Na-isolatie van spouwmuren: mogelijkheden & prestaties
A. Janssens, M. Delghust Bouwfysica Groep Vakgroep Architectuur & Stedenbouw Faculteit Ingenieurswetenschappen (Firw) Universiteit Gent (Ugent)
studiedag "Doorgedreven energetische renovatie van woongebouwen" – 18 november 2009 – Brussel
Na-isolatie van spouwmuren: Mogelijkheden & prestaties 1. Achtergrond •Onderzoek •Na-isolatie 2. Labo-metingen & simulaties •In labo (thermisch & hygrisch) •Computersimulaties (koudebruggen) 3. In-situ: metingen & praktijk •U-waarde •Luchtdichtheid •Koudebruggen •Energiebesparing
studiedag "Doorgedreven energetische renovatie van woongebouwen" – 18 november 2009 – Brussel
Achtergrond - onderzoek TETRA-project 2007-2009
‘Na-isolatie van bestaande spouwmuren’ • Coördinatie Ugent
• Partners: – CIR (Isolatie Raad) – Sint-Lucas – WTCB WTCB
• Gefinancierd door IWT & gebruikerscommissie van bedrijven
Achtergrond - onderzoek TETRA-project 2007-2009
‘Na-isolatie van bestaande spouwmuren’ • Kennis verzamelen i.v.m. materialen en technieken • Verbeterde technische richtlijnen – Voorstudie, uitvoering, nazorg
• Kwaliteitsbewakingskader • Informatie over resultaten na-isolatieprojecten – Energiebesparing – Kosteneffectiviteit Het onderzoeksproject ‘Na-isolatie van bestaande spouwmuren’ wil richtlijnen en informatie ontwikkelen die bijdragen tot de kwaliteitsvolle toepassing van na-isolatie in bestaande spouwmuren met het oog op een grootschalige thermische renovatie van woningen.
Achtergrond – na-isolatie spouw Wat? 1. Beoordeling spouwmuur
3. Vullen van de spouw
2. Boren vulopeningen 4. Opvoegen en nazorg
Achtergrond – na-isolatie spouw Waarom? Verwarmde ruimtes isoleren VEA REG-enquete 2008 Q25: Welke ruimtes worden er overdag verwarmd als er iemand thuis is? Niet het vorstvrij houden van verwarming. (basis: allen) 96
eet- en zitkamer
4
90
keuken
slaapkamer(s)
20
10
79
badkamer(s)
67
hal
32
26
0
68
20
40
60 Ja
Neen
80
% 100
Achtergrond – na-isolatie spouw Waarom? Waarom een ‘oude’ isolatietechniek nieuw leven inblazen? • Verbetering muurisolatie bestaande woningen evolueert traag
Figures: Flemish Energy Agency 100% 75% 50%
• Nood aan maatregel – Pragmatisch – Goedkoop
25% 0% 1999
2001
2003
2005
double glazing
roof insulation
floor insulation
wall insulation
Achtergrond – na-isolatie spouw opties?
Investering
uitvoering
thermisch & hygrisch
ruimte & esthetiek
isolatie van buitenmuren_renovatie
binnenafwerking buitenafwerking binnenruimte buitenruimte
maximale isolatiedikte thermische massa koudebruggen & vocht
buiten-isolatie
binnen-isolatie
spouwisolatie
~ongewijzigd vervanging
vervanging ~ongewijzigd
~ongewijzigd ~ongewijzigd
~ongewijzigd rooilijn verschoven
ruimteverlies ~ongewijzigd
~ongewijzigd ~ongewijzigd
(ifv rooilijn, afbreken gevelsteen…) ~ongewijzigd ifv detaillering!
(ifv resterende binnenruimte) verkleind ! kritisch ! analyse nodig !
