Intelligente thermische inertie in houtconstructies

Session B1

Innovative technologies construction solutions

Intelligente thermische inertie in houtconstructies Arch. Piet Kerckhof voor Ligno Architecten

Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen ?

1. Risico op oververhitting Max. 5% temperatuursoverschrijdingsfrequentie boven 25°C Houtskeletbouw = geïsoleerde structuur o Groter isolatiepakket mogelijk o Eenvoudige bouwknopen o Prefabricatie mogelijk o Betere controle op luchtdichtheid

In lichte constructies is er nagenoeg geen thermische massa


2. Thermische energie-opslag : 2.1. Inleiding Sinds industriële revolutie : stijgende comforteisen grotere energie-vraag. De energie-vraag = warmte of koelte. - voedsel / drank bewaren in koelkast (diepvriezer), - Sanitair warm water (spectaculaire stijging), - verwarming / koeling van gebouwen, - verwarming / koeling bij industriële processen, -… De opwekking van energie-vraag gebeurt met : - elektriciteit - fossiele brandstof - alternatieve energie

2. Thermische energie-opslag : 2.1. Inleiding Systemen voor thermische energie-opslag : Voorbeelden : - warm water boiler, - betonnen draagstructuur bij grote gebouwen, - metselwerk bij woningbouw, - aquifers - geothermie, -… Het draagt hoofdzakelijk bij tot een verbetering m.b.t. energie- en kostenefficiëntie. + overbruggen van tijd tussen aanbod en vraag, + koppelen van lager vermogen bij aanbod aan hoger vermogen bij vraag, + combinatie van hernieuwbare en fossiele energiebronnen bij aanbod, +…

2. Thermische energie-opslag : 2.2. Thermodynamica van een materiaal 1. 2. 3. 4. 5.

opwarmen ijs (VAST) smelten ijs (VAST VLOEIBAAR) opwarmen water(VLOEIBAAR) verdampen water (VLOEIBAAR GAS) opwarmen stoom (GAS)

Voelbare warmte : toegevoegde energie creëert temperatuursstijging. 860 kJ (-100°C tot 200°C)

Latente warmte : toegevoegde energie creëert fazeverandering. 2.230 kJ ( bij 0°C en 100°C)

2. Thermische energie-opslag : 2.2. Thermodynamica van een materiaal VOELBARE WARMTE : warmte-opslag (vaste toestand - ijs) warmte-opslag (vloeibaar – water) warmte-opslag (gas – stoom)

2,20 kJ / K 4,20 kJ / K 2,00 kJ / K

LATENTE WARMTE (vast vloeibaar) : ijs - water + beperkte volumeverandering en klein drukverschil + geen temperatuursverandering + hoge warmte-opslag 330 kJ bij 0°C

LATENTE WARMTE (vloeibaar gas) : water - stoom + + + –

grote volumeverandering en/of groot drukverschil geen temperatuursverandering zeer hoge warmte-opslag 2.230 kJ bij 100°C technisch moeilijk toepasbaar

2. Thermische energie-opslag : 2.3. Applicaties latente energie-opslag (vast vloeibaar)

Temperatuur-stabilisator : = beheersing van ruimte-temperartuur, smelttemperatuur in functie van comforttemperatuur. Warmte / koelte buffering : = opslag van warmte / koelte met een hoge opslagdensiteit, binnen een klein temperatuursbereik.

2. Thermische energie-opslag : 2.4. Commerciële applicaties met PCM’s (kwaliteitslabel : www.pcm-ral.de) A. PCM composietmaterialen - Rubitherm Technologies GmbH • Powder PX silicapoeder + 60% PCM • Granulaat GR poreuze klei-mineraal + 35% PCM • Vezelplaat FB vezelplaat + 65% PCM

(dekens, medische sector) (vb. vloerverwarming) (warmhouders voor voedsel

B. PCM ingekapseld - Dupont TM – Energain panel copolymeer + 60% paraffine

- Micronal - …

(koelplafonds)

2. Thermische energie-opslag : 2.4. PCM’s : toepasbare voorbeelden A. BioPCMat : temperatuur-stabilisator Noppenplastiek, gevuld met PCM obv natuurlijk vet, = temp.stabilisator in ruimtes met hoog risico op oververhitting. Opslagdensiteit : 1 MJ/m²

temperatuur tussen 24°-26°C

2. Thermische energie-opslag : 2.4. PCM’s : toepasbare voorbeelden B. PowerTank GmbH : thermische batterij Een fles gevuld met paraffine + grafiet (smeltpunt 60°C, vermogen 10 kW aan output)

