Na-isolatie van bestaande muren: bouwfysische aandachtspunten Prof. A. Janssens Onderzoeksgroep Bouwfysica Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Universiteit Gent
Overzicht • • • •
Renovatie: evoluties en eisen Navulling van spouwmuren Binnenisolatie Buitenisolatie
2
De traditionele visie op na-isolatie
• Isolatie langs buiten:
Bron: WTCB-contact 2009
– Bouwfysisch uitstekend, maar vrij dure oplossing
• Isolatie langs binnen, navulling spouw: – Tal van risico’s en onzekerheden – Perceptie: in de meeste gevallen niet mogelijk…
• Maar: na-isolatie biedt oplossing voor actuele uitdagingen 3
Het bestaande gebouwenpark Aantal gebouwen in Vlaanderen
3.0E+06 2.5E+06
opgericht na 1981 van 1971 tot 1981
2.0E+06
van 1962 tot 1970 van 1946 tot 1961
1.5E+06 1.0E+06
van 1919 tot 1945 van 1900 tot 1918
5.0E+05
voor 1900
0.0E+00
1992
1995
1998
2001
• Trage aangroei en vervanging – 22000 nieuwe gebouwen/jaar (< 1%) – 22000 vergunde renovaties/jaar (< 1%) – 6500 afbraak/jaar (0.3%) 4
2004
2007
2010
Bron: NIS, Kadaster
• Oud gebouwenpark – ±90 jaar tussen bouw en vergunde renovatie of afbraak – Ontwerpbeslissingen hebben langdurige impact
Energieverbruik gebouwen Vlaanderen (PJ)
De uitdagingen 400 350 300 tertiair, electrisch tertiair, fossiel residentieel, electrisch residentieel, fossiel
250 200 150 100 50 0 1990
1995
1998
2001
• Gebouwgebruik = 40% eindenergieverbruik • Europese doelstelling: – Energie-efficiëntie verbeteren met 20% tegen 2020 5
2004
2007
2009
Bron: VITO, Energiebalans, genormaliseerd
• Pistes: – Grootschalige isolatie en energierenovatie bestaande gebouwen – Zeer goede energieprestatie nieuwbouw (bijnaenergieneutaal)
Isolatie van bestaande woningen Bron: REG-enquetes VEA
• Verbetering isolatie gebouwschil • Energierenovatieprogramma 2020
• Achterstand muuren vloerisolatie – Technisch moeilijker – Nog groot besparingspotentiëel
6
75
%
– Dubbele beglazing – Dakisolatie
100
50
25
0
1997
2000
2003
2006
2009
double glazing
roof insulation
floor insulation
wall insulation
Prestaties van bestaande muren • Massieve muren – < 1960 – U ≈ 2.0 W/m²K
• Ongeïsoleerde spouwmuren – 1950-2000 – U ≈ 1.5 W/m²K
• Matig geïsoleerde spouwmuren – 1975-2010 – U ≈ 0.6 W/m²K 7
Bron figuren: Arch & Climat UCL
De na-isolatietechnieken • Navulling van ongeïsoleerde spouwmuren • Binnenisolatie (+ nieuwe binnenafwerking) • Buitenisolatie (+ nieuwe gevelbekleding) – Op bestaand gevelmetselwerk – Na afbraak bestaand gevelmetselwerk 8
Aanpassen aan actuele eisen • EPB-eisen voor verbouwde en nieuwe delen – Enkel haalbaar met binnen- of buitenisolatie
Isolatiedikte (m)
0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00
Umax =
2010
2012
0.40
0.35 9
2014
0.30 W/m²K
2020?
bijna-energieneutraal?
