduceerd, geen enkele andere taal op de wereld kent een dergelijk woord. Zuid Afrika is het enige land ter wereld waar rassenwaan gelegitimeerd was en waar rassendiscriminatie tot 1994 bij de wet was voorgeschreven. In het Zuid Afrikaanse woordenboek werd apartheid als volgt beschreven [17]: ‘Een politieke tendens of trend in Zuid Afrika, gebaseerd op de algemene beginselen a) van een differentiatie overeenkomend met verschillen van ras en/of kleur en/of beschavingsniveau, als tegengesteld aan assimilatie; van het behoud en de voortzetting van de individualiteit (identiteit) b) van de verschillende kleurgroepen, waaruit de bevolking is samengesteld en van de gescheiden ontwikkeling van deze groepen in overeenstemming met hun individuele aard, tradities en bekwaamheden, als tegengesteld aan integratie.’ BEKNOPTE GESCHIEDENIS

De eerste kolonisten vestigden zich in 1652 op Kaap de Goede Hoop onder leiding van Jan van Riebeeck, een functionaris in dienst van de Vereenigde Oost-Indische Compagnie (VOC). Hij kreeg van de VOC de opdracht er een verversingspost te vestigen voor schepen die onderweg waren naar Indonesië. In eerste instantie was het niet de bedoeling dat er op de Kaap een permanente kolonie ontstond, Jan van Riebeeck heeft de VOC hiertoe geleidelijk aan overgehaald. Al snel vestigden zich ook Duitsers, Fransen en later ook Britten op de Kaap de Goede Hoop. De San en de Khoi-khoi, door de Nederlanders respectievelijk de Bosjesmannen en Hottentotten genoemd, waren de eerste inheemse bevolkingsgroepen

waarmee

de

kolonisten in aanraking kwamen. Na een aanvankelijk beperkte mate van integratie, met name in de vorm van huwelijken tussen blanke mannen en lokale vrouwen, werd de samenleving tussen de twee bevolkingsgroepen al snel gekenmerkt door de verhouding baas – knecht. Tijdens de eerste tientallen jaren van de kolonisatie werd de sociale scheidslijn tussen de verschillende bevolkingsgroepen op de Kaap niet in de eerste plaats bepaald door

BIJLAGEN

huidskleur maar door het Christendom. Gemengde huwelijken vonden plaats en slaven werden vrijgelaten als de betreffende man of vrouw tot het Christendom was bekeerd. Het rassenvooroordeel begon zich bij de kolonisten sterker te ontwikkelen toen gemengde huwelijken van bovenaf werden verboden, en door het tekort aan arbeidskrachten kregen de boeren er steeds meer belang bij het vrijlaten van slaven te beperken. Dit leidde tot een verstarring van de sociale verhoudingen. Gedurende de laatste twee decennia van de 19

de

eeuw werden er twee oorlogen

uitgevochten tussen de Boeren (Nederlanders, Duitsers en Fransen) en de Britten, door de vondst van goud in de binnenlanden. De Britten toonden in eerste instantie geen interesse in de binnenlanden, waar de Boeren tijdens de Grote Trek heen waren getrokken, zij bewoonden de Kaap. Dit veranderde door de vondst van het goud. De Britten wonnen beide oorlogen met overmacht, waarna Zuid Afrika jaren een Britse kolonie was. In 1910 verkreeg Zuid Afrika zelfstandigheid, onder Brits koningschap, door het oprichten van de Unie van Zuid Afrika, een vereniging van Transvaal, Oranje Vrijstaat, Natal en de Kaapprovincies. Kort na de stichting van de Unie vond in 1912 de oprichting van twee politieke partijen plaats: het Afrikaans Nationaal Congres (ANC) en de Nasionale Partij. Deze laatste eiste dat aan de belangen van alle blanken de hoogste prioriteit zou worden verleend. De vondst van goud in de provincie Transvaal heeft uiteindelijk geleid tot de stichting van Johannesburg in 1886. Binnen honderd jaar groeide de stad uit van een mijnwerkerskamp tot een levendige metropool. De eerste tekenen van apartheid zoals het nu bekend is vonden hier al in 1906 plaats. Onder het motto van overbevolking van de stad werden zwarte arbeiders geleidelijk aan verhuisd naar buitenwijken ten zuiden van de stad. Met de komst van de Urban Areas Act van 1924 werd een systematisch verhuizingprogramma geformaliseerd, de buitenwijk werd bekend als Soweto (south western township). [23] Tegen 1938 was bijna de gehele zwarte bevolking in Soweto geplaatst en werd Johannesburg uitgeroepen tot blanke stad. Dit alles vond al meer dan tien jaar voor de officiële invoer van de apartheid plaats. INVOER APARTHEID

Hoewel binnen Zuid Afrika in de jaren 1946-1948 twee negatieve aspecten van de apartheid al duidelijk naar voren gekomen waren, werd na de verkiezingsoverwinning van de Nasionale partij in 1948 de apartheid toch verder geformaliseerd. Het eerste aspect was dat de buitenwereld zich in die jaren met de Zuid Afrikaanse rassenpolitiek ging bemoeien en duidelijk werd dat de Verenigde Naties (toen pas opgericht) een democratische staat die de VN-principes aan z’n laars lapte wel eens politieke problemen kon bezorgen. Ten tweede kwamen Zuid-Afrikaanse deskundigen zelf tot de conclusie dat verdere aanscherping van de bestaande segregatie niet aan te bevelen was: ze verwachtten dat het averechts zou gaan werken. In 1948 kwam voor het eerst in de geschiedenis van de Unie van Zuid Afrika een regering tot stand waarin uitsluitend Afrikaner nationalisten zitting hadden. Bij de verkiezingen van 1553, 1958 en 1961 wist de Nasionale Partij zijn positie te verstevigen. De positie van de zwarte, en later ook gekleurde, bevolkingsgroepen werd daarentegen steeds zwakker, onder andere door hen het stemrecht en recht op onderwijs te ontnemen. Een bewuste

