Integratie van BIM bij het werken met dynamische softwaretools voor de bepaling van de energieprestatie van een piramidale constructie

Katholieke Hogeschool Sint-Lieven Departement Industrieel Ingenieur Technologiecampus Gent Gebroeders Desmetstraat 1, 9000 Gent

Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Bouwkunde

Integratie van BIM bij het werken met dynamische softwaretools voor de bepaling van de energieprestatie van een piramidale constructie

Promotor: Dhr. Arch. A. Versele Eindverhandeling tot het verkrijgen van de graad van Industrieel Ingenieur en aangeboden door Laura Desimpelaere en Melissa Verstraete

Academiejaar 2009 - 2010

Katholieke Hogeschool Sint-Lieven Departement Industrieel Ingenieur Technologiecampus Gent Gebroeders Desmetstraat 1, 9000 Gent

Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Bouwkunde

Integratie van BIM bij het werken met dynamische softwaretools voor de bepaling van de energieprestatie van een piramidale constructie

Promotor: Dhr. Arch. A. Versele Eindverhandeling tot het verkrijgen van de graad van Industrieel Ingenieur en aangeboden door Laura Desimpelaere en Melissa Verstraete

Academiejaar 2009 - 2010

Voorwoord Dit eindwerk is het resultaat van een jaar samenwerking tussen de hogeschool en twee studenten. Er is aangeleerd geweest zelfstandig te werken, te discussiëren en ideeën uit te wisselen met elkaar. Vaak waren er tegenstrijdige gedachten maar met overleg en argumenten kwamen we steeds tot een consensus. Vanuit de Katholieke Hogeschool Sint-Lieven werden we gedurende gans het jaar bijgestaan door Dhr. Arch. Alexis Versele. We willen onze oprechte dank betuigen voor zijn inzet, motivatie en technische kennis waarmee hij ons gedurende het hele jaar gesteund heeft. Ook zijn vele raadgevingen waren een meerwaarde om een goed eindresultaat te behalen. Daarnaast richten we graag een woord van dank aan het ingenieursbureau Witas, Mevr. Catherine Lootens van de dienst Groen Licht Vlaanderen en iedereen bij wie we steeds terecht konden voor de nodige uitleg, documentatie en apparatuur. Tenslotte willen we een speciaal woord van dank richten tot onze ouders. Ze zorgden niet alleen voor de financiering van onze studies, maar boden ons ook veel steun gedurende onze opleiding.

Laura Desimpelaere en Melissa Verstraete

-5-

De inhoudstabel Voorwoord ..................................................................................................... 4 De inhoudstabel ............................................................................................. 5 Lijst van illustraties ........................................................................................ 8 Lijst van figuren....................................................................................................................... 8 Lijst van tabellen ................................................................................................................... 10

Extended abstract .........................................................................................11 Inleiding ........................................................................................................13 1. Het gebouw ...............................................................................................15 1.1 BIM .................................................................................................................................. 15 1.1.1 ICT in de bouw heeft dé toekomst ....................................................................................... 15 1.1.2 Wat is BIM? .......................................................................................................................... 16

1.2 De gebouwenschil........................................................................................................... 17 1.2.1 Plaatsbeschrijving ................................................................................................................. 17 1.2.2 Het gebouwconcept ............................................................................................................. 18

1.3 Het BIM-model ............................................................................................................... 23 1.3.1 Autodesk Revit...................................................................................................................... 23 1.3.2 Overzicht van BIM in deze thesis.......................................................................................... 25 1.3.3 Het Revit-model.................................................................................................................... 26

2. Licht ..........................................................................................................27 2.1 Inleiding .......................................................................................................................... 27 2.1.1 Begrippen verlichting ........................................................................................................... 27 2.1.2 Minimale gemiddelde verlichtingssterkte ............................................................................ 30 2.1.3 Analysemogelijkheden Ecotect Analysis .............................................................................. 31

2.2 Zon-piramide .................................................................................................................. 32 2.2.1 Positie van de zon ................................................................................................................. 32 2.2.2 Bomen .................................................................................................................................. 34 2.2.3 Zonnewering......................................................................................................................... 35

2.3 Daglichtanalyse ............................................................................................................... 36 2.3.1 Algemeen.............................................................................................................................. 36 2.3.2 Model met 12 ramen............................................................................................................ 40

-62.3.3 Model met 14 ramen............................................................................................................ 44 2.3.4 Model met 16 ramen............................................................................................................ 47 2.3.5 Besluit ................................................................................................................................... 49

2.4 Kunstmatige verlichting .................................................................................................. 50 2.4.1 Visueel comfort .................................................................................................................... 50 2.4.2 Armaturen ............................................................................................................................ 53 2.4.3 Het regelsysteem .................................................................................................................. 55 2.4.4 Lichtplanning ........................................................................................................................ 56

2.5 BIM-toepassingen op visualisatie ................................................................................... 61 2.5.1 Inleiding ................................................................................................................................ 61 2.5.2 Onderzoek naar geschikt importmodel ................................................................................ 62 2.5.3 Toepassingen op importmodel............................................................................................. 64

2.6 Besluit ............................................................................................................................. 69

3. Ventilatie ..................................................................................................70 3.1 Inleiding .......................................................................................................................... 70 3.2 Ontwerp .......................................................................................................................... 70 3.2.1 Enkele definities ................................................................................................................... 70 3.2.2 Keuze van het ventilatiesysteem .......................................................................................... 71 3.2.3 Binnenluchtkwaliteit ............................................................................................................ 73 3.2.4 Kwaliteit van de afvoerlucht................................................................................................. 74 3.2.5 Bepaling van het debiet ........................................................................................................ 75 3.2.6 Dimensionering van de kanalen ........................................................................................... 76

3.3 BIM .................................................................................................................................. 77 3.3.1 Inleiding ................................................................................................................................ 77 3.3.2 Principe ................................................................................................................................. 77 3.3.3 3D-view ................................................................................................................................. 78 3.3.4 Family pulsieroosters............................................................................................................ 78 3.3.5 Family luchtgroep ................................................................................................................. 80 3.3.6 Family extractierooster ........................................................................................................ 80 3.3.7 Verbinding van de verschillende families ............................................................................. 81 3.3.8 Schedule ............................................................................................................................... 81

3.4 Besluit ............................................................................................................................. 82

-7-

4. Verwarming ..............................................................................................83 4.1 Inleiding .......................................................................................................................... 83 4.2 Bepalen warmteverlies ................................................................................................... 83 4.2.1 Transmissieverliezen (T,I) .................................................................................................. 84 4.2.2 Ventilatieverliezen (V,I) ..................................................................................................... 86 4.2.3 Totale warmteverliezen........................................................................................................ 87

4.3 Dimensionering toestellen ............................................................................................. 87 4.3.1 Ketel...................................................................................................................................... 87 4.3.2 Warmtepomp ....................................................................................................................... 88 4.3.3 Energieverschil ..................................................................................................................... 89

4.4 BIM .................................................................................................................................. 91 4.5 Besluit ............................................................................................................................. 93

5. Energieprestatie van het model .................................................................94 5.1 Inleiding .......................................................................................................................... 94 5.2 Trias Energetica .............................................................................................................. 95 5.2.1 Beschrijving........................................................................................................................... 95 5.2.2 Toepassing ............................................................................................................................ 96

5.3 Energieprestatie volgens EPBD ....................................................................................... 99 5.3.1 Wat is EPBD .......................................................................................................................... 99 5.3.2 De tool EPB ........................................................................................................................... 99 5.3.3 Energieprestatie van het model ......................................................................................... 101 5.3.4 Netto-energie behoefte van het model ............................................................................. 105

5.4 Energieprestatie volgens GBS ....................................................................................... 109 5.4.1 Tool ..................................................................................................................................... 109 5.4.2 Bespreking resultaten......................................................................................................... 109

5.5 Besluit ........................................................................................................................... 113

Besluit ......................................................................................................... 114 Literatuurlijst .............................................................................................. 115 Bijlagen ....................................................................................................... 118

-8-

Lijst van illustraties Lijst van figuren FIGUUR 1.1: BIM ................................................................................................................................................... 16 FIGUUR 1.2: LIGGINGSPLAN (LINKS) EN INPLANTINGSPLAN (RECHTS) ................................................................. 17 FIGUUR 1.3: ACHTER-, RECHTER- EN LINKERGEVEL (LINKS) EN VOORGEVEL (RECHTS) ........................................ 18 FIGUUR 1.4: GRONDPLAN (LINKS) EN DAKENPLAN (RECHTS) ............................................................................... 19 FIGUUR 1.5: VLOEROPBOUW ................................................................................................................................ 19 FIGUUR 1.6: WANDOPBOUW ................................................................................................................................ 20 FIGUUR 1.7: MAQUETTE VAN DE HOUTEN DRAAGSTRUCTUUR ........................................................................... 20 FIGUUR 1.8: 3D-AANZICHT .................................................................................................................................... 21 FIGUUR 1.9: LOSSE PAPIERVLOKKEN (LINKS) EN IN PLATEN (RECHTS) ................................................................. 22 FIGUUR 1.10: EPS PLATEN (LINKS) EN EPS KORRELS (RECHTS) ............................................................................. 23 FIGUUR 1.11: EPDM .............................................................................................................................................. 23 FIGUUR 1.12: BIM-PAKKETTEN ............................................................................................................................. 24 FIGUUR 1.13: BIM-SCHEMA .................................................................................................................................. 25 FIGUUR 1.14: REVIT MODEL .................................................................................................................................. 26 FIGUUR 1.15: SNEDE VOLGENS NOORD - ZUID RICHTING) ................................................................................... 26 FIGUUR 2.1: DE LICHTSTROOM ............................................................................................................................. 28 FIGUUR 2.2: DE LICHTSTERKTE .............................................................................................................................. 28 FIGUUR 2.3: DE VERLICHTINGSSTERKTE ............................................................................................................... 28 FIGUUR 2.4: DE LUMINANTIE ................................................................................................................................ 29 FIGUUR 2.5: DIRECTE NATUURLIJKE VERLICHTING, BUITEN EN BINNEN WEERKAATST (LINKS) EN DIRECTE EN INDIRECTE KUNSTMATIGE VERLICHTING (LINKS) ......................................................................................... 30 FIGUUR 2.6: POSITIE VAN DE ZON OP 21 JANUARI (LINKS) EN 21 JUNI (RECHTS) ................................................ 32 FIGUUR 2.7: SCHADUW VAN DE PIRAMIDE OP 21 JUNI OM 8U30 ...................................................................... 33 FIGUUR 2.8: JAARLIJKS ZONNEPAD MET DAGELIJKS PAD VAN 21 SEPTEMBER .................................................... 33 FIGUUR 2.9: TOTAALBEELD DAGELIJKSE SCHADUW OP 21 FEBRUARI .................................................................. 33 FIGUUR 2.10: SCHADUW VAN BOMEN OP 14 FEBRUARI OM 10U (LINKS) EN OP 2 MEI OM 8U30 (RECHTS) ...... 34 FIGUUR 2.11: BOVENAANZICHT ZONNEWERING (LINKS) EN OP 21 JUNI OM 13U (RECHTS) ............................... 35 FIGUUR 2.12: DEURZICHT PIRAMIDE .................................................................................................................... 36 FIGUUR 2.13: ZICHT OP DE NOORD- OOSTZIJDE VAN DE PIRAMIDE .................................................................... 36 FIGUUR 2.14: TOPZICHT PIRAMIDE ....................................................................................................................... 37 FIGUUR 2.15: VERLICHTINGSSTERKTES PIRAMIDE BIJ HELDERE HEMEL ............................................................... 38 FIGUUR 2.16: VERLICHTINGSSTERKTES PIRAMIDE BIJ BEWOLKTE HEMEL ........................................................... 38 FIGUUR 2.17: VERLICHTINGSSTERKTE MET GROVE KLEURENSCHAAL EN PIEKWAARDEN ................................... 39 FIGUUR 2.18: MODEL MET 12 RAMEN.................................................................................................................. 40 FIGUUR 2.19: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21DECEMBER OM 8U ........................................................................ 40 FIGUUR 2.20: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 DECEMBER OM 13U ..................................................................... 41 FIGUUR 2.21: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 JUNI OM 8U .................................................................................. 41 FIGUUR 2.22: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 JUNI OM 13U ................................................................................ 42 FIGUUR 2.23: VERLICHTINGSSTERKTE OP BORDZIJDE OP 21 JUNI OM 13U ......................................................... 42 FIGUUR 2.24: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 JUNI OM 14U BIJ HELDERE HEMEL .............................................. 43 FIGUUR 2.25: MODEL MET 14 RAMEN.................................................................................................................. 44 FIGUUR 2.26: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 DECEMBER OM 13U ..................................................................... 44 FIGUUR 2.27: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 JUNI OM 8U .................................................................................. 45

-9FIGUUR 2.28: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21JUNI OM 13U ................................................................................. 45 FIGUUR 2.29: VERLICHTINGSSTERKTES BORDZIJDE OP 21 JUNI OM 13U ............................................................. 46 FIGUUR 2.30: MODEL MET 16 RAMEN.................................................................................................................. 47 FIGUUR 2.31: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 DECEMBER OM 13U ..................................................................... 47 FIGUUR 2.32: VERLICHTINGSSTERKTES OP 21 JUNI OM 13U ................................................................................ 48 FIGUUR 2.33: MATRIX MET VERSCHILLENDE KLEUREN OP KALIBRANT MET KWI 85 (LINKS) EN KWI 70 (RECHTS) ...................................................................................................................................................................... 51 FIGUUR 2.34: POLAIRE DIAGRAMMA VAN ARMATUREN ..................................................................................... 53 FIGUUR 2.35: ARMATUUR MET LAGE LUMINANTIE (LINKS) EN MET RECHTE LAMELLEN (RECHTS) .................... 54 FIGUUR 2.36: ELEKTROMAGNETISCHE BALLAST ................................................................................................... 54 FIGUUR 2.37: ELEKTRONISCHE BALLAST ............................................................................................................... 54 FIGUUR 2.38: DE ARMATUUR FAGERHULT 27561 COMBIFIVE BETA (DIRECT/INDIRECT) 2XT5 35W ................... 57 FIGUUR 2.39: GEGEVENSBLAD DIALUX LIGHT....................................................................................................... 57 FIGUUR 2.40: BEREKENING- EN RESULTATENBLAD DIALUX LIGHT ....................................................................... 58 FIGUUR 2.41:SAMENVATTING LICHTPLANNING IN DIALUX LIGHT ....................................................................... 59 FIGUUR 2.42: BEREKENING VERLICHTINGSPREMIE .............................................................................................. 60 FIGUUR 2.43: HET REVIT-MODEL .......................................................................................................................... 61 FIGUUR 2.44: 3D-CAD GEOMETRY ........................................................................................................................ 61 FIGUUR 2.45: IMPORTEREN IN ECOTECT .............................................................................................................. 62 FIGUUR 2.46:ALLE LAYERS IMPORTEREN .............................................................................................................. 62 FIGUUR 2.47: ZONDER WANDEN .......................................................................................................................... 63 FIGUUR 2.48: DRAAGSTRUCTUUR......................................................................................................................... 63 FIGUUR 2.49: TE EXPORTEREN REVIT-MODEL ...................................................................................................... 63 FIGUUR 2.50: MODEL NA IMPORTEREN IN ECOTECT............................................................................................ 63 FIGUUR 2.51: JAARLIJKS ZONNEPAD VAN GEÏMPORTEERD MODEL (LINKS) EN ZELF GETEKEND MODEL (RECHTS) ...................................................................................................................................................................... 64 FIGUUR 2.52: SCHADUW VAN REVIT MODEL OP 21 JUNI OM 13U ...................................................................... 64 FIGUUR 2.53: SNEDE LANGS Y-AS VAN REVIT MODEL .......................................................................................... 65 FIGUUR 2.54: TRANSPARANT REVIT- MODEL (LINKS) EN REVIT-MODEL ZONDER OMTREKLIJNEN (RECHTS) ...... 65 FIGUUR 2.55: VERLICHTINGSSTERKTES REVIT-MODEL OP 21 JUNI OM 13U ........................................................ 66 FIGUUR 2.56: VERLICHTINGSSTERKTE EIGEN MODEL ZONDER RAMEN OP 21 JUNI OM 13U .............................. 67 FIGUUR 2.57: VERSCHOVEN RAMEN..................................................................................................................... 67 FIGUUR 2.58: RAAM TOEVOEGEN IN ECOTECT MET GEÏMPORTEERD REVIT-MODEL .......................................... 68 FIGUUR 2.59: ZONNEWERING IN REVIT MODEL ................................................................................................... 68 FIGUUR 3.1: TYPE A - NATUURLIJKE VENTILATIE................................................................................................... 71 FIGUUR 3.2: TYPE B – TOEVOER MET VENTILATOREN .......................................................................................... 71 FIGUUR 3.3: TYPE C - AFZUIGING MET VENTILATOREN ....................................................................................... 71 FIGUUR 3.5: E-PEIL IN FUNCTIE VAN SOORT VENTILATIE ..................................................................................... 72 FIGUUR 3.4: TYPE D - BALANSVENTILAITE ............................................................................................................ 72 FIGUUR 3.6: PRINCIPE VAN HET VENTILATIESYSTEEM .......................................................................................... 77 FIGUUR 3.7: 3D-VIEW ARCHITECTURAL (LINKS) EN 3D-VIEW MECHANICAL (RECHTS) ........................................ 78 FIGUUR 3.8: EIGENSCHAPPEN ............................................................................................................................... 79 FIGUUR 3.9: FAMILY VERDRINGINGSROOSTER ..................................................................................................... 79 FIGUUR 3.10: FAMILY LUCHTGROEP ..................................................................................................................... 80 FIGUUR 3.11: FAMILY EXTRATIEROOSTER ............................................................................................................ 80 FIGUUR 3.12: SNEDE VAN HET VOLLEDIGE VENTILATIESYSTEEM ......................................................................... 81 FIGUUR 3.13: SCHEDULE ROOSTERS ..................................................................................................................... 81

-10FIGUUR 4.1: CONDENSATIEKETEL ECOTEC VC 136 - 4.9-13KW VAN VAILLANT .................................................... 87 FIGUUR 4.2: WARMTEPOMP VITOCAL 350-A VAN VIESSMAN VOOR BINNENOPSTELLING (LINKS) EN VOOR BUITENOPSTELLING (RECHTS) ...................................................................................................................... 89 FIGUUR 4.3: EPB UITTREKSEL MET LUCHT-WATER WARMTEPOMP ..................................................................... 90 FIGUUR 4.4: EPB UITTREKSEL MET CONDENSERENDE KETEL ............................................................................... 90 FIGUUR 4.5: THERMISCHE ANALYSE MET REVIT MODEL OP 1 JANUARI............................................................... 91 FIGUUR 4.6: THERMISCHE ANALYSE OP 7 JANUARI .............................................................................................. 92 FIGUUR 4.7: THERMISCHE ANALYSE OP 29 AUGUSTUS ........................................................................................ 92 FIGUUR 5.1: DE TRIAS ENERGETICA ...................................................................................................................... 95 FIGUUR 5.2: STAPPENPLAN EPB .......................................................................................................................... 100 FIGUUR 5.3: GEGEVENSBLAD BUITENMUUR ...................................................................................................... 102 FIGUUR 5.4: GEGEVENSBLAD VLOEROPBOUW ................................................................................................... 102 FIGUUR 5.5: GEGEVENSBLAD RAMEN ................................................................................................................. 102 FIGUUR 5.6: GEGEVENSBLAD WARMTEPOMP .................................................................................................... 103 FIGUUR 5.7: GEGEVENSBLAD ARMATUREN ........................................................................................................ 103 FIGUUR 5.8: GEGEVENSBLAD SCHILDDELEN ....................................................................................................... 103 FIGUUR 5.9: RESULTATENBLAD EPB.................................................................................................................... 104 FIGUUR 5.10: E-PEIL ............................................................................................................................................ 105 FIGUUR 5.11: NETTO-ENERGIEBEHOEFTE VOOR RUIMTEVERWARMING ........................................................... 105 FIGUUR 5.12: NETTO-ENERGIEBEHOEFTE VOOR KOELING ................................................................................. 105 FIGUUR 5.13: RESULTATEN VAN HET REKENBLAD NETTO-ENERGIEBEHOEFTE VOOR PASSIEFSCHOLEN .......... 108 FIGUUR 5.14: INLOGGEN OP DE WEBSITE........................................................................................................... 109 FIGUUR 5.15: FOUTMELDINGEN ......................................................................................................................... 110 FIGUUR 5.16: OVERZICHT ‘RUNS’ OP DE WEBSITE GREEN BUILDING STUDIO.................................................... 111 FIGUUR 5.17: BOVENAANZICHT - VRML VIEW .................................................................................................... 111 FIGUUR 5.18: ENERGIERESULTATEN IN GREEN BUILDING STUDIO ..................................................................... 112

Lijst van tabellen TABEL 1.1: SAMENVATTING VAN DE BOUWFYSISCHE SITUATIE ........................................................................... 21 TABEL 2.1: SAMENVATTENDE TABEL LICHTEENHEDEN ........................................................................................ 29 TABEL 2.2: NBN EN 12464-1 "LICHT EN VERLICHTING, WERKPLEKVERLICHTING" – UITTREKSEL SCHOOLGEBOUWEN ..................................................................................................................................... 30 TABEL 2.3: AANBEVOLEN REFLECTIECOËFFICIENTEN VOOR DE OPPERVLAKKEN (LINKS) EN REFLECTIEFACTOREN VOOR BEPALDE MATERIALEN (RECHTS) ....................................................................................................... 52 TABEL 3.1:CLASSIFICATIE VAN DE BINNENLUCHT (NBN EN 13779-TABEL 8) ........................................................ 73 TABEL 3.2: CLASSIFICATIE VAN DE BINNENLUCHT VOLGENS HET CO2-PEIL (NBN EN 13779 – TABEL 9) ............. 73 TABEL 3.3: CLASSIFICATIE VOLGENS HET VENTILATIEVOUD MET BUITENLUCHT (NBN EN 13779 - TABEL 11) .... 74 TABEL 3.4: HERGEBRUIK VAN DE AFVOERLUCHT EN DOORSTROOMLUCHT (NBN EN 13779 – TABEL A2) .......... 74 TABEL 3.5: CLASSIFICATIE VAN DE AFVOERLUCHT (NORM NBN EN 13779-TABEL 3) ........................................... 75 TABEL 3.6: TE HANTEREN WAARDEN BIJ DE BEPALING VAN DE BEZETTING NODIG VOOR DE BEREKENING VAN HET MINIMUM ONTWERPDEBIET IN RUIMTEN BESTEMD VOOR MENSELIJKE BEZETTING ......................... 76 TABEL 4.1: BINNENTEMPERATUUR IN VERSCHILLENDE RUIMTES VOLGENS EN 12831 ....................................... 83 TABEL 4.2: TRANSMISSIEWARMTEVERLIEZEN VAN DE PIRAMIDE ........................................................................ 85 TABEL 5.1: AANTAL WEEKDAGEN PER MAAND REKENING HOUDEND MET VAKANTIE, WEEKEND EN HALVE LESDAGEN................................................................................................................................................... 107

-11-

Extended abstract Integratie van BIM bij het werken met dynamische softwaretools voor de bepaling van de energieprestatie van een piramidale constructie. Desimpelaere Laura en Verstraete Melissa Promotor: Dhr. Arch. A. Versele

I.

DOELSTELLING

In deze thesis worden de mogelijkheden van BIM, Building Information Modeling, onderzocht. BIM probeert op één gebouwmodel zoveel mogelijk reken- en grafische toepassingen te enten. Dit model wordt hiervoor uitgewisseld tussen verschillende dynamische softwaretools om er analyses op los te laten. Het telkens hertekenen van het model wordt door dit principe overbodig. Om de uitwisselbaarheid tussen verschillende softwaretools te evalueren, wordt het voorontwerp van een piramidale constructie als case gebruikt. Het voorontwerp van deze piramide wordt eerst geëvalueerd op het vlak van energieprestatie en waar nodig bijgestuurd. Vooraleer de energieprestatie van de piramide te bepalen, worden er drie prestatiecriteria behandeld, namelijk licht, ventilatie en verwarming. In functie van de na te streven prestatie-eisen worden technische installaties voorgesteld. Hierbij wordt nagegaan of deze technische installaties beantwoorden aan de lageenergiestandaard en of ze kunnen worden toegepast in de piramide.

II.

METHODIEK

De studie omtrent de piramidale constructie gebeurt op basis van verschillende modellen. Dit is noodzakelijk aangezien werken met één BIMmodel nog niet volledig op punt staat. Bij het exporteren van het BIM-model naar andere software tools is het gecreëerde bestand vaak zodanig zwaar dat het uitvoeren van analyses niet probleemloos verloopt. Er wordt dus, afhankelijk van de analyse, gekozen om zelf een model te tekenen of om bepaalde layers van het BIMmodel te verbergen. Hierdoor wordt het bestand lichter en kan er gemakkelijk mee worden verder gewerkt.

III.

STAPPENPLAN

Er wordt eerst een BIM-model gemaakt in Revit (Autodesk). Het is de bedoeling om te onderzoeken in welke mate het BIM gebouwmodel kan gebruikt worden om energieprestatiecriteria te analyseren in andere softwaretools zoals Ecotect, Dialux Light en EPB. Om een objectieve analyse te kunnen maken, wordt het model op een vereenvoudigde wijze hertekend en dit in eerste instantie in Ecotect. Op dat vereenvoudigde model worden verschillende analyses losgelaten. Vooral op het vlak van verlichting wordt heel wat onderzoek verricht in deze tool. Er worden posities van de zon bepaald, daglichtanalyses gemaakt, zonwering geplaatst,… Hieruit kan bepaald worden wanneer er kunstmatige verlichting noodzakelijk is. Met een tweede vereenvoudigd model wordt deze kunstverlichting gedimensioneerd in Dialux Light. Daarna wordt het Revit-model (= het BIM-model) in Ecotect geïmporteerd en wordt er onderzocht of alle analyses die mogelijk zijn bij het eigen getekend vereenvoudigd model, ook mogelijk zijn bij dat importmodel. Op die manier kan er een vergelijking gemaakt worden van de resultaten die uit beide modellen bekomen worden. Naast verlichting worden ook de ventilatie en verwarming gedimensioneerd. Het dimensioneren gebeurt bij beiden aan de hand van manuele berekeningen. Zo worden de ventilatiedebieten en warmteverliezen bepaald. Vervolgens wordt het ventilatiesysteem uitgetekend in Revit MEP. Vanuit Ecotect wordt aan de hand van het vereenvoudigde model bepaald op welk tijdstip verwarming noodzakelijk is.

-12Tenslotte wordt het E-peil van de piramide bepaald. Dit alles gebeurt met behulp van de EPB-software en de webapplicatie Green Building Studio. In de mate van het mogelijke werden de resultaten van deze twee softwaretools met elkaar vergeleken.

IV.

BESLUIT

Er kan besloten worden dat de uitwisselbaarheid tussen verschillende softwaretools nog niet volledig op punt staat. Het lukt nog niet om alle informatie van alle disciplines in alle bouwfases in één model op te slaan en daarmee simultaan te werken. 3D-gebouwmodellen worden bovendien erg zware bestanden en werken dus langzaam. Bij het exporteren naar of het importeren in softwaretools gaat er vaak ook kostbare informatie verloren waardoor een analyse geen correcte weergave meer geeft. Hierdoor wordt in de praktijk vaak teruggegrepen naar de traditionele software om bepaalde analyses of tekeningen uit te voeren.

DANKWOORD Vanuit de Katholieke Hogeschool Sint-Lieven werden we gedurende gans het jaar bijgestaan door Dhr. Arch. Alexis Versele. We willen onze oprechte dank betuigen voor zijn inzet, motivatie en technische kennis waarmee hij ons gedurende het hele jaar gesteund heeft. Ook zijn vele raadgevingen waren een meerwaarde om een goed eindresultaat te behalen. Daarnaast richten we graag een woord van dank aan iedereen bij wie we steeds terecht konden voor de nodige uitleg, documentatie en apparatuur.

