Tenniscomplex. Bachelor Eindwerk CT Superefficiënte on-site zero energy building. Begeleiders ir. K.C. Terwel ir. E.R

Tenniscomplex Superefficiënte on-site zero energy building

Bachelor Eindwerk CT 3000

Begeleiders ir. K.C. Terwel ir. E.R. van den Ham Student Lennert van der Linden 1364960 december 2010

Inhoudsopgave 1 2 3 4

5

6

7

8

Voorwoord.....................................................................................................3 Samenvatting................................................................................................4 Inleiding........................................................................................................5 Duurzaamheid...............................................................................................7 4.1 Inleiding.................................................................................................7 4.2 Duurzame varianten.................................................................................8 4.2.1 Variant 1: Schubben..........................................................................8 4.2.2 Variant 2: Slimme wanden.................................................................8 4.2.3 Variant 3: Parasol.............................................................................9 4.2.4 Variant 4: Levend complex.................................................................9 4.2.5 Variant 5: De grond in.......................................................................9 4.3 Mogelijkheden duurzame energie..............................................................10 4.3.1 Vlakke plaat collector.......................................................................10 4.3.2 Vacuüm buis collector......................................................................10 4.3.3 Fotovoltaïsche zonnecellen (PV-panelen)............................................10 4.3.4 Windturbine...................................................................................11 4.3.5 Zontunnels.....................................................................................11 Totaalconcepten...........................................................................................12 5.1 Inleiding................................................................................................12 5.2 Lichte concept........................................................................................12 5.3 Zware concept.......................................................................................13 5.4 Indeling van de tennishal.........................................................................13 Energieberekening varianten..........................................................................14 6.1 Inleiding................................................................................................14 6.2 Energieverbruik concepten.......................................................................14 6.2.1 Traditionele tennishal.......................................................................14 6.2.2 Lichte concept................................................................................14 6.2.3 Zware concept................................................................................14 6.3 Afweging concepten................................................................................15 6.4 Opwekking duurzame energie..................................................................15 Effectiviteit duurzame varianten......................................................................16 7.1 Inleiding................................................................................................16 7.2 PCM......................................................................................................16 7.2.1 Inleiding........................................................................................16 7.2.2 Warmteopslag................................................................................16 7.2.3 Effectiviteit.....................................................................................17 7.3 Schubben..............................................................................................17 7.3.1 Inleiding........................................................................................17 7.3.2 Resultaten......................................................................................17 Winddruk.............................................................................................17 Thermische trek...................................................................................18 Hybride ventilatie..................................................................................18 7.3.3 Parasol..........................................................................................18 Constructieve uitwerking...............................................................................19 8.1 Inleiding................................................................................................19 8.2 Tennishal...............................................................................................19 8.2.1 Materiaalkeuze................................................................................19 8.2.2 Plaatsing kolommen........................................................................19 8.2.3 Constructie.....................................................................................20 1

8.3 Parasol..................................................................................................20 8.3.1 Materiaalkeuze................................................................................20 8.3.2 Constructie.....................................................................................21 9 Conclusie.....................................................................................................22 10 Literatuur..................................................................................................23 11 Bijlagen.....................................................................................................24

2

1 Voorwoord Voor u ligt het hoofdrapport van het Bachelor Eindwerk van Lennert van der Linden voor het vak CT3000-09 Bachelor Eindwerk (2010-2011 Q1). Het hoofdrapport geeft het werk beknopt weer dat is verricht in 14 weken in het kader van het Bachelor Eindwerk. Het rapport laat de stappen zien die leiden tot een bouwfysisch en een bouwtechnisch ontwerp van een tenniscomplex in Rotterdam. Een groot deel van de informatie is verwerkt in de bijlagen en is daar terug te vinden. Dank gaat uit naar de begeleiders ir. K. C. Terwel en ir. E. R. van den Ham voor hun adviezen en hun begeleiding voor het tot stand komen van het eindresultaat weergegeven in dit rapport. Hiernaast wil ik mijn dank betuigen aan de TU Delft en de begeleiders dat zij het mogelijk maakten om een uitzondering op de regel te maken. Het reguliere Bachelor Eindwerk wordt namelijk verricht in 7 weken tijd. Aangezien ik naast mijn studie ook topsport bedrijf was het niet mogelijk om het Bachelor Eindwerk in 7 weken tijd af te ronden.