BIJLAGEN

‘Afrikanersering’ werd doorgevoerd in het politiecorps, het leger en de rechterlijke macht, zodat deze posities in overwegende mate door blanken werden bezet. In navolging van het idee van de gescheiden ontwikkeling werden in de loop van de jaren miljoenen zwarte Afrikanen gedeporteerd naar de thuislanden Swaziland en Lesotho. Hoewel deze mensen ongeveer 2/3 deel van de bevolking uitmaakten, kregen zij slechts 13% van het totale Zuid Afrikaanse grondoppervlak toegewezen. In de thuislanden werden nauwelijks economische-, onderwijs-, gezondheids- of andere voorzieningen getroffen. Het vertrek van de zwarte bevolking had echter een tekort aan arbeidskrachten rond de steden tot gevolg. Zwarte werkkrachten werden vervolgens weer aangetrokken, maar door het thuislandensysteem kregen ze echter dezelfde status als de gastarbeiders uit de omringende landen. Ze hadden geen recht zich permanent in Zuid Afrika te vestigen en werden

ondergebracht

in

de

zogenaamde

townships.

Een

hoogtepunt

in

het

apartheidsregime werd bereikt met de invoer van de gehate ‘pasjeswet’, die de bewegingsvrijheid van de zwarte bevolking sterk limiteerde. Het waren de Nederlandse gereformeerde kerken die al in 1950 (als eersten) protest aantekenden tegen de in Zuid Afrika ingevoerde apartheidsmaatregelen, en sindsdien heeft Nederland het apartheidregime consequent veroordeeld. [18] HANDHAVING VAN DE RASSENSCHEIDING

Ten einde een strikte scheiding te verwezenlijken tussen de bevolkinggroepen werden verschillende maatregelen genomen. Hieronder een greep uit deze maatregelen [17]: −

Rassenklassificatie; de registratie van alle bewoners van Zuid Afrika volgens ras (‘blank’, ‘gekleurd’ of ‘inheems’).

−

Ruimtelijke rassenscheiding in de steden; gedwongen verhuizing van de ‘inheemse’ bevolkingsgroepen.

−

Pasjeswetten; als een bewoner van een township buiten zijn toegewezen woonplaats werk wilde zoeken was hiervoor een vergunning nodig. Dit vergunningenstelsel werd op dusdanige wijze gehanteerd dat van de vrijheid van beroepskeuze weinig overbleef, als de vergunning überhaupt al werd verleend.

−

Aparte voorzieningen voor de rassengroeperingen; afzonderlijke voorzieningen voor blanken en niet-blanken, zoals treincoupés, bussen, kantines en toiletten. Ook: apart onderwijs.

−

Beperking van de beroepskeuze van de niet-blanken; daarbij ook beperking van mogelijkheden tot maatschappelijke stijging en beperking van het recht van staking.

−

Sociale voorzieningen, gedifferentieerd naar ras; de zwarte arbeider ontving geen werkeloosheidsuitkering en nauwelijks toeslagen voor zwaar werk en pensioen.

−

Verbod van seksueel verkeer en huwelijk tussen blanken en niet-blanken.

−

Verbod of bemoeilijking van sociale contacten tussen de rassen; door afschaffing van gemengde universiteiten, culturele en sociale welzijnsorganisaties.

−

Beperking van vrijheid van godsdienstuitoefening; rassenscheiding in de kerken.

−

Rassenscheiding in de politieke sfeer; beperking van de politieke rechten van de zwarte bevolkingsgroepen, zoals stemrecht.

−

Beperking van andere vrijheden; verschillende wetten die er op gericht waren kritiek op en oppositie tegen het apartheidsbewind te belemmeren of onmogelijk te maken.

BIJLAGEN

AFSCHAFFING EN GEVOLGEN

De afbraak van het apartheidsbewind begon in te zetten in de jaren ’70 en heeft te maken met verschillende gebeurtenissen waaruit bleek dat het bewind z’n grip begon te verliezen op de bevolking. In 1976 braken onder andere opstanden uit in Soweto, de maatregelen tot het beperken van kritiek werkten blijkbaar niet meer. Ook de zogenaamde ‘Stille Revolutie’ heeft bijgedragen aan een versoepeling van de naleving van de apartheidsregels: door mechanisatie van de landbouw werden steeds meer zwarte landarbeiders overbodig en trokken naar de steden. Langzaam werden de steden steeds meer een raciale smeltkroes. [6] In 1978 werd Botha leider van de Nasionale Partij, hij voerde ‘hervormingen’ in waardoor de zwarte bevolkingsgroep meer rechten kreeg dan voorheen. Uiteindelijk heeft het nog tot 1994 geduurd voordat de apartheid definitief werd afgeschaft. In dat jaar werden de verkiezingen voor het eerst sinds 1948 niet gewonnen door de Nasionale Partij maar door het ANC, de partij van Nelson Mandela. De economische situatie ten gevolge van de apartheid was, en is nog steeds, slecht. Hoewel Zuid Afrika een rijke bodem heeft die onder andere kolen, goud en diamanten bevat, is deze rijkdom nooit benut om de economie in het land op een goede manier te stimuleren. De door het buitenland opgelegde economische sancties hebben gezorgd voor een gebrek aan investeringskapitaal, waardoor het land sterk is achtergebleven. Naast een grote werkloosheid is er tegelijkertijd een grote vraag naar arbeidskrachten. Dit tekort kan niet door de blanke bevolking worden opgevangen en het grootste deel van de zwarte bevolking beschikt niet over voldoende scholing. Dit heeft geresulteerd in een uiterst inflexibele arbeidsmarkt. De ‘voordelen’ van de apartheid (lage loonkosten) blijken achteraf, wat ook was voorspeld, niet op te wegen tegen de ‘nadelen’: laag opleidingsniveau, starre arbeidsmarkt, hoge overheidsuitgaven op het gebied van defensie, binnenlandse veiligheid en het kostbare gescheiden bestuurssysteem. Het gekozen politieke systeem gaat niet samen met een gezonde economische ontwikkeling. Ook op het gebied van huisvesting en stedelijke planning heeft de apartheid een zeer duidelijk stempel gedrukt. De townships werden in het kader van de apartheidsideologie als tijdelijk beschouwd, met als gevolg dat de wijken zoals eerder vermeld nauwelijks werden voorzien van de noodzakelijke primaire voorzieningen als ziekenhuizen, scholen en winkels. Het werd de zwarte bevolking niet toegestaan een eigen handeltje op te zetten, dus de bewoners van de townships werden verplicht hun boodschappen te doen in de winkels van blanken. Hoewel de bevolking tegenwoordig in grote mate zelf (illegaal) in een aantal behoeften heeft voorzien is het tekort aan voorzieningen nog steeds enorm. De townships, met name gebouwd in de jaren ’50 en ’60, waren wijken, hoewel netjes opgezet, die uitblonken in uniformiteit. Door de tijdelijke status van de townships werden de woningen

zo

goedkoop

mogelijk

gebouwd.