=spouwbreedte ~ongewijzigd ~ongewijzigd (zie verder)
tijd detaillering
kostprijs
vaak ≤ dag uiterst belangrijk
≥ 100€/m² (incl. en ifv afwerking)
uiterst belangrijk & kritisch
(dichten van kieren)
~18 à 25 €/m²
Achtergrond – na-isolatie spouw Ervaring in buitenland: Groot-Brittanië • Navulling van bestaande spouw is veel toegepaste en gesubsidiëerde isolatietechniek
• Geschat aantal woningen met ongeïsoleerde spouw: 7 à 9 miljoen (op 26 miljoen woningen)
• Opvolging vanuit centrale garantie-instelling CIGA, gefinancierd door hele industrie
• Aantal nagevulde woningen sinds 1995: 3 miljoen (momenteel 2500 / dag)
– CIGA: Cavity Insulation Guarantee Agency
Onderzoek - materialen Materiaal-soorten
• Schuimen - PUR: polyurethaan - UF: ureumformaldehyde
• Vezels - MW: rotswol, glaswol
• Korrels -
EPS: polystyreenparels EP: perliet EV: vermiculiet SLS: silicaatschuim
Onderzoek – materialen thermisch – in labo & theoretisch Thermische eigenschappen
λ -waarde (W/mK)
0.05 0.045
k.σλ 0.04 0.035 0.03 UF
PUR
EPS-w droog
EPS-s
vochtinvloed
RW
GW
EP
veroudering
=> Warmtegeleidingscoëfficiënt λ: •Gedeclareerde waarden 0.040 à 0.050 W/mK •Bevestigd door eigen metingen
Densiteit Vochtgehalte Veroudering …
Onderzoek – materialen thermisch – in labo & theoretisch Berekende U-waarde U-waarde (W/m²K)
1.80 1.50 1.20
zwaar
0.90
halfzwaar
0.60
licht
0.30 0.00 ongeïsoleerd na-geïsoleerd na-geïsoleerd 5 cm 6 cm
• Niet-geïsoleerd: 1.1 à 2.2 W/m²K • Geïsoleerd: 0.44 à 0.71 W/m²K • Vermindering warmteverliezen: factor 2 à 3
• Prestatie hangt af van: – Type metselwerk (licht-zwaar) – Effectieve breedte spouw – λ-waarde isolatiemateriaal
Onderzoek – materialen hygrisch Regenwerende functie spouwmuur
• Spouwmuur = tweetrapsdichting • Luchtspouw = capillaire snede tussen binnen- en buitenspouwblad
• In nagevulde spouwmuur moet isolatiespouw deze functie vervullen • Voorwaarden: – Onbeschadigd gevelmetselwerk (scheuren, voegwerk) – Verwaarloosbare wateropname isolatiemateriaal
Onderzoek – materialen hygrisch 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
Onderzoek – koudebruggen computersimulaties Koudebruggen: – – –
Simulaties Metingen Toetsen tov binnenklimaat
• Koudebrug blijft, maar: – Warmer binnenoppervlak – Kleiner risico op schimmel & condensatie bij gelijk binnenklimaat (ook afh. van dampdrukken binnen & buiten)
•
Traditionele details met spouwsluitingen
θsi
Luchtspouw
Nagevulde spouw
Onderzoek validatie noodzakelijk • Materiaal & uitvoering – (1) Worden de berekende U-waarden gehaald in de praktijk?
• Koudebruggen – (2) Verlaagt het risico op condens en schimmel bij koudebruggen, bij gelijk binnenklimaat, ook in de praktijk?
• Andere factoren, neveneffecten en bevindingen? – (3) Vaststellen van positieve en/of negatieve neveneffecten?
• Energieverbruik – (4) Reële besparingen?
Case-studies Prestaties in-situ ? Metingen & analyses van case-studies Selectie:
Oproep energiefora Contacten bedrijven
Case-studies: verschillen – – – – –
Bouwjaar : (1940)1956 - 1994 Jaar na-isolatie: 1967 – 2008(2009) Woning-typologie: (gesloten), half-open, open bebouwing Afmetingen, compactheid,… Samenstelling gebouwschil • Spouw-isolatie – Spouw-isolatie: spouwbreedte – Spouw-isolatie: materiaal (6)
» » » » » »
– – – – –
UF (5) PUR (4) EPS (5) Rotswol (4) Glaswol (3) Silicaatschuimkorrels (2)
Functies en bezetting: telkens woningen, maar soms ook kantoorruimte… esthetische en praktische aspecten oriëntatie bestaande technieken (HVAC) …
⇒ Niet rechtstreeks kwantitatief vergelijkbaar (individuele analyse!)