REFERENTIES  Versele A. (2010), Duurzaam bouwen, Onuitgegeven nota’s bij een cursus voor het vierde jaar van de opleiding Industrieel Ingenieur Bouwkunde, Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Departement Industrieel Ingenieur Gent.  EN 12464-1 Norm voor de eisen voor verlichting van binnenwerkplekken

-13-

Inleiding Duurzaam bouwen is een begrip dat niet meer weg te denken is uit onze huidige samenleving. Duurzaam betekent in zijn letterlijke vertaling een lange levensduur. Aangezien dit niet steeds past in het kader van duurzaamheid wordt er gesproken van volhoudbaarheid. Duurzaam bouwen staat dus voor het ontwikkelen en beheren van de gebouwde omgeving met respect voor mens en milieu. De negatieve invloed van het gebruik van een gebouw wordt zoveel mogelijk beperkt. Alle nieuwe bouwvormen en -visies zijn dan ook steeds meer afgestemd op de specifieke eisen die bouwers en gebruikers stellen aan duurzaamheid. Er wordt optimaal gebruik gemaakt van ruimte, water en materialen. Daarnaast is een beperkt en verantwoord energieverbruik niet weg te denken in de duurzame context. Energie wordt steeds duurder en de fossiele brandstoffen raken stilaan uitgeput. Daarom is het noodzakelijk om de energievraag van een gebouw te beperken. De hoeveelheid energie die een gebouw nodig geeft noemt men de energieprestatie van het gebouw. In deze masterproef wordt een voorontwerp van een piramidale constructie van 12 x 12 meter bijgestuurd en geëvalueerd om zo de energieprestatie ervan te kunnen bepalen. Vooraleer de energieprestatie te bepalen, moeten de technische installaties en de gebouwenschil gekend zijn. Dit gebeurt grotendeels met behulp van dynamische softwaretools, waarbij BIM zoveel mogelijk geïntegreerd wordt. Het principe van BIM is dat er vanuit één model verschillende toepassingen in meerdere programma’s worden gemaakt. Hierdoor wordt het telkens opnieuw tekenen van het model overbodig. Het wordt geëxporteerd naar en geïmporteerd in verschillende software. Het heeft het grote voordeel dat aanpassingen automatisch in alle programma’s worden aangepast. Dit leidt tot een verbetering van de transparantie en de prestaties in de bouwsector. Hierdoor kan er heel veel kostbare tijd bespaard worden. Verder wordt onderzocht hoe het gebouw op een bouwfysisch verantwoorde wijze kan opgevat worden als een laag-energie gebouw. Milieuverantwoord materiaalgebruik, duurzaam bouwen en lage energie vormen een belangrijke leidraad doorheen de tekst. Hierdoor ontstaat er een combinatie van een aangenaam binnenklimaat met een beperkt energieverbruik. Het eerste hoofdstuk bespreekt het gebouwmodel. De gebouwenschil komt eerst toegelicht met het gebruik van minder en herbruikbare bouwmaterialen. Bovendien wordt er rekening gehouden met de onderhoudsvriendelijkheid. Daarnaast komt het begrip Building Information Modelling aan bod. Hoofdstuk twee behandelt het onderzoek naar dagen kunstlicht van het gebouwmodel. Dit gebeurt met behulp van het computerprogramma Ecotect. Maximaal gebruik maken van natuurlijk daglicht beperkt de behoefte aan energie. Via de software wordt onderzocht hoeveel ramen noodzakelijk zijn en welke de optimale positie ervan is. Dit gebeurt door daglichtanalyses te maken op verschillende momenten. Voor de tijdstippen met onvoldoende verlichtingssterkte wordt via Dialux gezocht naar geschikt kunstlicht. Bij teveel aan licht of zon kan een doordacht geplaatste zonwering oververhitting vermijden zodat airco overbodig wordt. Dit onderzoek naar dagen kunstlicht gebeurt via een vereenvoudigd model. Ten slotte wordt via het geïmporteerde BIM-model een vergelijking van de resultaten gemaakt.

-14Hoofdstuk drie behandelt de ventilatie voor de piramidale constructie. Ventileren is noodzakelijk voor een goede luchtkwaliteit in een gebouw. Dit is belangrijk voor een gezond binnenklimaat. Er wordt bepaald welk type ventilatiesysteem geschikt is voor een lage-energie bouw en de diameter van de kanalen berekend. Er wordt ook nagegaan welke mogelijkheden Revit MEP biedt op het vlak van ventilatie. Vervolgens wordt in hoofdstuk vier bepaald welke het optimale verwarmingssysteem is. Opnieuw kan de behoefte aan energie beperkt worden door het gebruik van een hernieuwbare energiebron. Dit zorgt voor een lagere CO2-uitstoot en een beperkt gebruik van fossiele brandstoffen. Verder wordt met behulp van Ecotect de temperatuur binnen in de piramide bepaald. Na de bespreking van de gebouwenschil in hoofdstuk 1 en het dimensioneren van de technische installaties (hoofdstukken 2 tot 4), wordt de energieprestatie van het gebouwmodel bepaald en geëvalueerd in hoofdstuk 5. Met de EPB- software en via Green Building Studio, een webapplicatie van Ecotect wordt nagegaan hoe de piramidale constructie scoort op energetisch vlak. Tot slot worden de bevindingen over dit eindwerk neergeschreven in het besluit.

Hoofdstuk 1: het gebouw

-15-

1. Het gebouw 1.1 BIM 1.1.1 ICT in de bouw heeft dé toekomst Een volledig bouwproces kan beter gepland en beheerd worden dankzij BIM, Building Information Modeling. BIM combineert een flexibel driedimensionaal gebouwenmodel met de daarbij horende informatie. Eén digitaal model kan centraal staan gedurende het volledige bouwproces en kan gebruikt worden door alle betrokken partijen. Deze digitale bouwmodellen zorgen er dus voor dat het bouwproces efficiënter en effectiever verloopt. In de toekomst zal het mogelijk zijn om één digitaal model gedurende de hele levensduur van het ontwerp te gebruiken. Op dit model zullen eveneens diverse analyses uitgevoerd worden. De laatste jaren kent de bouwwereld een enorme evolutie op het vlak van tekensoftware. De ontwikkelingen volgen elkaar snel op. Deze lijken vaak ingewikkeld maar met de nodige inspanningen kan beantwoord worden aan een reële vraag vanuit de bouwwereld. 200 jaar geleden was bouwen iets eenvoudiger dan nu. Er bestonden toen eenmaal niet zoveel keuzemogelijkheden aan bouwmaterialen. Nu is dit aanbod enorm gestegen en is er behoefte aan het neerschrijven van bijhorende informatie. De bouwtekeningen en -schetsen, 2D-modellen, deden eind negentiende eeuw hun intrede en het accent kwam te liggen op vormgeving. Door de jaren heen werden tekeningen bouwmodellen en werden steeds meer eisen gesteld aan de informatie die de tekeningen ons moesten geven. Tegenwoordig is de tekening nog steeds een zeer waardevol onderdeel uit het bouwproces maar over tien jaar zal het digitale bouwmodel de bovenhand nemen en zal de tekening een bijproduct worden. De digitale bouwmodellen geven ons een brede waaier aan informatie waarmee het bouwproces nauwkeuriger en effectiever kan verlopen. Ze hebben de toekomst voor zich en worden aangeduid met de term Building Information Modeling (BIM) (zie figuur 1.1). Het is het resultaat van het digitaliseren van de informatie van papier in een computersysteem. Er kan heel wat informatie gekoppeld worden zoals eigenschappen van materialen, onderhoudsmaatregelen, planningen, budgetten,… Hierdoor ontstaat er transparantie in het bouwproces. Er kan ook efficiënter gewerkt worden aangezien de hele levenscyclus, van voorbereidingsfase tot realisatiefase of zelfs de sloopen herbruikfase, in beschouwing wordt genomen.


-16-

Figuur 1.1: BIM

1.1.2 Wat is BIM? BIM bestaat uit twee componenten, namelijk een driedimensionale grafische weergave waarin de geometrie vastligt enerzijds en een gerelateerd database anderzijds. Hierdoor ontstaat een digitaal bouwmodel dat een waaier aan informatie biedt waarmee het bouwproces efficiënter en effectiever kan verlopen. Het biedt bovendien de mogelijkheid berekeningen te maken omtrent normering, financiën, prestaties,… Een BIM kan bestaan in een 3D, 4D of nD model. Een 3D model is een digitaal bouwmodel waarbij het resultaat wordt gesimuleerd. Bij een 4D model wordt er bovendien een planning aan gekoppeld. Aan een nD model worden kosten, energie, regelgeving,… gekoppeld. Het gaat dus verder dan digitale bouwmodellen en CAD software. BIM is bedoeld om informatie op te slaan van alle disciplines betrokken bij een bouwproject of ingeschakeld gedurende de hele levenscyclus van een bouwproces. De informatie is continu beschikbaar en steeds actueel. Er zijn veel voordelen voor iedere partij. Hierbij kan gedacht worden aan het vroegtijdig opsporen van ontwerpfouten, de reductie van faalkosten, het weergeven van een realistisch beeld,… BIM betekent samenwerken en wordt het best meteen aangelegd bij de start van het bouwwerk. Alle partijen gebruiken binnen het bouwproces dezelfde informatie en zien van elkaar wat er gebeurt. Ze vormen één netwerk waarin iedereen een verantwoordelijke rol heeft voor het eindresultaat. De voordelen en besparingen gelden voor iedere partij en bovendien voor elke fase van het bouwproces.


-17-

In de toekomst zal het BIM-model centraal komen te staan in het bouwproces. Er zullen een aantal veranderingen merkbaar zijn. Het beheren van het model wordt belangrijk bij de onderlinge rolverdeling. De eerste stap is om uw situatie en de wensen van de opdrachtgever goed te bekijken. Het is belangrijk heldere en realistische doelstellingen te formuleren. Een BIM met al haar functionaliteiten betaalt zich in dit stadium al terug. Goede afspraken maken is prioritair zodat een goede samenwerking van alle partijen kan leiden tot één goed functionerend geheel.

Besluit BIM is dé oplossing die ervoor zorgt dat alle relevante informatie uit het ganse bouwproces opgeslagen, gebruikt en beheerd wordt in een digitaal gebouwmodel. De informatie is steeds beschikbaar en relevant voor iedere partij. Dit is handig want binnen een bouwproces werken zeer veel verschillende partijen samen om tot het resultaat te komen. Bovendien is het traditioneel aanmaken van een gedetailleerd bestek een tijdrovend en herhalend werk. Dit automatiseren bespaart veel kostbare tijd.

1.2 De gebouwenschil 1.2.1 Plaatsbeschrijving In dit eindwerk wordt een voorontwerp van een piramidale constructie van 12 x 12 m geëvalueerd en eventueel bijgestuurd. Deze piramide zal een onderdeel zijn van een educatief centrum die vier hutten zal bevatten. Naast een eerste observatiehut van 8 x 8m die reeds geconstrueerd werd, worden immers nog drie andere hutten gebouwd op het parkgebied van de campus Dirk Martens van Kaho Sint-Lieven te Aalst (zie figuur 1.2).

Figuur 1.2: Liggingsplan (links) en inplantingsplan (rechts)


-18-

Eén ervan zal dienst doen als klas- of projectruimte (de grootste hut van 12 x 12 m), de tweede als sanitaire hut (met douches en toiletten) en de laatste zal gebruikt worden als opbergruimte voor tuinmateriaal. Elke hut zal het uitzicht hebben van een houten observatiehut. Ze verschillen wel van draagstructuur en isolatiegraad, afhankelijk van de toepassing. De piramidale constructie van 12 x 12m zal door studenten van het Vrij Technisch Instituut gebouwd worden. De campus waar dit educatief centrum ingepland wordt, staat bekend als groene campus. Het behaalde reeds zes maal het milieucharter Oost-Vlaanderen. Dit wil bedrijven aanzetten tot een actief milieubeleid. Het resultaat moet een verbetering zijn van het leefmilieu. De campus voert een actief milieubeleid door middel van milieuacties en milieu-investeringen. Hierdoor wordt een gepaste attitude ontwikkeld voor onder andere rationeel milieubewustzijn. Zowel studenten als personeel leren hierbij dat dit kan leiden tot belangrijke besparingen en een aangename en gezonde omgeving. De hogeschool heeft al een hele reputatie op het gebied van milieu en energie. Zo biedt ze een opleiding voor energiecoördinator aan en engageert ze zich in verschillende ecologische projecten. Eén van deze projecten is het uitbouwen van een natuureducatief centrum. Dit betreft educatieve paden, een natuureducatieve tuin en verschillende passiefhutten. Deze laatste worden gebouwd uit onuitputtelijke grondstoffen, bijvoorbeeld papiervlokken, niet chemisch behandeld hout uit verantwoord bosbeheer, vlas, hennep,… Via dit centrum wil de campus op een educatieve wijze tonen hoe met beperkt technische ingrepen het energieverbruik van gebouwen drastisch kan verminderd worden zonder comfortverlies. Dit project heeft een brede doelgroep want iedereen kan er baat bij hebben. De studenten bachelor bouw en vastgoed kunnen heel wat bijleren over de opbouw van de hut. Eenmaal de hut gerealiseerd is, kunnen leerlingen uit het lager en secundair onderwijs er les volgen.

1.2.2 Het gebouwconcept A. Algemeen Het gebouw is een piramidale constructie met een vierkant grondoppervlak en heeft een brutovloeroppervlakte van 144 m² (12 x 12 m). Het netto bruikbaar vloeroppervlak bedraagt 81 m². Hierbij wordt rekening gehouden met een randzone van 1,5 m. Het gebouw heeft een hoogte van ongeveer 8,5 m en bestaat uit één ruimte. Alle wanden hebben een helling van 55° ten opzichte van de horizontale as. De wanden gericht naar het noorden, oosten en zuiden bevatten elk vier ramen. De wand die georiënteerd is naar het westen, namelijk de voorgevel, bevat twee ramen en een deur (zie figuur 1.3).

Figuur 1.3: Achter-, rechter- en linkergevel (links) en voorgevel (rechts)


-19-

Wegens de houten draagstructuur zijn er niet veel mogelijkheden voor de positionering van de ramen. De ramen die in deze constructie geplaatst worden, hebben drievoudige beglazing en hebben als afmetingen 94 x 118 cm. De raamoppervlakte bedraagt 1,11 m² en de glasoppervlakte 0,75 m². Er zitten vaste spanten met een tussenafstand van 1,2 m (zie rode cirkels op het grondplan op figuur 1.4 - links). Per 60 cm wordt er nog een extra spant geplaatst om de stabiliteit te verzekeren (zie groene cirkels op het grondplan). Op bepaalde plaatsen kunnen deze onderbroken worden zodat er een raam geplaatst kan worden. Bovendien dient er rekening gehouden te worden met de houten horizontale draagstructuur. Deze kan niet weggenomen worden zodat er maar op twee “hoogtes” ramen kunnen geplaatst worden (zie figuur 1.4 - rechts).

Figuur 1.4: Grondplan (links) en dakenplan (rechts)

B. Vloeropbouw De vloer (zie figuur 1.5) is opgebouwd uit een gewapend betonnen vloerplaat van 12 x 12 m en heeft een dikte van 25 cm. Er wordt geopteerd om een betonvloer te gebruiken omdat er op die manier een grotere thermische massa ontstaat. Dit leidt tot een beter zomercomfort. Onder deze betonplaat wordt er 20 cm EPS geplaatst. Dit is een isolatie die bestand is tegen water waardoor ze een belangrijke functie heeft gedurende de ganse levensduur van het gebouw. Dit leidt tot grote kostenbesparingen. Onder de isolatie wordt een EPDM-folie geplaatst. Deze is ondoorlatend en zorgt er dus voor dat de isolatie niet vochtig kan worden. De vloerafwerking binnenin de constructie bestaat uit linoleum. De totale dikte van de vloer bedraagt 68,25 cm.

Figuur 1.5: Vloeropbouw


-20-

C. Wandopbouw Houten I-liggers worden op regelmatige afstand geplaatst. Daartussen wordt er ongeveer 21 cm isolatie, namelijk papiervlokken, geplaatst (zie figuur 1.6). Aan de buitenzijde wordt hierop eerst een houten beplanking (multiplex) aangebracht en vervolgens een ondoordringbare plastiek folie, EPDM. Hierop wordt een houten horizontale boomstambedekking aangebracht die op een speciale manier bevestigd is aan de EPDM. Het is belangrijk dat de folie niet doorboord wordt om lekken te vermijden. Op de horizontale boomstambedekking komt er een verticale boomstambedekking.

Figuur 1.6: Wandopbouw

Onder de isolatie, aan de binnenzijde, wordt een dampremmende laag geplaatst. Deze zorgt ervoor dat het isolatiemateriaal droog blijft want de folie verhindert dat vocht van binnenuit in de constructie trekt. Het beschermen en versterken van deze folie gebeurt door een houten beplanking aan te brengen. Deze beplanking kan eventueel afgewerkt worden met een gipspleisterlaag. De totale dikte van de wanden bedraagt 25,86 cm.

D. Draagstructuur De draagstructuur (zie figuur 1.7) van het gebouw bestaat volledig uit gelamineerd hout. Het is dus een zeer belangrijk bouwmateriaal in dit project. Houtskeletbouw wordt de laatste decennia steeds meer toegepast. Hout heeft namelijk ontzettend veel voordelen: licht, warmte-isolerend, vochtregelend, snel, degelijk, gezond en milieuvriendelijk. Er ontstaat een milieuvriendelijk en duurzaam gebouw. Daar een houtconstructie veel lichter is dan een traditionele constructie, kan de fundering eenvoudiger uitgevoerd worden. Dit leidt tot een aanzienlijke kostenvermindering. Hout bezit bovendien uitstekende thermische eigenschappen wat resulteert in een gunstig energieverbruik. Ook de vochtregulerende eigenschappen zijn een groot voordeel. Waterdamp wordt opgenomen en afgestaan naargelang de luchtvochtigheid van de omgeving toe- of afneemt. Het probleem van condensatie wordt dus vermeden. Hout is een ecologisch bouwmateriaal. Het is natuurlijk en hernieuwbaar, het Figuur 1.7: Maquette van de houten groeit vanzelf en is in principe onuitputtelijk. De draagstructuur verwerking vergt weinig of geen energie en er zijn nagenoeg geen afvalstoffen.


-21-

Met behulp van vier houten balken, die samenkomen in de top van de piramide, wordt de constructie opgebouwd (zie 3D-aanzicht, rode balken). Daartussen zit er een verticale en horizontale structuur van houten balken (zie figuur 1.8).

Figuur 1.8: 3D-aanzicht

E. Samenvatting van de bouwfysische situatie In tabel 1.1 bevind zich een samenvatting van alle bouwfysische eigenschappen van de hut. Tabel 1.1: Samenvatting van de bouwfysische situatie

U [W/m²K]

Ramen

Wandopbouw (van buiten naar binnen) 20 cm EPS 25 cm gewapend beton 5 cm chape 0,25 cm linoleum 2 cm multiplex 21,7 cm cellulose 2 cm houten planken Drievoudige beglazing, Fakro

Deur

Dubbel glas met houten kaders

1.04

Vloer

Hellende wanden

0,16

0.20

0.97


-22-

F. Technische eigenschappen van gebruikte materialen De isolatie gebruikt in de wanden van dit gebouw is cellulose (papiervlokken). Papiervlokken worden geproduceerd van recyclagepapier en worden versnipperd tot wollige vlokken. Ze kunnen voorkomen als losse papiervlokken die worden ingespoten of als halfstijve platen (zie figuur 1.9). Er is weinig energie nodig bij de productie van papiervlokken en er is geen afval. Het isolatiemateriaal bezit goede geluidsdempende eigenschappen en is vochtbufferend. Verder is het mogelijk om onregelmatige ruimtes te isoleren. Papiervlokken hebben dan ook verschillende toepassingsgebieden zoals in hellende daken en bij houtskeletbouw. Het inblazen van cellulosevlokken gebeurt pneumatisch1 en garandeert een volledige vulling. Dit is belangrijk voor de luchtdichtheid. Door het isoleren met cellulose wordt heel wat energie bespaard. Dit zorgt voor een aanzienlijke kostenbesparing. Bovendien daalt de CO2-uitstoot omdat de documenten gerecycleerd worden en niet naar een stortplaats dienen gebracht te worden.

Figuur 1.9: Losse papiervlokken (links) en in platen (rechts)

Technische eigenschappen2:  lambda-waarde (λd):  warmteopslagcapaciteit (c):  volumemassa ():

0,040 W/mK; 1940 à 2150 J/kgK; 30 à 50 kg/m³.

Deze technische eigenschappen tonen aan dat cellulose een zeer goede warmteopslagcapaciteit bezit en dus een zeer goede thermische isolatie is. Bovendien vormen papiervlokken een grote massa waardoor ze op akoestisch vlak ook goed scoren. EPS (zie figuur 1.10) is het isolatiemateriaal dat gebruikt wordt in de vloer. Het is een karakteristieke en vrijwel altijd witte kunststof. Iedere kubieke meter EPS bevat ongeveer 10 miljoen bolletjes. Elk bolletje bevat heel wat cellen die met lucht gevuld zijn. Qua volume bestaat het voor slechts 2% uit polystyreen en voor 98% uit lucht. Het is dus zeer licht en bestaat uit één materiaalsoort waardoor het materiaal volledig recycleerbaar is. Enkele belangrijke eigenschappen van het materiaal zijn de enorme duurzaamheid en de uitstekende isolerende eigenschappen. Ook wat betreft de warmtegeleidingscoëfficiënt en de druksterkte scoort het materiaal zeer goed.

1

Pneumatisch betekent onder hoge druk samenpersen, inspuiten

2

Technische fiche in bijlage 2.1


-23-

Het gebruik van EPS als isolatie heeft bovendien het voordeel dat er weinig samendrukking mogelijk is waardoor er geen extra dikte hoeft ingerekend te worden. EPS is vochtbestendig en is rot- en schimmelvrij. Daarnaast is het materiaal gemakkelijk te bewerken om de gewenste vorm te bekomen.

Figuur 1.10: EPS platen (links) en EPS korrels (rechts)

Technische eigenschappen van EPS3:  lambda-waarde (λd):  warmteopslagcapaciteit (c):  volumemassa ():

0,040 W/mK; 1300 J/kgK; 10 à 35 kg/m³.

EPDM (zie figuur 1.11), ethyleen-propyleen-dieen monomeer, slaat op een groep van synthetische rubbers of elastomeren. Het is een polymeer die bekomen wordt uit drie monomeren. De rubber ontstaat door een vermenging met roet en andere vulstoffen te maken. Het wordt in de piramide in zowel de wand als in de vloer gebruikt. EPDM bezit een aantal belangrijke eigenschappen zoals een hoge elasticiteit over een groot temperatuursbereik, een lange levensduur (tot 50 jaar) en een goede Figuur 1.11: EPDM bestendigheid tegen vele weersinvloeden, ozon en UV-stralen. EPDM kan gebruikt worden voor daken maar ook voor bijvoorbeeld zwemvijvers. De waterdichtheid is steeds gegarandeerd.

1.3 Het BIM-model 1.3.1 Autodesk Revit Het bouwkundig team verspilt teveel tijd met moeizame en repetitieve taken, zoals het invoeren van dezelfde informatie voor diverse analysemodellen en constructiedocumenten. Autodesk Revit biedt een oplossing waarbij slechts één bouwkundig model moet opgesteld worden voor verschillende types analyses en voor alle documenten. Iedere wijziging wordt aangepast op alle plekken zodat er een betere ontwerpflexibiliteit en -coördinatie ontstaat.

3



-24-

Revit bestaat uit drie deelpakketten, namelijk Revit Architecture, Revit Structure en Revit MEP:  



Revit Architecture is ontworpen voor het modelleren van bouwkundige informatie en toont de gebouwen zoals ze in werkelijkheid zijn; In Revit Structure wordt de klemtoon vooral gelegd op details van constructieve elementen uit staal, gewapend beton en metselwerk. Er kunnen ook heel wat symbolen en onderdelen van draagconstructies ingegeven worden; Revit MEP is het pakket voor elektriciteit, sanitair en HVAC.

Een volledig fysiek model van het gebouw wordt gecombineerd met een aanpasbaar analytisch model. Het fysieke model wordt gebruikt voor het opmaken van tekeningen en het analytische model voor technische toepassingen. Deze belangrijke functie zorgt voor het uitsluiten van coördinatiefouten en dat de documentatie steeds compleet is. Bovendien geeft Revit steeds probleemsituaties aan waardoor deze onmiddellijk aangepakt kunnen worden. Daarnaast zijn Revit Architecture, Revit Structure en Revit MEP volledig op dezelfde basis gemaakt. Dit betekent dat ze kunnen dezelfde bestandsformaten uitwisselen en dus kunnen samenwerken.

Revit is slechts één van de vele BIM programma’s die momenteel beschikbaar zijn (zie figuur 1.12). Andere belangrijke BIM programma’s zijn o.a. ArchiCAD en Bentley Architecture. Ieder programma heeft zijn specifieke toepassingsdomeinen. De keuze hangt af van het soort project dat uitgevoerd wordt: programma’s gericht op ontwerpen of analyseprogramma’s. In deze masterproef werd enkel gewerkt met het Revit pakket.

Figuur 1.12: BIM-pakketten


-25-

1.3.2 Overzicht van BIM in deze thesis

Figuur 1.13: BIM-schema

In figuur 1.13 is er een overzicht gemaakt van BIM in deze thesis. Revit is een BIM-pakket die kan opgesplitst worden in drie delen: Revit Structure, Revit MEP en Revit Architecture. In dit eindwerk werden geen toepassingen gedaan in Revit Structure. Hierdoor wordt dit deelpakket geschrapt. Er wordt hoofdzakelijk gewerkt met het BIM-model in Revit Architecture. Dit BIM-model kan gemakkelijk geopend worden in Revit MEP (1). Hier worden geen problemen ondervonden. Er wordt gepoogd om het BIM-model te ïmporteren in Ecotect (2). De link tussen deze twee programma’s werkt maar er is een beperking bij het importeren van de ramen. Vanuit Ecotect kan het BIM-model op een eenvoudige manier geëxporteerd worden naar Radiance (3). Hierin wordt de daglichttoetreding onderzocht aan de hand van foto’s. Het BIM-model kan niet rechtstreeks in Radiance geïmporteerd worden maar dus wel via een omweg (Ecotect). Het BIM-model kan ook niet geïmporteerd worden in Dialux Light vanuit Revit Architecture en Radiance. De resultaten van de daglichtanalyse zijn wel belangrijk om de kunstmatige verlichting in Dialux Light te bepalen (4). Via twee extra stappen, Ecotect en Radiance, kan de kunstverlichting uiteindelijk wel bepaald worden. Het nadeel hierbij is dat het model tweemaal vereenvoudigd getekend moet worden. Ook de link tussen het BIM-model in Revit Architecture en de EPB-software werkt niet. Het is nog niet mogelijk om bijvoorbeeld het E-peil te bepalen vanuit het BIM-model. Alle informatie die bekomen werd uit een aantal dynamische softwaretools (Ecotect, Dialux,…) dient manueel opnieuw ingegeven te worden. Hierbij wordt bijvoorbeeld gedacht aan de resultaten bekomen bij Dialux Light (kunstmatige verlichting) (5). Tussen Dialux Light en EPB bestaat er geen link maar de bekomen resultaten zijn wel noodzakelijk om de EPB-file te vervolledigen. Tussen Green Building Studio en EPB bestaat ook geen link maar de U-waardes, bekomen in de EPB, zijn wel noodzakelijk in Green Building Studio (6). Deze zijn dus opnieuw handmatig in te voeren. Vanuit Ecotect kan een model wel geüpload worden naar Green Building Studio (7). Hieruit kan de energieprestatie bepaald worden. De link tussen deze twee tools werkt optimaal.


-26-

1.3.3 Het Revit-model In de volgende drie hoofdstukken worden enkele technische uitrustingen voor de piramidale constructie bepaald, namelijk deze voor verlichting (hoofdstuk 2), ventilatie (hoofdstuk 3) en verwarming (hoofdstuk 4). Nadat deze gedimensioneerd zijn, wordt de energieprestatie van het gebouw onder de loep genomen (hoofdstuk 5). Het bepalen van de technische installaties gebeurt eerst aan de hand van een eigen getekend model in het programma Ecotect. Bovendien wordt per hoofdstuk onderzocht wat de mogelijkheden zijn om vanuit één model, getekend in het programma Revit, dezelfde analyses uit te voeren en dezelfde resultaten te bekomen. Het Revit-model (zie figuur1.14) zal dus een zeer belangrijke leidraad zijn in dit eindwerk aangezien er telkens toepassingen op zullen gemaakt worden.

Figuur 1.14: Revit model

Dit Revit model geeft een perfecte weergave van hoe de piramidale constructie er zal uit zien. Aangezien alle materialen toegewezen zijn, zou het zeer tijdsbesparend zijn indien alle analyses en berekeningen op dit model zouden kunnen gebeuren. Telkens er een nieuw model getekend wordt, moeten de materialen en hun karakteristieken toegewezen worden. Hierdoor wordt dubbel werk verricht en kunnen rapper fouten sluipen in het project. In figuur 1.15 worden er nog twee snedes weergegeven. Het is duidelijk dat de opbouw van de constructie zeer complex is wegens het houtbouwsysteem. In het eigen getekend model, in Ecotect, is deze houtbouwstructuur een heel stuk vereenvoudigd.

Figuur 1.15: Snede volgens noord - zuid richting)

Hoofdstuk 2: licht

-27-

2. Licht 2.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden analyses gemaakt om de kunstmatige verlichting te kunnen bepalen. Dit gebeurt door middel van een vereenvoudigd model. Vooraleer die kunstmatige verlichting te dimensioneren, moet gekend zijn hoeveel natuurlijk licht (daglicht) op elk tijdstip aanwezig is in de ruimte. Hieruit kan bepaald worden waar en wanneer niet voldoende daglicht aanwezig is en dus verlichting noodzakelijk is. Vier grote delen worden onderscheiden. Er wordt gestart met een zonanalyse, waarin de positie van de zon rond het model wordt besproken. Deze positie heeft een grote invloed op de verlichtingssterkte in het model. Na de zonanalyse volgt een daglichtanalyse, die de verlichtingssterkte bepaalt op verschillende momenten op diverse plaatsen in het model. Hierbij worden verschillende posities van ramen uitgetest om te komen tot het optimale model. Daarna wordt de kunstmatige verlichting gedimensioneerd met behulp van Dialux Light. Na het dimensioneren worden de mogelijkheden van BIM in Ecotect bestudeerd.

2.1.1 Begrippen verlichting A. Fysische grondslag Licht is een elektromagnetische straling en onderscheidt zich van andere gelijkaardige stralingen doordat het met het oog waarneembaar is. Deze zichtbare straling heeft een golflengte die ligt tussen ongeveer 380 en 760 nm. Straling met een kortere golflengte is UV-straling; straling met een grotere golflengte infraroodstraling. Er wordt gesproken over monochromatisch licht wanneer het slechts één golflengte heeft of wanneer de straling zich beperkt tot een zeer klein golflengtegebied. Samengestelde straling bestaat daarentegen uit straling van verschillende golflengten. Als deze straling zich uitbreidt over een groot golflengtegebied met daarin geen grote stralingsenergiesprongen, dan wordt gesproken over continu-spectrum. Alle vaste lichamen, vloeistoffen en gassen stralen vanwege hun temperatuur energie uit die groter wordt naarmate de temperatuur hoger is. Dit noemt men de temperatuurstraler en heeft een continu-spectrum dat zich over een groot golflengtegebied uitstrekt. Hoe hoger de temperatuur van de straler, hoe verder het gebied zich uitbreidt van warmtestraling naar zichtbare straling. De gloeilamp is een temperatuursstraler waarbij de lichtuitstraling wordt verkregen door elektrische verhitting van het metaal wolfraam. De zon is een temperatuursstraler. De atmosfeer rond de aarde laat slechts een golflengte door van 300 tot 4500 nm. Deze is dus een secundaire lichtbron die het licht van de zon krijgt. De blauwe hemel ontstaat door de verstrooiing van de zonnestraling door watermoleculen. Daglicht is samengesteld uit direct zonlicht en hemellicht. Deze samenstelling wisselt voortdurend en wordt bepaald door tijd, dag en weer.