Voor

elke

woning

werden

dezelfde

bouwmaterialen gebruikt, maar de homogeniteit van de townships ging verder dan dat. De bewoners werd het eigenaarschap over hun woning ontnomen en werden verplicht om van de staat te huren. Elke woning werd aangesloten op dezelfde voorzieningen, onafhankelijk van inkomen: stromend water, riolering en vuilophaaldiensten, maar niet op elektriciteit, telefoon en posterijen. Ook alle straten zagen er hetzelfde uit, onverhard, zonder stoep, goten, straatnamen, borden, groen of verlichting. [23] De townships werden uiteraard door

BIJLAGEN

blanke ingenieurs ontworpen, door hun gebrekkige kennis van de leefwijze van de zwarte bevolking ontstonden leefgebieden die geenszins voldeden aan de behoeften van de bewoners. Sinds het afschaffen van de apartheid is het de zwarte bevolking weer toegestaan in de stad te gaan wonen, de mensen die verplicht naar de thuislanden hadden moeten verhuizen kwamen weer terug naar de steden, op zoek naar werk. Omdat ze geen huisvesting in de stad zelf kunnen betalen wordt elke beschikbare ruimte in de townships volgebouwd met golfplaten shacks, waar vaak onder zeer slechte omstandigheden wordt geleefd. Door de grote toestroom van mensen naar de steden wordt het woningtekort in en rond de steden steeds nijpender. Het Reconstruction and Development Programme (RDP) met de bijbehorende inkomensafhankelijke subsidies zou dit tekort moeten aanpakken, maar levert niet genoeg woningen op.

BIJLAGEN

BIJL AG E E

-

MELKBAARDJES VERSUS MOSLIMFEZZEN

De islam probeert het machtsvacuüm op de Kaapse Vlakte te vullen NRC Handelsblad - Zaterdagbijlage 18 augustus 2001 – door Lolke van der Heide [43] Is het menslievend idealisme of ordinaire drugshandel? In Zuid-Afrika vermoordt de moslimorganisatie Pagad leiders van de 137 jeugdbendes met 100.000 leden. Openbare aanklagers twijfelen aan de nobele idealen en voeren een proefproces. Overleven in Afrika's jungle van beton. Oog in oog met de gangsters van de Kaapse Vlakte. Melkbaardjes en pukkels op lichtbruine gezichten. De meeste van hen zijn nog maar tieners. ,,Hier in Manenberg komt nooit een bezoeker – “niemand durft”, zegt begeleider Yusuf. Hij groeide er op, “ik sta voor je in”. Het is woest weer aan de Kaap: in de wintermaanden juli en augustus liften steevast zware regenbuien mee met de westenwinden. Bij een vervallen flatgebouw staat een kluit jonge kerels te kleumen. Ze vervelen zich, dat is duidelijk. De mannelijke inwoners van Manenberg en belendende achterbuurten van Kaapstad mogen niet meer gewoon over straat lopen als ze er niets te zoeken hebben. De politie heeft hun een uitgaansverbod opgelegd in een poging de misdaad te bestrijden. Zodra ons minibusje stopt, komen de jongens nieuwsgierig aangelopen, goed gekleed, bierflessen in de hand. Komt er goed volk uit het busje of moeten ze schieten? De `boys' omsingelen de wagen, kruipen naar binnen, eisen geld en eten. Maar Yusuf lacht alles weg. Hij zegt: “Sorry jongens, we komen alleen maar voor een praatje.” Dat is ook goed. Een van hen geeft een vrolijke introductie: “Wij zijn de Clever Kids. Een stukje verderop wonen de Americans. Die haten we. Als we hen tegenkomen schieten we.” Kiffy Isaacs is de naam, zeventien jaar oud. Kiffy en kompanen laten pistolen en messen zien. “Eigenlijk moest ik nog gewoon op school zitten”, zegt Kiffy. “Dat zou ik ook het liefst doen, weer gewoon naar de klas gaan. Maar dat kan niet meer, ik hoor nu bij de Kids.” En dat betekent dat Kiffy zijn dagen op straat slijt. “We drinken wat, we dealen in drugs en vechten met de andere gangs.” We toeren door de wijk. Muren zijn volgekalkt met graffiti in het Afrikaans – zo bakenen de gangs hun ‘turf’ af. Maar ook activisten tegen de misdaad bedienen zich van de verfpot. Op de zijkant van een dokterspraktijk staat geschreven: Ons het die reg [wij hebben het recht] om in veiligheid te lewe [leven]. Veiligheid is het grootste probleem van de Kaapse Vlakte (Cape Flats), een stadsrimboe waar de macht uit de loop van een wapen komt. Geen gebied in Zuid-Afrika is zo gevaarlijk als dit. Moord en doodslag zijn er de regel, goed georganiseerde criminele bendes domineren het leven. Clever Kids, Sexy Boys, Hard Livings, The Firm – het zijn namen