3

2 Samenvatting In Nederland is er in de winter een gebrek aan internationale tennistoernooien. Hierdoor kunnen Nederlandse tennissers zich minder goed ontwikkelen. Als oplossing hiervoor is een energiezuinig tenniscomplex ontworpen die evenveel energie zal verbruiken als er ter plekke wordt geproduceerd. Dit tenniscomplex zal geschikt zijn voor de organisatie van internationale tennistoernooien en die tevens kan dienen als trainingsfaciliteit voor talentvolle jeugd. Gekozen is voor een ontwerp van het complex waarbij de energiebalans '0' zal zijn, zogenaamd een 'on-site zero energy building'. Dit houdt tevens in dat de energie ter plekke wordt duurzaam wordt opgewekt. Verschillende mogelijkheden die leiden tot het besparen van energie zullen toegepast kunnen worden in het ontwerp. Zo kan er gebruik worden gemaakt van natuurlijke ventilatie, faseovergangsmaterialen, een brise soleil in de vorm van een parasol, het groene dak principe of het complex verdiept aan te leggen. Om er voor te zorgen dat het tenniscomplex evenveel energie opwekt als het gebruikt, zullen er installaties moeten worden toegepast om energie duurzaam op te wekken. Deze installaties kunnen vlakke plaat collectoren, vacuüm buis collectoren, PV-panelen of windturbines zijn. Ook kan er gebruik worden gemaakt van zontunnels om het zonlicht van buiten een constructie naar binnen te leiden. Er zijn een tweetal totaalconcepten opgesteld aan de hand van de duurzame mogelijkheden, een 'Licht concept' en een 'Zwaar concept'. Het Lichte concept combineert de natuurlijke ventilatie, faseovergangsmaterialen en een parasol om energiezuinig te zijn. In het Zware concept zal er gebruik worden gemaakt van het groene dak principe en zal het complex verdiept worden aangelegd. Om een onderbouwde keuze te kunnen maken tussen de twee concepten is er gekeken naar de prestaties van het gebouw in de zin van de energiebehoeften. Ook is er een vergelijking gemaakt met een traditionele tennishal. Gebleken is dat het Lichte en het Zware concept respectievelijk 70 en 50% energie besparen ten opzichte van een traditionele tennishal. Ten opzichte van het Zware concept bespaart het lichte concept 35% op het energieverbruik. Daarom is het Lichte concept gekozen. Dit concept verbruikt 860 MJ op jaarbasis. Om dit duurzaam op te wekken zijn hiervoor 850 PV-panelen nodig, deze zullen binnen de levensduur zich hebben terugverdiend. Er is apart aandacht besteed aan de effectiviteit van de verschillende duurzame varianten toegepast in het gekozen concept. Door het toepassen van faseovergangsmaterialen creëert men veel thermische massa, en daarmee een stabiliserend effect van de temperatuur, in het lichte gebouw. Hierdoor zal er 21% op de totale energiebehoefte bespaard worden. In het geval van de natuurlijke ventilatie is er berekend dat in 75% van de tijd gebruik kan worden gemaakt van natuurlijke ventilatie en dat er dus 75% bespaard wordt op het gebruik van energie voor ventilatie. Door de toepassing van de parasol zal er worden bespaard op koeling. Er kan ook bespaard worden op kunstlicht door de toepassing van zontunnels. De besparing zal dan 50% zijn op het normale energieverbruik door verlichting. Voor de constructie van de tennishal is gekozen voor een portaalconstructie. De portaalconstructie bestaat uit een ligger, een kolom en een verbinding met een benodigde stijfheid. Tussen de portalen zullen gordingen lopen. De draagconstructie van de parasol zal bestaan uit een tuiconstructie. De belangrijkste elementen zijn hoofdliggers, nevenliggers, hoofdpijlers, nevenpijlers, trekankers en verschillende tuien.