Hoofdstuk 2: licht

-28-

B. Grootheden en eenheden  De lichtstroom

Figuur 2.1: De lichtstroom

De lichtstroom (φ) (zie figuur 2.1) is een lichttechnische grootheid die de uitgestraalde hoeveelheid licht per tijdseenheid aangeeft. Het wordt uitgedrukt in lumen (lm). Iedere lamp produceert een andere hoeveelheid lumen. Zo zal een gloeilamp die hetzelfde vermogen heeft als een spaarlamp veel minder lumen produceren. Het elektrisch vermogen wordt in de spaarlamp veel efficiënter omgezet in licht dan bij de gloeilamp.

Hieruit kan het lichtrendement of de specifieke lichtstroom gedefinieerd worden. Dat is de verhouding tussen de lichtstroom en het daarvoor vereiste vermogen.

 Lichtsterkte Onder de lichtsterkte (I) (zie figuur 2.2) van een lichtbron wordt het stralingsvermogen verstaan dat die bron per eenheid van ruimtehoek uitzendt (een ruimtehoek, Ω, is een driedimensionale variante van een gewone hoek in het platte vlak) . De lichtsterkte van een bron geeft aan welk vermogen (energie per tijdseenheid) die bron in een bepaalde richting uitstraalt. Het wordt uitgedrukt in Candela (cd). Als de lichtsterkte over de gehele openingshoek geïntegreerd wordt, krijgt men de lichtstroom in lumen.

Figuur 2.2: De lichtsterkte

 Verlichtingssterkte De verlichtingssterkte (E) (zie figuur 2.3) is de opvallende lichtstroom per eenheid van oppervlakte. Het wordt uitgedrukt in lux (lx). Lux stemt dus overeen met de verlichtingssterkte die men heeft wanneer iedere vierkante meter van het beschouwde oppervlak een lichtstroom van één lumen ontvangt. Het aantal lux wordt bijgevolg gevonden als het quotiënt van de totaal ontvangen lichtstroom, uitgedrukt in lumen en de grootte van het verlichte oppervlak uitgedrukt in vierkante meters. Dus 1 lux = 1 lumen/m². Hieronder worden enkele voorbeelden van verlichtingssterktes weergegeven:          

Zonlicht: 100.000 – 130.000 lux (100 - 130 klx); Daglicht, indirect zonlicht: 10.000 - 20.000 lux (10 - 20 klx); Bewolkte dag: 1000 lux (1 klx); Kantoor: 500 lux; Erg donkere dag: 100 lux; Schemering: 10 lux; Donkere schemering: 1 lux; Volle maan: 0,1 lux; Nieuwe maan zonder wolken: 0,001 lux (1 mlx) Bewolkte nacht zonder maan: 0,0001 lux (0,1 mlx).

Figuur 2.3: De verlichtingssterkte

Hoofdstuk 2: licht

-29-

 Luminantie De luminantie (L) (zie figuur 2.4) is de lichtsterkte per vierkante meter. Het wordt uitgedrukt in candela per vierkante meter (cd/m²) en is een maat voor wat mensen als helderheid ervaren. Een lichtbron met een gegeven lichtsterkte lijkt dus helderder naarmate het oppervlak kleiner is. De luminantie beschrijft de helderheid van grotere lichtgevende oppervlakken. Voor de beschrijving van de helderheid van kleine of Figuur 2.4: De luminantie puntvormige lichtbronnen zijn daarentegen de lichtsterkte en de verlichtingssterkte meer geschikt.

 Samenvattende tabel In tabel 2.1 bevindt zich een overzicht van de lichtgrootheden en eenheden. Tabel 2.1: Samenvattende tabel lichteenheden

C. Licht in de ruimte De verlichtingssterkte in een ruimte, geproduceerd door natuurlijk licht, is afkomstig van drie bronnen: direct licht afkomstig van hemel of zon, indirect licht dat weerkaatst op buitenelementen en weerkaatst licht ten gevolge van de reflectie van de vorige twee lichtbronnen op de binnenwanden van de ruimte (zie figuur 2.5 - links). De verlichtingssterkte geproduceerd door een kunstmatige verlichtingsinstallatie is afkomstig van twee bronnen: het direct licht afkomstig van de verlichtingsinstallatie dat op de werkbladen schijnt en het indirecte licht dat reflecteert op de wanden (zie figuur 2.5 - rechts).

Hoofdstuk 2: licht

-30-

Figuur 2.5: Directe natuurlijke verlichting, buiten en binnen weerkaatst (links) en directe en indirecte kunstmatige verlichting (links)

2.1.2 Minimale gemiddelde verlichtingssterkte In een klaslokaal moet het visueel comfort maximaal zijn. De studenten moeten kunnen lezen, schrijven, … in ideale omstandigheden. Om een aangenaam visueel comfort te realiseren, moet er met enkele zaken rekening gehouden worden, zoals bijvoorbeeld voldoende verlichtingssterkte. Die zorgt ervoor dat alles visueel goed duidelijk is, dat contrasten te onderscheiden zijn, … De minimum gemiddelde verlichtingssterkte staat vermeld in de norm NBN EN 12464-1: “Licht en verlichting, werkplekverlichting, deel 1: binnenwerkplekken”. Volgens deze norm (zie tabel 2.2) moet de verlichtingssterkte op het werkvlak in een klaslokaal waar geen avondonderwijs wordt gegeven minimum een gemiddelde van 300 lux hebben. Bordverlichting moet daarentegen een minimum gemiddelde van 500 lux hebben. De verlichtingssterkte op de bordzijde en deze in het lokaal zijn dus afzonderlijk te bespreken. Tabel 2.2: NBN EN 12464-1 "licht en verlichting, werkplekverlichting" – uittreksel schoolgebouwen

Hoofdstuk 2: licht

-31-

De verlichtingssterkte moet gehaald worden op het werkvlak. Dit is de hoogte waarop gelezen, geschreven, … wordt en waar dus voldoende verlichtingssterkte aanwezig moet zijn De werkvlakhoogte staat in het ARAB (Algemeen Reglement voor Arbeidsbescherming) vermeld in Titel II - hoofdstuk 2 – afdeling I:arbeidsklimaat – artikel 62. De hoogte is volgens ARAB een horizontaal vlak dat 0,85 m boven het grondoppervlak ligt. Deze waarde geldt als het werkvlak niet juist kan bepaald worden. De hoogte van een tafel is gemiddeld 0,75 m. Er kan dus met beide gewerkt worden. Het vloeroppervlak mag niet gebruikt worden als werkvlak omwille van de reflecties die de verlichtingssterkte beïnvloeden.

2.1.3 Analysemogelijkheden Ecotect Analysis Duurzaamheid is een actueel begrip. Autodesk biedt software aan die hierbij kan gebruikt worden. Het voornaamste programma is Ecotect Analysis, geïntroduceerd begin 2009. Dit is een zeer handig pakket want het doel van de software bestaat erin de analyse als integraal onderdeel van het ontwerpproces te maken. In dit vroegste stadium, de ontwerpfase, is het belangrijk om alle aspecten van het gebouw in rekening te brengen en de juiste keuzes te maken want hoe later er zaken moeten veranderen, hoe duurder het ontwerp wordt. Door de snelle en nauwkeurige energie-analyse kunnen architecten en ontwerpers dus vroeger rekening houden met duurzaam ontwerpen en bouwen. Bovendien maakt de visuele weergave een betere interpretatie en communicatie mogelijk. In de toekomst zal de Vlaamse en Europese regelgeving steeds vaker vragen naar een ecologische analyse van een bouwproject. Dit gebeurt best in de ontwerpfase en niet als nacalculatie (huidige EPB-berekeningen). Bovendien is het een groot pluspunt dat er vanuit AutoCAD en REVIT ontwerpstudies in Ecotect kunnen geïmporteerd worden. Met Ecotect Analysis zijn verschillende analyses van een model mogelijk. Een eerste mogelijkheid is om het pad van de zon te volgen. Hierbij kan de schaduw weergegeven worden, zowel binnen het gebouw als erbuiten. Ook kan aangetoond worden hoe direct zonlicht invalt in een ruimte. Indien overbelichting of oververhitting zou optreden, biedt Ecotect de mogelijkheid om vaste of variabele zonnewering te dimensioneren. Vervolgens kan de hoeveelheid daglicht in een bepaalde ruimte geanalyseerd worden, zowel via Ecotect als door middel van een export naar de tool Radiance. Door de berekening van de hoeveelheid daglicht kan nagegaan worden in welke mate er kunstlicht noodzakelijk is. Daarnaast is het ook mogelijk om een analyse te maken van een thermische zone. Hieruit is af te leiden wat de binnentemperatuur is en of er eventueel verwarming of koeling nodig is.

Hoofdstuk 2: licht

-32-

2.2 Zon-piramide 2.2.1 Positie van de zon In Ecotect Analysis kan het pad van de zon gevolgd worden. Hiermee wordt duidelijk hoe de zon het gebouw beïnvloedt. Hieraan gekoppeld kan een schaduwanalyse uitgevoerd worden. Deze analyses worden gemaakt op basis van een geïmporteerd ‘weather data’-bestand4. Dit bestand bevat de weergegevens van een jaar van een bepaalde locatie. In deze masterproef wordt er een weather file toegevoegd van Brussel. Het traject van de zon maakt duidelijk dat er per uur en per seizoen positionele veranderingen optreden. Ook de duur van het daglicht is afhankelijk van de datum. Het is belangrijk om een goede inschatting te maken van de posities die de zon kan innemen. De zoninstraling kan zowel op een positieve als negatieve manier bijdragen aan de totale energiebehoefte. Invallende zonnestralen doen de binnentemperatuur oplopen waardoor er zonnewinsten ontstaan. Er dient opgelet dat de binnentemperatuur niet te hoog oploopt zodat oververhitting wordt vermeden. Indien het in een gebouw te warm wordt, ontstaat een koelbehoefte waardoor het energieverbruik stijgt. Bij het plaatsen van zonnepanelen kan via dit zonnepad de optimale plaats ingeschat worden. Door een grondige studie te maken van het zonnepad en de schaduw kan een ontwerp geoptimaliseerd worden. Het corrigeren van fouten in de conceptuele fase van een project leidt tot een sterke daling van de totale energiebehoefte en aanzienlijke kostenbesparingen. Ter illustratie: op 21 Januari komt de zon op om 9 uur en gaat ze onder om 17 uur. De zon zit zeer laag, zelfs op zijn hoogste punt om 13 uur. Op 21 juni komt de zon op om 5 uur en gaat ze onder om 21 uur. De zon staat beduidend hoger in tegenstelling tot bij 21 januari. Dit wordt weergegeven in figuur 2.6.

Figuur 2.6: Positie van de zon op 21 januari (links) en 21 juni (rechts)

4

Weatherfile in bijlage 3

Hoofdstuk 2: licht

-33-

Ecotect Analysis kan de schaduw op een bepaald tijdstip van een bepaalde dag weergeven. Daar schaduw een belangrijke factor is in een ontwerp, is het aangeraden om die te onderzoeken. Schaduw ontstaat als het licht van een lichtbron (bijvoorbeeld de zon) geheel of gedeeltelijk wordt tegengehouden door een object (bijvoorbeeld de hut). Het licht achter dat object wordt volledig weggenomen. In figuur 2.7 wordt de schaduw weergegeven op 21 juni om 8 uur 30.

Figuur 2.7: Schaduw van de piramide op 21 juni om 8u30

De schaduw is beperkt want de zon staat zeer hoog. Hoe lager de zon gepositioneerd is, hoe groter de schaduw.

Het is ook mogelijk om een jaarlijks zonnepad op te vragen. Dit kan gecombineerd worden met een dagelijks pad. Figuur 2.8 illustreert dit. Als voorbeeld is het dagelijks zonnepad is van 21 september genomen.

Figuur 2.8: Jaarlijks zonnepad met dagelijks pad van 21 september

In voorgaande figuren werd telkens de schaduw weergegeven op één bepaald tijdstip. Het is echter ook mogelijk om alle schaduwen van één dag weer te geven. Om dit totaalbeeld te bekomen, wordt het tijdsinterval ingesteld waarin de schaduw moet getoond worden. In figuur 2.9 is gekozen voor 21 februari tussen 9 en 17 uur. Figuur 2.9: Totaalbeeld dagelijkse schaduw op 21 februari

Via een bepaalde knop, ‘animate shadows hourly’, kan Ecotect een filmpje genereren die de schaduw toont per periode van twintig minuten op een bepaalde dag. Er kan ook geopteerd worden voor een jaarweergave. Deze toont de schaduw per interval van zestien dagen.

Hoofdstuk 2: licht

-34-

2.2.2 Bomen Bij het ontwerpen van een gebouw is er rekening te houden met de omgeving. Bij het bouwen in een open vlakte zijn er geen invloeden en treedt er bijgevolg geen schaduw op. Wordt er echter in een bosrijke omgeving gebouwd,dan beperken de bomen de lichtinval in het gebouw Op de campus waar de piramide zal gebouwd worden, staan er heel wat bomen. Eerst wordt gekeken waar deze zich situeren. Vervolgens wordt onderzocht hoe een omgeving in Ecotect kan ingevoerd worden om hieruit tenslotte te besluiten in welke mate de bomen de lichtinval beïnvloeden.

A. Toepassing in het programma Ecotect Het juist weergeven van beplanting (bomen, struiken,…) is voor een analyse in Ecotect niet echt vereist. Er bestaat dan ook geen knop om deze aan te maken. Er is gepoogd om toch een afbeelding van een boom op schaalgrootte in te voegen. Op Autodesk Seek staan talrijke afbeeldingen van bomen die kunnen gedownload worden in een lijst van programma’s, maar waarin Ecotect, AutoCad en Revit niet worden ondersteund. Uiteindelijk werd overwogen om een abstracte, dit is een heel eenvoudige, weergave van een boom te maken. Dit kan zowel in Ecotect als in AutoCad. Na modellering in dit laatstgenoemde programma bleek er een probleem met de geometrie na het exporteren. Er is dus geopteerd voor een eigen creatie van een boom in Ecotect. De stam wordt gemaakt van een cilinder en de kruin door een kegel. Deze abstracte voorstelling voldoet om een analyse te maken (zie figuur 2.10).

Figuur 2.10: Schaduw van bomen op 14 februari om 10u (links) en op 2 mei om 8u30 (rechts)

B. Invloed De bomen bevinden zich evenwijdig aan de oostkant van het gebouw. Dit betekent dat deze enkel ’s ochtends, als de zon opkomt, storend kunnen zijn. Na analyse in Ecotect bleek dat de bomen weinig tot geen invloed hebben op de constructie. In de periode van oktober tot maart valt er tot 9 uur 30 schaduw van de bomen op de piramide. Dit is slechts een kleine fractie van de dag en bovendien wordt de lichtanalyse gemaakt met een bewolkte hemel. Hoe vroeger op de dag, hoe groter de schaduw is omdat de zon dan nog laag staat. Vanaf 10 uur staat de zon hoger en wordt de schaduw korter. De bomen beïnvloeden de bekomen lichtresultaten dus maar in beperkte mate.

Hoofdstuk 2: licht

-35-

2.2.3 Zonnewering Buitenzonneweringen en rolluiken bieden de beste bescherming tegen overbodige warmte en zonlicht gedurende de zomermaanden. De zonnestraling wordt immers tegengehouden. Ze dringt dus niet binnen om de ruimte op te warmen. Buitenzonnewering wordt geplaatst bovenop het dakvenster en reflecteert de invallende zonnestralen waardoor de ruimte niet overdadig opwarmt. Door het reduceren van de invallende zonnestralen wordt bovendien overbelichting binnen vermeden. Dit is belangrijk aangezien in de piramide les zal gegeven worden en dus een bord zal gebruikt worden. Er worden ramen van de producent Fakro5 geplaatst met de bijhorende zonnewering van het type AMZ. Dit wordt toegepast op alle tuimeldakvensters uit hun gamma. In Ecotect is het mogelijk om vaste of variabele zonnewering te dimensioneren. De geometrie kan berekend worden voor een bepaalde tijd (van 8 tot 17 uur) en periode (van maart tot oktober). In dit eindwerk is er geopteerd om met buitenzonnewering te werken. Aan de noordkant is geen zonnewering gedimensioneerd. De zon komt er nooit en bovendien geeft het programma aan dat er op die plaats geen behoefte is aan zonnewering.(zie figuur 2.11).

Figuur 2.11: Bovenaanzicht zonnewering (links) en op 21 juni om 13u (rechts)

5


Hoofdstuk 2: licht

-36-

2.3 Daglichtanalyse 2.3.1 Algemeen De daglichtanalyses, die bepalen hoeveel daglicht zich in de piramide bevindt, gebeuren met behulp van Radiance. Dit is een externe gratis tool die kan geïntegreerd worden in verschillende programma’s waaronder Ecotect. Radiance maakt het mogelijk om beelden, zogezegde foto’s, te maken binnenin de piramide. Op deze beelden kunnen er toepassingen uitgevoerd worden, die onder andere de verlichtingssterkte tonen met behulp van counter lines. Hieruit is gemakkelijk af te leiden dat de ruimte voldoende verlicht is en waar de norm niet gehaald wordt. Naast het maken van foto’s wordt Radiance ook gebruikt voor het maken van analyses op een grid. Deze toepassing zet alle waarden uit op een twee- of driedimensionaal raster, met een bijhorende kleurenschaal. Hieruit kan eenvoudig bepaald worden of de norm wordt gehaald.

A. Radiance beelden Hieronder enkele voorbeelden van foto’s gemaakt met behulp van Radiance (zie figuren 2.12 tot 2.14).

Figuur 2.12: Deurzicht piramide

Figuur 2.13: Zicht op de noord- oostzijde van de piramide

Hoofdstuk 2: licht

-37-

Figuur 2.14: Topzicht piramide

B. Doel Met behulp van de analyses wordt gezocht hoe lang natuurlijk daglicht volstaat in het lokaal en wanneer er kunstmatige verlichting nodig is. Deze analyses worden toegepast op verschillende modellen, elk met een ander aantal ramen, zodat op het einde kan beslist worden welk het meest optimale model is. Aangezien dit model zal worden gebruikt voor onderwijsactiviteiten, worden enkel de verlichtingssterkte tussen 8 en 17 uur en dit van september tot juni bekeken. Dit levert honderden verschillende resultaten op. Hier worden enkel de belangrijkste besproken. Als belangrijk worden de koudste/donkerste momenten en de warmste/helderste momenten beschouwd. Verder wordt er ook gezocht hoelang het daglicht voldoende verlichtingssterkte geeft.

C. Werkwijze6 Vooraleer foto’s te maken, wordt er eerst een weatherfile geladen met specifieke gegevens over de locatie van het gebouw. Hierin staan naast de coördinaten van de plaats ook klimaatgegevens. Hierdoor wordt gerekend met de correcte positie van de zon. Daarna wordt het analysis grid ingesteld voor het uitzetten van de waarden van de daglichtanalyse. Het raster wordt ingesteld op werkvlakhoogte, namelijk 0,8 m. In Ecotect kan enkel 0,7 m of 0,8 m als werkvlakhoogte ingesteld worden. Daar ARAB 0,85 m voorstelt en een tafel 0,75 m hoog is, wordt met 0,8 m gewerkt. Vervolgens moeten camera’s geplaatst worden in Ecotect op de vlakken waarvan beelden te nemen zijn. Na deze handelingen kan gestart worden met het maken van analyses. Hierbij is rekening te houden met het gewenste uur en dag. Deze moeten iedere keer opnieuw worden ingesteld en zorgen ervoor dat de resultaten aangepast zijn aan het ingestelde moment.

6

Aangezien de waarden op de afbeeldingen moeilijk leesbaar zijn, worden in bijlage 4 uitvergrote beelden weergegeven (figuren 2.19 tot 2.32, exclusief nr. 2.23, 2.25, 2.29 en 2.30)

Hoofdstuk 2: licht

-38-

D. Problemen  Oriëntatie In het begin van het onderzoek zijn de analyses uitgevoerd met de ingang op het zuiden georiënteerd. Toen de definitieve plannen ter beschikking waren gesteld, was de ingang op het westen georiënteerd. Dat gaf andere resultaten.

 Bewolking In de zomer kan het zowel helder weer zijn, als sterk bewolkt. In Ecotect zijn die verscheidene types bewolking beschikbaar en eenvoudig in te stellen. Het probleem is echter dat dit na het uitvoeren van de analyses tot andere resultaten leidt. Na vergelijken met de norm kan er besloten worden dat in België het hele jaar door mag gewerkt worden met bewolkte hemel. In de uitgewerkte modellen hieronder wordt er dan ook altijd met een bewolkte hemel gewerkt, tenzij anders vermeld. In figuren 2.5 en 2.6 wordt het verschil in verlichtingssterkte bij heldere of bewolkte hemel weergegeven.

Figuur 2.15: Verlichtingssterktes piramide bij heldere hemel

Figuur 2.16: Verlichtingssterktes piramide bij bewolkte hemel

Hoofdstuk 2: licht

-39-

 Grove kleurenschaal De kleurenschaal van het raster waarop de verlichtingssterkte wordt aangeduid, moet soms een bereik tot 10.000 lux hebben, met een nogal grove schaalverdeling tot gevolg. De meeste delen van de kleurenschaal (de blauwe zone) hebben dan maar een verlichtingssterkte van 90 lux. Als de gemeten waarden (node values) worden bijgeplaatst, wordt vastgesteld dat deze eigenlijk veel hoger liggen. Er moet in het analysis grid dus altijd met “node values” gekeken worden. Het grote verschil is te verklaren door de verlichtingssterkte van licht. Direct zonlicht heeft een lichtsterkte tot 100.000 lux, gewoon daglicht tot 20.000 lux en een bewolkte dag tot 1000 lux. Door aanwezigheid van de vele ramen kan veel zonlicht/daglicht binnenschijnen. Dit verklaart de relatief de relatief grove kleurenschaal (zie figuur 2.17).

Figuur 2.17: Verlichtingssterkte met grove kleurenschaal en piekwaarden

 Werkvlak: Doordat de werkvlakhoogte 0,8 m bedraagt en niet het grondvlak is, geven de beelden bekomen met Radiance een vertekend beeld. Daar wordt de verlichtingssterkte immers op het grondvlak aangeduid. Dit is eenvoudig op te lossen door het analyse grid te gebruiken. Dit geeft de verlichtingssterkte weer op een in te geven hoogte. Bij Radiance kan dit niet ingesteld worden. Radiance is handig om de waarden op de bordzijde te bekijken. Door een camera op de bordzijde te plaatsen, is het mogelijk te zien wat de verlichtingssterkte is op die zijde. Dit is dan weer niet mogelijk op het analysis grid. De beelden op de bordzijde zijn wel een benadering, aangezien het bord verticaal staat terwijl de piramidezijde een hoek van 35 graden vormt met de bordzijde.

 Tijdstip warmste moment: Na onderzoek blijkt dat zowel in de winter als in de zomer de maximale waarden om 13u gemeten worden.

Hoofdstuk 2: licht

-40-

2.3.2 Model met 12 ramen Een eerste model dat besproken wordt, is het model in figuur 2.18. Alle vier de zijden hebben twee ramen bovenaan, met een tussenafstand van 0,26 m. Aan de noord en zuidkant worden naast de twee ramen bovenaan ook twee ramen onderaan geplaatst met een tussenafstand van 2,66 m.

Figuur 2.18: Model met 12 ramen

Aan de bordzijde worden geen ramen onderaan geplaatst omdat hier het bord zal komen. Dit zal de leesbaarheid bevorderen (verder wordt onderzocht wat het effect is als wel twee ramen geplaatst worden).

A. Koudste/donkerste dag De donkerste dag is 21 december, daar de dag het kortst is. Om 8 uur is het nog volledig donker en om 17 uur is het al terug donker. Er is dus maar een lichtinval van gemiddeld 0,77 lux (zie figuur 2.19). Kunstmatige verlichting is dus noodzakelijk om 300/500 lux te halen. Om 9 uur wordt een gemiddelde van 40 lux bekomen, om 10u reeds 160 lux. Pas om 12 uur wordt er net een gemiddelde van 300 lux gehaald. Na 14 uur wordt deze waarde al niet meer gehaald. De maximale waarde wordt bereikt om 13 uur en bedraagt dan gemiddeld 306,68 lux (zie figuur 2.20). Aan de bordzijde wordt nooit 500 lux gehaald. De maximaal bereikte verlichtingssterkte aan deze zijde is amper 60 lux.

Figuur 2.19: Verlichtingssterktes op 21 december om 8u

Hoofdstuk 2: licht

-41-


B. Warmste/helderste dag 21 juni is de langste dag: van 8 tot 17 uur is helder licht aanwezig, dus kan er nagegaan worden of de sterktes overal voldoende zijn. Om 8 uur is er een gemiddelde verlichtingssterkte van 537,5 lux (zie figuur 2.21), wat ruimschoots voldoende is volgens de norm. Op de middag, 13 uur, worden er zelfs waarden gehaald van gemiddeld 961,26 lux, met plaatselijk zelfs waarden van 2473,5 lux (zie figuur 2.22). Aan de ingang zijn de waarden nog hoger. Dit komt door het invallende zonlicht dat hier direct op het werkvlak valt.

Figuur 2.21: Verlichtingssterktes op 21 juni om 8u

Hoofdstuk 2: licht

-42-


De bordzijde is echter nooit voldoende verlicht, al benaderen de waarden de norm. Zo wordt op de middag (13 uur) net geen 500 lux gehaald op deze zijde, maar slechts 437,5 lux (zie figuur 2.23). De plaats waar deze waarden gehaald worden situeren zich hoger dan op de plaats waar het bord zal staan. In de voormiddag en naar de avond toe dalen de waarden nog. Zo wordt er om 8 uur en om 17 uur nog slechts 187,5 lux gehaald op deze zijde. Bijkomende kunstmatige verlichting zal dus noodzakelijk zijn gedurende de volledige dag.

Figuur 2.23: Verlichtingssterkte op bordzijde op 21 juni om 13u

Hoofdstuk 2: licht

-43Deze waarden worden zoals eerder gezegd, gemeten bij bewolkte hemel. Bij een stralende zomerdag is en bij maximale waarden (21 juni om 14u), bedraagt het gemiddelde 5488 lux (zie figuur 2.24). Er worden pieken geregistreerd tot 40.000 lux voor het invallende zonlicht door de ramen en tot 90.000 lux aan de ingang. Op de bordzijde is er overal 937,5 lux. In de namiddag moet wel worden opgepast voor verblinding, met pieken tot 1000 lux, afkomstig van het helder zonlicht. Dit kan worden opgevangen door de zonnewering.

Figuur 2.24: Verlichtingssterktes op 21 juni om 14u bij heldere hemel

C. Op jaarbasis Uit de twee uiterste waarden (winter -zomer) kan reeds besloten worden dat er altijd bordverlichting noodzakelijk is. Over de lokaalverlichting kan uit deze twee uitersten nog geen conclusie getrokken worden: op 21 is juni gedurende de ganse dag geen kunstmatige verlichting noodzakelijk. Op 21 december zijn er maar enkele uren op de middag met voldoende daglicht en zal dus bijna de volledige dag kunstmatige verlichting noodzakelijk zijn. Er moet worden nagegaan in welke periode er voldoende daglicht is om een volledige dag zonder kunstmatige verlichting in het lokaal te kunnen werken. Na het onderzoeken van verschillende data’s in Ecotect blijft dat er in de periode van 7 april tot 7 september voldoende daglicht aanwezig is van 8 tot 17 uur met een gemiddelde verlichtingssterkte van 300 lux. Buiten deze periode is er een gedeelte van de dag waarbij kunstmatige verlichting nodig is. Tussen 12 en 14 uur is er nooit kunstmatige verlichting nodig.

Hoofdstuk 2: licht

-44-

2.3.3 Model met 14 ramen In tegenstelling tot het hiervoor gebruikte model met twee ramen worden er in dit model ook op de bordzijde (oostzijde) twee ramen onderaan geplaatst (zie figuur 2.25). Als het bord gebruikt wordt, zullen deze twee extra ramen afgeschermd worden door middel van zonnewering, waardoor wordt teruggevallen op het voorgaande model met 12 ramen (2.3.2) Enkel de verlichtingssterkte van het lokaal wordt besproken. Figuur 2.25: Model met 14 ramen

A. Koudste/donkerste dag: Opnieuw wordt 21 december genomen als donkerste dag. Om 8 en 17 uur blijft het nog donker, waardoor er geen verschil in verlichtingssterkte is met het vorige model (het model met 12 ramen). De verlichtingssterkte is dus ook hier 0,77 lux. Er is dus kunstmatige verlichting nodig. Op de middag zijn er wel kleine verschillen. Zo bedraagt de gemiddelde maximale waarde 355,67 lux in vergelijking met 306,68 lux bij het model met 12 ramen. Deze waarden zijn gemeten om 13 uur (zie figuur 2.26). De periode met voldoende daglicht is langer, namelijk tussen 11 en 14 uur, met gemiddeld 300 lux. Dit is een uur meer dan in de vorige situatie. In het algemeen is er over de volledige dag, op de momenten dat er daglicht aanwezig is, een grotere verlichtingssterkte.