Afbeelding B4.1: leden van een jeugdbende

die doen denken aan popgroepen en films. Maar in werkelijkheid zijn het gangs die voor niets terugdeinzen. Volgens een ruwe schatting behoren 100.000 van de drie miljoen bewoners van de Kaapse Vlakte tot een van de 137 bendes. Voor opgroeiende jongens is lid worden van een gang een ideaal geworden, met vooruitzicht op mooie kleren, snelle auto's en geld in overvloed. Banditisme is geen modern fenomeen in Kaapstad. Men zou het bijna een traditie kunnen noemen die teruggaat tot de tijd van struikrovers in de achttiende eeuw, ver vóór de apartheid. Maar vanaf 1948 verergerde het systeem van rassenscheiding de situatie dramatisch. De blanke regering joeg zwarten, kleurlingen en Indiërs weg uit woongebieden die `slegs vir blankes' waren bestemd. De niet-blanken werden gedeporteerd naar een grote kale vlakte, ten oosten van de stad, waar de beruchte townships verrezen, met nauwkeurige scheidingen. Elk `ras' kreeg eigen buurten, waar de regering in het gunstigste geval kleine stenen huisjes liet bouwen. Infrastructuur bleef goeddeels afwezig. Geen scholen, ziekenhuizen of openbaar vervoer. Zolang de belangen van de blanken in hun rijke buurten niet werden geschaad, interesseerde de regering zich verder niet voor de townships, die op veilige afstand lagen. De Kaapse Vlakte had een grote aantrekkingskracht. Van heinde en ver kwamen mensen op zoek naar werk en geluk. Ze bouwden nabij de reguliere townships onafzienbare krottenwijken op, met hutten van golfplaten en afvalmateriaal. Overbevolking, weinig politie, een extreem hoge werkloosheid, vrijwel geen basisvoorzieningen: ziedaar de ideale voedingsbodem voor de misdaad. Oudere inwoners van de townships herinneren zich hun aankomst destijds nog. “Je had het moeten zien”, zegt Julie, die dertig jaar geleden als een van de eersten naar Manenberg kwam. “Er was niets hier, alleen zand en slangen. We waren helemaal aan onszelf overgelaten.” Ze drijft nu een kapsalon,

BIJLAGEN

klaagt: “De mensen hebben zo weinig te besteden hier. Er zijn dagen dat ik geen enkele klant krijg.” Naast Julie's salon staat een islamitisch schooltje. De islam maakt sinds het midden van de jaren negentig een belangrijke opmars door aan de Kaap. De imams houden er een radicale interpretatie op na, met weinig ruimte voor andere religies en verlichte denkers. Islam is de oplossing voor alle maatschappelijke problemen, zeggen ze. In het schoollokaal zitten jonge kinderen diep gebogen over schriften met koranteksten in Arabische letters. Ook Julie is een moslim, ze draagt een hoofddoekje. Maar haar geloof belet haar niet er een stevige mening op na te houden. Hoewel het haar nog minder klandizie oplevert, steunt de kapster het straatverbod voor jonge mannen. “Ach man, er moet iets aan gedaan worden, misschien helpt dit.” Julie heeft een klant, een jonge kerel. Als een koning neemt hij plaats in de versleten kappersstoel voor een model naar de jongste townshipmode. Het gemillimeterde haar moet nog korter, beveelt hij, met uitzondering van een duimlange baan midden op de kruin, die moet blijven. Intussen levert hij, anoniem, commentaar op de situatie in Manenberg. “Ik ben zwaar teleurgesteld in het ANC”, bromt hij, “ze beloofden ons na 1994 te helpen, maar wat doen ze: baantjes voor zichzelf creëren. Ek is gatvol van die ANC.” De apartheid is voorbij, maar de misdaad en de townships niet. Sinds 1994 steeg de criminaliteit zelfs fors, in heel Zuid-Afrika en zeker op de Kaapse Vlakte. Dit is ten dele een statistische vertekening: in het verleden werd de misdaad in de townships nauwelijks geregistreerd. Maar er is ook sprake van een werkelijke toename. De brute politiemacht van weleer bestaat niet meer en van de nieuwe burgerlijke vrijheden hebben ook vele slechte elementen geprofiteerd. Zo is Zuid-Afrika in enkele jaren tijd een geliefde locatie voor internationale misdaadsyndicaten geworden, van Chinese triades tot Oost-Europese en Italiaanse maffia en Nigeriaanse smokkelbendes. Minister van Openbare Veiligheid Steve Tshwete zei begin dit jaar dat de politie 400 georganiseerde gangs heeft geïdentificeerd, de meeste van buitenlandse origine. Drugs, prostitutie, handel in gestolen auto's en smokkel is hun belangrijkste nering. De internationale vertakkingen maken het voor de ZuidAfrikaanse overheid des te moeilijker de misdaad adequaat aan te pakken.

Strijdplan Het politiebureau van Manenberg ligt aan de rand van de wijk. Hoofdinspecteur Hendrik Jansen zwaait er de scepter. Met zijn bolle buikje fier vooruit geeft de commissaris uitleg over de situatie aan het front. Vorige week een grote operatie tegen de gangsters, met 55 arrestaties, inbeslagname van menig wapen, een grote hoeveelheid munitie, negentig zakken dagga (hasjiesj) en vele duizenden tabletten XTC. Ook vorige week: twee dode gangsters na een schietpartij. Gisteren: opnieuw een lijk, Fagmele Samuels, een jongen van 17. En vannacht moesten zijn agenten duiken voor rondvliegende kogels. Maar verder is alles onder controle, meldt Jansen. Hij beklaagt zich over de houding van de bevolking,