Om een voldoende debiet te halen is een minimale opstelling van 6 flessen vereist. = perfect te combineren met thermische zonnecollectoren, WKK’s, …


3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.1. Inleiding Huidige toestand : A. Publieke + industrie- gebouwen Meerdere decennia evolutie naar metaal- of betonskelet met gevel sandwichpanelen (glas architectuur)

B. Residentieel - Traditioneel : spouwmuur met gevelsteen in metselwerk, betonnen gewelven en vloeren, houten dakconstructie, … - Lichte constructie : houtskeletbouw, houtmassiefbouw, staal skeletbouw, paal- en balkenstructuur, …

3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.2. Indeling constructietypes volgens EPB Massief 100 kg/m² tot aan - Luchtspouw - thermische laag (<0,20W/mK)

A. Zwaar Heel weinig (zoniet geen) gebouwen hebben een zware constructie

B. Matig tot halfzwaar Traditionele woning

C. Licht Alle lichte constructies

3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.3. Lichte constructies Voordelen + + + + + + + +

Sterke reductie van materiaalgebruik Lager totaal gewicht ( m.b.t. stabiliteit) Betere en efficiëntere isolatie-mogelijkheden (eenvoudige isolatietechnieken) Snelle en droge bouwmethode Dunnere constructie dikte Gemakkelijker luchtdicht te maken Eenvoudigere bouwknopen …

Nadelen – – – –

Zeer lage inertie Slecht zomercomfort door verhoogd risico op oververhitting Toenemend belang van technieken …


4. Case-studie 4.1. Omschrijving behandeld project Vrijstaande woning met eenvoudige geometrie (6,50m x 9,00m x 6,00m) - Compactheid - Bruto-vloeroppervlak

117,00 m²

- Beschermd volume

351,00 m³

- Totaal verliesopp. • • • •

K-29

1,16 m

Vloer : Buitenmuur : Plat dak : Ramen / deur :

297,58 m²

0,31 W/m²K

58,50 m² 155,41m² 58,50 m² 25,17 m²

0,22 W/m²K 0,17 W/m²K 0,13 W/m²K 1,76 W/m²K

E-41 (traditioneel) E-46 (houtskeletbouw)

4. Case-studie 4.2. Berekeningsmethode Inertie in EXCELen 1. Volgens opdeling van constructietypes in EPB-software : De totale warmteopslagcoëfficiënt per wandtype volgens de twee criteria : - Alle wanddelen tot aan een luchtspouw, - Alle wanddelen tot aan een isolatielaag met U < 0,20W/m²K

2. Tot een diepte van 5cm : Gezien de lage warmtetransmissiecoëfficiënt wordt de totale warmteopslagcoëfficiënt berekend tot max. 5cm diepte.

3. HSK concept met PCM’s : Effect van PCM’s : hoe evalueren ? - Max. comfort-temperatuur is 25°C Warmteopslagcapaciteit (=1.000 kJ/m² tussen 23°C en 26°C), dus 330 kJ/m² K - Alle binnen-, buitenmuren en plafonds met PCM’s (BioPCMat).

4. Case-studie 4.3. Resultaten : berekening inertie Inertie tot 5cm diep [MJ/K]

Inertie volledig volgens EPB [MJ/K] 100

100

90

90

80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20 10 0 TRAD

TRAD + crepie

HSK

HSK concept + PCM's

tussenvloer binnenmuur plat dak buitenmuur vloer

20 10 0 TRAD

TRAD + crepie

HSK

HSK concept + PCM's


5. Conclusie 5.1. PCM als temperatuur-stabilisator Lichte constructies + PCM risico op oververhitting beheersbaar Wamtecapaciteit + smelt/stol temperatuur zijn nauwkeurig te bepalen o ‘s zomers : minder oververhitting (regeneratie door nachtkoeling noodzakelijk) o ‘s winters : stoken tot onder smelt temperatuur van PCM o Stookseizoen : grotere opslag van zonnewinsten

Nood aan dynamische software om PCM te dimensioneren

Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Vragen ?

Intelligente thermische inertie in houtconstructies

Recommend Documents