⇒ Complementair & leerrijk
Case-studies: meetgegevens Verzamelde gegevens per case • Gegevens: – Data: • Plannen • Energiefacturen & meterstanden • Bewonerservaringen & waarnemingen • … – Metingen • U-waardemeting • Gebouwluchtdichtheid & thermografie • Binnenklimaat & temperatuurfactor koudebruggen • …
• Analyses voor en na uitvoering na-isolatie – In helft van cases (11) (van in totaal : 23 cases = 34 meetperiodes)
Onderzoek validatie noodzakelijk
• Materiaal & uitvoering – (1) Worden de berekende U-waarden gehaald in de praktijk? • Koudebruggen – (2) Verlaagt het risico op condens en schimmel bij koudebruggen, bij gelijk binnenklimaat, ook in de praktijk?
• Andere factoren, neveneffecten en bevindingen? – (3) Vaststellen van positieve en/of negatieve neveneffecten?
• Energieverbruik – (4) Reële besparingen?
In-situ cases in-situ meting_U-waarde • Continue monitoring: θse
BUITEN
– Oppervlaktetemperaturen θsi en θse – Warmteflux qsi – Gedurende een week
• Bepaling U-waarde na uitmiddelen
n
∑ RM =
BINNEN
θsi
qsi
( θ sij − θ sej
)
j =1 n
∑
q sij
j =1
U M = ( h1i + RM + h1e ) −1
t
In-situ cases overzicht_U-waarde U-waarde
Niet-geïsoleerd 1.1 à >2.1 W/m²K
2,50
1,50
1,00
VOOR NA
0,50
0,00
materialen uitvoeringsdatum Case-studies [-]
Na-geïsoleerd 0.40 à 0.65 W/m²K
U [W/(m².K)]
2,00
In-situ cases overzicht_U-waarde U-waarde_relatief
(~warmte-verlies over de spouwmuren)
100% 90% 80%
U-waarde_relatief
70% 60%
overschot
besparing
50%
50%
50%
40%
VOOR NA
30%
30%
70%
20% 10% 0%
Case-studies [-]
In-situ cases overzicht_U-waarde Meetresultaten bevestigen berekende thermische prestaties na-geïsoleerde spouwmuren: •0.40 à 0.65 W/m²K (90% case-studies) •Reductie warmteverlies met factor 2 à 3
Verschillen tussen isolatiematerialen niet groter dan verschillen ten gevolge van andere bouwlagen (bijv. metselwerk) Geen significante verschillen tussen oude en recent gerealiseerde projecten
U [W/(m².K)]
1,00
U-waarde
0,50 NA
0,00 Case-studies [-]
Onderzoek validatie noodzakelijk • Materiaal & uitvoering – (1) Worden de berekende U-waarden gehaald in de praktijk?
• Koudebruggen – (2) Verlaagt het risico op condens en schimmel bij koudebruggen, bij gelijk binnenklimaat, ook in de praktijk? • Andere factoren, neveneffecten en bevindingen? – (3) Vaststellen van positieve en/of negatieve neveneffecten?
• Energieverbruik – (4) Reële besparingen?