Hoofdstuk 2: licht

-45-

B. Warmste/helderste dag Als helderste dag wordt terug 21 juni genomen. Ook hier is daglicht aanwezig tussen 8 en 17 uur. Dezelfde trend als bij de koudste dag wordt vastgesteld, namelijk dat de waarden van de gemiddelde verlichtingssterkte iets hoger liggen. De verklaring is te zoeken in de aanwezigheid van 2 extra ramen. Om 8u is er al een gemiddelde waarde van 623,17 lux (zie figuur 2.27). Om 13 uur is dit al 1008,98 lux, met plaatselijk pieken tot 2850,47 lux (zie figuur 2.28). Deze hoge waarden bevinden zich onder de ramen. Aan de ingang zijn de waarden hoger.


Figuur 2.28: Verlichtingssterktes op 21juni om 13u

Hoofdstuk 2: licht

-46-

Als er toch eens gekeken wordt naar de oost(bord)zijde op dit uur, wordt vastgesteld dat er nog steeds geen 500 lux gehaald wordt (zie figuur 2.29). De maximale waarden liggen wel aanzienlijk hoger, namelijk 437,5 lux. Ze dekken ook een relatief groot gebied. Er is rekening te houden met het feit dat voor deze ramen een bord zal komen. Het daglicht dat door deze ramen komt zal dus niet op het bord vallen. In werkelijkheid zullen de verlichtingssterktes dus lager uitvallen. Het niet verduisteren van deze ramen als het bord in gebruik is zal ook de leesbaarheid bemoeilijken doordat er moet gekeken worden in het felle licht. Er zal licht van het bord weg schijnen op ooghoogte en niet alleen naar het bord toe. Dit zal verblinding veroorzaken, waardoor het bord zeer moeilijk leesbaar wordt. De beste oplossing is dus het bedekken van de twee ramen achter het bord als het in gebruik is en kunstmatige bordverlichting plaatsen.

Figuur 2.29: Verlichtingssterktes bordzijde op 21 juni om 13u

C. Op jaarbasis Op basis van de twee uiterste momenten, kan besloten worden dat in de winter het grootste deel van de dag kunstmatige lokaalverlichting nodig zal zijn, uitgezonderd op de middag. De periode met voldoende daglicht bedraagt minimum 3 uur, namelijk van 12 tot 15 uur. Op andere momenten kan er kunstmatige verlichting nodig zijn. De periode waar daglicht van 8 uur ‘s morgens tot 17 uur ’s avonds voldoet, is van 4 april tot 18 september. Dit komt ongeveer overeen met de waarden uit het vorige model, alleen is deze periode iets langer.

Hoofdstuk 2: licht

-47-

2.3.4 Model met 16 ramen Aan de noorden zuidzijde worden vier ramen geplaatst (zie figuur 2.30). In plaats van twee zoals in het vorige model. Het probleem bij dit model is dat de afstand tussen beide ramen behoorlijk klein is. Aangezien er ook rekening moet gehouden worden met de spanten van de draagstructuur is dit model moeilijk te realiseren.

Figuur 2.30: Model met 16 ramen

Dit model zal niet worden uitgevoerd. Het wordt slechts kort besproken, louter om de impact van twee extra ramen te kunnen inschatten.

A. Koudste/donkerste dag Op 21 december om 13 uur wordt gemiddeld 399,41 lux gemeten (zie figuur 2.31). Om 11 uur wordt al ruimschoots 300 lux gehaald; en om 15 uur net geen 300 lux. De zones onder het raam halen hoge verlichtingssterktes op een donkere dag, tot bijna 1000 lux. Dit is te verklaren door de grote lichtinval op deze plaatsen.


Hoofdstuk 2: licht

-48-

B. Warmste/helderst dag Om 13 uur wordt een gemiddelde verlichtingssterkte van 1256,08 lux gemeten (zie figuur 2.32). Dit is ongeveer 150 lux meer dan met het model met 14 ramen.


C. Op jaarbasis Uit de twee bovenstaande situaties kan besloten worden dat ook hier nooit kunstmatige verlichting nodig is op de middag, meer specifiek tussen 11 en 15 uur. In de zomer is er nooit verlichting nodig (periode van 28 maart tot 21 september). De extra ramen leveren nauwelijks effect op. In vergelijking met het model met 12 ramen is er amper drie weken langer voldoende daglicht. Buiten deze periode is er overdag natuurlijk wel langer voldoende daglicht, maar ook niet zo veel. Deze situatie stuit in de praktijk op veel bezwaren en is bovendien economisch niet interessant.

Hoofdstuk 2: licht

-49-

2.3.5 Besluit Door de draagstructuur van het model zijn er in principe maar twee ‘goede’ oplossingen haalbaar voor de schikking van de ramen: • 12 ramen met twee op de oosten westzijde en vier op de noorden zuidzijde; • 14 ramen met twee op de westzijde en vier op de noord- zuid- en oostzijde; Het model met 16 ramen kan buiten beschouwing gelaten worden vanwege moeilijke plaatsing en economisch oninteressant. In het model met 12 ramen is er voldoende daglicht aanwezig tussen 7 april en 7 september. In deze periode is er nooit kunstmatige verlichting nodig in het lokaal. In de winter is er altijd voldoende daglicht tussen 12 en 14 uur. Op de bordzijde (de oostzijde) is er echter nooit voldoende verlichting. Dit kan opgelost worden door aparte bordverlichting te plaatsen om zo een voldoende gemiddelde verlichtingssterkte te bereiken. Bij het model met 14 ramen kan besloten worden dat over de middag in donkere dagen toch een langere periode is waarbij voldoende daglicht aanwezig is, namelijk van 12 tot 15 uur. Tussen 4 april en 18 september is er voldoende daglicht in het lokaal gedurende de volledige dag. Deze waarden liggen hoger dan bij het model met 12 ramen door de twee extra ramen. De bordverlichting wordt niet besproken omdat er twee ramen onderaan in de bordzijde zitten. Als het bord gebruikt wordt zullen de twee ramen verduisterd worden met een zonnewering. Hierdoor wordt het model met twee ramen onderaan de noorden zuidzijde opnieuw bekomen. Daar is de bordverlichting echter nooit voldoende waardoor er in principe ook in dit model bijkomende bordverlichting vereist is. Het model met 14 ramen blijkt het meest optimaal aangezien er langer voldoende daglicht aanwezig is. Indien nodig kunnen de twee ramen op de bordzijde (oostzijde) verduisterd worden zodat het zonlicht het lezen van het bord niet bemoeilijkt. Voor beide modellen (12 of 14 ramen) geldt dezelfde lichtplanning die in punt 2.4 wordt besproken.

Hoofdstuk 2: licht

-50-

2.4 Kunstmatige verlichting 2.4.1 Visueel comfort Zoals blijkt uit de daglichtanalyses is het noodzakelijk bordverlichting en lokaalverlichting te plaatsen. Vooraleer dit kan gebeuren, is het noodzakelijk om te kijken welke factoren invloed hebben op de verlichtingssterkte. Naast voldoende verlichtingssterkte zijn er nog heel wat andere factoren waarmee van belang voor een goed visueel comfort. Zoals het bereiken van een uniforme verlichtingssterkte, het vermijden van schaduw en storende weerkaatsing, het uitsluiten van verblinding,… Verder moet er ook naar de ouderdom van de installatie gekeken worden.

A. Uniforme verlichtingssterkte Een uniforme verlichtingssterkte zorgt ervoor dat er zo weinig mogelijk donkere zones in de ruimte voorkomen. Hierdoor moeten de ogen zich niet steeds aanpassen als ze in een andere richting kijken. De definitie voor uniformiteit(U) luidt: U=Emin/Em en moet volgens de norm EN 13464-1 minimum 0,7 zijn. Dit wil zeggen dat de verlichtingssterkte op geen enkele plaats van het werkvlak minder bedraagt dan 70% van de gemiddelde verlichtingssterkte. Een uniformiteit van 0,7 is echter redelijk hoog en in de praktijk vaak moeilijk realiseerbaar. In de nieuwe norm die binnenkort verschijnt, de PREN 12464-1:2009, is de uniformiteit maar 0,6 meer. Bij het dimensioneren van de verlichting kan er dus gestreefd worden naar een uniformiteit van 0,6, die realistischer en meer haalbaar is. Te benadrukken is dat deze norm nog onder voorbehoud is en nog niet goedgekeurd werd. De norm eist ook dat de gemiddelde verlichtingssterkte in de gang minimum 20 % is van de gemiddelde verlichtingssterkte van het lokaal. Aangezien de piramidale constructie geen gangen bevat, wordt dit niet besproken.

B. Verblinding Verblinding treedt op als het helderheidcontrast te groot is. Dit wil zeggen dat het oog zich constant moet aanpassen aan zijn taak en aan de lichtbron die zich tijdelijk in het gezichtsveld bevindt. Hierdoor kan men tijdelijk niet zien of lezen. In de norm werd daarom een grenswaarde voor hinderlijke verblinding van de verlichtingsinstallatie ingevoerd. De grenswaarde voor de hinderlijke verblinding is een waarde waaronder er geen hinder ontstaat bij de uitvoering van de taak. De berekening ervan berust op een gemaakte tabellarische evaluatiemethode (UGR) van de verblindinggraad. Concreet betekent dit dat bij UGR-waarden lager dan 10 geen enkele merkbare verblinding optreedt. Het is pas vanaf waarden boven 22 dat de verblinding storend wordt. Bij waarden hoger dan 28 wordt de verblinding zelfs ondraaglijk. De norm vermeldt dat in een klaslokaal de UGR maximaal 19 mag zijn (zie tabel 2.2).

Hoofdstuk 2: licht

-51-

C. Geen schaduwen Zowel op het bord als op het werkvlak is het mogelijk dat er schaduw invalt. Op het werkvlak zijn deze eenvoudig te vermijden door de verlichtingsarmaturen in rijen loodrecht op het bord te plaatsen. Ook aan het bord is het probleem vlug opgelost, namelijk door een aparte bordverlichting te plaatsen. Deze aparte verlichting is trouwens ook noodzakelijk om de gewenste verlichtingssterkte op het bord te bekomen en een uniforme verlichtingssterkte in het lokaal te hebben. Verder dient er ook vermeden te worden dat er te grote contrasten optreden tussen wanden en plafonds enerzijds en het werkvlak anderzijds. Indien er wel grote contrasten ontstaan, worden de ogen zwaar belast en treedt er vermoeidheid van de ogen op.

D. Aangename verlichting Wanneer een lichtbron kleuren op dezelfde manier kan weergeven als natuurlijk licht, wordt deze als aangename verlichting beschouwd. De kleur van bijvoorbeeld een kledingstuk kan verschillen naargelang de lichtbron die gebruikt wordt. Een goede lichtbron geeft de kleuren zo getrouw mogelijk weer. De mate waarin dit bereikt wordt, is aangeduid met de kleurweergave-index (uitgedrukt in Ra). Het is een waarde zonder eenheid, tussen 0 en 100. Hoe dichter de waarde bij 100 ligt, hoe meer het licht als daglicht zal ervaren worden. De kleurweergave-index, KWI, wordt bepaald door een matrix met verschillende kleuren te plaatsen op een kalibrant (zie figuur 2.33) met Ra=100 en op de specifieke lichtbron. Door het verschil tussen deze twee te meten kan de kleurweergave-index bepaald worden. Vanaf een Ra van 80 wordt gesproken van een redelijke kleurweergave. De minimum Ra is afhankelijk van de uit te voeren taak. Een ruimte waar een precisietaak wordt verricht, zal een Ra nodig hebben van minimum 90. Deze waarden worden net zoals de verblindingindex (UGR) en de gemiddelde verlichtingssterkte (Ea) vermeld in eenzelfde tabel in de norm (zie tabel 2.2)

Figuur 2.33: Matrix met verschillende kleuren op kalibrant met KWI 85 (links) en KWI 70 (rechts)

E. Weerkaatsing Een belangrijk deel van het natuurlijk daglicht is afkomstig van reflectie van direct of indirect buitenlicht op binnenmuren. Ook een deel van het kunstmatige licht is afkomstig van reflectie op de muren. Het is dus belangrijk te weten in welke mate de wanden het licht laten reflecteren zodat de verlichting correct gedimensioneerd kan worden.

Hoofdstuk 2: licht

-52-

De reflecterende eigenschappen van wanden, vloeren, plafonds, … zullen dus de verlichtingssterkte beïnvloeden. Hoe lichter/helderder het oppervlak, hoe meer het licht zal weerkaatsen en hoe hoger de waarde van de verlichtingssterkte. Om een ideaal lichtklimaat in een ruimte te bekomen, worden lichte/heldere kleuren aangeraden voor plafonds en muren in de buurt van een lichtbron. Voor de andere muren wordt een iets donkere kleur aangeraden. De vloeren mogen ook een redelijk donkere kleur hebben. Alle oppervlakken krijgen een reflectiecoëfficiënt afhankelijk van het materiaal waaruit het oppervlak bestaat. Deze coëfficiënten liggen tussen 0 en 1 en zijn op te zoeken in de norm (zie tabel 2.3). Tabel 2.3: Aanbevolen reflectiecoëfficienten voor de oppervlakken (links) en reflectiefactoren voor bepalde materialen (rechts)

F. Onderhoudsfactor Naast alle factoren die het visueel comfort verhogen, moet bij het dimensioneren van de verlichting ook rekening gehouden worden met de veroudering van de verlichtingsinstallaties en de ruimtes. Dit wordt uitgedrukt in de onderhoudsfactor (MF). Deze factor is afhankelijk van verschillende factoren. Een daarvan is de daling van de lichtstroom door veroudering van de lamp. Een andere factor is dat de lamp stuk kan gaan. Daarnaast kan de vervuiling van de armaturen het rendement naar beneden halen. Ten slotte kan de vervuiling van de ruimte de reflectiecoëfficiënten doen verminderen. Al deze factoren leiden tot de vermindering van de verlichtingssterkte. De onderhoudsfactor(MF) kan dus berekend worden met de volgende formule: MF=LLMF x LSF x LMF x RSMF met: LLMF = de onderhoudsfactor van de lichtstroom van de lamp; LSF = levensduurfactor van de lamp; LMF = onderhoudsfactor van de lamp; RSMF = onderhoudsfactor van de wanden van de ruimte. Deze waarde wordt standaard op 0,85 genomen, waarin dan een standaard tijdsduur voor onderhoud, vervanging en kuisen wordt ingerekend. In het begin zal er dus 15 % meer licht aanwezig zijn dan nodig, omdat de lamp nog geen verminderingsfactor nodig heeft. Het aantal lumen dat ze uitstraalt is namelijk nog niet afgenomen want dit gebeurt pas na verloop van tijd. Dit kan opgelost worden door verlichting met dimfunctie te plaatsen (wordt later nog uitgebreid besproken) en de lampen 15 % te dimmen om de geschikte verlichtingssterkte te bekomen

Hoofdstuk 2: licht

-53-

2.4.2 Armaturen Een armatuur bestaat uit verschillende onderdelen, die elk hun specifieke eigenschappen hebben. Het bestaat uit volgende delen: een houder, een optiek en voorschakelapparatuur.

A. De houder Met de houder kan de armatuur worden gemonteerd en vastgemaakt in een lokaal. Er zijn verscheidene bevestigingshouders, die elk een andere sfeer creëren. Er zijn drie types: de inbouwarmatuur, de opbouwarmatuur en de pendelarmatuur. Wanneer het licht uit de armatuur zonder veel reflectie van het plafond of een wand het doel (een taakoppervlak, een object, …) bereikt, spreekt men van rechtstreekse verlichting. Dit is de aanbevolen verlichtingswijze in lokalen met een normale plafondhoogte (minder dan 4,5 m). Rechtstreekse verlichting wordt typisch toegepast bij het gebruik van inbouwarmaturen (in gebouwen met valse plafonds) of opbouwarmaturen (bevestigd tegen het plafond). Soms kan ook voor een combinatie van rechtstreekse en onrechtstreekse (licht dat eerst wordt gereflecteerd) verlichting worden gekozen. In erg hoge lokalen zijn pendelarmaturen vaak geschikter voor het visueel comfort. Om te vermijden dat boven de lampen storende schaduwen ontstaan, wordt in dat geval geopteerd voor armaturen die zowel onrechtstreeks als rechtstreeks licht uitstralen.

B. De optiek De optiek is slechts een geplooide metalen plaat, maar ze vormt wel een belangrijk onderdeel van de armatuur, aangezien zij in grote mate het rendement ervan bepaalt. De optiek van een armatuur bestaat meestal uit een reflector, lamellen en eventuele filters en afdekkappen.

 De reflector De reflector heeft als doel het licht van de lamp naar het werkblad te richten. Naargelang de vorm van de reflector kan het licht symmetrisch (bijvoorbeeld. voor de verlichting van een tafel) of asymmetrisch (bijvoorbeeld. voor de verlichting van een bord) verspreid worden. De manier waarop de armatuur het licht verspreidt, wordt aangegeven met het polaire diagram van de lichtsterkte. Hierop is te zien hoe het licht in de verschillende richtingen wordt gestuurd (zie figuur 2.34). Het zijn deze diagrammen die worden opgenomen in de technische fiches van productcatalogi.

Figuur 2.34: Polaire diagramma van armaturen

Hoofdstuk 2: licht

-54-

 Lamellen Lamellen bestaan in verschillende vormen en moeten verblinding door de lamp voorkomen. Door hun vorm (parabolisch, met een hoek, ...) kunnen zij elk visueel contact met rechtstreekse lichtstralen blokkeren. Sommige lamellen beperken ook de hinderlijke weerspiegelingen en verminderen zo de luminantie van de armaturen. De reflector heeft meestal een passende vorm en bestaat net als de lamellen vaak uit aangepast materiaal. Armaturen met zulke optieken worden “armaturen met een lage luminantie” genoemd (zie figuur 2.35).

Figuur 2.35: Armatuur met lage luminantie (links) en met rechte lamellen (rechts)

C. Voorschakelapparatuur CFL-lampen of TL-lampen hebben een hulpsysteem nodig om te kunnen werken. Dit wordt de ballast of het voorschakelapparatuur genoemd. Met dit apparaatje kunnen de lampen worden aangestoken en wordt de kunstmatige stroom gestabiliseerd. Er bestaan twee soorten, namelijk elektromagnetische balasten en elektronische balasten. Elektromagnetische balasten (zie figuur 2.36) worden nog vaak gebruikt, bijvoorbeeld in T12 lampen. Ze zijn goedkoper in aankoop dan elektronische ballasten maar het vermogensverlies is zo groot dat op middellange termijn de uiteindelijke kostprijs toch duurder uitvalt. Bovendien rust hun werking op een principe dat de levensduur van de TL-lampen niet maximaal benut.

Figuur 2.36: Elektromagnetische ballast

De elektronische balasten (zie figuur 2.37) hebben twee voordelen ten opzichte van de elektromagnetische balasten: ze zijn energiezuiniger en veroorzaken minder oogvermoeidheid. De balasten kunnen opgedeeld worden in drie categorieën: • Elektronische ballasten zonder voorverwarming die TL-lampen onmiddellijk ontsteken;  Elektronische ballasten met voorverwarming die TL-lampen ontsteken na ze eerst op te warmen waardoor de TL-lampen langer meegaan; • Dimbare elektronische ballasten die TL-lampen ontsteken en waarmee de lichtflux in functie van de behoeften kan worden aangepast. Deze ballasten zijn veel zuiniger in het energiegebruik als bij de bediening van de Figuur 2.37: Elektronische ballast verlichtingsinstallatie rekening wordt gehouden met de aan- of afwezigheid van daglicht.

Hoofdstuk 2: licht

-55-

2.4.3 Het regelsysteem Met een regelsysteem kan de verlichting van een lokaal geregeld worden. Er bestaan verschillende soorten regelsystemen met erg uiteenlopende oplossingen op het gebied van bedieningsmogelijkheden en het beschikbare budget. Er zijn vier regelprincipes: • Regeling volgens de beschikbaarheid van daglicht; • Regeling in functie van de bezetting; • Tijdgestuurde regeling; • Opsplitsing in zones.

A. Regeling volgens de beschikbaarheid van daglicht Bij een daglichtregeling wordt de lichtstroom van een armatuur geregeld in functie van het beschikbare daglicht. Als een lokaal voorzien is van grote ramen en er dus veel daglicht binnenkomt, zal de lichtstroom lager zijn dan indien er weinig daglicht aanwezig is. Op die manier kan heel wat energie bespaard worden. Bij deze regeling wordt het daglicht door een sensor waargenomen. Er bestaan verschillende soorten sensoren en bedieningsmechanismen: meting van de verlichtingssterkte op het taakoppervlak, meting van de luminantie van het raam, ... . Deze sensoren zijn ofwel rechtstreeks met de voorschakelapparatuur van de armaturen verbonden ofwel met een centrale bedieningseenheid van het lokaal.

B. Regeling in functie van de bezetting Een regeling in functie van de bezetting van een ruimte betekent dat het licht enkel brandt wanneer iemand in het lokaal aanwezig is. Sommige systemen reageren op de aanwezigheid van mensen (aanwezigheidsdetectie), andere houden rekening met de afwezigheid van mensen (afwezigheidsdetectie). Aanwezigheidsdetectiesystemen garanderen dat de verlichting automatisch aangaat wanneer iemand aanwezig is in het lokaal en dat de verlichting weer uitgaat wanneer niemand in het lokaal aanwezig is. Deze systemen zijn qua energiegebruik niet optimaal, aangezien het licht automatisch brandt wanneer iemand aanwezig is in het lokaal, zelfs als er voldoende daglicht is. Afwezigheidsdetectiesystemen laten toe om de verlichting uit te schakelen wanneer niemand in het lokaal aanwezig is. Ze zijn interessanter dan aanwezigheidsdetectie, omdat het licht niet automatisch terug aangeschakeld wordt. Hiervoor is manuele ontsteking nodig waardoor er heel wat energie bespaard kan worden want het licht wordt enkel aangestoken indien je het wenst. Wanneer wordt vastgesteld dat niemand meer aanwezig is, wordt de verlichting uitgeschakeld.

C. Opsplitsing in zones Bij een opsplitsing in zones wordt de verlichtingsinstallatie van een lokaal in verschillende compartimenten verdeeld zodat de aanwezigen de mogelijkheid hebben om het licht slechts in een bepaald deel van de werkruimte aan te steken. Dit kan nuttig zijn indien een deel van het lokaal

Hoofdstuk 2: licht

-56-

wordt gebruikt of omdat er in een bepaald deel voldoende daglicht beschikbaar is. Er zijn dan ook twee manieren van opsplitsen, namelijk op basis van daglichtinval of in functie van de bezetting.

D. Tijdgestuurde regeling Voor lokalen met een vaste en regelmatige bezetting is het voordelig de mogelijkheid in te bouwen om de volledige lichtinstallatie uit te schakelen in periodes van leegstand om stroomverbruik te vermijden. Dit gebeurt meestal in het weekend, tijdens vakanties, ‘s nachts, ... Het opnieuw aansteken van de verlichting gebeurt manueel.

E. Combinatieregelingen De voornoemde regelsystemen kunnen uiteraard ook worden gecombineerd. Het is bijvoorbeeld interessant om in de piramide waar ook daglicht aanwezig is een afwezigheidsdetectiesysteem te combineren met een regelsysteem dat rekening houdt met de aanwezigheid van daglicht. Hierdoor zal het licht automatisch gedoofd worden als er niemand in het lokaal aanwezig is en is er ook een dimfunctie aanwezig die de lichtstroom van de armaturen aanpast aan de hoeveelheid daglicht.

2.4.4 Lichtplanning7 De verlichting wordt gedimensioneerd met behulp van het programma Dialux Light. Hierbij wordt gestreefd naar een minimale gemiddelde verlichtingssterkte van 300 lux. Deze waarde wordt door de norm voorgeschreven en is specifiek voor verlichting in klaslokalen (zie ook 2.1.2).

A. Dialux Dialux is een softwarepakket dat gratis van het internet kan gedownload worden en is ideaal voor het dimensioneren van de verlichtingsinstallaties. Er bestaat ook een eenvoudigere versie, Dialux Light, die geschikt is voor eenvoudige berekeningen. In Dialux is het mogelijk om de productencatalogi van heel wat bedrijven in te laden. Het is op die manier eenvoudig om de geschikte armaturen te zoeken die de ideale verlichting geeft. Iedere armatuur heeft zijn specifieke eigenschappen die allemaal in deze catalogi zitten. In deze thesis is gekozen om te werken met de catalogi van Fagerhult.

B. Armatuur Voor de lokaalverlichting in de piramide wordt er voor de armatuur Fagerhult 27561 CombiFive Beta (direct/indirect) 2xT5 35W gekozen (zie figuur 2.38). Dit is een pendelarmatuur met rechtstreeks en onrechtstreeks symmetrisch licht. Er kan geen inbouw of opbouwarmatuur gekozen worden omdat de plafondhoogte variabel is door de piramidale vorm van het lokaal. Het indirect licht zorgt ervoor dat er geen storende schaduwen boven de armaturen optreden. Aangezien deze thesis kadert in het concept van duurzaam bouwen worden hier energiezuinige T5 armaturen gebruikt met lampen van 35W per lamp. In elke armatuur bevinden zich twee lampen van

7

De uitgebreide file omtrent lichtplanning, gegenereerd uit Dialux Light, is terug te vinden in bijlage 5

Hoofdstuk 2: licht

-57-

elk 3300 lumen. Als lamp kan er een High Efficienty lamp gebruikt worden. Deze heeft een kleurweergave-index van 85 Ra en is ideaal voor gebruik in scholen en in pendelarmaturen.

Figuur 2.38: De armatuur Fagerhult 27561 CombiFive Beta (direct/indirect) 2xT5 35W

C. Gegevens ingeven Vooraleer de verlichting kan gedimensioneerd worden, moeten de gegevens en factoren ingegeven worden. De ruimte werd ingegeven als een vierkant van 12 op 12m. De hoogte van de piramide is variabel waardoor het niet nuttig is om het hoogste punt (8,5m) in te geven. In figuur 2.39 is gekozen voor een hoogte van 5m.

Figuur 2.39: Gegevensblad Dialux light

De reflectiecoëfficiënt van de wanden en het plafond zijn gelijk en bedragen 52 % (lichtgekleurd hout). Voor de vloer werd de standaardwaarde genomen (20 %). Er werd ook een ouderdomsfactor in rekening gebracht (verminderingsfactor), namelijk 0,85.

Hoofdstuk 2: licht

-58-

Het werkvlak wordt gedimensioneerd met een werkvlakhoogte van 0,8m en een randzone van 1,5 m. Deze randzone is noodzakelijk omdat de wanden schuin lopen en in de eerste 1,5 m niemand kan zitten of staan. De randzone wordt niet ingerekend bij de berekening van de gemiddelde minimale verlichtingssterkte en van de maximale/minimale verlichtingssterkte. De armaturen worden opgehangen op een hoogte van 2,8 m. Dit is een ideale hoogte voor een goed visueel comfort.

D. Armatuurschikking De laatste stap in het dimensioneren van de verlichting is het bepalen van de positie van de armaturen in de ruimte. Eerst wordt er ingegeven wat de minimum gemiddelde verlichtingssterkte moet zijn. Daarna geeft Dialux Light een voorstel van het aantal armaturen en hun inplanting (zie figuur 2.40). Deze suggestie kan dan handmatig op punt gesteld worden om een geschikte uniforme verlichtingssterkte te bekomen.

Figuur 2.40: Berekening- en resultatenblad Dialux Light

In dit ontwerp zijn er negen armaturen noodzakelijk. Eerder werd reeds vermeld dat de uniforme verlichtingssterkte wordt uitgedrukt door de verhouding van Emin/Eav. Deze moet minimum 0,7 zijn. De voorgestelde schikking bereikt deze waarde niet en dus wordt er gezocht naar een andere positionering van de armaturen. Uiteindelijk wordt er, door wat aanpassingen in de x- en y-richting, een uniformiteitsindex van 0,7 bekomen. Dit is de maximale waarde die kan bekomen worden met negen lampen. Het is mogelijk een hogere index te bekomen maar dan moeten extra armaturen geplaatst worden. De uniformiteitsindex bij negen armaturen is reeds voldoende hoog en bovendien zorgen meer armaturen voor weinig extra effect op de uniformiteit. Hierdoor wordt er geopteerd om negen armaturen te plaatsen. Bovendien zouden de extra armaturen meer energie verbruiken en de gemiddelde verlichtingssterkte sterk verhogen. Een te hoge verlichtingssterkte kan ook het visueel comfort verminderen.

Hoofdstuk 2: licht

-59-

E. Bordverlichting Naast de verlichting in het lokaal is er in principe ook bordverlichting nodig. Het bord staat echter op wieltjes en heeft geen vaste plaats. Het heeft dus geen nut een bordverlichting te dimensioneren op een bepaalde plaats op de oostzijde aangezien het bord niet altijd op dezelfde plaats zal staan. Bovendien is het niet mogelijk de bordverlichting te dimensioneren met Dialux Light aangezien er een tweede werkvlak moet ingevoerd worden. Voor deze toepassingen moet gewerkt worden met de uitgebreide versie Dialux. Het aanleren van een bijkomend softwarepakket zou veel tijd in beslag nemen en biedt geen toegevoegde waarde daar het bord geen vaste plaats heeft. De bordverlichting wordt dus niet gedimensioneerd.