4

3 Inleiding Op dit moment behoren de beste Nederlandse tennissers niet tot de absolute wereldtop. Slechts twee heren staan in de mondiale top honderd en bij de vrouwen ontbreekt Nederland hier zelfs. Voor de Nederlandse spelers nemen de internationale toernooien in eigen land een belangrijke plaats in. Deze evenementen stellen de tennissers in staat om op topniveau wedstrijdervaring op te doen en punten te verdienen voor de wereldranglijst. Voor toeschouwers zijn deze toernooien een uitstekende gelegenheid de Nederlandse toppers van morgen, maar ook de oudere en meer ervaren spelers van dichtbij in actie te zien. Om er voor te zorgen dat onze tennissers weer zouden kunnen meedraaien in de wereldtop zijn ook goede trainingsfaciliteiten nodig. Tijdens de US Open in september 2010 schaarden zes Spanjaarden zich bij de beste zestien spelers. Gevraagd naar het geheim van hun succes wijzen de Spanjaarden naar de Olympische Spelen van Barcelona in 1992. Om daar resultaten te boeken, werd in de jaren daarvoor driftig gezaaid. Daaruit is een goede systematiek van accommodaties en opleidingen voortgekomen, waarmee het langdurig oogsten is. Ook Novak Djokovic, nummer 2 van de wereld, verklaarde tijdens het boven genoemde toernooi dat hij nooit was gaan tennissen als er niet tegenover de winkel van zijn ouders een tennisaccommodatie was gebouwd. Het is dus duidelijk dat trainingsfaciliteiten en tennisaccommodaties onmisbaar zijn om toptennissers te kunnen voortbrengen. Naast het feit dat er uren getraind moet worden om beter te worden is het spelen van toernooien voor de tennisser onontbeerlijk om zich volledig te kunnen ontwikkelen. Toernooien zijn een belangrijk ijkpunt in de ontwikkeling van een tennisser. In de zomer zijn er volop toernooien in Nederland. Zowel nationale ranglijsttoernooien (Atoernooien) als internationale toernooien (Futures en Challengers) zijn aanwezig. In de winter echter zijn er naast het jaarlijkse evenement in de AHOY, het ABN Amro World Tennis Tournament, alleen nationale toernooien en ontbreken er verder internationale toernooien. Het toernooi in de AHOY is niet geschikt voor beginnende proftennissers omdat dit toernooi dankzij het hoge prijzengeld te sterk bezet is. Spelers die de nationale toernooien ontgroeid zijn, kunnen tussen september en juni geen toernooien in eigen land spelen. Beginnend proftennissers die nog niet toe zijn aan het toernooi in AHOY vallen hier dus in een gat. Rotterdam is een vooruitstrevende stad die in 2030 het Stadionpark wil gaan realiseren. Dit Stadionpark zal sport en spel, onderwijs en het bedrijfsleven samenbrengen. De 'nieuwe Kuip' zal de grote trekpleister worden van het gebied. Naast dit stadion is er nog een gedeelte grond dat nog geen directe bestemming heeft. Nu lijkt het een ideaal plan om een ontwerp te maken op deze locatie voor een trainingscomplex dat kan dienen voor de top van de getalenteerde tennisspelers en daarnaast de mogelijkheid biedt om internationale toernooien te organiseren. Het doel van dit rapport is het presenteren van een ontwerp van een tenniscomplex waarbij gestreefd wordt naar een 'on-site zero energy gebouw' en tevens het complex zo energiezuinig mogelijk wordt uitgevoerd. De opbouw van het rapport is als volgt. In hoofdstuk 4 Duurzaamheid wordt onderzoek gedaan naar varianten waardoor energie bespaard kan worden bij het gebruik van de tennishal en er wordt onderzoek gedaan naar het ter plekke opwekken van groene energie. In hoofdstuk 5 Totaal concepten zullen er twee concepten voor het tenniscomplex worden aangedragen. Hierin zullen de in hoofdstuk 4 aangedragen 5