die de politie veelvuldig het werk belemmert. Een poging de moordenaar van Samuels te arresteren kwam agenten te staan op een regen van stenen. “Zo schieten we niet op”, bromt Jansen, “de politie is hier om de mensen te helpen, maar als ze niet willen, moeten ze het zelf maar weten.” Bureau Manenberg beschikt over 75 politiemannen en -vrouwen. Met twee van hen, sergeant Lucky Lakay en inspecteur Didi Mentor, maakt Jansen een `strijdplan' voor de nachtdienst. Jansen: “We doen wat we kunnen, en soms is dat niet veel. Als de bendes op elkaar schieten blijven wij er buiten. Het laatste wat ik wil zijn dode agenten.” Gearresteerden voert men gewoonlijk af naar gevangenissen in de omgeving, waarna hun zaken worden afgehandeld bij het Hooggerechtshof aan de Keeromstraat, hartje Kaapstad. Hier, om de hoek bij het parlement, probeert de Zuid-Afrikaanse justitie het rechtssysteem in het gareel te krijgen. En dat is geen sinecure. Rechters zien zich niet alleen geconfronteerd met een bijna onontwarbare kluwen van intriges, de rechtsgang wordt extra bemoeilijkt door vele bedreigingen en moordaanslagen. Verscheidene getuigen – meestal spijtoptanten uit het criminele circuit – moesten hun openheid de afgelopen tijd met de dood bekopen. Ook magistraten lopen spitsroeden. Vorig jaar werd onderzoeksrechter Piet Theron vermoord, naar de politie vermoedt in opdracht van gearresteerde gangsters. Menige advocaat of rechter past er nu voor bij de stinkende zaken van de Kaapse Vlakte betrokken te raken. Getuigen worden in de rechtszaal niet met naam en toenaam genoemd, media mogen geen melding van hun identiteit maken, zelfs geen initialen – getuige A, B, enz. is de gebruikelijke aanduiding. De grote bendeleiders zijn tot nu toe de dans ontsprongen door gebrek aan bewijzen en angst voor wraak bij de rechterlijke macht. Niet de gangsters staan momenteel terecht, maar de moslimorganisatie Pagad (People against gangsterism and drugs). Die deed de afgelopen jaren van zich spreken met gewelddadige aanslagen op vermeende misdadigers. De meest notoire actie had in 1996 plaats toen gangster Rashaad Staggie – samen met tweelingbroer Rashied leider van de Hard Livings – bij een door Pagad geïnstigeerd volksgericht werd gelyncht. Pagad wordt verder verantwoordelijk gehouden voor een hele reeks terroristische aanslagen. De politie arresteerde vorig jaar drie leiders van Pagad: Abdussalaam Ebrahim, Salie Abader en Moegsien Mohamed. Sindsdien is het aantal bomaanslagen scherp gedaald, voor de autoriteiten het bewijs dat men de daders in de juiste hoek heeft gezocht. De fanatieke aanhangers van de moslimgroep willen daar echter niets van weten. Bij de ingang van de rechtbank staan elke procesdag tientallen Pagad-leden te demonstreren. “Hoeveel mensen zijn door de gangsters wel niet vermoord”, vraagt een vrouw met hoofddoekje. “Dat zou de inzet van het proces moeten zijn, niet wat onze mannen hebben gedaan.” Met gangster Staggie heeft ze geen medelijden: “Het was zijn tijd, Allah besloot hem uit te schakelen.”

BIJLAGEN

De vrouwen schuifelen naar binnen om het proces bij te wonen. In het beklaagdenbankje zitten de Pagad-leiders, gekleed in witte tunieken en moslimfezzen. Ze dragen groot formaat korans onder hun arm. Vandaag treedt een getuige à charge op, aangeduid als meneer C., een veroordeeld lid van de Hard Livings-bende. Hij zit een lange celstraf uit. Rechter John Foxcroft drukt alle aanwezigen in de zaal nogmaals op het hart de ware naam van de getuige niet te noemen, “anders is het de laatste maal dat we hem levend zien.” C. is een onooglijk mannetje, van onder tot boven zit hij onder de tatoeages. Hij spreekt zacht, in zangerig Afrikaans, en geeft toe in en buiten de gevangenis al jaren bij drugshandel en andere criminele activiteiten te zijn betrokken. Ook heeft hij verscheidene moorden gepleegd. C. zegt dat de Staggie-broers jarenlang vanuit een huis in de wijk Salt River drugs verkochten. Elke dag voor 100.000 rand (ruim 30.000 gulden). “Iedereen kocht bij ons, zakenmensen, blanke jongeren, moslims.” Volgens C. leidden activisten van Pagad in augustus 1996 de aanval tegen het Staggie-bolwerk die leidde tot de gewelddadige dood van Rashaad. De zaak-Staggie is voor de staat een proefzaak. In juridische kringen wordt namelijk getwijfeld aan de nobele idealen van Pagad. Het vermoeden bestaat dat de organisatie haar moslimstatus als dekmantel gebruikt voor de werkelijke reden van haar bestaan: handel in drugs. De strijd tussen Pagad en de bendes zou er een kunnen zijn over territorium en hegemonie in de drugshandel. Als de dag in de rechtszaal om is en getuige C. zijn voetboeien weer omkrijgt, barsten de Pagadverdachten uit in een luid eerbetoon aan Allah. Ze ballen hun vuisten en richten de blik omhoog naar de publieke tribune waar familie en aanhangers zitten die enthousiast bijspringen met spreekkoren. Dan verdwijnen de fezzen naar beneden om door de boeveningang te worden afgevoerd, onder zwaar militair escorte terug naar de Pollsmoor-gevangenis.

Horizon Horizon Jeugdcentrum is de eufemistische naam van een jeugdgevangenis nabij het township Delft. Hier zitten jongens vast variërend in leeftijd van 12 tot 18 jaar. Na de lunch verzamelen de jonge delinquenten zich op het middenterrein om met hun bewakers een potje cricket te spelen. De bal slaat hard tegen de metalen deuren van de kantine, het klinkt alsof er wordt geschoten, maar dat zijn de jongens wel gewend, ze groeiden allemaal op in een sfeer van geweld en misdaad. Stuk voor stuk hebben ze al een aanzienlijk strafblad – de bendes beginnen met het rekruteren van hun leden op jonge leeftijd. Een van de jongens komt nieuwsgierig aangelopen. “Hoe heet jy?” “Gerswin.” “Wat het jy gedoen, waarom is jy hier?” “Ek het iemand vermoor.” “Met wat?” “Met 'n mes.” “Waarom?” “Ek weet nie meneer.”