F. Samenvatting

Figuur 2.41:Samenvatting lichtplanning in Dialux Light

Hoofdstuk 2: licht

-60-

In figuur 2.41 wordt een samenvattende tabel met alle gegevens omtrent het visuele comfort weergegeven. De uniformiteit op het werkvlak is dus zoals hierboven reeds vermeld 0,7, maar deze op de vloer en plafond zijn lager. Aangezien dit niet het werkvlak is, moet er ook niet naar een hogere waarde gestreefd worden. De verblindingsindex UGR bedraagt 15 in de lengte en 16 loodrecht op de armatuuras. Voor een klaslokaal mag dit maximaal 19 zijn. De UGR ligt dus binnen de normen. In totaal produceren de negen armaturen 59.400 lumen en hebben ze een vermogen van 693 W. Verder is het specifiek vermogen 1,25 W/m²/100 lux. Eandis stelt een maximum van 2 W/m²/100 lux voorop. Naast bovenvermelde waarden staan ook de positie van de armaturen vermeld. Alle armaturen staan loodrecht op het bordvlak geplaatst om eventueel storende schaduwen te vermijden.

G. Premie Bij het plaatsen van verlichting kunnen energiepremies verkregen worden. Hierbij wordt vooral rekening gehouden met het geïnstalleerde vermogen van de lampen, maar ook met de reflectiecoëfficiënten en de oppervlaktes van wanden, vloer en plafond. Het geïnstalleerd vermogen bepaalt de grootte van de premie. Er is namelijk een toegestaan vermogen bepaald, afhankelijk van het soort gebouw en de keuze tussen newlighting (nieuw geplaatste verlichting) of relighting (oude verlichting vervangen). Aangezien er in deze thesis een lichtplanning is uitgewerkt met negen armaturen van 35 W, is er een totaal van 693 W gebruikt (9x35 W + het nodige vermogen voor de voorschakelapparatuur). Met deze lichtplanning zou een verlichtingspremie van € 175,92 te bekomen zijn (zie figuur 2.42). De lichtplanning kan ook met lampen van 49 W worden uitgewerkt, waarbij de premie minder hoog zou zijn. Er is ook een hoger energieverbruik, wat deze oplossing minder rendabel maakt. De gemiddelde verlichtingssterkte op het werkvlak bedraagt 386 lux en voldoet aan de norm.

Figuur 2.42: Berekening verlichtingspremie

Hoofdstuk 2: licht

-61-

2.5 BIM-toepassingen op visualisatie 2.5.1 Inleiding Bij BIM is het de bedoeling om te onderzoeken in welke mate er vanuit één model verschillende toepassingen op geënt kunnen worden. In de vorige paragrafen van dit hoofdstuk is onderzoek verricht op het vlak van visualisatie. Dit gebeurde op basis van een eigen getekend model in Ecotect. Er wordt nu onderzocht in welke mate deze toepassingen kunnen gebeuren op het Revit-model. Zo kan het in de toekomst overbodig worden om twee of meerdere malen eenzelfde model te tekenen. Er wordt vertrokken vanuit het volledig afgewerkte Revit-model (zie figuur 2.43). Dit bevat alle gebruikte materialen.

Figuur 2.43: Het Revit-model

In Revit kan niet direct een lichtstudie gemaakt worden waardoor het model dient geëxporteerd te worden. Via Revit kan er geëxporteerd worden naar CAD (.dwg en .dxf), ACIS (.sat) en MicroStation (.dgn). Er wordt gekozen voor .dxf aangezien Ecotect, het programma waarin de lichtanalyse zal gemaakt worden, deze extensie kan importen. De extensie .dxf is een formaat dat door vele CAD toepassingen wordt ondersteund. Een dxf-dossier is een tekstdossier dat een 2D-tekening beschrijft. De tekst wordt niet gecodeerd of samengeperst, zodat de dxf-dossiers over het algemeen grote bestanden zijn. Als dxf voor 3D-tekeningen wordt gebruikt, kan het nodig zijn om een ‘schoonmaakbeurt’ uit te voeren om de correcte weergave te bekomen. Vooraleer een model dus geëxporteerd wordt, is het belangrijk om het model te reduceren. Eenmaal Ecotect geopend is, dient gekozen te worden voor 3D cad geometry (zie figuur 2.44).

Figuur 2.44: 3D-CAD geometry

Hoofdstuk 2: licht

-62-

Daarna wordt er .dxf gekozen als extensie van het bestand. Dit is de extensie van het bestand dat opgeslagen wordt bij de export in Revit. Om dit bestand te importeren, wordt er via ‘choose file’ gezocht naar het gewenste bestand. Hierna wordt het bestand geladen en komen de verschillende layers8 in het rechterdeel van het venster. Nu kan hieruit gekozen worden welke layers al dan niet geïmporteerd hoeven te worden. Via ‘hide’ en ‘show’ kan er in het linkse deel van het venster gezien worden welke layer welk deel van de piramide voorstelt. Uiteindelijk worden enkel die layers geïmporteerd die op ‘yes’ staan (zie figuur 2.45). Op dit geïmporteerde model kunnen de mogelijkheden van Ecotect getest worden

Figuur 2.45: Importeren in Ecotect

2.5.2 Onderzoek naar geschikt importmodel Indien alle layers geïmporteerd worden (zie figuur 2.46), leidt dit tot een zeer zwaar bestand (bestaande uit meer dan 50.000 elementen). Als er op dat bestand analyses worden uitgevoerd, duren deze heel lang. Bovendien ligt de nauwkeurigheid een stuk lager. Het exporteren van een volledig model van Revit naar Ecotect werkt dus niet optimaal. Er wordt verder gezocht naar een beter importmodel.

Figuur 2.46:Alle Layers importeren

8

Een layer wordt gebruikt bij digitale beeldbewerking om verschillende elementen in een afbeelding te onderscheiden. Het bevat specifieke kenmerken zoals een bepaalde lijndikte, kleur, …

Hoofdstuk 2: licht

-63In een volgende fase wordt onderzocht om het bestand kleiner te maken door bepaalde layers in Ecotect af te zetten. Er wordt geen beter resultaat bekomen. Dit is te wijten aan het feit dat de houten draagstructuur alleen al uit 31.000 elementen bestond. Als deze layer wordt afgezet, blijft er van de piramide enkel nog ramen en deuren over (zie figuur 2.47). Hiermee kunnen geen analyses gemaakt

Figuur 2.47: Zonder wanden

worden.

Uiteindelijk is er geopteerd om reeds in Revit bepaalde layers (met betrekking tot de draagstructuur) af te zetten. Hierdoor wordt het geëxporteerde bestand vereenvoudigd en is het dus een stuk minder zwaar. Dit leidt echter nog niet tot een bruikbaar model na het importeren. Het bestand bestaat nu uit 17.000 elementen maar van de wanden schiet onvoldoende over om degelijke analyses te kunnen uitvoeren (zie figuur 2.48).

Figuur 2.48: Draagstructuur

Er wordt besloten om de boomstambedekking en de binnenstructuur in het Revit-model (zie figuur 2.49) verborgen te zetten. Daarnaast wordt de layer van ramen niet geïmporteerd in Ecotect omdat deze andere posities innemen. De wanden blijven wel overeind en het bestand wordt toch een heel stuk kleiner.

Figuur 2.49: Te exporteren Revit-model

Figuur 2.50: Model na importeren in Ecotect

Hoofdstuk 2: licht

-64-

Dit importmodel (zie figuur 2.50) bevat ‘slechts’ 1000 elementen en hierop kunnen heel wat analyses toegepast worden. Het nadeel is wel dat de wanden opgebouwd zijn uit allerlei kleine driehoekige vlakjes en niet als één vlak die de volledige wand voorstelt. Dit staat bepaalde toepassingen in de weg zoals bijvoorbeeld het plaatsen van ramen (zie blz 68 onderaan). Bovendien dienen de coördinaten van het project terug ingegeven te worden. Deze worden niet mee geëxporteerd uit het Revit-model.

2.5.3 Toepassingen op importmodel A. Zon en schaduw Met het model dat zelf gemodelleerd werd in Ecotect konden heel wat toepassingen gemaakt worden omtrent de zon en schaduw. Er wordt nu nagegaan in welke mate dit mogelijk is op het importmodel en of er eventuele verschillen zijn (zie figuur 2.51).

Figuur 2.51: Jaarlijks zonnepad van geïmporteerd model (links) en zelf getekend model (rechts)

De deuren hebben een verschillend materiaal. Hierdoor zijn de schaduwbeelden in de inkom een beetje anders. De dikte van de vloer is bij het eigen model niet aangegeven. Aangezien de vloer onder het maaiveld ligt, geeft het importmodel een kleine fout want daar zit de vloer erboven. Hierdoor wordt de piramide iets hoger weergegeven en wordt er dus een grotere schaduw bekomen. De verschillen zijn echter minimaal waardoor er kan besloten worden dat er een goeie studie van het zonnepad en de schaduw kan gemaakt worden met een geïmporteerd model. In het Revit-model kan ook onderzocht worden welke schaduw er op een bepaalde dag en een bepaald tijdstip ontstaat (zie figuur 2.52).

Figuur 2.52: Schaduw van Revit model op 21 juni om 13u

Hoofdstuk 2: licht

-65-

B. Visualisatie In Ecotect Analysis kan een gebouw voorgesteld worden op verschillende manieren zodat de opbouw duidelijk zichtbaar wordt. Ook met een geïmporteerd model is dit mogelijk.

Figuur 2.53: Snede langs y-as van Revit model

Er kan niet alleen een snede gemaakt worden in de richting van de y-as (zie figuur 2.53) maar ook in de richting van de x- en z-as. Bovendien kan er aan een gebouw een factor van transparantie (zie figuur 2.54) toegekend worden. Hierbij komt de complexe opbouw van het model heel duidelijk tot uiting. Om de zichtbaarheid al dan niet te verbeteren, kunnen de omtreklijnen van de driehoekige vlakken uitgezet worden (zie figuur 2.54).

Figuur 2.54: Transparant Revit- model (links) en Revit-model zonder omtreklijnen (rechts)

Hoofdstuk 2: licht

-66-

C. Daglichtanalyse op 21 juni om 13u Om een daglichtanalyse te kunnen maken, dient er eerst een analysis grid aangemaakt te worden. Hierna kan een ‘lighting analysis’ berekend worden over dat analysis grid. Opmerking: de hoogte van het analysis grid (= werkbladhoogte) wordt ingesteld op 80 cm daar 75 cm niet kan ingesteld worden (dus 70 of 80 cm). In paragraaf 2.3.3 “model met 14 ramen” werd een daglichtanalyse gemaakt (m.b.v. Radiance) van een model dat gemodelleerd werd in Ecotect. Er werd bekomen dat er in het midden van de piramide ongeveer 1300 lux aanwezig is en aan de ramen ongeveer 2500 lux. Deze waarden zullen nu vergeleken worden met de waarden die bekomen worden bij de daglichtanalyse van het geïmporteerd model.

Figuur 2.55: Verlichtingssterktes Revit-model op 21 juni om 13u

In het midden van de piramide is er ongeveer 2000 lux aanwezig en bij de ramen ongeveer 3400 lux (zie figuur 2.55). Wanneer deze waarden vergeleken worden met deze van het eigen getekende vereenvoudigde model, wordt er een groot verschil opgemerkt. Bij het geïmporteerd model is er ongeveer 700 lux meer aanwezig in het midden dan bij het model gemodelleerd in Ecotect. Aan de ramen loopt dit verschil op tot bijna 1000 lux. Deze grote verschillen zijn te wijten aan de opbouw van het model. Bij het model in Ecotect zijn er effectief ramen (glas) aanwezig in de raamopeningen terwijl bij het geïmporteerd Revit-model dit enkel openingen zijn (zonder glas).

Hoofdstuk 2: licht

-67-

Om na te gaan of dit de oorzaak is van de verschillen, worden alle ramen in het eigen gemodelleerde vereenvoudigde model vervangen door openingen. Er is dus ook geen glas meer aanwezig. Na de lichtanalyse met behulp van Radiance wordt het resultaat in figuur 2.56 bekomen:

Figuur 2.56: Verlichtingssterkte eigen model zonder ramen op 21 juni om 13u

In het midden is er nu ongeveer 2000 lux aanwezig en aan de ramen ongeveer 4000 lux. Het grote verschil lag dus effectief aan de ramen want in het midden wordt nu bijna hetzelfde resultaat gevonden. In de hoeken van de piramide is er tussen de 150 en 200 lux aanwezig. Aan de ramen zit er nog een verschil van ongeveer 600 lux. Dit is te wijten aan de vereenvoudigingen die gebeurd zijn bij het gemodelleerd model in Ecotect. Daar werd namelijk geen rekening gehouden met de dikte van de wanden. Er kan besloten worden dat een daglichtanalyse op een geïmporteerd model redelijk correct is. Aan de deur (buiten) is er het grootste aantal lux aanwezig. In de hoeken is er duidelijk het minste aantal lux.

D. Toevoegen van een raam

Het definitief importmodel bevat geen ramen. Aangezien het plaatsen van zonnewering in het model ramen vereist, wordt het model waarbij de layer ramen actief staat eens van naderbij bekeken. Dit model heeft nu ramen maar die zoals reeds eerder vermeld, verschoven zijn (zie figuur 2.57).

Figuur 2.57: Verschoven ramen

Hoofdstuk 2: licht

-68-

Er wordt geprobeerd om zonnewering op een bestaand raam te plaatsen. Om een optimale vorm voor de zonnewering te laten berekenen, dient het raam eerst geselecteerd te worden. Dit geeft een probleem aangezien de piramide in het geïmporteerde model een ‘binnen- en buitenlaag’ bevat. Bovendien kunnen er geen ramen geselecteerd worden omdat deze opgebouwd zijn uit twee driehoeken. Om de ‘shading design wizard’ te kunnen gebruiken, moet het raam als één element kunnen geselecteerd worden. Dit lukt hier dus niet (zie figuur 2.58). Er kan geen raam boven het bestaande getekend worden omdat het vlak waarin het raam komt, geselecteerd moet kunnen worden.

Figuur 2.58: Raam toevoegen in Ecotect met geïmporteerd Revit-model

Aangezien het plaatsen van zonnewering op deze manier niet lukt, wordt er onderzocht of er een andere manier bestaat. Hiervoor wordt een wand volledig weggenomen en vervangen door een eigen getekend, enkelvoudig vlak (zie figuur 2.59). In dat vlak kan nu een raam geplaatst worden. Dit raam kan geselecteerd worden en dus kan hiervoor zonnewering berekend worden.

Figuur 2.59: Zonnewering in Revit model

Via een omweg kan er dus zonnewering in het model geplaatst worden, al is dat niet aangeraden aangezien dit afbreuk doet aan het geïmporteerd model. Er kan besloten worden dat het plaatsen van zonnewering bij een geïmporteerd model niet onmiddellijk mogelijk is. Hetzelfde geldt voor alle elementen die in een vlak getekend moeten worden (bijvoorbeeld ramen of deuren). Aangezien dit opgebouwd is uit allerlei kleine vlakjes, kan er nooit een volledig vlak geselecteerd worden. Hierdoor is het onmogelijk een opening te maken die over meerdere vlakjes loopt.

Hoofdstuk 2: licht

-69-

2.6 Besluit In het eerste deel van dit hoofdstuk werd een zonanalyse uitgevoerd op een vereenvoudigd model met behulp van Ecotect. Hieruit kan afgeleid worden hoe de zon op een willekeurig tijdstip en datum staat en welke invloed deze heeft op het gebouwmodel. Er kunnen dus heel wat vergelijkingen gemaakt worden, zoals bijvoorbeeld de zon die hoger staat in juni dan in januari. Daaraan gekoppeld werd een schaduwanalyse uitgevoerd. Daarna wordt de hoeveelheid daglicht in het klaslokaal bepaald met behulp van Radiance. De norm EN 12464-1 ‘Norm voor de eisen voor verlichting van binnenwerkplekken’ schrijft een minimale verlichtingssterkte van 300 lux voor in klaslokalen. Dit is de belangrijkste parameter waarmee rekening dient gehouden te worden bij de daglichtanalyses. Opnieuw wordt er met vereenvoudigde modellen gewerkt. Na het onderzoeken van verschillende modellen kan er vastgesteld worden dat het model met 14 ramen het meest optimale is. Het heeft de ganse dag voldoende daglicht tussen 4 april en 17 september. Tussen 12 en 15 uur is er het ganse jaar door voldoende daglicht. Buiten deze uren kan er kunstmatige verlichting noodzakelijk zijn. Vervolgens wordt de kunstmatige verlichting bepaald met behulp van Dialux Light. Deze is noodzakelijk omdat er op bepaalde tijdstippen onvoldoende verlichtingssterkte aanwezig is. De verlichting wordt gedimensioneerd met een gemiddelde verlichtingssterkte van 300l ux. Bij het bepalen van de verlichting in Dialux Light is het noodzakelijk om alle informatie over het gebouwmodel opnieuw in te geven. Op deze manier kan het softwareprogramma, na keuze van het gebruikte armatuur, voorstellen van schikking geven alsook het aantal nodige armaturen. Uiteindelijk worden negen armaturen gebruikt van elk 35 W. Tenslotte werd nagegaan wat de mogelijkheden van het BIM-model in Ecotect zijn. In de vorige drie delen werd er telkens een nieuw model ingegeven. Dit vergt veel werk en daarom werd onderzocht welke toepassingen er kunnen gebeuren op het BIM-model. Er kan besloten worden dat er al heel wat toepassingen mogelijk zijn maar desondanks werkt de link tussen Revit en Ecotect nog niet optimaal.

Hoofdstuk 3: ventilatie

-70-

3. Ventilatie 3.1 Inleiding In dit hoofdstuk wordt de ventilatie voor de piramidale constructie besproken. Er wordt gestart met het definiëren van enkele begrippen. Om het ventilatie concept uit te werken, dient eerst een keuze gemaakt te worden van het ventilatiesysteem. Daarna worden de binnenluchtkwaliteit en de kwaliteit van de afgevoerde lucht bestudeerd om hieruit het minimum debiet te kunnen bepalen. Tenslotte worden de kanalen gedimensioneerd. Aangezien er in dit eindwerk onderzocht wordt welke de mogelijkheden van een BIM-model zijn, zal er in Revit MEP gezocht worden naar het uittekenen van het ventilatiesysteem.

3.2 Ontwerp 3.2.1 Enkele definities Afvoervoorziening: voorziening voor de afvoer van lucht uit een ruimte. Balansventilatie: ventilatie van het type D. Bij dit systeem wordt een evenwicht tussen aan- en afvoer van de lucht in het gebouw gecreëerd. Er wordt een ventilatie-unit voorzien die de afvoer van vervuilde lucht en de aanvoer van verse lucht regelt. Buitenlucht: lucht die rechtstreeks van buiten afkomstig is, zonder dat die eerst behandeld werd of door andere ruimtes stroomde. Debiet: de hoeveelheid doorstromende lucht (of vloeistof) per tijdseenheid. DO: doorstroomopening. E-peil: energieprestatiepeil. Dit is de verhouding van het karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik tot een referentiewaarde. Het E-peil wordt ook het peil van primair energieverbruik genoemd. Mechanische luchtverplaatsing: luchtverplaatsing die ontstaat door één of meerdere ventilatoren. Er worden dus gemotoriseerde componenten gebruikt om de lucht in beweging te brengen. Minimaal geëist ontwerpdebiet: het debiet waarvoor de installatie minimaal moet ontworpen worden. Er moeten componenten geplaatst worden die voldoende capaciteit hebben zodat het minimaal geëist ontwerpdebiet kan gerealiseerd worden. Natuurlijke luchtverplaatsing: luchtverplaatsing ten gevolge van drukverschillen die op natuurlijke wijze ontstaan (bijvoorbeeld. door wind of temperatuursverschillen) en zonder hulp van mechanische apparaten die de lucht in beweging brengen. Ontwerpdebiet: het ventilatiedebiet waarvoor het ventilatiesysteem wordt ontworpen. Toevoervoorziening: opening voor de toevoer van lucht in een ruimte.


-71-

Ventilatie: gewilde toe- en afvoer van lucht naar en uit een te behandelen ruimte. Het zijn handelingen om luchtverversing in een gebouw te realiseren. Ventilator: mechanisch toestel voor het creëren van een luchtverplaatsing of drukverschil. Warmteterugwinapparaat: apparaat waarbij de afgevoerde lucht zijn warmte afgeeft aan de toegevoerde lucht door middel van een warmtewisselaar. Op die manier kan er 50 tot 90 % van de warmte gerecupereerd worden. (Zomer)Bypass: systeem waarbij bij inschakeling de afvoerlucht grotendeels om de warmtewisselaar wordt geleid. Hierdoor is het mogelijk om het gebouw met koude nachtlucht te koelen in de zomer. In warmere periodes stopt de warmteterugwinning geheel of gedeeltelijk want de bypass zorgt ervoor dat de lucht niet door de warmtewisselaar stroomt. De bypass wordt automatisch gestuurd volgens de ingestelde temperatuur.

3.2.2 Keuze van het ventilatiesysteem Om een ventilatiesysteem te dimensioneren dient er eerst een type ventilatiesysteem gekozen te worden. Er bestaan vier soorten ventilatiesystemen, namelijk A, B, C en D. Type A: natuurlijke ventilatie Bij systeem A (zie figuur 3.1) gebeurt de ventilatie op natuurlijke wijze dankzij klimatologische drukverschillen. Regelbare toe- en afvoeropeningen zorgen voor flexibiliteit bij wijzigingen in behoeften en variërende drukverschillen. Doorstroomopeningen (DO) zorgen voor een goede doorstroming van de lucht doorheen het gebouw. De afvoerkanalen verlopen hoofdzakelijk verticaal en monden uit boven het dak en zo dicht mogelijk bij de nok.

Figuur 3.1: Type A natuurlijke ventilatie

Type B: toevoer met ventilatoren Bij systeem B (zie figuur 3.2) gebeurt de toevoer mechanisch (met behulp van een ventilator) en de afvoer natuurlijk. Doorstroomopeningen brengen de lucht doorheen het gebouw. Dit systeem wordt niet veel toegepast in ons klimaat omdat het gebouw in lichte overdruk wordt geplaatst. Type C: afzuiging met ventilatoren Bij systeem C (zie figuur 3.3) komt de lucht binnen via regelbare toevoer-openingen. Deze zorgen voor een gecontroleerde toevoer van verse buitenlucht in de droge ruimten. Ze kunnen geplaatst worden in een muur, het schrijnwerk of het dak. De vervuilde lucht wordt met behulp van een ventilator afgevoerd uit de natte ruimten. Ze worden geplaatst aan het begin van een verticaal afvoerkanaal.

Figuur 3.2: Type B – toevoer met ventilatoren

Figuur 3.3: Type C afzuiging met ventilatoren


-72-

Type D: balansventilatie Systeem D (zie figuur 3.4) hanteert zowel mechanische toe- als afvoer. Verse lucht wordt binnengeblazen in de (droge) ruimte met behulp van een ventilator. Via doorstroomopeningen wordt de lucht verplaatst naar de (vochtige) ruimte waar een tweede ventilator de vervuilde lucht afvoert. De luchtkanalen verbinden de toe- en afvoeropeningen en monden uit buiten het gebouw. Er wordt best geopteerd voor gladde, ronde kanalen die een goede luchtdichtheid waarborgen en die zo weinig mogelijk flexibel zijn. In een type D ventilatie kan er gebruik gemaakt worden van warmteterugwinning.

Figuur 3.4: Type D balansventilaite

Figuur 3.5 toont hoeveel het E-peil kan dalen door te kiezen voor een systeem D met warmteterugwinning. Tegenwoordig bestaan er systemen met een nog hoger thermisch rendement waardoor een nog lager E-peil mogelijk is.

Figuur 3.5: E-peil in functie van soort ventilatie

In principe verbruikt systeem D meer energie dan de andere systemen. Dit is te wijten aan het stroomverbruik van de ventilatoren die zorgen voor de toe- en afvoer. Bovendien vergt het opwarmen van koude ventilatielucht heel veel energie. Een balansventilatiesysteem, gecombineerd met een warmteterugwinapparaat, recupereert de warmte uit de afgevoerde lucht om de verse toevoerlucht voor te verwarmen. Dit resulteert in een jaarlijkse besparing op de energiefactuur, een verminderde CO2-uitstoot en dus een lager E-peil. Er zijn tal van voordelen bij een dergelijk ventilatiesysteem met warmteterugwinning:  Vervuilde vochtige lucht wordt automatisch afgevoerd en constant vervangen door frisse lucht waardoor een verbetering van het binnenklimaat bekomen wordt;  Condens en schimmelvorming worden tegengegaan door de regelmatige afvoer van de vochtige lucht;  Er is bescherming tegen CO2-vergiftiging want het ventilatiesysteem kan met behulp van CO2sensoren gestuurd worden op de luchtkwaliteit;  De schadelijke stoffen worden gefilterd. Bovendien kan er eventueel een pollenfilter geplaatst worden in de aanvoerleiding;  Aanwezigheid van vorstbeveiliging zorgt ervoor dat de vochtige afvoerlucht niet kan bevriezen zodat de afvoer niet geheel geblokkeerd wordt;  Een belangrijke energiebesparing door warmterecuperatie van afvoerlucht;

Hoofdstuk 3: ventilatie 

-73-

In de zomer kan de unit gebruikt worden om ’s nachts koele buitenlucht door de woning te blazen. Hierdoor wordt de gebouwconstructie afgekoeld. Om dit te realiseren moet een bypass bijgebouwd worden.

Aangezien in dit ontwerp wordt gestreefd naar lage-energie en gezien het grote aantal voordelen is er dus gekozen voor een type D met warmteterugwinning. Dit betekent dat de toe- en afvoer van respectievelijk verse en gebruikte lucht gebeurt op een mechanische manier. De ventilatie-unit9 kan opgesteld worden in de kelder, zolder of op een andere meer geschikte plek. In dit gebouw kan deze geplaatst worden bovenaan een wand van de piramide. Vanuit de unit vertrekt een ventilatieleiding die de verse opgewarmde buitenlucht via een aantal openingen gaat verdelen. Een afzuigleiding zorgt voor de afvoer van de vervuilde lucht. De verbinding met buiten om de vervuilde lucht af te voeren en de nieuwe lucht aan te voeren gebeurt via twee pijpen die boven het dak of in de gevel uitmonden.

3.2.3 Binnenluchtkwaliteit De hygiënische ventilatie heeft tot doel de luchtkwaliteit te waarborgen. Daarom wordt het begrip nader omschreven. Bovendien wordt aan de hand van de tabellen het minimum ventilatiedebiet bepaald. Om van een goede luchtkwaliteit te spreken, mogen er geen verontreinigde stoffen aanwezig zijn. De norm NBN EN 13779 onderscheidt vier klassen van binnenluchtkwaliteit (zie tabel 3.1). Tabel 3.1:Classificatie van de binnenlucht (NBN EN 13779-tabel 8)

Klasse Omschrijving IDA 1 Uitstekende luchtkwaliteit IDA 2 Matige luchtkwaliteit IDA 3 Aanvaardbare luchtkwaliteit IDA 4 Lage luchtkwaliteit Deze beschrijvingen zijn vaag en dus is het noodzakelijk om de soorten verontreiniging te omschrijven. Er kan zowel verontreiniging optreden door de menselijke bezetting als door het gebouw en zijn gebruik. Er wordt een indirecte classificatie gemaakt volgens het ventilatievoud met buitenlucht. Deze methode is gebaseerd op de classificatie volgens het CO2-peil. Er wordt in dit voorontwerp gestreefd naar een aanvaardbare luchtkwaliteit (IDA 3) (zie tabel 3.2). Tabel 3.2: Classificatie van de binnenlucht volgens het CO2-peil (NBN EN 13779 – tabel 9)

Klasse IDA 1 IDA 2 IDA 3 IDA 4

9


Verschil in CO2-concentratie tussen de buiten- en binnenlucht Typische waarden Standaardwaarden ≤ 400 350 400 – 600 500 600 – 1000 800 > 1000 1200


-74-

Het CO2-peil is een goede indicator van de luchtverontreiniging tengevolge van de menselijke stofwisseling. Bovendien kan het gemeten worden met een goede nauwkeurigheid. De waarden uit bovenstaande tabel, die het verschil in CO2-concentratie uitdrukken, gelden voor ruimtes met menselijke bezetting en waar een rookverbod is. Wegens de dure kostprijs van de sensoren werd een indirecte methode voorgesteld (zie tabel 3.3). Tabel 3.3: Classificatie volgens het ventilatievoud met buitenlucht (NBN EN 13779 - tabel 11)

Klasse IDA 1 IDA 2 IDA 3 IDA 4

Ventilatievoud met buitenlucht per persoon (m³/h) Niet-rokerszone Rokerszone Typische Standaard- Typische Standaardwaarden waarde waarden waarde > 54 72 > 108 144 36 - 54 45 72 – 108 90 22 – 36 29 43 - 72 58 < 22 18 < 43 36

In het klaslokaal zal niet gerookt worden en aangezien er gestreefd wordt naar een klasse IDA 3, is het minimumdebiet 22 m³/h per persoon.

3.2.4 Kwaliteit van de afvoerlucht In tabel 3.4 en 3.5 wordt de klasse van de afvoerlucht van een klaslokaal bepaald. Er kan geconcludeerd worden dat de afvoerlucht van klasse ETA1 is. Tabel 3.4: Hergebruik van de afvoerlucht en doorstroomlucht (NBN EN 13779 – tabel A2)

Klasse ETA 1 ETA 2 ETA 3 ETA 4

Omschrijving Deze lucht kan gebruikt worden als herbruikte lucht en doorstroomlucht. Deze lucht is niet geschikt als herbruikte lucht, maar kan gebruikt worden als doorstroomlucht voor toiletten, lavabo’s, garages en gelijkaardige ruimten. Deze lucht is niet geschikt voor gebruik als herbruikte lucht of doorstroomlucht. Deze lucht is niet geschikt voor gebruik als herbruikte lucht of doorstroomlucht.