Kostenefficiëntie van na-isolatie • Navulling ongeïsoleerde spouwmuren
• Binnen- en buitenisolatie – Betere prestaties en groter energiebesparingspotentiëel – Langere terugverdientijd door secundaire kosten van gevelbekleding of herinrichtingswerken
10
condensatieketel
netto contante waarde 20 jaar (€) inc. subsidies
– Groot energiebesparingspotentiëel bij vrijstaande woningen – Goedkope techniek met snelle terugverdientijd
15000
spouwvulling 10000 PV
5000
dakisolatie
HR-glas
zonneboiler gevelrenovatie
0 0%
-5000
5%
10%
15%
20%
25%
vervanging ramen Primaire energiebesparing (%)
Netto-contante waarde van energiebesparende maatregel bij initiëel ongeïsoleerde vrijstaande woning met standaard ketel (prijzen en subsidies dd. 2009, termijn 20 jaar)
Bron: Rummens, FEB, UGent
Welk systeem onder welke omstandigheden? • Energiebeleid vandaag – Drastische besparingen zijn nodig – Belang systematische verbetering bestaande gebouwenpark
• Elke na-isolatietechniek heeft specifieke mogelijkheden: • Navulling: pragmatische energierenovatie – Aanpassen van ongeïsoleerd gebouwenpark naar standaardkwaliteit – Toepasbaar op grote schaal en op korte termijn – Tussenstap voor projectmatige renovatie
11
• Binnen- en buitenisolatie: projectmatige renovatie – Vaak met bouwaanvraag, typisch na verkoop,… – Thermische eisen afstemmen op toekomstige ontwikkelingen – Binnenisolatie: stedelijke omgeving, historische gebouwen – Buitenisolatie: performante (lage-energie) gevelrenovatie
Overzicht • • • •
Renovatie: evoluties en eisen Navulling van spouwmuren Binnenisolatie Buitenisolatie
12
Isolatieproces 1. Beoordeling spouwmuur
3. Vullen van de spouw
2. Boren vulopeningen 4. Opvoegen en nazorg
13
Isolatiematerialen voor navulling • Schuimen
• Korrels
– PUR: polyurethaan – UF: ureumformaldehyde
• Vezels – MW: rotswol, glaswol
14
– – – –
EPS: polystyreenparels EP: perliet EV: vermiculiet SLS: silicaatschuim
Wateropname isolatiematerialen Wateropname na 24 h (kg/m²)
(gedeeltelijke onderdompeling EN1609) 2.5
Toelaatbare wateropname regenwerende buitenpleister
2.0 1.5
Toelaatbare wateropname MW prEN 14064-1
1.0 0.5 0.0 UF
PUR
EPS-w
RW
GW
• Gemeten wateropname zeer klein – Kleiner dan maximaal toelaatbare wateropname van regenwerende buitenpleister – Geen gevaar voor regendoorslag t.g.v. capillariteit isolatiemateriaal 15
Thermische prestaties Metingen case-studies • 23 projecten • Bouwjaar 1956-1994 • Na-isolatie 1967-2009 – In helft cases uitgevoerd tijdens project
• Selectie: – Oproep energiefora – Contacten bedrijven
16
• Typologie: halfopen + open • Verschillende materialen: – – – – – –
UF (5) PUR (4) EPS (5) RW (4) GW (3) SLS (2)
Verzamelde gegevens per case • Gegevens: – Plannen, energiefacturen – U-waardemeting – Gebouwluchtdichtheid en thermografie – Binnenklimaat en temperatuurfactor koudebruggen
• Analyses voor en na uitvoering na-isolatie – In helft van cases (11)
17
UF
Na-geïsoleerd 0.35 à 0.65 W/m²K
PUR EPS
18
RW GW SLS Niet-geïsoleerd 1.1 à >2.1 W/m²K
Resultaten U-waarde
Resultaten U-waarde • Meetresultaten bevestigen berekende thermische prestaties na-geïsoleerde spouwmuren: – 0.35 à 0.65 W/m²K (90% case-studies) – Reductie warmteverlies met factor 2 à 3
• Geen significante verschillen tussen oude en recent gerealiseerde projecten • Beperkte verschillen tussen isolatiematerialen – Kwaliteitszorg belangrijker dan materiaalkenmerken
19
Voorbeeld energiebesparing • Vrijstaande woning °1994 – Beschermd volume 749 m³ – Bruto vloeroppervlakte 265 m² – Verliesoppervlakte 514 m² (200 m² spouwmuur)
• Oorspronkelijke isolatie: – Houten ramen - dubbel glas – Dakisolatie 12 cm
20
• Navulling spouwmuur 2008 – Ongevuld: U = 1.4 W/m²K – Nagevuld: U = 0.5 W/m²K
• Analyse energiegebruik: – Aardgasfacturen – Gegevens teller
Aantoonbare energiebesparing Project- en gebruiksafhankelijk
- 17%
21