Gerswin is vijftien, maar erg klein voor zijn leeftijd. Een guitig gezicht met diepliggende ogen die een verlangen naar een beter leven uitstralen. “Ek wil skilder word”, zegt Gerswin. Hij volgt een cursus in de gevangenis, zijn kleren en muts zitten onder de verfspatten. Zijn maatje Leroy, ook 15, heeft ‘slechts’ autodiefstal op zijn geweten. Leroy laat zijn schouder zien, waar de letters HL in zijn getatoeëerd. Dat staat voor Hard Livings, de bende van de Staggies. “Ek wil niet meer hier wees nie”, zegt Leroy mismoedig. Het Zuid-Afrikaanse rechtssysteem was er altijd op gericht misdadigers, hoe jong ook, zo gauw mogelijk te veroordelen en op te sluiten. Reclassering was een onbekend fenomeen. Bestaande detentiecentra, zoals de grote Pollsmoorgevangenis, dienen sinds jaar en dag als ‘opleidingscentra’ voor een verdere carrière in de misdaad. Het bendeleven, inclusief de onderlinge oorlogen, gaat binnen de gevangenismuren gewoon door. De bouw van Horizon, een privé-instelling, in 2000, is de eerste poging van het ministerie van ‘Correctionele Diensten’ (het gevangeniswezen) om de vicieuze cirkel te doorbreken. In het internaat verblijven 160 jongens, onder een regime dat sterk verschilt van dat van de reguliere penitentiaire inrichtingen. Horizon ziet er uit als een kostschool, zij het dat hoge hekken met prikkeldraad en bewakers ontsnappingen moeten voorkomen. Directeur Llewelyn Jordaan legt uit dat zijn belangrijkste missie het doorbreken van de gangstercultuur is. “We maken aan de jongens die hier komen meteen duidelijk dat gangs hier niet bestaan en dat ze naar niemand hoeven te luisteren, behalve naar ons. Ze zijn helemaal vergroeid met het gangsterisme en gewend aan de commandostructuur. Sommige jongens uit Pollsmoor houden het hier niet uit. Ze hebben een positie opgebouwd binnen hun bende en hier zijn ze ineens niemand meer. In dat geval kunnen we niets anders doen dan hen terugsturen naar de reguliere gevangenis.” We verlaten Horizon om verder te reizen door de “jungle van beton”, zoals Jordaan de Vlakte noemt. “We nemen de helweg, de N2”, zegt Yusuf, “s nachts kun je hier niet rijden. Mensen gooien blokken beton op de rijbaan om auto's tot stoppen te dwingen en te beroven.” De N2 leidt van Delft naar Heideveld, waar het Westkaapse Antimisdaad Forum is gevestigd. Gaynor Wasser (45) is voorzitster van de vrijwilligersorganisatie die voornamelijk uit vrouwen bestaat. Voor mannen staat openbare stellingname tegen vermeend onrecht vrijwel gelijk met het afroepen van hun doodvonnis. Wasser is ook al zo vaak met geweld bedreigd, maar ze is niet bang. “Ik zeg waar het op staat”, zegt ze in haar kantoor. “Iedereen weet wat de feiten zijn, alleen zijn er weinigen die ze durven te noemen. Ik wel. Mensen zijn gevangenen in hun huizen, ouders zijn bang voor hun eigen kinderen. Er moet een einde aan komen. Het gaat om 5 procent van de mensen die de andere 95 procent terroriseert.” Gangsters of

BIJLAGEN

Pagad maakt voor haar geen verschil: “Een pot nat, allemaal misdadigers.” Wasser schildert haar eigen `loopbaan'. “In de tijd van de apartheid zaten we allemaal in het verzet. De Cape Flats werden veelvuldig belaagd door de politie op zoek naar activisten. Hele veldslagen hadden hier plaats. Het leidde onder de bevolking tot een sfeer van solidariteit, maar legde zoals we later ontdekten ook de basis voor een cultuur van geweld. Mensen weten hier niet beter dan dat er altijd geweld bestaat in de samenleving. En kanalen om met woede om te gaan zijn er niet. Veel bewoners van de vlakte zitten met diepe frustraties, ik ook, en je kunt ze nergens kwijt. Ik wil de criminaliteit niet goedpraten, maar het is voor mannen meestal hun enige uitlaatklep.” Wasser en haar forum streven ernaar met werkgelegenheidsprojecten en sportactiviteiten de neerwaartse spiraal te stoppen. “Ik moet bekennen dat we in vijf jaar tijd nog weinig zijn opgeschoten. Mensen vragen me soms waarom ik toch optimistisch blijf, maar daar kan ik ook niets aan doen. Het is een kwestie van lange adem. Wat de

apartheid in veertig jaar heeft aangericht kunnen wij niet in een paar jaar omgedaan maken.” Heideveld, Manenberg, Hanover Park, Bonteheuwel – dit is de Kaapse Vlakte. Het is een stadsjungle waar niemand voor heeft gekozen. De miljoenen mensen die er in hun simpele flats, huisjes of hutten wonen zijn ertoe veroordeeld, ze hebben nergens anders om naar toe te gaan. Zij die het zich kunnen permitteren om te vertrekken naar betere buurten, zoals Yusuf, doen dat meteen. En zij die achterblijven moeten zich maar zien te redden. We rijden over binnenwegen terug naar de veilige beschutting van Kaapstad. Op de hoek van Duinefontein in Manenberg staat men in de rij om verse snoek (zeebaars) te kopen voor 10 rand. Het leven gaat ondanks alles gewoon door. Yusuf trekt, zittend achter het stuur van zijn busje, een filosofisch gezicht en zegt dan droogjes: “Weet je, als het erop aankomt zijn de gangsters allemaal kleine jongens. Stoute jongens, die misschien wel anders zouden willen, maar niet meer kunnen.”

BIJLAGEN

BIJL AG E F

CT maand januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december JAARLIJKS

–

Tgem (max) 26 26 25 22 19 18 17 18 19 21 23 25 21,6

KLIMAATTABELLEN K AAPSTAD EN JOH ANNESBURG

(LUCHT-)TEMPERATUUR [°C] Tgem (min) Textr (max) Textr (min) 16 16 14 12 10 8 7 8 9 11 13 15 11,6

38 38 39 39 35 30 29 32 35 33 34 38 39

7 5 5 2 -1 -2 -2 -1 0 1 4 5 -2

2

Tgrond

Qs hor/glob

26 25 23 20 16 14 13 15 17 20 23 25 19,6

334 303 251 180 128 104 114 146 202 256 319 343 223

Tgrond

Qs hor/glob

28 27 26 21 17 13 14 17 23 25 26 28 22,2

290 275 245 200 181 165 178 212 256 269 274 293 236

ZON [W/m ] en [h] Qs hor/diff Qs beam 93 83 75 59 46 42 40 57 76 101 93 105 72

345 317 286 226 179 146 173 178 212 239 326 337 247

OVERIG [%], [mm] en [m/s] zon/dag

rel.vocht

neerslag

windsn.