In-situ case X1 : PUR koudebruggen Koudebruggen: – – –
Simulaties Metingen Toetsen tov binnenklimaat
Temperatuursfactor: f = (θsi – θae) / (θai – θae) hoe groter f , des te kleiner het risico op condens en schimmel
In-situ case X1 : PUR koudebruggen Koudebruggen: – – –
Simulaties Metingen Toetsen tov binnenklimaat
Temperatuursfactor: f = (θsi – θae) / (θai – θae) hoe groter f , des te kleiner het risico op condens en schimmel
In-situ (voorbeeld): voor: f = 0,71
In-situ case X1 : PUR koudebruggen Koudebruggen: – – –
Simulaties Metingen Toetsen tov binnenklimaat
Temperatuursfactor: f = (θsi – θae) / (θai – θae) hoe groter f , des te kleiner het risico op condens en schimmel
In-situ (voorbeeld): voor: f = 0,71 na: f = 0,74 ⇒verbetering ook gemeten in-situ Condens en schimmel othermisch: θsi! odampdrukken Thermisch: warmteverlies
Onderzoek validatie noodzakelijk • Materiaal & uitvoering – (1) Worden de berekende U-waarden gehaald in de praktijk?
• Koudebruggen – (2) Verlaagt het risico op condens en schimmel bij koudebruggen, bij gelijk binnenklimaat, ook in de praktijk?
• Andere factoren, neveneffecten en bevindingen? – (3) Vaststellen van positieve en/of negatieve neveneffecten?
• Energieverbruik – (4) Reële besparingen?
In-situ cases overzicht_luchtdichtheid overschot 100%
infiltratie_relatief
besparing
95%
5%
80%
20%
90%
infiltratie bij 50Pa_relatief
80% 70% 60% 50% 40%
VOOR NA
30% 20% 10% 0%
Case-studies [-]
In-situ cases overzicht_luchtdichtheid
Na-isolatie verhoogt de luchtdichtheid ( 5 à 20 % minder in-/ex-filtratie) •Stijging van de luchtdichtheid is klein => weinig invloed op energetisch vlak •Ongeacht het gebruikte isolatiemateriaal •Afhankelijk van beginsituatie (Wat waren de voornaamste luchtlekken?)
Ook bij andere isolatie-ingrepen!! (bijv. vervangen schrijnwerk, isoleren van daken en aanbrengen van onderdaken…) ⇒Stijgend belang van ventilatie bij stijgende luchtdichtheid!
In-situ cases luchtdichtheid & koudebruggen
na-vulling van spouwen: Goede vulling en dichting mogelijk van kieren, spleten en ter hoogte van moeilijke aansluitingen, om de continuïteit van de isolatielaag zo hoog mogelijk te houden. Belang van goede uitvoering! (o.a. boorpatroon, densiteit, …) (Voordelen ook toepasbaar bij nieuwbouw!)
Onderzoek validatie noodzakelijk • Materiaal & uitvoering – (1) Worden de berekende U-waarden gehaald in de praktijk?
• Koudebruggen – (2) Verlaagt het risico op condens en schimmel bij koudebruggen, bij gelijk binnenklimaat, ook in de praktijk?
• Andere factoren, neveneffecten en bevindingen? – (3) Vaststellen van positieve en/of negatieve neveneffecten?
• Energieverbruik – (4) Reële besparingen?