Koudebruggen en navulling • Traditionele details met spouwsluitingen
• Koudebrug blijft, maar: – Warmer binnenoppervlak – Kleiner risico op schimmel & condensatie bij gelijk binnenklimaat
Luchtspouw 22
Nagevulde spouw
Beoordeling vorstbestendigheid • Gevelmetselwerk met nagevulde spouw of binnenisolatie: – Lagere temperaturen – Hogere vochtgehaltes – Verhoogd risico op vorstschade indien metselwerk niet vorstbestand
• Oplossingen: – Evalueren vorstgevoeligheid metselwerk • Visueel: aan slagregen en koude blootgestelde geveldelen: dakranden, hoeken, schouwen,… • Bij twijfel: directe of indirecte vorstproeven op metselwerkmonsters
– Of gevel beschermen tegen slagregen • Hydrofobering, gevelbekleding, buitenpleister, …
23
Belang kwaliteitskader na-isolatie • Ervaring in buitenland: GrootBrittanië – Navulling: gesubsidiëerde isolatietechniek
• Opvolging vanuit centrale garantie-instelling CIGA, gefinancierd door industrie – CIGA: Cavity Insulation Guarantee Agency
• Aantal nagevulde woningen sinds 1995: 3 miljoen – Momenteel 2500/dag – 25 jaar garantie per woning
24
Belang kwaliteitskader na-isolatie • Ervaring in buitenland: GrootBrittanië – Navulling: gesubsidiëerde isolatietechniek
• Opvolging vanuit centrale garantie-instelling CIGA, gefinancierd door industrie – CIGA: Cavity Insulation Guarantee Agency
• Aantal nagevulde woningen sinds 1995: 3 miljoen – Momenteel 2500/dag – 25 jaar garantie per woning
25
• België: kwaliteitsbewakingskader in ontwikkeling • Geïntegreerde aanpak: – Prestaties en verwerking grondstoffen – Plaatsingstechniek en uitrusting – Bekwaamheid uitvoerder
• Gebruiksgeschikte producten onder goedkeuring met certificatie brengen en uitvoerders na-isolatie erkennen en certificeren
Pragmatische tussenstap naar lage-energierenovatie • Woning Houthalen – °1956: ongeïsoleerd – 1975-1977: energiebesparende maatregelen K82 • Dubbel glas • Zolderisolatie 10 cm • Na-isolatie spouw UF – U = 0.65 W/m²K
– 2008: lageenergierenovatie K29 • 10 cm binnenisolatie gelijkvloers • 18 cm buitenisolatie verdieping • 30 cm dakisolatie 26
Overzicht • • • •
Renovatie: evoluties en eisen Navulling van spouwmuren Binnenisolatie Buitenisolatie
27
Binnenisolatie: bouwfysische aandachtspunten • Correcte opbouw • Aanpak koudebruggen
Belang projectmatige aanpak: optimalisatie prestaties met behulp van rekentools 28
Correcte opbouw • Binnenisolatie botst met basisregels tegen inwendige condensatie: – Sterkst isolerende en meest dampopen laag aan koude zijde gebouwschil – Minst isolerende en meest dampdichte laag aan warme zijde gebouwschil
• Correcte opbouw muur met binnenisolatie: – Gebruik van dampremmende isolatiematerialen: • CG, XPS, PUR
– Dampopen isolatiemateriaal met continu dampscherm – Capillair-actieve isolatie bij specifieke toepassingen • Behoud volledige droogcapaciteit metselwerk
– Typisch in combinatie met hydrofobering of regenwerende afwerking gevelmateriaal
29
Evaluatie vochtgedrag Van Glaserdiagramma tot numerieke vochtmodellen 1
23
temperatuur
dampdruk
pv,sat pv
minimale µd-waarde dampscherm
µd
30
Resultaten geavanceerde modellen Voorbeeld wand met binnenisolatie minerale wol
vochtgehalte [kg/m³]
200
10 dagen 15 dagen 25 dagen 30 dagen 35 dagen
150
100
50
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
afstand tot buitenvlak [m]
Bron figuur: Arch & Climat UCL
31
Resultaten geavanceerde modellen • Evaluatie vochtgehaltes 1
2
3
2
32
1
3
Belang uitvoeringskwaliteit
massieve muur isolatie +afwerking gekleefd op muur
Bron: Labo Bouwfysica, K.U.Leuven
33
Evaluatie koudebruggen Numerieke berekening (2D) Resultaten: 1. Warmteverlies
2. Temperaturen (vochtgedrag)
(αi = 8 W/m²K)
(αi = 5 W/m²K)
U1, L1 kleinste θsi
Kengetal:
Kengetal: Ψe =
θ − θe f0.2 = si θi − θ e
Φ 2D − ∑ (Li U i ) ( θi − θ e ) n U2, L2 34
Criteria voor vochtbeheersing Minimale temperatuurfactor ?