10,9 10,5 9,1 6,9 5,9 6 5,7 6,4 7,2 8,9 9,9 11,1 8,2

72 73 76 79 80 79 80 78 77 74 73 73 76

12 8 17 47 84 82 85 71 43 29 17 11 506

6 5,8 4,7 4,4 3,9 3,6 4,4 4,7 5 5,6 5,8 5,6 5

zon/dag

rel.vocht

neerslag

windsn.

8,2 7,8 7,4 8,3 9 9 9,1 9,7 9,3 8,7 9,1 9 8,7

70 71 70 65 58 54 53 47 59 56 65 68 61

117 101 78 46 25 9 8 6 25 63 110 120 708

3,1 3 2,8 2,5 2,8 3,3 3,3 3,6 4,4 4,4 4,2 3,6 3,4

Tabel B6-1: Klimaatgegevens Kaapstad

JB maand januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december JAARLIJKS

Tgem (max) 26 25 24 22 19 17 17 20 23 25 25 26 22,4

(LUCHT-)TEMPERATUUR [°C] Tgem (min) Textr (max) Textr (min) 14 14 13 10 6 4 4 6 9 12 13 14 9,9

34 33 32 29 26 24 24 27 30 32 34 33 34

6 7 5 -1 -6 -7 -7 -7 -3 0 2 6 -7

Tabel B6-2: Klimaatgegevens Johannesburg

2

ZON [W/m ] en [h] Qs hor/diff Qs beam 133 117 95 77 51 45 40 52 68 102 123 127 86

225 229 230 209 252 251 275 285 300 242 217 233 246

OVERIG [%], [mm] en [m/s]

BIJLAGEN

BIJL AG E G

-

PZE SYSTEMEN

Naast de in hoofdstuk 5 besproken directe en indirecte PZE systemen behoort ook het gescheiden systeem tot de mogelijkheden. GESCHEIDEN SYSTEEM

De zoninvang en de warmteopslag vinden bij dit systeem gescheiden plaats van de te verwarmen ruimte, dit in tegenstelling tot de twee eerder genoemde PZE systemen. Opgenomen warmte wordt via temperatuurverschillen in de lucht getransporteerd naar de gewenste plaats. De serre en de thermosifon behoren onder andere tot deze systemen. Serre In dit geval kan de scheidingswand tussen de serre en de woonruimte als opslag dienen. De scheidingswand heeft dan dezelfde functie als een trombewand. Meestal wordt de serre gebruikt om ventilatielucht voor te verwarmen. De serre kan gezien worden als combinatie van een direct en een indirect systeem. Door het grote glasoppervlak van de serre gelden de nadelen van deze twee systemen wat betreft warmteverlies ook voor de serre. Thermosifon De thermosifon maakt gebruik van de natuurlijke stroming van water en lucht onder invloed van temperatuurverschillen om warmte op te slaan in een opslagmassa. Een ten opzichte van de woning lager gelegen vlakke plaatcollector van glas met daarachter een donker metalen vlak (de thermosifon) wordt gebruikt om de lucht te verwarmen. De verwarmde lucht stijgt op en wordt naar een opslagmassa geleid, deze massa bestaat hetzij uit steenachtig materiaal hetzij uit water. De in de massa opgeslagen warmte wordt via convectie en geleiding afgegeven aan de woonruimte. Het systeem is regelbaar door het afsluiten van de opening tussen de collector en de opslag. Voordelen Het systeem is goedkoop en kan ook bij bestaande gebouwen toegepast worden, aangezien alleen de collector op de zon georiënteerd hoeft te worden. De afsluitbaarheid beperkt de verliezen. Nadelen Het ontwerpen van een niet lekkende aansluiting is erg moeilijk. De warmteoverdracht vindt hoofdzakelijk plaats op basis van convectie, dit is niet de meest efficiënte manier van warmtetransport. Gescheiden opslagwand en isolatiewand collector De gescheiden opslagwand is een aan de binnenzijde geïsoleerde trombewand, waardoor de warmteoverdracht alleen maar plaatsvindt door convectie. De warmte kan vertraagd worden afgegeven door opslag in de massa van de wand. Een isolatiewand-collector werkt in principe op dezelfde wijze als een gescheiden opslagwand, met dit verschil dat de isolatiewand-collector alleen uit isolatiemateriaal bestaat zodat de warmte niet opgeslagen kan worden. De warmte wordt meteen aan de ruimte afgegeven door convectie. Bij deze twee systemen spelen deels dezelfde voor- en nadelen mee als bij het indirecte systeem.

BIJLAGEN

BIJL AG E H

–

INVOERGEGEVENS C APSOL

BIJLAGEN

BIJL AG E I

-

RESULTATEN C APSOL

BIJLAGEN

BIJL AG E J

-

VOORBEELDBEREKENING VERWARMEND VERMOGEN

REFERENTIEMODEL REF - WZ

geveloppervlakken gevel 1 = 12,95 m2

U-waarden constructiedelen raam gevel 1 = 0,8 m2

U (lemen wand) 3,40 w/m2K

gevel 2 (wk) = 6,7 m2 raam gevel 2 (wk) = 0,8 m2 gevel 2 (sk) = 6,7 m2

raam gevel 2 (sk) = 0,8 m2

gevel 3 = 13,75 2m

U (betonnen vloer) 2,97 W/m2K U (enkel glas) 5,75 W/m2K U (stalen dak) 5,89 W /m2K

gevel 4 (wk) = 6,7 m2 raam gevel 4 (wk) = 0,8 m2 gevel 4 (2k) = 6,7 m2 raam gevel 4 (sk) = 0,8 m2

wintersituatie

vloer (wk) = 15 m2

T grond = 12 ˚C

vloer (sk) = 15 m2

T buiten = 8,4 ˚C

dak (wk) = 15,3 m2

T wk = 20 ˚C

dak (sk) = 15,3 m2

T sk = 16 ˚C

Qtransmissie = ruimte wk

Ti − T a * A0 Rtot

constructiedeel

[W]

U-waarde

(Ti - Ta)

totaal opp.