In-situ case X2 : UF • Vrijstaande woning °1994 – Beschermd volume 749 m³ – Bruto vloeroppervlakte 265 m² – Verliesoppervlakte 514 m²
• Oorspronkelijke isolatie: – Houten ramen - dubbel glas – Dakisolatie 12 cm
• Navulling spouwmuur 2008 – Ongevuld: U = 1.4 W/m²K – Nagevuld: U = 0.5 W/m²K
• Analyse energiegebruik: – Aardgasfacturen
oppervlakte-verdeling [m²] 600,00 500,00
poorten & deuren: 2,63% raam: 4,76% dak: 11,27%
400,00 plafond: 18,28% 300,00 200,00 100,00 0,00
gevel: 35,88% vloer: 27,18%
In-situ case X2 : UF meetresultaten luchtdichtheids-meting
Fluxmeting
gemeten v50-waarden
2,00
8
1,50
6
v50 [[m³/(h.m²)]
U [W/(m².K)]
gemeten U-waarden
- 66% 1,00
1,40 0,50
- 16%
4
5,93 2
4,97
0,47 0,00
0 voor
na (droog)
voor
na (droog)
In-situ case X2 : UF prestatie-indicatoren E-peil & K-peil EPB 150
EPB voor-na 100
- E = 31
- K = 24 50
E = 105 K = 78
E = 74 K = 54
0
E voor
K voor
E na
K na
In-situ case X2 : UF theoretisch vs. werkelijk verbruik energieverbruik verwarming & sanitair warm water (per jaar, per m² vloeroppervlakte) 200
EPB vs. werkelijk
EPB voor - na
150
werkelijk voor - na
29,96
besparing
29,96
100
sww verw
E/Svloer
[kWh/(m².j)]
- 50,12
11,00 136,44
- 14,20
11,00
50
86,32 71,70 57,50
0
In-situ case X2 : UF theoretisch vs. werkelijk verbruik energieverbruik & besparing verwarming & sanitair warm water (per jaar, per m² vloeroppervlakte en procentueel) 100%
verbruik & besparing, [E/Svloer [kWh/(m².j)] & [%]
90%
-30,12% EPB
80%
EPB vs. werkelijk
-17,17% werkelijk 14,20 kWh/(m².j) 68,50 kWh/(m².j)
50,12 kWh/(m².j) 70%
116,28 kWh/(m².j) 60% besparing
50%
verbruik NA (verw & sww)
40% 30% 20% 10% 0%
EPB
werkelijk
Case-studies Bevestigen de metingen in-situ de metingen in labo & de theoretische berekeningen?
JA:
NEE:
-U-waarde -Koudebruggen
<>
-Energiebesparing
? Voornaamste verklaringen: o.a. te zoeken in de klimaatmetingen & Gebruiksinvloeden (+ theoretische berekeningen, vereenvoudigingen en aannames)
In-situ case X2 : UF analyse binnenklimaat temperaturen_1.6-NA1nat 25
15 10 5 0
iL
iK
iC
iSo
iSk
iSk
Slpk – kind2
e
Slpk – kind1
-5
Slpk - ouders
circulatie
keuken
leefruimte
buiten / binnenruimtes
buiten
temperatuur θ [°C]
20
• Verschillen naargelang de lokalen ≠ EPB: 18°C • Spreiding
In-situ case X2 : UF analyse binnenklimaat Spreiding 1 binnenklimaat ifv dagcyclus
25
EPB=18°C
20
15
10
e
buiten
iL iK
leefruimte keuken
iC
circulatie
iSo
Slpk - ouders
iSk
Slpk – kind1
iSk
Slpk – kind2
5
-
0
uur [uu:mm]
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
-5 00:15
gemiddelde temperatuur θ [[°C]
(buitenklimaat & gebruik)
temperatuur: gemiddeld dagverloop_1.6-NA1nat
In-situ case X2 : UF analyse binnenklimaat Spreiding 2 binnenklimaat ifv buitenklimaat
daggemiddelde temperatuur_1.6-NA1nat 30
θgem,i = θgem,e EPB=18°C
leefruimte gem_iK keuken
binnentemperatuur: dag-gemiddelde θi [°C]
gem_iL 25
gem_iC circulatie gem_iSo Slpk - ouders gem_iSk Slpk – kind1
20
gem_iSk Slpk – kind2 -
15
10
5 -5
0
5
10
dag-gemiddelde buitentemperatuur θe [°C]
15
In-situ bewonersgedrag Aangepaste theoretische berekening => besparing •
•
Verwarmingsgedrag verklaart afwijking theoretisch-werkelijk verbruik in case-studies – Verschil absolute besparing > factor 3 – Kleinere relatieve besparing
140000
45%
120000
40%
Energiebesparing (%)
Energiebesparing (MJ)
•
Besparing t.o.v. ongeïsoleerde woning met dubbel glas Bij toepassing HR-glas + dakisolatie 18 cm + muurisolatie 6 cm
100000 80000 60000 40000 20000 0
35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%
rij alles verwarmd
hoek
vrij
leefruimtes verwarmd
rij alles verwarmd
hoek
vrij
leefruimtes verwarmd
In-situ cases theoretisch vs. werkelijk verbruik analyse E-verbruik: Absoluut •verbruik •besparing
werkelijk vaak werkelijk
<½x <<
theoretisch verbruik volgens EPB theoretische besparing volgens EPB
•EPB: binnentemperatuur constant = 18 °C <> werkelijk gemiddelde binnentemperatuur, zowel ruimtelijk als in de tijd! (gebruikspatronen) •Overige aannames, vereenvoudigingen enz. bij berekeningen
Relatief •Proportionele besparing werkelijk <> theorethisch + Na-isolatie van wanden ter hoogte van de meest verwarmde ruimtes +
-
(leefruimtes op gelijkvloers) Operatieve temperatuur vs. luchttemperatuur (stralingstemperatuur van de wanden verhoogt) => sommige gebruikers: “thermostaat lager nà het na-isoleren” “reboundeffect”, evenwicht tussen winsten energetisch-ecologisch-financieel vs.