varianten worden verwerkt. Hoofdstuk 6 zal ingaan op het energie verbruik van de twee gevormde concepten. Een vergelijking zal gemaakt worden met een traditionele tennishal. Tot slot zal er een keuze gemaakt worden tussen de twee concepten. Hoofdstuk 7 Effectiviteit duurzame varianten zal dieper ingegaan worden op de duurzame varianten die toegepast zijn in het gekozen concept waarbij wordt gekeken naar het resultaat van de toegepaste mogelijkheden op het energieverbruik. Hoofdstuk 8 Constructieve uitwerking zal de gekozen draagconstructies bespreken waarbij tot slot de benodigde elementen voor de draagconstructie worden weergegeven. Tot slot zullen in hoofdstuk 9 Conclusies, conclusies en aanbevelingen worden gegeven.

6

4 Duurzaamheid 4.1 Inleiding In het kader van wereldwijde energiebesparingen is er gekozen om een tennishal te ontwerpen die niet alleen energiezuinig zal zijn, maar daarnaast enkel en alleen duurzame energie zal gebruiken. Er zal te werk worden gegaan via het driestappenplan 'Trias energetica'. Er zal eerst worden gekeken naar de mogelijkheden om het energieverbruik terug te dringen. Vervolgens zal worden gekeken naar methodieken die zullen worden ingezet om duurzaam energie op te wekken. Tot slot bestaat de derde stap uit het zo efficiënt gebruik maken van fossiele bronnen. Dit zal voor dit onderzoek niet van toepassing zijn, omdat de gehele energievraag van het complex gedekt zal worden door duurzame bronnen. Het streven zal zijn naar een tennishal die evenveel energie verbruikt als er geproduceerd wordt. Dit betekent dat het complex zich een Zero Energy Building (ZEB) mag noemen. Het gemiddelde energie verbruik per jaar zal even groot zijn als de in een jaar geproduceerde energie. De energieproductie zal wel aangesloten zijn op het energienet, zodat geproduceerde energie wat op dat moment niet nodig is in de tennishal kan worden geleid naar het energienet. Later kan er energie worden afgenomen als er meer vraag is naar energie dan dat er geproduceerd kan worden. De benodigde energie zal duurzaam op het complex worden opgewekt. Hierdoor krijgt het complex de definitie 'on-site ZEB'. Over het jaar genomen zal de energiebalans dus 'nul' zijn. Om een energiebalans van nul te kunnen halen dient goed gekeken te worden naar de twee kanten van de balans: aan de ene kant moet worden berekend hoeveel energie er benodigd is voor de tennishal en aan de andere kant moet worden bestudeerd hoe er energie kan worden opgewekt. Er wordt in het onderzoek naar energiebesparing uitgegaan van de volgende benodigde energie voor de tennishal: – Energie voor verwarmen en koelen van de tennishal (de temperatuur in de hal moet tussen de 12 en 16ºC liggen) – Energie voor het ventileren van de tennishal – Energie voor het verlichten van de tennishal In dit hoofdstuk zullen er mogelijkheden worden aangedragen die inspelen op de bezuiniging op deze energiebehoeften. Voor het opwekken van de energie wordt bekeken op welke wijze duurzame energie kan worden opgewekt en op welke manieren er energie gespaard kan worden. Hieronder worden een vijftal varianten gepresenteerd, die het mogelijk maken energie te besparen en van belang zijn voor het ontwerp van het gebouw. Na de varianten zullen mogelijkheden om duurzame energie op te wekken aan bod komen. Deze verschillende mogelijkheden kunnen in principe voor elke variant worden gebruikt. Aan het eind van dit hoofdstuk zal er een overzicht worden gegeven voor energiebesparingen in de overige ruimten.