-75-

Tabel 3.5: Classificatie van de afvoerlucht (norm NBN EN 13779-tabel 3)

Klasse ETA 1

ETA 2

ETA 3

ETA 4

Omschrijving Afvoerlucht met een lage vervuilingsgraad Lucht uit ruimten waarin de vervuiling in de eerste plaats voortkomt van de materialen en de structuren van de constructie en lucht uit ruimten waarin de vervuiling voornamelijk teweeggebracht wordt door de menselijke stofwisseling en de materialen en de structuren van de constructie. Ruimten waarin gerookt mag worden zijn uitgesloten. Afvoerlucht met een matige vervuilingsgraad Lucht uit bezette ruimten die meer onzuiverheden bevat dan lucht uit de ruimten van klasse ETA1 die voortkomt van dezelfde bronnen en/of menselijke activiteiten. Ruimten die normaalgesproken tot klasse ETA1 zouden moeten behoren, maar waarin gerookt mag worden. Afvoerlucht met een hoge vervuilingsgraad Lucht uit ruimten waar de luchtkwaliteit sterk beperkt wordt omwille van de productie van vocht, chemische stoffen of andere procédés. Afvoerlucht met een zeer hoge vervuilingsgraad Lucht die geuren en onzuiverheden bevat die schadelijk zijn voor de gezondheid, in concentraties die hoger zijn dan deze, toegelaten voor de binnenlucht van bezette ruimten.

Voorbeelden (ter informatie) Kantoren met inbegrip van kleine opslagruimten, openbare ruimten, klaslokalen, trappen, gangen, vergaderzalen en handelsruimten zonder andere bron van vervuiling.

Eetkamers, keukens voor de bereiding van warme dranken, winkels, opslagruimten van kantoorgebouwen, hotelkamers en vestiaires.

Toiletten en lavabo’s, sauna’s, keukens, bepaalde chemische laboratoria, fotokopieerzalen en rokerssalons. Professionele dampkappen, grills en plaatselijke keukenafvoer, tunnels voor wegverkeer, garages, wagenparken, opslagruimten voor vuile was en eetwarenafval, veelvuldig gebruikte rokerssalons,…

3.2.5 Bepaling van het debiet De piramide heeft een netto gebruiksoppervlakte van 81 m². Volgens de norm (zie tabel3.6) dient iedere persoon 4 m² ter beschikking te hebben. Dit leidt tot een menselijke bezetting van 21 personen.


-76-

Tabel 3.6: Te hanteren waarden bij de bepaling van de bezetting nodig voor de berekening van het minimum ontwerpdebiet in ruimten bestemd voor menselijke bezetting

Na de keuze van het ventilatiesysteem moet er bepaald worden welke functie de ruimte zal krijgen. Van meet af aan is duidelijk dat er in de piramidale constructie les zal gegeven worden. Het is dus een ruimte voor menselijke bezetting, namelijk een klaslokaal. Eenmaal de functie gekend is, kan er in de norm NBN EN 13779 opgezocht worden welk minimaal ontwerpdebiet geëist wordt. Het minimale ontwerpdebiet wordt dus 21 x 22 m³/h = 462 m³/h. Er wordt geopteerd om met een debiet van 30 m³/h te werken en dus wordt er gewerkt met een werkelijk ontwerpdebiet van 630 m³/h (= 21 x 30 m³/h) = 0,175 m³/s.

3.2.6 Dimensionering van de kanalen De dimensionering van de kanalen gebeurt volgens formule 3.1 q = v * A = vmax * π * dmin² 4 met :   

(3.1)

Vmax= maximale snelheid. Deze wordt vastgesteld op 4 m/s. Het is belangrijk dat deze niet te groot wordt genomen want anders kunnen er problemen optreden in verband met geluid; dmin = de te berekenen minimale kanaaldiameter; q = het ontwerpdebiet, bepaald in 3.2.5 (q = 0,175 m³/s).

Er kan dus gewerkt worden met kanalen met een standaarddiameter van 250 mm. Indien de diameter bepaald werd met een grafiek10 wordt hetzelfde resultaat bekomen. Aangezien er in dit ontwerp maar één ruimte is, is er gebruikt gemaakt van één centrale afvoer.

10

Grafiek in bijlage 6


-77-

3.3 BIM 3.3.1 Inleiding Het Revit-model wordt geopend in het programma Revit MEP. Dit gaat zonder problemen aangezien de verschillende pakketten van Revit volgens dezelfde basis ontwikkeld zijn. Het tekenen van een ventilatiesysteem is echter niet zo eenvoudig. Er dienen heel wat stappen ondernomen te worden vooraleer een totaal uitgewerkt ventilatiesysteem ontstaat. Deze worden verder in detail besproken.

3.3.2 Principe Om een goed werkend ventilatiesysteem te ontwerpen, is het in eerste instantie noodzakelijk om verse lucht toe te voeren. Aangezien er geopteerd wordt voor een ventilatiesysteem type D dient het toevoerkanaal van deze verse lucht aangesloten te worden op een luchtgroep. Vanuit deze luchtgroep wordt de lucht via kanalen verplaatst naar een pulsierooster11 (zie figuur 3.6, P) zodat de verse lucht in de ruimte kan verspreid worden. In dit eindwerk wordt er gekozen om met twee pulsieroosters te werken. Het is belangrijk dat de verse lucht in gans het lokaal wordt verspreid. Aangezien er geen rooster kan geplaatst worden in het midden van het lokaal (omwille van zichtbaarheid en dergelijke) worden er twee roosters geplaatst aan de bordzijde (één links en één rechts van het bord). Daarnaast is het ook noodzakelijk dat er lucht uit het lokaal afgevoerd wordt. Dit gebeurt door middel van een extractierooster12 (zie figuur 3.6, E) die via een kanaal verbonden is met de luchtgroep. In het klaslokaal wordt dit rooster centraal in de top geplaatst. De vervuilde lucht wordt via een afvoerkanaal naar buiten gebracht. Figuur 3.6: Principe van het ventilatiesysteem

11

12

Een pulsierooster is een rooster waaruit verse lucht kan verspreid worden (= mechanische toevoer)

Een extractierooster is een rooster die zorgt dat de vervuilde lucht, via de luchtgroep, naar buiten afgevoerd wordt (= mechanische afvoer)


-78-

3.3.3 3D-view Het is belangrijk dat de gebruiker tijdens het uittekenen van het ventilatiesysteem steeds kan zien waarmee hij/zij bezig is en dit zonder snedes te moeten maken. In Revit MEP bestaat hier een oplossing voor. Er kunnen namelijk, afhankelijk van de discipline, verschillende soorten 3D-views aangemaakt worden: • • • • •

Architectural; Structural; Mechanical; Electrical; Coördination.

Aangezien hier een technische installatie uitgetekend wordt, is een 3D-view Mechanical hierbij ideaal. Bij een dergelijke view kan er als het ware door de opbouw en structuur gekeken worden. Er wordt dus ‘een andere bril opgezet’ om naar het model te kijken. Het bekomen van een dergelijke view gebeurt door middel van een duplicaat van de 3D-view Architectural en het daarna aanpassen van de discipline via view properties. In figuur 3.7 worden twee views met een verschillende discipline weergegeven. Links staat een 3D-view Architectural en rechts een 3D-view Mechanical.

Figuur 3.7: 3D-view Architectural (links) en 3D-view Mechanical (rechts)

3.3.4 Family pulsieroosters Eerst worden de pulsieroosters aangemaakt aan de hand van families. Aangezien deze piramide volledig symmetrisch opgebouwd is, worden er twee identieke roosters geplaatst en dient hiervoor dus één nieuwe family aangemaakt te worden. Er wordt geopteerd om verdringingsroosters13 te gebruiken van het merk Halton, type AFC. Deze roosters worden geplaatst op vloerniveau. De uitblaasrichting onder een hoek van 360° zorgt voor grote luchthoeveelheden met lage snelheden in het klaslokaal. De verse lucht vloeit als het ware het gebouw binnen zodat de gebruikers geen last hebben van bijvoorbeeld tocht.

13



-79-

Het maken van de family van het verdringingsrooster bestaat uit twee stappen. Eerst moet het verdringingsrooster zelf gemodelleerd worden. Op de website van Halton zijn er dwg-files te vinden. Deze van het gebruikte type wordt ingeladen in Revit. Daarna moet er op dat rooster een connector komen. Deze is noodzakelijk om een kanaal te kunnen aansluiten op het rooster. Een connector wordt eenvoudig aangemaakt door middel van een cilinder waar een hoogte en straal aan meegegeven wordt. De straal moet overeenstemmen met de gewenste straal van het kanaal die erop aansluit. Aan de connector wordt via properties meegegeven in welke richting de lucht stroomt (Flow Direction) en ofdat het gaat om toevoer of afvoer (System Type).

Figuur 3.8: Eigenschappen

De Flow Configuration wordt ingesteld op Preset (zie figuur 3.8). Dit betekent dat er kan ingesteld worden welk debiet er gewenst is. In de piramide is er een debiet van 630 m³/h noodzakelijk. Aangezien er twee verdringingsroosters (zie figuur 3.9) geplaatst worden, dient er per rooster een debiet van 315m³/h manueel ingegeven te worden. De Flow Configuration kan ook ingesteld worden op Calculated. Hierbij wordt het debiet van de roosters berekend door het programma en wordt er dus geen debiet ingegeven.

Figuur 3.9: Family verdringingsrooster


-80-

3.3.5 Family luchtgroep Aangezien een luchtgroep een zeer belangrijk onderdeel van het ventilatiesysteem is, wordt deze ook aangemaakt aan de hand van een family (zie figuur 3.10). Het is aangeraden om te werken met een ‘face-based template’. Dit zorgt ervoor dat de family steeds op een vlak kan aangebracht worden en is dus zeer handig omdat de luchtgroep op een wand zal bevestigd worden. Er wordt gewerkt met een eenvoudige luchtgroep. Er wordt eerst een balk getekend. Hieraan worden parameters gekoppeld (bijvoorbeeld lengte en breedte) zodat deze later nog kunnen aangepast worden. Op de balk worden daarna vier connectoren voorzien. Deze zorgen voor de aansluiting van de kanalen op de luchtgroep. Per connector kunnen opnieuw de eigenschappen ingesteld worden.

Figuur 3.10: Family luchtgroep

3.3.6 Family extractierooster Na het aanmaken van een verdringingsrooster en een luchtgroep dient er tenslotte nog een extractierooster aangemaakt te worden (zie figuur 3.11). Dit gebeurt opnieuw aan de hand van een family. Er wordt een cilinder getekend waar een hoogte en straal aan meegegeven wordt. Deze worden als parameters ingesteld zodat de waardes achteraf nog kunnen aangepast worden.

Figuur 3.11: Family extratierooster


-81-

3.3.7 Verbinding van de verschillende families14 Iedere aangemaakte family (verdringingsrooster, extractierooster en luchtgroep) wordt in het model geplaatst op de gewenste positie. De families bevatten talrijke eigenschappen die nog kunnen aangepast worden. Dit is een zeer groot pluspunt voor de gebruiker van Revit MEP. Eénmaal de families op de gewenste plaats staan, kunnen er kanalen tussen de verschillende componenten geplaatst worden. Er kunnen zowel vaste als flexibele kanalen gekozen worden. Er wordt geopteerd voor een aantal flexibele leidingen omdat de houten draagstructuur weinig mogelijkheden geeft naar plaatsing toe (zie figuur 3.12).

Figuur 3.12: Snede van het volledige ventilatiesysteem

3.3.8 Schedule Er kunnen verschillende schedules gegenereerd worden. In figuur 3.13 wordt een schedule weergegeven. Deze bevat alle roosterelementen die in het model aanwezig zijn. Er kunnen allerlei verschillende parameters, die verbonden zijn aan een rooster, weergegeven worden in dergelijke tabel. Ook het weergeven van de totale kostprijs is optioneel in te voegen. Op ieder moment kunnen er extra parameters ingevoegd worden in de tabel. Bovendien worden aanpassingen onmiddellijk doorgevoerd in de tabel. Dit zorgt voor een duidelijk overzicht dat steeds actueel is.

Figuur 3.13: Schedule roosters

14

Voor meerdere aanzichten van het ventilatiesysteem zie bijlage 7


-82-

3.4 Besluit Uit dit hoofdstuk kan besloten worden dat een ventilatiesysteem niet zomaar mag gekozen worden op basis van zijn kostprijs of het uitzicht. Naast de verschillende eigenschappen van de ventilatie-unit moet ook gelet worden op een goede plaatsing en een aangepast onderhoud. Daarnaast zal het warmteterugwinapparaat het comfort van de gebruikers en de energiezuinigheid van de installatie pas ten goede komen indien het correct geïntegreerd is in de ventilatievoorzieningen. Het gekozen ventilatiesysteem (type D met warmteterugwinning) leidt tot een lager energieverbruik omdat een deel van de warmte gerecupereerd kan worden. Aangezien in dit ontwerp gestreefd wordt naar de lage-energiestandaard, is dit systeem aan te raden. Het lager energieverbruik heeft bovendien een goede impact op het milieu. De luchtkwaliteit van zowel binnenlucht (klasse IDA3) als afvoerlucht (ETA1) zijn bepalend voor het minimumdebiet (22 m³/h). Uit dit minimumdebiet kan een minimumdiameter van de kanalen berekend worden. Er wordt echter gewerkt met een standaarddebiet waardoor de diameter iets hoger ligt (250 mm) dan de minimumdiameter. Het is bovendien belangrijk dat een kanaal niet te beperkt gedimensioneerd wordt aangezien er dan problemen omtrent geluid en druk kunnen optreden. Aangezien de kanalen in het klaslokaal lopen, is hier dus rekening mee gehouden. Om BIM van ventilatie te onderzoeken, wordt het BIM-model geopend in Revit MEP. In dit softwareprogramma kan het ventilatiesysteem uitgetekend worden. Er wordt voorgesteld te werken met verdringingsroosters van Halton, type AFC. Deze worden op de vloer geplaatst en blazen lucht uit via allerlei kleine gaatjes. Hierdoor vloeit de verse lucht als het ware binnen in de ruimte en treden er geen problemen op met tocht en dergelijke. Om het ventilatiesysteem uit te tekenen, worden eerst enkele families aangemaakt. Door de eigenschappen aan te passen aan wat gewenst is, ontstaan de belangrijkste onderdelen van het systeem. Deze worden tenslotte verbonden door middel van vaste en flexibele kanalen. Eénmaal het systeem volledig is, kunnen op de snedes allerlei gegevens ingevoerd worden (bijvoorbeeld snelheid en debiet in het kanaal). Er kunnen ook schedules gegenereerd worden. Deze geven weer welke elementen aanwezig zijn, hoeveel deze kosten,… Het uitwerken van een ventilatiesysteem in Revit MEP levert dus geen problemen op. Bovendien biedt het programma de mogelijkheid om verschillende parameters aan te passen. Deze veranderingen worden automatisch aangepast in alle zichten en tabellen zodat een model steeds upto-date is.

Hoofdstuk 4: verwarming

-83-

4. Verwarming 4.1 Inleiding Als laatste punt wordt de verwarming geanalyseerd. Er worden verschillende verwarmingsinstallaties gedimensioneerd en met elkaar vergeleken op het vlak van energieverbruik. Verder wordt met behulp van de software, Ecotect, de binnentemperatuur in het gebouw zonder bijkomende verwarming onderzocht. De periode wordt bepaald waarbij ofwel de binnentemperatuur voldoende hoog is ofwel extra verwarming noodzakelijk is. Bij de bepaling van de binnentemperatuur wordt het BIM-model uitgetest. Eerst wordt het warmteverlies bepaald. Dit is noodzakelijk om de verwarmingstoestellen exact te kunnen dimensioneren. De verliezen worden bepaald met behulp van de norm: EN 12831:2003. Volgens deze norm (zie tabel 4.1) is er een binnentemperatuur van 20 °C nodig in een klaslokaal. Met deze temperatuur wordt dan ook gerekend bij het bepalen van de warmteverliezen. Er wordt gewerkt met “default values” omdat nationale waarden niet beschikbaar zijn. Tabel 4.1: Binnentemperatuur in verschillende ruimtes volgens EN 12831

.

4.2 Bepalen warmteverlies Het totale warmteverlies voor verwarmde ruimtes (i) wordt berekend volgens formule 4.1 i = T,i + V,i

Met:  

T,I = transmissieverliezen voor verwarmde ruimtes in Watt (W); V,I = ventilatieverliezen voor verwarmde ruimtes in Watt (W).

(4.1)


-84-

4.2.1 Transmissieverliezen (T,I) De transmissieverliezen voor verwarmde ruimtes (T,i) wordt berekend volgens formule 4.2 T,i = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij ) (int,i - e ) met:    

 

(4.2)

HT,ie = transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes rechtsreeks naar buiten door de gebouwenschil in Watt per Kelvin (W/K); HT,iue = transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes naar buiten door de onverwarmde ruimtes in Watt per Kelvin (W/K) (niet van toepassing in dit eindwerk); HT,ig = stationaire grondtoestand transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes door de grond in Watt per Kelvin (W/K); HT,ij = transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes naar een aangrenzende verwarmde ruimte verwarmd op een duidelijk verschillende temperatuur, dit wil zeggen een aangrenzende verwarmde ruimte in het gebouwencomplex of een verwarmde ruimte van een aangrenzend gebouwencomplex, in Watt per Kelvin (W/K) (niet van toepassing in dit eindwerk); int,I = binnentemperatuur van verwarmde ruimtes in graden Celcius (°C); e = buitentemperatuur van verwarmde ruimtes in graden Celcius (°C).

A. Transmissiewarmteverliescoëfficiënt rechtstreeks naar buiten De transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes rechtstreeks naar buiten door de gebouwenschil wordt berekend volgens formule 4.3 HT,ie = ∑k (Ak*Uk*ek ) + ∑i (Ψi * li * ei) met:  

  

(4.3)

Ak = oppervlakte van het gebouwelement in vierkante meter (m2); ek, el = correctiefactoren waarbij rekening wordt gehouden met klimatologische invloeden zoals verschillende isolatie, vochtabsorptie van bouwelementen, windsnelheid en temperatuur, op voorwaarde dat deze invloeden niet reeds in aanmerking genomen bij de bepaling van de U-waarden. ek and e l worden nationaal bepaald. Zijn deze waarden afwezig kan er een default waarde bepaald worden volgens EN 12831:2003. Deze waarden zijn gegeven in sectie D.4.1 van de norm en zijn bepaald op 1; Uk = warmtedoorlaatbaarheid van gebouwenelementen in Watt per vierkante meter per Kelvin (W/m2); Ll = lengte van de lineaire koudebrug in meter (m); l = linaire warmtetransmissie van de koudebrug in Watt per meter per Kelvin (W/m).

Aangezien er in deze thesis geen koudebruggen berekend worden, zijn deze niet weerhouden in de formule. Er wordt dus enkel met het eerste gedeelte van de formule gewerkt. De oppervlaktes en Uwaarden worden uit het EPB-bestand gehaald. Dit wordt besproken in punt 5.1. De berekening van transmissieverliezen wordt weergegeven in tabel 4.2.


-85-

Tabel 4.2: Transmissiewarmteverliezen van de piramide

Gevels Ramen Deur

Ak(m²) 56,99 55,37 1,34 4,3

Uk(W/m²K) 0,18 0,18 0,74 1,04

ek 1 1 1 1

Ak*Uk*ek 10,26 9,97 0,99 4,47

Aantal 3 1 14 1

Totaal (W/K) 30,78 9,97 13,88 4,47

Totaal 59,1 W/K De transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes rechtstreeks naar buiten door de gebouwenschil is voor deze piramide 59,1 W/K.

B. Transmissiewarmteverliescoëfficiënt door de grond De stationaire grondtoestand transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes door de grond wordt berekend volgens formule 4.4. HT,ig = fg1 * fg2 * ∑k(Ak*Uequiv,k)*Gw met: 



(4.4)

fg1 = correctiefactor rekening houdende met de invloed van de jaarlijkse variatie van de buitentemperatuur. Deze waarde wordt nationaal bepaald. Zijn deze waarden afwezig kan er een default waarde bepaald worden volgens EN 12831:2003. Deze waarden zijn gegeven in sectie D.4.3 van de norm en is bepaald op 1,45; fg2 = temperatuur reductie factor rekening houdend met het verschil tussen de gemiddelde jaarlijkse buitentemperatuur (θm,e) en de ontwerp buitentemperatuur (θe), brekend volgens formule 4.5: (4.5)

 



(in dit eindwerk is θm,e = 10 °C (volgens KMI); θe=-10 °C (koudste temperatuur) en θint,I=20 °C (zie H 4.1) waardoor fg2 = 0,343); Ak = oppervlakte van het gebouwelement in contact met de grond in vierkante meter (m2) (bij de piramide is dit 12 * 12 = 144 m²);

Uequiv,k = equivalente warmtedoorlaatbaarheid van het gebouwelement in Watt per vierkante meter per Kelvin (W/m2K) (in dit geval is Uequiv,k bepaald volgens de norm en heeft als waarde 0,16 W/m²K); GW = correctie factor rekening houdende met de invloed van grondwater. Als de afstand tussen de aangenomen grondwatertafel en de vloerpas minder dan 1 m is, moet de invloed ingerekend worden (er wordt aangenomen dat in deze thesis de grondwatertafel dieper dan 1 m zit, Gw is dus bepaald op 1).

Volgens formule 4.4 worden de transmissieverliezen door de grond berekend volgens deze formule: HT,ig = fg1 * fg2 * ∑k(Ak*Uequiv,k)*Gw. Deze geeft ingevuld met de hierboven bekomen resultaten het volgende verlies: HT,ig = 1,45 * 0,343 * 144m² * 0,16W/m²K *1 = 11,45W/K. De stationaire grondtoestand transmissiewarmteverliescoëfficiënt van verwarmde ruimtes door de grond is dus 11,45 W/K.


-86-

C. Resultaat Indien de hierboven uitgerekende waarden worden ingevuld in formule 4.2 geeft dit volgend resultaat voor de transmissieverliezen: T,I = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij ) (int,i - e ) = (59,1 W/K + 0 W/K +11,45 W/K + 0 W/K) * (20°C-10°C) = 2416,5 W. De totale transmissieverliezen zijn dus 2416,5W

4.2.2 Ventilatieverliezen (V,I) De ventilatieverliezen (V,i) voor een verwarmde ruimte wordt berekend volgens formule 4.6 V,i = HV,i *(int,i - e )

(4.6)

met: HV,i = ventilatiewarmteverliescoëfficiënt in Watt per Kelvin (W/K) = 0,34 Vi’ met V’I berekend volgens formule 4.8 Vi’ = Vinf,i + V su,I * fV,I + Vmech,inf,I met: 

  

(4.7) (4.8)

Vinf,i = infiltratie luchtstroom van verwarmde ruimte in kubieke meter per uur (m³/h) en wordt berekend volgens formule 4.9 Vinf,i = 2* Vi * n50 * ei * εi (4.9) met: Vi=volume piramide = 410,88 m³; n50=uitwisseling van lucht per uur = 2 (volgens EN 12831:2003, table D.7); ei= afscherming coëfficiënt = 0,03 (volgens EN 12831:2003, table D.8); εi= hoogte correctie factor = 1 (volgens EN 12831:2003, table D.9). Vinf,i = 49,3m³/h; V su,I = voorziene luchtstroom van verwarmde ruimte in kubieke meter per uur (m³/h) (in deze thesis = 630 m³/h (zie ventilatie H4)); Vmech,inf,i = overschot afgevoerde lucht in kubieke meter per uur (m³/h) (in deze thesis =0 m³/h (invoer = afvoer)); fV,i = temperatuur reductiefactor, berekend volgens formule 4.10

(in dit eindwerk is θsu,i 4.1) waardoor fV,i = 1).

(4.10) = -10 °C ;θe=-10 °C (koudste temperatuur) en θint,I=20 °C (zie

Indien deze waarden worden ingevuld in formule 4.8 wordt het volgende bekomen: Vi’= Vinf,i + V su,I * fV,I + Vmech,inf,I = 49,3 m³/h + 630 m³/h* 1 + 0 m³/h= 679,3 m³/h. Met V’i ingevuld in formule 4.7 bekomt men HV,i =0,34 * Vi’=230,96 W/K. Indien fomule 4.6 wordt ingevuld zijn de totale ventilatieverliezen gelijk aan: V,i = HV,i *(int,i - e ) =230,96 W/K * (20+10) = 6928,9 W. De totale ventilatieverliezen zijn dus 6928,9 W.


-87-

4.2.3 Totale warmteverliezen In formule 4.1 werd de formule voor de totale warmteverliezen bepaald: i= T,i + V,i Indien deze waarden, die hierboven bepaald werden, worden ingevuld worden de totale warmteverliezen bekomen: i= 2416,5 W + 6928,9 W = 9345,4 W. De totale warmteverliezen zijn dus 9345,4 W. Er zijn namelijk geen extra verliezen door warm water aangezien er in de piramide geen warm tapwater aanwezig is.

4.3 Dimensionering toestellen 4.3.1 Ketel Met behulp van de warmteverliezen kan de ketel gedimensioneerd worden. Het totaal te installeren ketelvermogen (Qtot) dient minimum gelijk te zijn aan de gelijktijdig te leveren warmtebehoefte (i). Er is dus een ketel nodig met een vermogen van 9345,4 W. Een voorstel van een geschikte ketel is ecoTEC VC 136 – 4.9-13 kW van het merk “Vaillant”15 (zie figuur 4.1). Het is een ketel die enkel voor verwarming instaat en niet gecombineerd is met warm water, aangezien dit niet vereist is. Deze hoogrendementsketel is ideaal voor lage-energie woningen.

Figuur 4.1: Condensatieketel ecoTEC VC 136 - 4.9-13kW van Vaillant

Aangezien het echter niet eenvoudig is om in de piramide een ketel en enkele radiatoren te plaatsen, wordt er op zoek gegaan naar een alternatief om de ruimte te verwarmen die minder plaats inneemt. Daarbij is ook gezocht naar een energiezuinige verwarmingsmethode.

15



-88-

4.3.2 Warmtepomp Een warmtepomp is een energiezuinig alternatief voor verwarming dat een groeiend succes kent. Dit is deels te wijten aan het feit dat de kwaliteit en prestaties sterk verbeterd zijn waardoor er aanzienlijke energiebesparingen mogelijk zijn. Verder wordt het momenteel ook gepromoot door de overheden met flinke premies. Tenslotte wordt er gebruik gemaakt van hernieuwbare energiebronnen die in tegenstelling tot de fossiele brandstoffen onbeperkt beschikbaar zijn. Een warmtepomp is ideaal om in lage-energie gebouwen te plaatsen, omdat deze een minder hoge werkingstemperatuur van de verwarmingstoestellen hebben. Om zoveel mogelijk energiewinst te hebben met een warmtepomp moet het temperatuursverschil tussen de warmtebron en het verwarmingssysteem zo klein mogelijk zijn. Dit kan verwezenlijkt worden door een warmtebron met een zo hoog mogelijke temperatuur te kiezen en een verwarmingssysteem met een zo laag mogelijke werkingstemperatuur. In lage–energie woningen is dit dan ook meer van toepassing om verwarmingssystemen met een minder hoge werkingstemperatuur te hebben dan bij slechtere geïsoleerde gebouwen. Verder zijn warmtepompen ook efficiënter als ze kunnen gecombineerd worden met verwarming en ventilatie. De winstfactor van een warmtepomp wordt aangeduid door COP (Coëfficiënt of Performance). Hoe hoger de COP, hoe energiezuiniger de warmtepomp is. De waarde ervan wordt bepaald in laboratoria.

A. Werkingsprincipe Het werkingsprincipe van de warmtepomp steunt op de onttrekking van warmte aan een duurzame warmtebron. Er zijn verschillende soorten duurzame warmtebronnen, namelijk binnen- of buitenlucht, bodem- en grondwater. Eens de warmte onttrokken is aan de warmtebron wordt deze via een warmtedragend medium (bijvoorbeeld ammoniak, propaan, …) doorgegeven aan het verwarmingssysteem waaraan het gekoppeld is. De warmte die aan de warmtebron onttrokken wordt, moet voldoende groot zijn om het gebouw te kunnen verwarmen.

B. Type warmtebron in piramide Er zijn verschillende combinaties tussen warmtebron en warmteafgiftesysteem mogelijk. De verschillende mogelijke warmtepomptypes zijn grond-water, water-water, lucht-water en luchtlucht. Aangezien ventilatie met warmteterugwinning gebruikt wordt voor het ventileren van de woning, is lucht afkomstig van deze balansventilatie de meest rendabele en betaalbare warmtebron. Het verwarmingssysteem kan zowel met lucht als water uitgevoerd worden. Hieronder worden beide mogelijkheden besproken. Bij de lucht-water warmtepomp wordt de warmte uit de ventilatie gehaald en naar het afgiftesysteem getransporteerd dat uit een binnenwaterkringloop bestaat. Deze pomp verwarmt de ruimte. De bescheiden warmtevraag van het gebouw maakt het mogelijk om de ventilatie en de verwarming te combineren (en indien het nodig zou zijn ook het sanitair warm water) zonder dat er extra verwarmingsbronnen nodig zijn.


-89-

Bij de lucht-lucht warmtepomp wordt ook hier de warmte uit de ventilatie gehaald en via warme lucht in de ruimte verspreid. Door het grote energieverbruik bij het transporteren van lucht en de grote lawaai- en tochthinder bij slecht ontworpen installaties is een lucht-lucht warmtepomp niet aan te bevelen. Er kan dus een lucht-water warmtepomp gedimensioneerd worden, bijvoorbeeld een vitocal 350-A van “Viessman”16 (zie figuur 4.2). Deze heeft een nuttig vermogen van 10,3 kW, wat voldoet aan de warmtevraag (namelijk 9345,4 W). De COP bedraagt 3,3. Op te merken is dat een lucht-water warmtepomp evenveel plaats inneemt, maar dit type pomp kan ook buiten geplaatst worden.