comfort
-Bewust of onbewust -Ifv haalbaar binnencomfort vóór de ingreep -Bewoners gaan mogelijk minder opletten op hun verbruik
In-situ cases theoretisch vs. werkelijk verbruik < Parameters bij analyse E-verbruik: •Bouwfysische theorie •EPB: EPB: statisch <> werkelijkheid: dynamisch •Vereenvoudigingen, onbekenden…
•Gebouwparameters •Materiaal- en installatie-eigenschappen, afmetingen, aansluitingen, plannen vs. uitvoering… •Soms waarden bij ontstentenis (vnl. bij oudere woningen) (bijv. luchtdichtheid v50)
•Gebruiksparameters •Ruimtelijk (bijv. leefruimtes <> slaapkamers…) •Tijdsgebonden (gebruikscycli… vnl. dagcycli, uitzonderingen bijv. vakantie…) •Klimaatgebonden (adaptatie tov buitenklimaat) •Gebonden aan de gebouwprestaties (comfort/besparing)! (wijzigend voor<>na renovatie! (bijv. thermostaat lager: θlucht,i <> θoperatief,i)
•Klimaatparameters •EPB: statisch, vnl. maandgemiddelde waardes <> •Wijzigend buitenklimaat in werkelijkheid
In-situ cases praktijk-analyses Analyses & keuzes : kritisch, genuanceerd en meerzijdig (*) Vullen elkaar aan(*)
Metingen van prestaties: (*)
(bijv. thermografie & flux-meting) –
Klimaat-metingen
–
Koudebrug-metingen
–
Flux-metingen
–
Luchtdichtheid
–
Thermografisch onderzoek
–
Endoscopisch onderzoek
Toetsen van resultaten: (*)
–
Invloeden onderscheiden (*) (bijv. gebruiker vs. gebouw)
1. vooraf (*) Totaalaanpak
op maat
(bijv. isolatie & luchtdichtheid/ventilatie)
van de gebruiker & het gebouw
Verbruikgegevens
–
Bewonerservaringen
–
…
2. na (*) Controle & nazorg
leerschool
In-situ cases theoretisch vs. werkelijk verbruik Lager werkelijk energiebesparing •is niet eigen aan na-isolatie van spouwmuren •wil niet zeggen dat de gewenste isolatiewaarde niet gehaald zou zijn (zie o.a. flux-metingen en aangepaste theoretische berekeningen)
-- -
⇒Meer maatregelen nodig om de beoogde energetische, financiële en ecologische doelstellingen te halen
⇒Totaal-aanpak, op maat nodig (na individuele analyse: hiërarchie van de maatregelen is case-afhankelijk) ⇒Ook de mens inrekenen: balans met comfort-winsten ⇒Geen ongenuanceerde beloftes maken! ⇒Sensibilisering van de bewoner ⇒‘handleiding’ van de woning geven aan de bewoner
voorlopig einde