7

4.2 Duurzame varianten In dit hoofdstuk zal er een vijftal varianten worden aangedragen die inspelen op de energiebehoeften in de tennishal. Het gaat om de volgende varianten: – Variant 1: Schubben – Variant 2: Slimme wanden – Variant 3: Parasol – Variant 4: Levend complex – Variant 5: De grond in Onderstaand zullen de varianten kort worden beschreven. In Bijlage B Duurzaamheid is de complete uitleg weergegeven. Ook is in de bijlage een overzicht gegeven van het duurzaam omgaan met warmte en met water.

4.2.1 Variant 1: Schubben In de variant 'Schubben' maakt men gebruik van zogenaamde 'klap-muren'. Delen van de muur kunnen naar buiten worden geopend zoals men normaal gesproken gewend is van klap-ramen. Deze plekken bevinden zich zowel onder als boven in de muur van de hal. Door het toepassen van deze klap-muren kan frisse lucht het gebouw instromen en het gebouw verlaten. Dit zal gebeuren via thermische trek of winddruk. De energiebesparing zal gaan zitten in het feit dat dit gebouw zichzelf kan aanpassen aan de temperatuur en gebruik maakt van natuurlijke ventilatie waar geen energie voor nodig is. Natuurlijke ventilatie maakt gebruik van wind en thermische trek om de ventilatielucht van buiten naar binnen te brengen en vervolgens weer af te voeren1. Het voordeel van natuurlijke ventilatie is dat er geen energie voor nodig is en het door de gebruiker als aangenamer wordt beoordeeld dan de mechanische ventilatie.

4.2.2 Variant 2: Slimme wanden Er zijn materialen2 die warmte kunnen opslaan en later weer kunnen afgeven. Deze materialen heten faseovergangsmaterialen. Ook wel aangeduid als PCM: phase change material. PCM's hebben dezelfde werking als dikke betonnen muren die een stabiliserend effect hebben op de temperatuur in een ruimte. Dit effect wordt aangeduid als 'thermische massa' en is weergegeven in Afbeelding 1: Stabiliserend effect van thermische massa3. Door dit stabiliserend effect wordt het energiegebruik op koeling en verwarming naar beneden gebracht. De variant 'Slimme wanden' zal in de wanden en in het dak PCM gebruiken. Omdat de faseovergangsmaterialen geen energie gebruiken en de temperatuur in de hal in balans gehouden wordt, wordt er energie bespaard.

Afbeelding 1: Stabiliserend effect van thermische massa

1 Cauberg, J.J.M. (2007), Bouwfysica en bouwtechniek CT3221 2 Delft Integraal. http://www.delftintegraal.tudelft.nl/info/index7bbc.html?hoofdstuk=Artikel&ArtID=5104 Geraadpleegd 14 oktober 2010. 3 De Saules, T. (2005), Thermal Mass, A concrete solution for the changing climate. Camberley

8

4.2.3 Variant 3: Parasol De variant 'Parasol' is gebaseerd op een ontwerp van Santiago Calatrava, te zien op Afbeelding 2: Burke Brise Soleil, te Milwaukee. Een gebouw afkoelen kost energie. Door ervoor te zorgen dat het gebouw minder gekoeld hoeft te worden zal er energie bespaard kunnen worden. In deze variant is een aangepaste versie van de Burke Brise Soleil bedacht. Een waaier zal een elegante parasol vormen. Deze parasol zal zorgen voor schaduw op de hal. Hierdoor zal de externe warmtelast op de tennishal door de zon aanzienlijk worden verkleind. Dit heeft als Afbeelding 2: Burke Brise Soleil, te Milwaukee voordeel dat de hal minder hoeft te worden gekoeld en dit betekent dat er energie wordt bespaard. De parasol zal zorgen voor een bijzondere uitstraling ten opzichte van andere tenniscomplexen. Naast dat de parasol zal dienen om de zon af te schermen of voor een sierlijke uitstraling te zorgen zal de parasol nog een nuttige functie vervullen. PV-panelen zullen geplaatst worden op de parasol die de hal voor energie zullen gaan voorzien.