Figuur 4.2: Warmtepomp vitocal 350-A van Viessman voor binnenopstelling (links) en voor buitenopstelling (rechts)

4.3.3 Energieverschil Indien een lucht-water warmtepomp wordt gebruikt, kan onderzocht worden hoeveel energie er meer of minder nodig is dan indien een condenserende ketel gebruikt wordt. Dit kan zowel handmatig als met behulp van de EPB-software gebeuren. Hieronder wordt kort uitgelegd hoe dit met behulp van EPB bepaald wordt. In EPB (Zie H5 voor verdere bespreking) kan het karakteristiek jaarlijks energieverbruik bepaald worden. Als er twee verschillende files gemaakt worden, één met als verwarmingsmethode een ketel en één met lucht-water warmtepomp, dan kan eenvoudig het jaarlijks energieverschil bekeken worden. In de figuren 4.3 en 4.4 wordt een uittreksel uit EPB weergegeven met enkele gegevens omtrent verwarming. Beide files zijn identiek behalve de verwarmingsmethode. Zo kan aangetoond worden dat qua primair energieverbruik het verschil te verwaarlozen is. Er is amper een meerverbruik van

16



-90-

14 MJ per jaar voor de ketel. Ook het aandeel van verwarming ten opzichte van het totale energieverbruik is bij beide methoden 55 %. Er kan besloten worden dat er niet echt energie bespaard wordt door gebruik te maken van een warmtepomp maar dat het gebruik van duurzame energie een goede toekomstinvestering is. Daarnaast moet wel rekening gehouden worden dat de investeringskost van een warmtepomp beduidend hoger ligt dan deze van een condenserende ketel. Kortom het gebruik van een lucht-water warmtepomp is geen slechte investering. Op vlak van primair energieverbruik is er weinig verschil, maar het is een duurzame investering aangezien er minder fossiele brandstoffen nodig zijn. Bij de bepaling van de energieprestatie van het model zal dus gerekend worden met deze lucht-water warmtepomp.

Figuur 4.3: EPB uittreksel met lucht-water warmtepomp

Figuur 4.4: EPB uittreksel met condenserende ketel


-91-

4.4 BIM Zoals in 4.1 Algemeen al werd gesteld, moet de binnentemperatuur in de piramide 20 °C zijn. Op basis van deze temperatuur worden de warmteverliezen gedimensioneerd en dus ook de warmtepomp. Er wordt nagegaan wat de binnentemperatuur in de piramide is op verschillende momenten zonder dat er een verwarmingselement aanwezig is. Dit kan een goed idee geven van de termijn waarin zal moeten verwarmd worden en wanneer de temperatuur voldoende hoog is. Deze bepaling van de binnentemperatuur gebeurt met Ecotect. Er wordt met hetzelfde vereenvoudigde model als bij verlichting gewerkt. Er wordt niet met het geïmporteerd Revit-model gewerkt, omdat er in dit model geen ramen zitten, maar gewoon openingen. De temperatuur binnenin de piramide geeft dus een vertekend beeld. Het is belangrijk dat in het eigen getekende model de juiste eigenschappen op vlak van dikte en isolatie worden ingegeven. Voor verwarming maakt de isolatiewaarde van de wanden namelijk een groot verschil. Dit is bij de materiaaleigenschappen eenvoudig in te geven nadat de U-waarde en de dikte werden bepaald met behulp van EPB (zie H5). In het eigen getekende model hebben de wanden de juiste eigenschappen en de ramen drievoudige beglazing. Figuur 4.5 geeft een voorbeeld van een thermische analyse met het Revit-model, op 1 januari. Het gebruik van het BIM-model is dus geen goede oplossing want de binnentemperatuur (zwarte lijn) is ongeveer gelijk aan de buitentemperatuur (blauwe stippellijn). Dit komt door het gebrek aan ramen.

Figuur 4.5: Thermische analyse met Revit model op 1 januari

De thermische analyse gebeurt dus met het eigen getekende model en wordt op verschillende tijdstippen uitgevoerd. Hieruit kan de termijn bepaald worden waarbij het 20 °C is in de piramide. Om een thermische analyse uit te voeren is er net zoals bij de daglichtanalyse en de bepaling van het zonnepad, een weatherfile nodig. Er wordt nog steeds gewerkt met de weatherfile van Brussel. Naast deze file is het ook noodzakelijk om thermische zones aan te duiden. Dit is eenvoudig in te stellen in Ecotect.


-92-

A. Koudste dag In figuur 4.6 is de binnentemperatuur van de piramide op 7 januari weergegeven. Dit is volgens de weatherfile de koudste dag van het jaar. Er kan besloten worden dat de binnentemperatuur (de dikke blauwe lijn) rond de -3 °C ligt. De buitentemperatuur (de blauwe stippellijn) ligt nog lager. Doordat de wanden goed geïsoleerd zijn en deze de koude in de winter tegenhouden, treedt dat verschil op. Ook het drievoudige glas houdt de koude buiten.

Figuur 4.6: Thermische analyse op 7 januari

B. Warmste dag Er wordt naar een warme dag gekeken, namelijk 29 augustus (zie figuur 4.7). Dit is volgens de weatherfile de warmste dag van het jaar. Hier kan besloten worden dat de temperaturen tussen de 22 en 25 °C liggen (op de linkse y-as staat de temperatuur, op de x-as het uur). Vooral tussen 9 en 18 uur lopen de temperaturen hoog op, namelijk tot 25 °C. Hier is duidelijk dat de buitentemperatuur (de blauwe stippellijn) hoger is dan de binnentemperatuur. Dit komt ook hier doordat de wanden goed geïsoleerd zijn en de warmte tegenhouden wordt. Ook het drievoudige glas houdt de warmte in de zomer buiten.

Figuur 4.7: Thermische analyse op 29 augustus


-93-

C. Besluit De goede isolatie van het model zorgt ervoor dat in de winter de koude en in de zomer de warmte deels buiten blijft. Aangezien de temperatuur in de piramide afhankelijk is van het weer en dat deze behoorlijk variabel is, wordt het moeilijk om een geschikte periode te vinden waar de temperatuur 20 °C is. Verder moet er ook aangehaald worden dat er in de weatherfile jaarlijkse gemiddelden zitten, terwijl de waarden in de praktijk er soms sterk van afwijken. Toch kan besloten worden dat er tussen eind mei en eind september zo goed als altijd 20 °C worden gehaald tussen 8 en 17 uur. Buiten deze periode kan er bijkomende verwarming nodig zijn.

4.5 Besluit In dit hoofdstuk werd de verwarming gedimensioneerd. Hierbij werd eerst de warmteverliezen, die bestaan uit transmissieverliezen en ventilatieverliezen, bepaald. Er wordt een warmteverlies van 9345,4 W bekomen. Op basis van deze warmteverliezen werd de condenserende ketel gedimensioneerd. Er wordt voorgesteld te werken met een ketel ecoTEC VC 136 – 4,9-13 kW van het merk “Vaillant”. Deze dekt ruimschoots de warmteverliezen en is ideaal voor lage-energie gebouwen. Naast de conderenserende ketel werd ook een lucht-water warmtepomp gedimensioneerd. Hier werd voorgesteld om de warmtepomp vitocal 350-A van Viessman te gebruiken. Deze heeft een nuttig vermogen van 10,3 kW, wat ook hier voldoet aan de warmtevraag van 9345,4 W. De COP van de pomp bedraagt 3,3. Deze twee verwarmingstoestellen werden met elkaar vergeleken op vlak van energieverbruik. Er werd tot de conclusie gekomen dat het primaire energieverbruik van beide toestellen ongeveer gelijk is. Kiezen voor een warmtepomp omdat ze energiezuiniger is, heeft dus weinig zin, maar ze heeft wel andere voordelen. Ze werkt bijvoorbeeld met duurzame energiebronnen in plaats van volledig met fossiele brandstoffen. Voor het bepalen van het primaire energieverbruik van de piramide wordt er met de lucht-water warmtepomp gewerkt. Tot slot werd gekeken naar de binnentemperatuur van de piramide zonder extra verwarmingselementen. Hier werd er geprobeerd om BIM te integreren, door het geïmporteerde Revit-model in Ecotect te gebruiken. Voor het gebruik van dat model was er echter een groot probleem. Zoals al eerder in punt 2.5 werd aangegeven is het niet mogelijk om ramen te plaatsen in dit model. Voor het bepalen van de binnentemperatuur is dit echter van groot belang. Indien er geen ramen aanwezig zijn, is de binnentemperatuur in de piramide gelijklopend met de buitentemperatuur. Er zijn namelijk 14 gaten in de wanden. Er dient dus gewerkt te worden met het eigen getekende vereenvoudigde model. Hierin zitten ramen met drievoudige beglazing. Binnenin de piramide is er een temperatuur van 20 °C nodig volgens de norm. Deze temperatuur wordt gehaald van ongeveer eind mei tot eind september. Daarnaast kan er extra verwarming nodig zijn. Verder kan er ook besloten worden dat de gebouwschil van de piramide de warmte in de zomer deels buitenhoudt net zoals de koude in de winter. De buitentemperatuur is hier dus niet gelijk aan de temperatuur in de piramide. Dit is te danken aan de goede isolatie.

Hoofdstuk 5: energieprestatie van het model

-94-

5. Energieprestatie van het model 5.1 Inleiding In dit hoofdstuk wordt de energieprestatie van het model bepaald. Vooraleer dit kan gebeuren moet de opbouw van het model gekend zijn evenals de technische installaties. In de vorige vier hoofdstukken werd het model besproken en aan de hand van de prestatiecriteria van de piramide werden de installaties gedimensioneerd. Hierbij werd BIM geïntegreerd in de software waar gebruik van werd gemaakt. Nu moet dus nog enkel de energieprestatie bepaald worden. Dit gebeurt met behulp van EPBD enerzijds en met de webapplicatie Green Building Studio anderzijds. De energieprestatie van het model vertelt meer over de netto-energiebehoefte, het E-peil, het karakteristieke jaarlijks primaire energieverbruik, … Naast de netto-energiebehoefte van het model die bepaald werd in EPB, wordt ook de netto-energie behoefte van de piramide bepaald met aangepaste randvoorwaarden. Zo wordt er onder andere een correcter gebruikspatroon bepaald alsook een aangepaste binnentemperatuur. Deze bepaling gebeurt met behulp van een Excel-file afkomstig uit het doctoraat van B. Wauman dat handelt over passieve klaslokalen. Vooraleer de energieprestatie bepaald wordt, zal er eerst met behulp van de Trias Energetica nagegaan worden of er zoveel mogelijk energie bespaard is als mogelijk.

De Energieprestatie De energieprestatie is de globale maat voor de energiezuinigheid van het gebouw. Dit is het E-peil, dat wordt bepaald door het karakteristiek jaarlijks energieverbruik. Om dit energieverbruik te bepalen dient onder andere de netto-energiebehoefte bepaald te worden. De netto-energiebehoefte is het verschil tussen de warmteverliezen en de interne winsten. De warmteverliezen zijn afkomstig van transmissie en ventilatie. De interne winsten zijn zonnewinsten en interne winsten van apparaten, personen en verlichting. Ze is de hoeveelheid energie die door radiatoren of andere toestellen moet afgegeven worden aan de energiesector17 om de gewenste binnentemperatuur te bereiken. Het karakteristieke jaarlijks primaire energieverbruik is het energieverbruik in MJ dat jaarlijks direct of indirect ontleend wordt aan fossiele brandstoffen, waterkracht of kernsplitsing. Het beschouwt de verschillende aspecten die het energieverbruik beïnvloeden en die tijdens de ontwerpfase van de constructie bepaald worden (Verwarmingsinstallaties, ventilatie-systemen en verlichting). Het gebruik van losse elektrische toestellen (bureaulamp, …) is niet inbegrepen. Karakteristiek betekent dat er uitgegaan wordt van een aantal veronderstellingen bij de berekening, zoals een bepaald klimaat, een bepaalde binnentemperatuur, … Er wordt dus geen werkelijk energieverbruik berekend.

17

Een energiesector is een deel van een gebouw of het volledige gebouw dat eenzelfde verwarmingsinstallatie gebruikt. Deze term wordt onder andere gebruikt in de softwaretool EPB


-95-

5.2 Trias Energetica 5.2.1 Beschrijving Zuinig omspringen met energie zonder aan comfort in te boeten, dat is Rationeel EnergieGebruik (REG). Dat kan al door kleine veranderingen die helemaal niet moeilijk zijn: lichten uitschakelen bij het verlaten van een lokaal, spaarlampen gebruiken, toestellen met sluimerverbruik uitschakelen, radiatorfolie plaatsen… Trias Energetica is een driestappenplan (zie figuur 5.1) die bedoeld is om energie en milieu te sparen. De volgende drie stappen worden doorlopen:   

Stap 1: Beperken van de energievraag; Stap 2: Gebruiken van duurzame energie; Stap 3: Gebruiken van fossiele brandstoffen, indien nodig.

Figuur 5.1: De trias energetica

De Trias Energetica is een onderdeel van de Trias Ecologica. Dat is een stappenplan voor duurzaamheid dat op meer dan alleen energie van toepassing is. Volgens de Trias Ecologica bestaat de eerste stap erin om de vraag naar en het gebruik van bronnen (water, energie, grondstoffen enzovoort) zoveel mogelijk te beperken. Als er dan nog behoefte is aan een bron, gebruik dan eindeloze, onuitputtelijke bronnen. Alleen als dat niet genoeg is om aan de vraag te voldoen worden eindige bronnen gebruikt. Voor duurzaam bouwen dienen er zoveel mogelijk maatregelen genomen te worden in stap 1 (voorkomen van energieverbruik). Indien dat niet meer kan, worden maatregelen uit stap 2 (gebruik duurzame energie) genomen. Pas als het echt niet anders kan, mogen er maatregelen uit stap 3 toegepast worden (overige energie-behoefte via fossiele brandstof aanvullen). De eerste en belangrijkste, stap verwijst dus naar energiebesparing. Dit houdt alle energiebesparende maatregelen in om de consumptie van brandstoffen te verminderen. Het kan bereikt worden door efficiënter om te gaan met energie. Door energie te besparen wordt het milieu minder belast en dalen de energiefacturen. Zowel individuele personen als industriële en commerciële gebruikers hebben er dus baat bij.


-96-

De tweede stap stelt dat aan de overige behoefte dient voldaan te worden door middel van duurzame energie. Dit is energie die voor onbeperkte tijd beschikbaar is en waardoor toekomstige generaties dus niet benadeeld zullen worden. Er kan gedacht worden aan zonne-energie aangezien deze bron nog ontelbaar vele jaren beschikbaar zal zijn. Pas in de derde en laatste stap worden fossiele brandstoffen gebruikt. Dit betekent dat de duurzame energie niet kan volstaan om de behoefte te dekken.

5.2.2 Toepassing In deze paragraaf wordt het ontwerp van de piramidale constructie geëvalueerd op basis van de Trias Energetica. Er wordt per stap gekeken welke ingrepen genomen zijn.

A. Stap 1: beperken van de energievraag  Oriëntatie van het gebouw en zonnewering Door het gebouw naar de zon te oriënteren, wordt van zonnewinsten genoten. De zon brengt het meest op als de ramen naar het zuiden, westen of oosten gericht zijn. De oosten zuidgevel van de piramide bevatten elk vier ramen, wat zeker voldoende is. Daarnaast is ook een goede beglazing gekozen. In principe is het best om 40 à 60 % van de totale vensteroppervlakte te oriënteren tussen zuidoost en zuidwest. In dit ontwerp is dit 50 %, waardoor kan aangenomen worden dat de zonnewinsten maximaal benut worden. Door de oriëntatie wordt de warmtebehoefte kleiner. Het plaatsen van zonwering zorgt ervoor dat het in de zomer niet te warm wordt in het gebouw. De behoefte aan koeling wordt dus sterk beperkt.

 Isoleren van het gebouw In eerste instantie is het belangrijk om het gebouw goed te isoleren. Een goede isolatie leidt tot minder warmteverlies en dus lagere brandstofkosten. Er ontstaat bovendien een hogere temperatuur van de binnenwanden en een meer gelijkmatige warmteverdeling, wat resulteert in meer comfort. Het verminderen van de energiekosten leidt dus niet tot een daling van het comfort. Daarnaast verkort het stookseizoen en kan de gratis zonnewarmte beter benut worden. Doordat minder gestookt moet worden, is er ook minder vervuiling wat het milieu ten goede komt. Het vermogen van de verwarmingsinstallatie kan bovendien beperkt worden. In tweede instantie wordt milieuvriendelijk isolatiemateriaal gebruikt. Er bestaan enorm veel isolatiematerialen maar natuurlijke isolatiematerialen (gemaakt van hernieuwbare grondstoffen) verdienen de voorkeur. In de piramide wordt voldoende geïsoleerd en wordt gebruik gemaakt van papiervlokken (oud papier). Dit is dus zeer milieuvriendelijk en een grote stap om de warmtebehoefte te reduceren. De productie is ook veel minder intensief dan bijvoorbeeld deze van kunststofschuim.


-97-

 Gecontroleerd ventileren Scholen kunnen tot 20% besparen op verwarming door goed te isoleren. Daarbij is het ook nodig om voldoende te ventileren. Indien het gebouw niet meer kan ‘ademen’, kunnen condensatieproblemen optreden. Daarnaast moet er een mogelijkheid bestaan om zuurstof toe te voeren en onaangename geuren af te voeren. Gecontroleerde ventilatievoorzieningen, via speciale toevoeropeningen en afvoerkanalen, zijn dus noodzakelijk. In de piramide wordt geopteerd voor een balansventilatie met warmteterugwinning. Dit is een relatief dure installatie maar op termijn wordt dit teruggewonnen. Oncontroleerbare openingen (kieren, spleten,…) dienen vermeden te worden en moeten dus zo goed mogelijk afgedicht worden.

 Zuinig omspringen met verwarming Zuinig omspringen met de verwarming kan tot aanzienlijke besparingen leiden. Er kan gedacht worden aan het lager zetten van de verwarming wanneer het lokaal verlaten wordt. De verwarming met 1°C lager zetten, kan een besparing tot 7% betekenen. De verwarming op tijd uitschakelen of verlagen (bijvoorbeeld een halfuur vooraleer de les gedaan is), kan leiden tot een daling van het stookverbruik met 2%. In lokalen waar er geregeld verbleven wordt gedurende de dag wordt 18 à 22°C als een aangename temperatuur beschouwd. In deze thesis wordt voor 20°C geopteerd. Tijdens de weekends en 's nachts is het goed om een basistemperatuur van 15°C aan te houden. Tijdens vakantieperiodes is 8°C een aannemelijke waarde.

 Verstandig omspringen met verlichting Naast het zuinig omspringen met verwarming is het ook belangrijk om verstandig om te springen met verlichting. Eerst en vooral moet er zoveel mogelijk gewerkt worden met daglicht. Daarnaast moeten lampen niet onnodig branden. Telkens het lokaal verlaten wordt, dienen de lichten uitgedaan te worden. Er wordt vaak gedacht dat het in- en uitschakelen van tl-buizen veel stroom verbruikt en een impact heeft op de levensduur maar niets is minder waar. Vanaf dat het lokaal langer dan 16 seconden verlaten wordt, is het uitschakelen van de tl-lampen al rendabel. In grote lokalen is het aangeraden om de verlichting te verdelen over meerdere schakelaars. Hierdoor kan enkel daar verlicht worden waar licht nodig is. In deze piramide heeft dit geen nut aangezien het daglicht langs alle kanten kan binnenkomen.

B. Stap 2: gebruiken van duurzame energie  Opwekken van groene stroom Groene stroom wordt opgewekt uit hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie, waterkracht,… In de piramidale constructie is het moeilijk om zelf groene stroom te produceren. Er worden geen zonnepanelen geplaatst. Er kan wel gekozen worden om groene stroom van een leverancier te gebruiken. Dit levert een besparing op het vlak van CO2-uitstoot. Deze besparing is zeer groot ten opzicht van de relatief beperkte financiële inspanning.


-98-

 Installeren van een warmtepomp Er kan geopteerd worden voor een warmtepomp als alternatief. De warmtepomp kan een energiezuinig alternatief zijn voor een klassieke verwarmingsinstallatie. Een warmtepomp heeft elektriciteit of gas nodig voor het verdampings- en condensatieproces, maar dit is minder dan de hoeveelheid energie die een gasgestookte HR-ketel gebruikt. Voor de piramide wordt een luchtwater warmtepomp voorgesteld.

C. Stap 3: gebruik van fossiele brandstoffen indien nodig  Energiezuinige verlichting gebruiken Een gloeilamp wordt ten zeerste afgeraden omdat ze meer warmte dan licht afgeeft. Bovendien is de levensduur zeer beperkt. Een halogeenlamp is ongeveer hetzelfde als een gloeilamp maar de vulling bestaat uit halogeengas. Hierdoor wordt de levensduur verlengd. De TL-lamp springt zuiniger om met elektriciteit. Er wordt meer vermogen omgezet in licht in plaats van warmte (gloeilamp). Een eenmalige investering in zuinige verlichting spaart (op termijn) zowel het milieu als de portemonnee. Een gloeilamp vervangen door een spaarlamp betekent namelijk een besparing van 75 %. Aangezien er een uitgebreide lichtstudie werd verricht, is er ook meteen geopteerd voor energiezuinige verlichting, namelijk T5-lampen. Dit is de meest energiezuinige TL-lamp. Verder werd in het gebouw ook gewerkt met regelsystemen. Er wordt gebruik gemaakt van afwezigheidsdetectie die het licht uitschakelt bij het verlaten van het lokaal. Daarnaast is er ook daglichtdimming die de hoeveelheid lumen, die de lamp produceert, stuurt.

 Kiezen voor een hoogrendementsketel Een condensatieketel op aardgas of stookolie heeft een nog hoger rendement dan een hoogrendementsketel. Hierbij wordt de warmte uit de rookgassen gehaald en opnieuw in de ketel gebruikt. Bij andere ketels verdwijnt die warmte door de schoorsteen. Condenserende aardgasketels met hoog en zeer hoog rendement zijn heel energiezuinig en zijn standaard vlot op de markt verkrijgbaar. Er dient opgemerkt te worden dat een hoogrendementsketel evenveel energie verbruikt als een warmtepomp.


-99-

5.3 Energieprestatie volgens EPBD 5.3.1 Wat is EPBD De laatste jaren is er veel aandacht voor de energieproblematiek. Er is een toename van het energieverbruik, een stijging van energieprijzen,… In 2005 werd het Kyoto-Protocol opgesteld. Het bevat afspraken omtrent de vermindering van broeikasgasemissies. Opdat deze afspraken zouden nageleefd worden, waren er dwingendere en specifiekere maatregelen nodig. De Europese Richtlijn EPBD, goedgekeurd in 2002, stelt dat een gebouw een bepaald niveau van isolatie en energieprestatie dient te behalen. Om dit niveau te bereiken worden er een aantal minimumeisen gesteld omtrent de thermische isolatie (Umax of Rmin en het K-peil), de energieprestatie (E-peil) en het binnenklimaat (ventilatie, risico op oververhitting,…)18. In Vlaanderen is de energieprestatieregelgeving ingevoerd op 1 januari 2006.

5.3.2 De tool EPB De EPB-software19 biedt de mogelijkheid om het E-peil en het K-peil van een gebouw te berekenen. Bij deze berekening wordt er een onderscheid gemaakt tussen EPW (woningen) en EPU (kantoor- en schoolgebouwen). Dit heeft onder andere te maken met het feit dat een verlichtingsinstallatie een belangrijke invloed heeft op het energieverbruik in kantoren en scholen. Daarom wordt voor deze gebouwen de verlichting ingegeven in de EPB-software. Het E-peil of peil van primair energiegebruik is de verhouding tussen het karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik en een referentiewaarde hiervan. Het K-peil houdt vooral rekening met de thermische isolatie. De software omvat heel wat handige functionaliteiten: 

   

Berekenen van U-waardes van zowel opake (niet-transparante) als transparante scheidingsconstructies (muren, vloeren, daken en plafonds, panelen, deuren en poorten en vensters). De U-waardes mogen een maximale waarde niet overschrijden dus hierop wordt gecontroleerd; Ontbrekende invoer: op elke resultatenscherm wordt getoond welke invoergegevens er nog ontbreken om de betreffende berekening te kunnen uitvoeren; Kopieerfunctie: subdossiers en bibliotheekelementen kunnen gekopieerd worden; Resultatenformulier: voor subdossiers met een E-peil eis is het mogelijk om een overzicht van de resultaten als pdf op te slaan; De gebruiker kan een energieprestatiecertificaat via de energieprestatiedatabank bekomen van de gebouwen waaraan een E-peil eis is opgelegd.

18

Verdere informatie vind je in de cursus van BREESCH, H., gebouwentechniek-bouwfysica 2

19

Verdere informatie vind je terug op http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/epb/


-100-

Bij het gebruik van de EPB-software dienen een aantal grote stappen doorlopen te worden, aangeduid in figuur 5.2.

Figuur 5.2: Stappenplan EPB

A. Stap 0: Ontwerp of bouwproject Dit omvat de plannen, technische fiches, … van het te evalueren ontwerp of het te evalueren afgewerkte bouwproject.

B. Stap 1: Invoer projectgegevens Het bouwproject wordt opgedeeld in deelprojecten en subdossier. Voor elk deelproject en subdossier worden de administratieve gegevens ingevoerd.

C. Stap 2: Invoer bibliotheekelementen De gebouwcomponenten worden ingegeven in de overeenstemmende bibliotheken (muren, vensters, warmteopwekkingstoestellen, armaturen, ventilatieopeningen, …). De gebruiker kan dus zelf elementen (beglazing, muren, vloeren,…) aanmaken, aanpassen, verwijderen en kopiëren. Hierdoor kan de informatie over het gebouw correct ingegeven worden en is de gebruiker in staat om na te gaan of het bouwproject voldoet aan de EPB-eisen.

D. Stap 3: Invoer van het deelproject of subdossier De gebouwparameters worden ingegeven in elk deelproject of subdossier. Deze paramaters omvatten de bouwkundige gegevens (opbouw van de wanden,…), de installaties (…) en het systeem voor hygiënische ventilatie.

E. Stap 4: Resultaten Het ontwerp of bouwproject wordt beoordeeld aan de hand van de resultaten. In het tabblad ‘resultaten’ wordt er onder andere weergegeven hoeveel de netto en bruto energiebehoefte voor verwarming, koeling en bevochtiging bedraagt. Ook het eindenergieverbruik voor verwarming, koeling en hulpenergie wordt weergegeven.


-101-

Omwille van enkele regelgevende wijzigingen dienen er functionele aanpassingen te gebeuren: 

 

Verstrenging van de Umax-eisen voor muren en daken voor alle types gebouwen met een stedenbouwkundige vergunningsaanvraag. Voor buitenmuren wordt de Umax-eis verlaagd van 0,6 naar 0,4 W/m²K. Voor daken en plafonds wordt de eis 0,3 W/m²K in plaats van de huidige waarde 0,4 W/m²K; Verstrenging van de E-peil eis bij woongebouwen (van E100 naar E80). Voor kantoor- en woongebouwen blijft de E-peil eis 100 gelden; Schrappen van de boete voor het overschrijden van het maximum toevoerdebiet. Er geldt wel een aanbeveling om het energieverbruik te beperken.

5.3.3 Energieprestatie van het model Om de energieprestatie van het model te kunnen bepalen met behulp van de EPB-software, moeten de stappen besproken in punt 5.3.2 doorlopen worden. Het is nog niet mogelijk om rechtstreeks alle gegevens via Revit te importeren. In de toekomst moet dit wel mogelijk zijn zodat het dan niet meer manueel hoeft te gebeuren.

A. Ontwerp of bouwproject Om de energieprestatie te kunnen bepalen, moet geweten zijn hoe het model opgebouwd is, welke installaties erin staan, … In de vorige vier hoofdstukken van deze thesis werd uitgebreid besproken hoe het model is opgebouwd en welke installaties erin staan. Met het ontwerp van het model is dus zeker aan deze stap voldaan.

B. Invoer projectgegevens De piramide bestaat uit één lokaal, zonder onverwarmde aangrenzende ruimtes. Er is dus één deelproject en één subdossier, waarvan de administratieve gegevens worden vermeld.

C. Invoer bibliotheekelementen Deze stap is zeer belangrijk en vergt wat tijd en werk. Hier worden namelijk alle gegevens omtrent de opbouw van het model en de technische installaties ingevuld. Hieronder worden de belangrijkste besproken.

 Buitenmuur De opbouw van de buitenmuur werd reeds in hoofdstuk 1 besproken. Die wordt ingegeven in EPB waarbij de materialen uit de databank worden gehaald en verder aangevuld (zie figuur 5.3). De isolatie bestaat uit papiervlokken. Aangezien dit materiaal niet in de EPB-databank zit, werd het zelf aangemaakt met een lambda-waarde (λ) van 0,039 W/mK. Deze isolatie is ingegeven als niethomogene laag aangezien en ook spanten van de draagstructuur tussenzitten. De buitenmuur heeft een U-waarde van 0,20 W/m²K.


-102-

Figuur 5.3: Gegevensblad buitenmuur

 Vloeropbouw

Figuur 5.4: Gegevensblad vloeropbouw

Ook de vloeropbouw werd in EPB ingegeven met behulp van de materialen die reeds in de databank zitten (zie figuur 5.4). De vloer heeft een U-waarde van 0,16 W/m²K.