[W/m2K]

[C]

[m2]

gevel

3,40

11,6

26,35

ramen

5,75

11,6

2,4

160,1

dak

5,89

11,6

15,3

1045,4

vloer

2,97

8,0

15,0

356,4

totaal wk sk

gevel

3,40

7,6

27,15

701,6

ramen

5,75

7,6

1,6

69,9

dak

5,89

7,6

15,3

684,9

vloer

2,97

4,0

15,0

178,2 1634,6

wand

Qventilatie = ruimte wk sk

1039,2

2601,1

totaal sk wk-sk

Q transmissie [W ]

3,40

4,0

13,75

187,0

n *V ruimte * ρ lucht * c lucht * (Ti − Ta ) [W] 3600

ventilatievoud [/h] volume ruimte [m3] 1 41.3 1 41.3

Totaal warmteverlies wk > buiten = 2760,8 W sk > buiten = 1739,2 W

ρc-lucht 1200 1200

(Ti - Ta) [C] 11,6 7,6

Qventilatie [W] 159,7 104,6

BIJLAGEN

BIJL AG E K

-

PRODUCTI NFORM ATIE BEKK ASINEN

De BEKKASINEN houtkachel is in Skandinavië beroemd maar in Nederland nauwelijks bekend. Het is een kachel zonder fratsen, indertijd door de Deense Heidemij tot in details ontworpen met het oog op een korte opwarmingstijd en hoog rendement. Op één vulling blijft de BEKKASINEN met gemak twaalf uur branden. BEKKASINEN is dubbelwandig en vervaardigd uit plaatstaal. De kachel is ovaal van vorm en gemonteerd Bovenop

op

drie

bevinden

poten.

zich

de

luchtregelschroef *, het vulgat en het gat voor de rookgasafvoer. Een aanwezige aslaag zorgt

voor

de

isolatie

naar

onderen toe. Een rooster, asla of

stenen

zijn

niet

nodig.

Afhankelijk van de gestookte houtsoort behoeft de as slechts twee tot vier keer per jaar uitgeschept te worden. Het hoge rendement van 80%, wordt

verkregen

door

de

horizontale plaatsing van het hout, waar de lucht alleen van bovenaf langs gevoerd wordt, door de ovale vorm, en door een uitstekende luchtdichtheid. Alleen de delen die ten opzichte van elkaar beweegbaar zijn, zijn van gietijzer: vulgatdeksel, regelschroef en de ringen waar deze in vallen. De ring rond het vulgat is konies afgedraaid, en zowel geschroefd als geklonken aan de stalen bovenplaat bevestigd. De korte opwarmingstijd van de te verwarmen ruimte is vooral te danken aan de dubbele wand die voor een zeer goede konvektie zorgt, maar ook aan het materiaal: plaatstaal in plaats van dik gietijzer, en natuurlijk aan het feit dat hout bij voldoende zuurstoftoevoer snel fel brandt. Door de simpele vormgeving is deze Deense houtkachel als meubel makkelijk in verschillende interieurs in te passen. * Doordat de luchtopening bovenop geplaatst is, leent de BEKKASINEN zich ook uitstekend voor het stoken van zaagsel en houtkrullen.

BIJLAGEN

BEKKASINEN wordt gefabriceerd in vier maten. De meest gangbare is de nummer 3 met een inhoud van 60 liter. Deze is geschikt voor de verwarming van huiskamers tot ongeveer 45 vierkante meter. BEKKASINEN NR. 1: Ruimten van 100 tot 200m2. Door zijn grote inhoud ook geschikt voor houtkrullen en houtsnippers. BEKKASINEN NR. 2: Ruimten van 45 tot 120 m2. BEKKASINEN NR. 3: Ruimten tot ca. 45 m2. BEKKASINEN NR. 4: Kleine kamers: PIJPEN, MUURBUSSEN, BOCHTEN EN GRONDPLATEN Van plaatstaal. Uit voorraad leverbaar. BEKKASINEN NR. kW Kamerinhoud m³ uitgaande van kamertemperatuur Gewicht in kg

1

2

3

4

10-20

8-15

3-8

2-5

400

375

140

100

67

55

33

23

Technische gegevens

NR. 1

NR. 2

NR. 3

NR. 4

Lengte x Breedte

100 x 60 cm

92 x 55 cm

75 x 45 cm

55 x 40 cm

Hoogte poten

30 cm

30 cm

30 cm

25 cm

Hoogte zonder poten

45 cm

40 cm

30 cm

25 cm

Tot. hoogte + pijpaansl.

88 cm

83 cm

69,5 cm

59,5cm

Vul- opening

25 cm

25 cm

17 cm

17 cm

Pijp- aansluiting

150 mm

150 mm

120 mm

120 mm

Prijs incl. BTW

fl 2.500

fl 2.285

fl 1.845

fl 1.735

De BEKKASINEN houtkachel heeft een NL-TYPEKEUR en voldoet aan de DIN 18891 A1 normen, volgens rapportnummer 97-090, opgesteld door TNO-MEP te Apeldoorn. De Bekkasinen kachel is gemakkelijk en schoon van bovenaf te vullen. Heeft een korte opwarmtijd en een netto-rendement van 80% gemeten door het Deense Technologische Instituut..De as hoeft slechts 3 X per jaar verwijderd te worden. Het is mogelijk deze kachel met een andere kachel op dezelfde schoorsteen aan te sluiten. Bij een vulling van ± 10 kg heeft hij een brandtijd van ongeveer 12 uur. De pijpen van de BEKKASINEN worden van bovenaf in elkaar geschoven, zodat eventuele kondens

aan de binnenkant

van

de

pijp blijft. Een

goed

geïsoleerde,

eventueel

dubbelwandige, schoorsteen is aan te bevelen ter voorkoming van te veel aanslag in de schoorsteen.