4.2.4 Variant 4: Levend complex Deze variant zal gebruik maken van het 'groene dak' principe. Het voordeel van groene daken ten opzichte van andere daken is dat ze in de zomer koeler zijn en in de winter warmer. Dit lijdt tot het gewenste resultaat: energiebesparing. Op Afbeelding 3: Toepassing groen dak, Singapore is een voorbeeld te zien van de toepassing van een groen dak. Deze variant neemt echter geen genoegen met alleen een groen dak. Ook de muren zullen worden voorzien van een soortgelijk idee. De muren van het gebouw zullen onder een hoek worden geplaatst waardoor het mogelijk is deze ook te bekleden met vegetatie. De muren zullen glooiend worden aangesloten op het dak en op het maaiveld, hierdoor ontstaat in feite een groot levend gebouw in het landschap.

Afbeelding 3: Toepassing groen dak, Singapore

4.2.5 Variant 5: De grond in De temperatuur in de tennishal zal zich tussen de 12 en 16ºC moeten bevinden. Om hier op in te spelen is daarom in deze variant, 'De grond in', onderzocht of er slim gebruikt kan worden gemaakt van de ondergrond. Onderzocht is hoe de temperaturen zich verhouden in de grond in de loop van het jaar. Men is gekomen tot de volgende conclusie. Als de vloer van de hal op 50 of 100 cm diepte wordt aangelegd dan kan men vijf maanden lang dus zeer voordelig profiteren van de warmte in de bodem om de temperatuur in de tennishal op peil te houden. Dit komt omdat de grondtemperatuur de gewenste (tussen 12 en 16ºC) temperatuur heeft. Hiernaast zijn er ook vijf maanden dat men minder hoeft te verwarmen dan anders noodzakelijk zou zijn. Dit betekent dat men tien maanden lang energie zal besparen. 9

Naast het voordeel dat er energie bespaard wordt door het voordelige gebruik van de grondmassa heeft dit nog een voordeel. In 4.2.2Variant 2: Slimme wanden is weergegeven dat veel massa om een ruimte heen een stabiliserend effect van de temperatuur heeft. Dit werd aangeduid met de benaming 'thermische massa'. Door de hal verdiept te leggen zal er meer massa om het gebouw heen worden verkregen waardoor de massa de temperatuur in de hal beter zal stabiliseren. Hierdoor wordt dus weer energie bespaard.

4.3 Mogelijkheden duurzame energie In dit gedeelte van de variantenstudie zullen verschillende soorten duurzame energie worden aangedragen waaruit kan worden gekozen om de energie, die het complex gebruikt, op te wekken. De in een jaar duurzaam opgewekte energie zal dezelfde hoeveelheid zijn als de hal zal gebruiken in een jaar. De energiebalans zal dus '0' zijn waardoor de hal zich een on-site zero energy building mag noemen.

4.3.1 Vlakke plaat collector De vlakke plaat collectoren4 zullen er voor zorgen dat het gebruik van energie voor de verwarming van water naar beneden zal worden gebracht. Water dat circuleert in panelen wordt door de zon verwarmd en kan gebruikt worden voor verwarming.

4.3.2 Vacuüm buis collector Het effect van de vacuüm buis collector5 is hetzelfde als van de vlakke plaat collector. Door zonlicht wordt een dubbelwandige vacuüm buis verwarmd. Daarna zal er gebruik worden gemaakt van de condensatie-energie van water om warmte op te vangen. Dit type zonnecollector is één van de meest efficiënte zonnecollectoren, maar ook één van de duurste zonnecollectoren. Zelfs in koudere klimaten zijn de thermische verliezen klein.