 Ramen

Figuur 5.5: Gegevensblad ramen

De ramen werden ingegeven via een directe invoer (zie figuur 5.5). Er werd gekozen voor een Velux met drievoudige beglazing van het merk Fakro. De U-waarde van dit raam bedraagt 0,94 W/m²K, terwijl deze van het glas slechts 0,5 W/m²K bedraagt. De zonne-doorlatingfactor bedraagt 0,45. Dit wil zeggen dat het raam met zonnewering 45 % van het daglicht doorlaat.




-103-

Warmtepomp De warmtepomp, die in hoofdstuk 4 werd bepaald, moet ook ingegeven worden (zie figuur 5.6). Het is een lucht-water warmtepomp met een COP van 3,3. Ze heeft een nettovermogen van 10,3 kW. Figuur 5.6: Gegevensblad warmtepomp

 Armaturen

De armaturen werden bepaald in hoofdstuk 2. In figuur 5.7 worden de technische gegevens ervan ingevuld. In totaal zijn er negen armaturen, die elk 77 W verbruiken. In iedere armatuur zitten twee lampen van elk 3300 lumen. De lampen in de armaturen zijn energiezuinige T5-lampen.

Figuur 5.7: Gegevensblad armaturen

D. Invoer van deelproject en subdossier Na het ingeven van de bibliotheekelementen worden nu de bouwkundige gegevens ingevuld. Als eerste worden de schilddelen van het gebouw ingegeven. Dit zijn de grensvlakken van de piramide met de buitenomgeving. Om dit te kunnen ingeven dient een ventilatiezone en energiesector te worden aangemaakt. Daarbij dient het volume van de piramide (410,88 m³) te worden ingegeven. Per schilddeel wordt de oriëntatie en de helling ingegeven. Bij de oriëntatie is 90° = het westen. De helling wordt ten opzichte van de verticale ingegeven. Er wordt daarna het netto-wandoppervlak ingegeven (zonder oppervlakte van ramen of deuren) en ook de ramen en deuren. Dit gebeurt met behulp van de eerder ingegeven bibliotheekmaterialen (zie figuur 5.8).

Figuur 5.8: Gegevensblad schilddelen


-104-

Daarna worden de installaties ingegeven. Bij de verwarming wordt gebruik gemaakt van een luchtwater warmtepomp die voor oppervlakteverwarming zorgt. Er is geen actieve koeling aanwezig. De ventilatie maakt gebruik van een type D-systeem met warmteterugwinning. Het nodige toevoeren afvoerdebiet bedraagt 630m³/h. De warmteterugwinning heeft een bypass ingebouwd. Tot slot wordt ook nog de verlichting ingegeven. Dit zijn de negen armaturen CombiFive Beta van Fagerhult. Er is afwezigheidsdetectie en daglichtdimming aanwezig zodat de energiezuinigheid bevorderd wordt.

 Resultaten20 Na het ingeven van deze elementen kan de energieprestatie van de piramide bepaald worden. De piramide heeft een E-peil van 45. De norm schrijft een E-peil voor van maximaal 100 voor schoolgebouwen. Deze waarde ligt daar dus sterk onder. Voor een lage-energiewoning stelt men een peil van maximaal 60 voor. Ook deze waarde wordt ruimschoots gehaald. Een passiefhuis moet een E-peil van maximaal 30 halen. Deze waarde wordt niet gehaald. Dat is normaal aangezien dit gebouw de lage-energiestandaard handhaaft. Het karakteristieke jaarlijks energieverbruik bedraagt 64.881 MJ. Dit is de hoeveelheid energie dat de verlichting, verwarming en ventilatie, … jaarlijks verbruikt. De energie die elektrische apparaten verbruiken is niet in dit energieverbruik opgenomen. Dit is dus niet het gebruik dat op de meter zal worden afgelezen na 1 jaar. De referentiewaarde voor het karakteristiek jaarlijks energieverbruik is het maximale verbruik om een E-peil binnen de norm te hebben (maximaal 100 voor schoolgebouwen). Het E-peil is immers de verhouding tussen het karakteristiek jaarlijks energieverbruik en de referentiewaarde voor het karakteristiek jaarlijks energieverbruik. Verder kan ook bepaald worden wat de verschillende technische installaties afzonderlijk verbruiken per jaar aan primaire energie. Op figuur 5.9 is dit weergegeven samen met hun aandeel ten opzichte van het totale verbruik. Er kan besloten worden dat de verwarming veruit de meeste energie nodig heeft.

Figuur 5.9: Resultatenblad EPB

20

Uitgebreid resultatenblad in bijlage 8


-105-

Op figuur 5.10 is te zien wat het primaire energieverbruik per vierkante meter is. Dit is een ideale waarde om te vergelijken met andere gebouwen. Om een passief huis te hebben, moet deze waarde lager liggen dan 120 kWh/m². bij de piramide bedraagt deze waarde125,16 kWh/m², maar de hut is dan ook een laag-energie gebouw en geen passiefhuis. De waarde leunt er wel zeer dicht bij aan.

Figuur 5.10: E-peil

Naast het E-peil werd ook het K-peil bepaald. In tegenstelling tot het E-peil dat over energie handelt, beschrijft het K-peil de isolatie. Voor deze piramide heeft deze een waarde van 22. De norm schrijft een minimum K-peil van 45 voor. Door de vele isolatie heeft de piramide een laag K-peil.

5.3.4 Netto-energie behoefte van het model

Figuur 5.11: Netto-energiebehoefte voor ruimteverwarming

Figuur 5.12: Netto-energiebehoefte voor koeling

Volgens EPB is er een netto-energiebehoefte van 38.898 MJ noodzakelijk voor de verwarming en van 14.919 MJ voor de koeling van de piramide (zie figuren 5.11 en 5.12). de interne winsten en verliezen kunnen door het toepassen van andere randvoorwaarden een pak lager liggen. In het doctoraat van


-106-

B.Waumann worden onder meer de randvoorwaarden voor scholen volgens de passiefhuisstandaard ontwikkeld. De piramide zal dienstdoen als klaslokaal waarop de lage-energie standaard van toepassing is. Hierna worden de energieresultaten bekomen met de EPB-software vergeleken met het werkpakket van B. Waumann voor passiefscholen. Zo kan nagegaan worden in welke mate de netto-energiebehoefte verandert bij het invullen van de tool voor passiefscholen. De belangrijkste verschillen21 in de randvoorwaarden van de tool voor passiefscholen in vergelijking met die van EPB zijn: 

Bij alle in te geven randvoorwaarden wordt een duidelijk onderscheid gemaakt tussen de verschillende types lokalen: klaslokaal, sportzaal, keuken, laboratorium, …, elk met specifieke temperaturen, ventilatiedebieten, …. Daar het studieobject in dit eindwerk een klaslokaal is, zijn de hieronder vermelde randvoorwaarden zijn enkel van toepassing op een klaslokaal;



Bij verwarming in een klaslokaal is de gemiddelde vereiste temperatuur in EPB ingesteld op 19 °C. Afhankelijk van de geraadpleegde norm of code is er een andere temperatuurwaarde opgegeven, wat een verantwoorde keuze bemoeilijkt. In de tool voor passiefscholen wordt 20 °C als waarde ingesteld. De vereiste koeltemperatuur wordt ingesteld op 23 °C, wat 1 °C lager is dan in EPB;



De vereiste bezettingsoppervlak per persoon bedraagt slechts 2,5m² per persoon in plaats van 4 m² per persoon in EPB, wat een aanzienlijk verschil vormt;



Het maandelijks gebruiksprofiel van het leslokaal in de tool voor passiefscholen houdt rekening met: o Het aantal volle of halve dagen per maand dat het leslokaal gebruikt wordtl. De zaterdagen , zondagen, woensdagnamiddagen en vakantiedagen worden niet meegerekend (zie tabel 5.1); o Het aantal lesuren dat afhankelijk is van het gekozen onderwijstype. In het Basis- en Algemeen Secundair Onderwijs van 8u20 tot 15u45 en in het TSO, KSO en BSO van 8u20 tot 16u40; o Het aantal uren praktijklessen, dat varieert met de onderwijsrichting (bijvoorbeeld hoger in een BSO-richting) In EPB wordt in het gebruiksprofiel gerekend met een waarde van ± 50 uren per week over het hele jaar.

21

Voor meer informatie, zie “Studieopdracht: Ontwikkelen van specifieke randvoorwaarden voor scholen volgens de passiefhuisstandaard Rapport werkpakket 1 : Gegevensverzameling” pagina 11 tot 13 van B. Waumann


-107-

Tabel 5.1: Aantal weekdagen per maand rekening houdend met vakantie, weekend en halve lesdagen

Leslokaal

Januari Februari Maart April Mei Juni Juli Augustus September Oktober November December 

Niet in gebruik Aantal weekenddagen 8 8 9 9 8 9

10 8 8 10

Aantal vakantiedagen 5 3 2 12 3 1 31 31 0 3 2 6

In gebruik Aantal woensdagen (1/2 d) 4 3 4 2 5 4 0 0 4 4 4 3

Aantal weekdagen (excl. wo.)(d) 14 14 16 7 15 16 0 0 16 16 16 12

De interne warmtewinsten worden gedifferentieerd naargelang de leeftijd van de gebruikers: o Personen jonger dan 12 jaar: 60 W/pers; o Personen ouder dan 12 jaar: 80 W/pers; In EPB bedragen deze 100 W/pers,



Voor de interne warmtewinsten van apparatuur wordt gerekend met 1 W/m² . In EPB bedragen die 3 W/m²


-108-

Figuur 5.13 toont het resultaat als alle randvoorwaarden ingevuld zijn in de tool voor passiefscholen en waarbij gekozen werd voor TSO-onderwijs.

Figuur 5.13: Resultaten van het rekenblad netto-energiebehoefte voor passiefscholen

Uit figuur 5.13 kan besloten worden dat de netto-energiebehoefte zowel voor verwarming als voor ventilatie aanzienlijk lager liggen dan bij EPB, namelijk: 

Voor verwarming: 19.824 MJ in plaats van 38.898 MJ in EPB (= - 50 %);



Voor koeling 10.657 MJ in plaats van 14.919 MJ in EPB (= - 29 %).

De netto-energiebehoefte in het rekenblad voor passiefscholen is een stuk realistischer omdat de gebruikte randvoorwaarden meer aanleunen bij de eigenlijke situatie.


-109-

5.4 Energieprestatie volgens GBS 5.4.1 Tool De Autodesk® Green Building Studio® (GBS) is, anders dan Ecotect Analysis, een webapplicatie die architecten en ontwerpers kan helpen met analyses, optimale energie-efficiëntie, het neutraliseren van koolstofuitstoot,... in een vroeg stadium van het ontwerp. Deze online webservice schat het energieverbruik van het totale ontwerp. De informatie van het model wordt door middel van gbXML geüpload naar de server, waar het geanalyseerd wordt. gbXML staat voor ‘Green Building XML’ waarbij XML staat voor ‘Extensible Markup Language’. Dit is een universele methode om data te beschrijven. Het formaat omvat alle gegevens die nodig zijn om een energieberekening te maken. Eenmaal de berekening gemaakt is, wordt een rapport gegenereerd. Hierin staat onder andere hoeveel het jaarlijkse elektriciteitsverbruik is, wat er jaarlijks aan gas verstookt wordt en hoeveel de jaarlijkse CO2- uitstoot bedraagt. Daarnaast wordt het waterverbruik weergegeven. Aan de hand van verschillende diagrammen kan aangetoond worden wat het aandeel, van bijvoorbeeld verlichting, in het totale energieverbruik is. Dit is afhankelijk van de ingegeven gebruiksfunctie (bijvoorbeeld wonen of kantoor). Deze webapplicatie kan ook weergeven welke veranderingen er gevolgen hebben en wat tot verbetering kan leiden. Bij nieuwe projecten kan een volledige energieanalyse uitgevoerd worden. Hierdoor kunnen de operationele kosten vrij nauwkeurig ingeschat worden, nog vooraleer aan de bouw begonnen wordt. Bij renovatie kan de software helpen om het meest efficiënte ontwerp te bepalen. Door gebruik te maken van deze tool kunnen architecten zowel duurzaam als rendabel, praktisch en uitvoerbaar ontwerpen.

5.4.2 Bespreking resultaten A. Opmerking Autodesk is de webapplicatie Green Building Studio aan het updaten. Hierdoor is de service tijdelijk (vanaf april 2010) niet beschikbaar. Er kan ingelogd worden op de site www.greenbuildingstudio.com maar het lukt niet om in te loggen op de bijbehorende desktop tool. Figuur 5.14 geeft het scherm weer dat bekomen wordt wanneer er ingelogd wordt op de site. Er is reeds een project, namelijk Eindwerk, aangemaakt dat gelokaliseerd is te Aalst, België. Dit lukte zonder problemen.

Figuur 5.14: Inloggen op de website

Het ‘number of runs’ blijft echter op nul staan omdat het niet lukt om in te loggen vanuit Ecotect of via de desktop tool.


-110-

Bij het exporteren vanuit Ecotect wordt, bij het klikken op ‘Login to Web Service’, de volgende foutmelding steeds weergegeven: “De indeling van de invoertekenreeks is onjuist” (zie figuur 5.15 links). Er wordt dus geen verbinding gemaakt met de webapplicatie. Daarna werd gepoogd om via de bijbehorende desktop tool te exporteren. Hierbij wordt echter steeds de volgende foutmelding weergegeven: “Lengte kan niet minder dan nul zijn. Parameternaam: Length” (zie figuur 5.15 - rechts). Ook hier is er dus geen verbinding met de webservice.

Figuur 5.15: Foutmeldingen

Het uploaden van het definitief model naar de webapplicatie lukt niet en hierdoor kunnen er dus geen resultaten weergegeven worden. Hieronder wordt wel besproken hoe een model kan geëxporteerd worden. Daarnaast worden er enkele resultaten getoond van een vroeger (vereenvoudigd) model van de piramide.

B. Werkwijze Zoals reeds eerder vermeld, kan een model op twee manieren naar de webapplicatie Green Building Studio geëxporteerd worden. Het kan rechtstreeks vanuit Ecotect via ‘Tools < Green Building Studio Analysis’ ofwel door het model te exporteren via ‘File < Export < To External Analysis Tool’ als gbXML om daarna de Autodesk Green Building Studio Desktop te gebruiken. Deze bijbehorende desktop dient apart geïnstalleerd te worden. Onafhankelijk van de wijze waarop geëxporteerd wordt, is het noodzakelijk om materialen aan de verschillende zones (in Ecotect) te koppelen zodat Green Building Studio een onderscheid kan maken tussen bijvoorbeeld een dak en een wand. Bovendien moeten de zones ingesteld staan op ‘thermisch’ en moeten er in Ecotect een aantal berekeningen uitgevoerd worden. Hierbij kan gedacht worden aan ‘Calculate < Zone Volumes’ en ‘Calculate < Inter-Zonal Adjacencies’. Door deze berekeningen weet Green Building Studio welke inhouden en oppervlakten er van toepassing zijn. Daarnaast is het belangrijk dat de gebruiker administrator is van het aangemaakte project op de website. Via ‘Upload Ecotect Model and Create New Run’ kunnen de resultaten dan nagegaan worden.


-111-

C. Resultaten Aangezien er geen resultaten van het definitief eindmodel kunnen bekomen worden, worden er enkele resultaten weergegeven van een vereenvoudigde versie van de piramide. Helaas is de oriëntering nog niet zoals in de definitieve versie. De deur bevindt zich in het zuiden terwijl deze bij het definitieve model in het westen zit. Daarnaast is het aantal ramen ook niet correct. Er ontbreken twee ramen onderaan de oostzijde (oriëntatie definitieve model). Er wordt dus beklemtoond dat de beelden louter illustratief zijn om de mogelijkheden aan te tonen. In figuur 5.16 wordt aangetoond wat het resultaat is van verschillende ‘runs’ op de website van Green Building Studio. Hierbij wordt een algemeen overzicht weergegeven van de belangrijkste parameters (vloeroppervlakte, totale jaarlijkse energiekost, jaarlijks elektriciteitsverbruik,…).

Figuur 5.16: Overzicht ‘runs’ op de website Green Building Studio

Het is mogelijk om via Green Building Studio verschillende aanzichten op te vragen via het tabblad ‘3D VRML view’. In figuur 5.17 wordt een bovenaanzicht weergegeven van het gegenereerde vereenvoudigde model.

Figuur 5.17: Bovenaanzicht - VRML View


-112-

Op basis van verschillende tabbladen worden alle resultaten weergegeven. In het tabblad voor energieresultaten worden verschillende onderdelen besproken zoals bijvoorbeeld algemene uitleg en locatie van het project, de hoeveelheid CO2-uitstoot en het totale jaarlijkse energieverbruik. Dit energieverbruik wordt opgesplitst in elektriciteit en brandstof. Er wordt naast het verbruik ook weergegeven hoeveel de bijhorende kost zal zijn (zie figuur 5.18).

Figuur 5.18: Energieresultaten in Green Building Studio

Naast energieresultaten worden ook resultaten weergegeven omtrent het gebouwmodel. Er wordt onder andere berekend hoeveel de U-waarde en de oppervlakte van het dak, de wand, de vloer en ramen bedragen. Bij de ramen wordt er bovendien een onderscheid gemaakt tussen deze die gericht zijn naar het noorden en deze die gericht zijn naar de andere windrichtingen.


-113-

5.5 Besluit Het was aanvankelijk de bedoeling om de energieresultaten, die bekomen worden met de EPBsoftware, te vergelijken met deze van Green Building Studio. Aangezien de webapplicatie momenteel niet beschikbaar is, kunnen er geen resultaten van het definitief model opgevraagd worden en kan er dus niet vergeleken worden. Bovendien zou zich het probleem stellen dat Green Building Studio Amerikaanse software waardoor er dus Amerikaanse normen en termen gehanteerd worden. Er kan besloten worden dat een vergelijking tussen deze twee softwaretools niet evident zou geweest zijn. Uit EPB kan de energieprestatie van het gebouw gehaald worden. Het E-peil bedraagt 45 en voldoet hiermee aan de lage-energiestandaard. Deze stelt immers een maximaal E-peil van 60 voor. Het primaire energieverbruik per vierkante meter bedraagt 125,16kWh/m². Deze waarde ligt dicht bij de eis voor passiefwoningen die 120kWh/m² bedraagt. Er kan dus besloten worden dat de piramide zeker voldoet aan de lage-energiestandaard. .

-114-

Besluit De basisgedachte van BIM is dat er één centraal informatiemodel is, waarin alle informatie over een gebouw wordt vastgelegd. Alle disciplines die bij het ontwerp, de uitvoering en het gebruik van het gebouw zijn betrokken, werken binnen dat ene model. Bovendien worden alle documenten (tekeningen, rapporten, berekeningen,…) uit dat model gegenereerd. Doordat de informatie zich op één plaats bevindt, kunnen er geen misverstanden ontstaan tussen de betrokken partijen van een bouwproces. Het grootste probleem is dat er tot op vandaag nog geen compleet centraal informatiemodel bestaat. Het lukt nog niet om alle informatie van alle disciplines in alle bouwfases in één model op te slaan en daarmee simultaan te werken. 3Dbouwinformatiemodellen worden bovendien erg zware bestanden en werken dus traag. Er bestaan reeds BIM-pakketten (bijvoorbeeld Revit) maar er zijn nog heel wat tekortkomingen waardoor er terug wordt gegrepen naar de traditionele, gespecialiseerde software. Hierdoor wordt de basisgedachte van BIM doorbroken. IFC, de internationale uitwisselstandaard voor BIM, is nog veel te beperkt om alle informatie goed en eenduidig over te dragen, maar voor de basisgeometrie van de ruwbouw biedt IFC wel zinvolle uitwisselmogelijkheden. Het probleem stelt zich vaak bij het maken van details. Het is zowel technisch als praktisch niet eenvoudig om een gebouw volledig gedetailleerd in 3D te modelleren. Daarom beperken de mogelijkheden zich meestal tot een abstract niveau waardoor er in de praktijk uiteindelijk problemen ontstaan. Bovendien kan informatie vaak ‘gelinkt’ worden aan een model maar maakt het er niet echt onderdeel van uit. Hierdoor kiezen veel ontwerpers om het gedetailleerde werk met traditionele software uit te voeren. Door talrijke problemen is het dus nog niet mogelijk om vanuit één BIM-model de energieprestatie te bepalen. Met behulp van enkele vereenvoudigde modellen die in verschillende dynamische softwaretools gebruikt werden, kon de energieprestatie bepaald worden. Hierbij werd BIM zoveel mogelijk geïntegreerd.

-115-

Literatuurlijst Literatuur: Autodesk (2009), Design without compromise http://images.autodesk.com/adsk/files/revit_architecture_2010_brochure.pdf Autodesk (2009), Questions and answers http://images.autodesk.com/adsk/files/ecotectanalysis10_faq_customer_3.17.09.pdf Autodesk (2009), Visualize sustainable disign http://images.autodesk.com/adsk/files/ecotectanalysis_detail_brochure.pdf Bogaert, J.H. (2003), Van straling tot verlichting, Oostende, Coaster Publications bvba Centre for Process Innovation in building & construction (2008), ik bim, jij bim-t, wij bim-men. ICT golven in de bouwwereld, Rotterdam, De Werf http://www.bouwinformatieraad.nl/upload/documents/publicaties/ik_bim_jij_bimt_wij_bimmen.pdf De Cuyper K., Schietcat J. (2008), Condensatieketel, WTCB technische voorlichting, pagina’s 1-101 De Pauw C. (2007), Duurzaam bouwen, WTCB-tijdschrift, nr. 13 jaargang 4, pagina’s 1-16 D’Herdt P., Vandaele L., Van den Bossche P., Wouters P., (2007), ENERGIEPRESTATIES IN SCHOOLGEBOUWEN, Criteria voor de beoordeling van de energieprestatie van bouwkundige en installatietechnische investeringen in nieuwe en bestaande schoolgebouwen, WTCB-tijdschrift, nr. 3/2007, pagina’s 31 – 33 http://www.ond.vlaanderen.be/energie/pdf/WTCB%20Eindrapport%20Reg%20Normen.pdf Jellema, R. (1984), Bouwkunde 07a: Algemene inleiding, thermische behaaglijkheid, warmtetransport,vochttransport door bouwconstructies, rekenvoorbeelden, geluid, geluidabsorptie, geluidisolatie, zaalakoestiek, licht en verlichting, Delft, Waltman Jellema, R. (1986), Bouwkunde 07b: Ontwerpen en het energie-aspect, warmtehuishouding in gebouwen,voorbeeld van een energie-efficient ontwerp, klimaatsregelingsinstallaties, bijzondere installatiesystemen, Delft, Waltman Laboratorium voor lichttechnologie en WTCB (2007), Verlichting, Vlaamse overheid, pagina’s 1-48 http://www.ond.vlaanderen.be/energie/pdf/verlichting.pdf March A.J. (2007), Radiance and daylight factors, Natural frequency, nr.4 http://naturalfrequency.com/articles/radiancedf Ministerie van de VLaamse Gemeenschap (2005), EPB Software – interessante weetjes http://www.epbd.be/epb-nieuwsbrief/medias/Pdf/EPB-nieuwsbrief_2005-01_An4_soft.pdf Rethier G., Butler T. (2010), Simulation space, A new design environment for architects, eCAADe 26, pagina’s 133-144

-116Van Den Bossche, P. (2007) ‘Ventilatie met warmteterugwinning in eengezinswoningen’, WTCBtijdschrift, nr. 1/2007, pagina’s 1-5 VEA, EPW-methode http://www.energiesparen.be/files/file/epb/epwmethode.pdf Versele A. (2004), toepassing van de energieprestatieregelgeving op een passiefhuis, lezing http://www.alexis-versele.be/upload/20041023183304_Lezing_EPB_Passiefhuishappening_2004.pdf Waumann B. (2010), Studieopdracht: Ontwikkelen van specifieke randvoorwaarden voor scholen volgens de passiefhuisstandaard - Rapport werkpakket 1 : Gegevensverzameling. Onuitgegeven nota’s uit het doctoraat van Waumann B.

Cursussen: Breesch H. (2007), Bouwfysica I. Onuitgegeven nota’s bij een cursus voor het tweede jaar van de opleiding Industrieel Ingenieur Bouwkunde, Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Departement Industrieel Ingenieur Gent. Breesch H. (2008), Bouwfysica II. Onuitgegeven nota’s bij een cursus voor het derde jaar van de opleiding Industrieel Ingenieur Bouwkunde, Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Departement Industrieel Ingenieur Gent. Breesch H., Klein R. (2010), Installaties in gebouwen. Onuitgegeven nota’s bij een cursus voor het derde jaar van de opleiding Industrieel Ingenieur Bouwkunde, Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Departement Industrieel Ingenieur Gent. Versele A. (2010), Duurzaam bouwen. Onuitgegeven nota’s bij een cursus voor het vierde jaar van de opleiding Industrieel Ingenieur Bouwkunde, Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Departement Industrieel Ingenieur Gent.

Normen en reglementen: Algemeen reglement voor arbeidsbescherming, titel II – hoofdstuk 2: betreffende de hygiëne en de arbeidsplekken, artikel 62 EN 12831 (2003) “Heating systems in buildings: method for calculation of the design heat load” NBN EN 12464-1 (2003) “Licht en verlichting, werkplekverlichting, deel1: binnenwerkplekken” NBN EN 13779 (2007) “Ventilatie voor niet-residentiële gebouwen. Prestatie-eisen voor ventilatie- en luchtbehandelingssystemen” PREN 12464-1 (2009) “Licht en verlichting, werkplekverlichting, deel1: binnenwerkplekken”, nog uit te geven norm

-117-

Elektronische bronnen: http://bim.arch.gatech.edu/?id=402, 19/04/2010 http://en.wikipedia.org/wiki/Flammability, 14/04/2010 http://nl.wikipedia.org/wiki/Duurzaam_bouwen, 21/03/2010 http://nl.wikipedia.org/wiki/Lux_(eenheid), 04/04/2010 http://nl.wikipedia.org/wiki/Ge%C3%ABxpandeerd_polystyreen, 30/03/2010 http://www.c3a.be, 21/02/2010 http://www.cadalyst.com/cad/building-design/1-2-3-revit-bim-and-cost-estimating-part-1-3350, 11/04/2010 http://www.cellulose.org, 30/03/2010 http://www.debimspecialist.nl/wat_is_bim, 24/04/2010 http://www.dubolimburg.be/dakisolatie/nagroeibaar.php, 30/03/2010 http://www.greenbuildingstudio.com, 28/01/2010 http://www.groenlichtvlaanderen.be, 22/03/2010 http://www.kahosl.be/site/index.php?p=/nl/page/1837/groene-campus/, 14/04/2010 http://www.primabouw.be/info.asp?language=nl&pagina=Houtskeletbouw, 08/04/2010 http://www.vrom.nl/pagina.html?id=43404, 22/04/2010 http://www.wtcb.be/homepage/index.cfm?cat=publications&sub=infofiches&pag=42&art=3, 15/04/2010

-118-

Bijlagen 1. Plannen piramide .................................................................................. 119 2. Technische fiches .................................................................................. 123 2.1

Papiervlokken .......................................................................................................... 123

2.2

EPS ........................................................................................................................... 124

2.3

Dakramen Fakro ...................................................................................................... 125

2.4

Verdringingsrooster ................................................................................................. 126

2.5

Ventilatie-unit .......................................................................................................... 127

2.6

Condenserende ketel............................................................................................... 129

2.7

Warmtepomp .......................................................................................................... 130

3. Weatherfile ........................................................................................... 131 4. Daglichtanalyses ................................................................................... 134 4.1

Model met 12 ramen: 21 december om 8u ............................................................ 134

4.2

Model met 12 ramen: 21 december om 13u .......................................................... 135

4.3

Model met 12 ramen: 21 juni om 8u....................................................................... 136

4.4

Model met 12 ramen: 21 juni om 13u..................................................................... 137

4.5

Model met 12 ramen: 21 juni om 14u bij heldere hemel ....................................... 138

4.6


4.7

Model met 14 ramen: 21 juni om 8u....................................................................... 140

4.8

Model met 14 ramen: 21 juni om 13u..................................................................... 141

4.9


4.10 Model met 16 ramen: 21 juni om 13u..................................................................... 143

5. Lichtplanning uit Dialux Light ................................................................ 144 6. Diameterbepaling ventilatiekanalen (grafiek) ....................................... 145 7. Aanzichten van het ventilatiesysteem ................................................... 146 8. EPB samenvatting ................................................................................. 148

-119-

1. Plannen piramide

Noordgevel

Oostgevel

-120-

Zuidgevel

Westgevel (voorgevel)

-121-

Gelijkvloers

Dakenplan

-122-

Snede A

Snede B

-123-

2. Technische fiches 2.1 Papiervlokken

-124-

2.2 EPS

-125-

2.3 Dakramen Fakro

-126-

2.4 Verdringingsrooster

-127-

2.5 Ventilatie-unit

-128-

-129-

2.6 Condenserende ketel

-130-

2.7 Warmtepomp

-131-

3. Weatherfile

-132-

-133-

-134-

4. Daglichtanalyses 4.1 Model met 12 ramen: 21 december om 8u

-135-

4.2 Model met 12 ramen: 21 december om 13u

-136-

4.3 Model met 12 ramen: 21 juni om 8u

-137-


-138-

4.5 Model met 12 ramen: 21 juni om 14u bij heldere hemel

-139-


-140-


-141-


-142-


-143-


-144-

5. Lichtplanning uit Dialux Light

-145-

6. Diameterbepaling ventilatiekanalen (grafiek)

-146-

7. Aanzichten van het ventilatiesysteem

Vooraanzicht (westen)

Aanzicht noordgevel

-147-

Aanzicht oostgevel

Aanzicht zuidgevel

-148-

8. EPB samenvatting

Integratie van BIM bij het werken met dynamische softwaretools voor de bepaling van de energieprestatie van een piramidale constructie

Recommend Documents