Temperatuurfactor (-)
1.00
Binnenklimaatklasse
0.90 0.80
4
0.70 0.60
3
0.50 0.40 0.30
2
0.20 0.10
1
0.00 12
14
16
18
Binnentemperatuur (°C)
35
20
22
θD(pi / 0.8) − θe f≥ θi − θe
Criteria voor vochtbeheersing Minimale temperatuurfactor ?
Temperatuurfactor (-)
1.00
Binnenklimaatklasse
0.90 0.80
4
0.70 0.60
Ontwerpeis: f0.2 ≥ 0.7
3
0.50 0.40 0.30
2
0.20 0.10
1
Veilig criterium voor woongebouwen
0.00 12
14
16
18
Binnentemperatuur (°C)
36
20
θD(pi / 0.8) − θe f≥ θi − θe
22
Bij renovatie ev. aangepast criterium mogelijk na meting binnenklimaat
‘Oplosbare’ koudebruggen 20 °C
door aangepaste detaillering
NIET
WEL WEL 10
0
f0.2 = 0.58 Ψe = 0.25 W/mK 37
f0.2 = 0.70 Ψe = 0.08 W/mK
‘Structurele’ koudebruggen
Opleg zware vloer op massieve muur met binnenisolatie
f0.2 = 0.67 Ψe = 0.63 W/mK 38
Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie ‘Structureel’: • Vloeren • Binnenmuren • Fundering
39
Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie ‘Structureel’:
1 U-waarde (W/m²K)
• Vloeren • Binnenmuren • Fundering
Met koudebruggen
0.8 0.6 0.4 0.2
Zonder koudebruggen
0 0
0.03
0.06
0.09
Isolatiedikte (m)
Koudebruggen hypothekeren thermische prestaties 40
0.12
0.15
Elimineren koudebruggen
• Isolatie doortrekken tegen binnenmuren – Ψe = 0.13 W/mK i.p.v. 0.34 W/mK – f0.2 = 0.87 i.p.v. 0.74 Bron: Eco’Hom Liege, arch. Piron 41
Elimineren koudebruggen
Bron: CPAS Forest, arch. Morero, A2M 42
Overzicht • • • •
Renovatie: evoluties en eisen Navulling van spouwmuren Binnenisolatie Buitenisolatie
43
Buitenisolatie: performante oplossingen • Grote isolatiediktes haalbaar met diverse geveltechnieken • Continuïteit isolatie t.p.v. bouwknopen eenvoudig te realiseren • Buitenisolatie op ongeïsoleerde spouwmuur: – Spouw hermetisch afsluiten of navullen – Luchtstroming vermijden
44
Systeemoplossingen • Voorbeeld isolatieplaaten pleistersystemen • Aangepaste pleistereigenschappen: – Kleine A (waterabsorptie) – Kleine µd (diffusieweerstand, voorkomen van condensatie)
2.0
µd (m)
1.5
Kunstharspleisters 1.0
Minerale pleister 0.5
0.0 0.0
0.2
0.4 0.5
A (kg/m²/h ) 45
Systeemoplossingen • Diverse systemen met technische goedkeuringen en certificatie – Constante prestaties – Hoge betrouwbaarheid – Opvolging en controles
46
Besluit • Energiebeleid vandaag – Drastische besparingen zijn nodig – Belang systematische verbetering bestaande gebouwenpark
• Elke na-isolatietechniek biedt oplossingen en heeft specifieke mogelijkheden: • Navulling: pragmatische energierenovatie – Aanpassen van ongeïsoleerd gebouwenpark naar standaardkwaliteit – Toepasbaar op grote schaal en op korte termijn • Belang kwaliteitsbewaking
– Tussenstap voor projectmatige renovatie
• Binnen- en buitenisolatie: projectmatige renovatie – Thermische eisen afstemmen op toekomstige ontwikkelingen – Binnenisolatie: stedelijke omgeving, historische gebouwen • Belang projectstudie
– Buitenisolatie: performante (lage-energie) gevelrenovatie • Systeemoplossingen
47