4.3.3 Fotovoltaïsche zonnecellen (PV-panelen) Door middel van PV-panelen6 wordt elektrische energie opgewekt zonder uitstoot van broeikasgassen. Het is een vorm van groene energie. Elke installatie in de tennishal die elektrische energie gebruikt kan door de PV-panelen worden voorzien van stroom. Zolang licht op de zonnecel valt wordt er energie opgewekt. Zonder licht kan de zonnecel geen energie leveren. De opgewekte energie kan direct gebruikt worden voor aangesloten apparaten, opgeslagen worden in batterijen of worden geleverd aan het net. Een overschot van energie kan het best terug worden geleid naar het lichtnet, omdat dit veel rendabeler is dan het gebruik maken van batterijen.

4 Greenworks. Solar Thermal Collector. http://www.greenworks-energy.co.uk/evacuated-tube-collectors.php Geraadpleegd 17 oktober 2010 5 Hetzonneboilerhuis. Collector. http://www.hetzonneboilerhuis.nl/Collector.html Geraadpleegd 17 oktober 2010 6 Senternovem. Senternovem - Duurzame energie. http://www.senternovem.nl/duurzameenergie/DE-technieken/Zonnestroom/Index.asp Geraadpleegd 19 oktober 2010

10

4.3.4 Windturbine Zoals bij de PV-panelen wordt er, dit keer door middel van windenergie, elektrische energie opgewekt zonder uitstoot van broeikasgassen. De wieken van de windturbine 7 zullen gaan draaien als de wind tegen de wieken blaast. De wieken zijn gekoppeld aan een as die meedraait. Een generator zet de energie van het draaien om in elektrische energie. Is er een overschot van energie dan kan deze net als bij de PV-panelen worden geleid naar het lichtnet.

4.3.5 Zontunnels Licht dat op de koepel van de zontunnel8 valt wordt naar binnengeleid, zie Afbeelding 4: Toepassing zontunnel. De tunnel is aan de binnenkant bekleed met spiegels met een reflectievermogen van 99,7%. Het licht wordt op deze manier door de tunnel geleid en zal aan het einde diffuus worden verspreid over de ruimte. Doordat er minder energie hoeft te worden gebruikt om ruimten te verlichten via lampen die op het lichtnet zijn aangesloten wordt er energie bespaard op verlichting.

Afbeelding 4: Toepassing zontunnel

7 Greenworks. Domestic Wind Turbine. http://www.greenworks-energy.co.uk/domestic-wind-turbine.php Geraadpleegd 18 oktober 2010 8 Solatube. Daglichtsystemen van Solatube. http://www.solatube.nl/nl-p/brighten-up.asp Geraadpleegd 19 oktober 2010

11

5 Totaalconcepten 5.1 Inleiding Na het onderzoek naar duurzame mogelijkheden te hebben gedaan kunnen twee varianten worden opgebouwd uit deze eerdere bevindingen. Gekozen is om een 'Licht concept' en een 'Zwaar concept' te ontwerpen. De woorden 'licht' en 'zwaar' slaan op het verschil in de bouw van de constructie van de tennishal. De tennishal van het 'Lichte concept' zal worden gemaakt van letterlijk lichte elementen en het 'Zware concept' vanzelfsprekend uit zware elementen. De verschillen van het gewicht van de elementen komen voort uit de keuzes van de duurzame mogelijkheden. De twee concepten zijn zo gekozen zodat er twee uitersten worden gecreëerd.

5.2 Lichte concept In het 'Lichte concept' zullen drie losse varianten uit de variantenstudie worden gecombineerd tot één concept. Het gebouw zal voorzien worden van het idee uit de variant 'Klapmuren'. Hiernaast zal faseovergangsmateriaal (PCM) toegepast worden en zal het idee uit de variant 'Parasol' worden toegepast. Doordat er PCM zal worden toegepast is er weinig thermische massa nodig in het gebouw waardoor de krachten kleiner zijn en de constructie van de tennishal lichter kan worden uitgevoerd. Daarom wordt dit concept ook wel het 'Lichte concept' genoemd. Afbeelding 5: Aanzicht van het 'Lichte concept' laat een aanzicht van de variant zien, Afbeelding 6: Schetsontwerp geeft het schetsontwerp van het Lichte concept weer. Op het dak van de parasol zullen PV-panelen worden geplaatst om de benodigde energie op te wekken. De parasol zal niet alleen een nuttige functie hebben, maar zal ook het uiterlijk van het gebouw bepalen. Door de parasol zal dit tenniscomplex zich onderscheiden van ieder ander tenniscomplex. Het complex zal door de parasol een modern en een opvallend uiterlijk krijgen. Voor een uitgebreidere toelichting van het Lichte concept wordt verwezen naar Bijlage B Duurzaamheid.

Afbeelding 6: Schetsontwerp

Afbeelding 5: Aanzicht van het 'Lichte concept'

12

5.3 Zware concept Het 'Zware concept' combineert de varianten 'Levend complex' en 'De grond in' uit de variantenstudie. De benaming van dit concept slaat op het feit dat er gebruik zal worden gemaakt van veel massa waardoor de krachten op de constructie toenemen en er zware elementen zullen toegepast moeten worden. De grote massa van de grond zal gebruikt worden, maar er zal ook veel massa zich op het groene dak bevinden. Afbeelding 7: Aanzicht van het 'Zware concept' laat een aanzicht zien van de variant, Afbeelding 8: Schetsontwerp geeft het schetsontwerp weer van het Zware concept. Te zien is dat niet alleen het dak bedekt zal zijn met vegetatie maar het gehele gebouw. Op het dak zullen PV-panelen worden geplaatst om de benodigde energie op te wekken. De vloer van de tennishal zal 1 meter onder maaiveld worden aangelegd.

Afbeelding 8: Schetsontwerp

Afbeelding 7: Aanzicht van het 'Zware concept'

Voor een uitgebreidere toelichting van het Zware concept wordt verwezen naar Bijlage B Duurzaamheid.

5.4 Indeling van de tennishal In Bijlage D Tekeningen zijn tekeningen van de indeling van de tennishal te zien. Deze indeling van de hal geldt zowel voor het 'Lichte' als het 'Zware concept'. De capaciteit voor het Centre court zal 1000 toeschouwers bedragen, voor baan 1, 2 en 3 is dat 120 toeschouwers. Voor mensen met een beperking is het mogelijk om elke baan te bereiken. Het is dus ook mogelijk om toernooien te organiseren voor tennissers in een rolstoel. Op Afbeelding 9: Indeling van de tennishal is een overzicht van de indeling van de tennishal te zien. Achter de baan hangen blauwe doeken om zo een looppad te creëren achter de baan waardoor de banen allemaal afzonderlijk te bereiken zijn. Zo zullen spelers niet gestoord worden als er mensen achter de baan lopen. Afbeelding 9: Indeling van de tennishal

13

6 Energieberekening varianten 6.1 Inleiding Nadat er twee concepten zijn opgesteld is het van belang om te kijken naar de prestaties om zo een keuze te kunnen maken tussen de twee concepten. Deze prestaties zullen worden uitgedrukt in het energiegebruik van de concepten. Er is voor gekozen om het programma EPU NPR 2917 te gebruiken om een energieberekening te maken. Met het programma zijn de twee ontworpen varianten bouwfysisch geprogrammeerd. Dit wil zeggen dat per variant de installaties voor koeling, verwarming, ventilatie en verlichting zijn geprogrammeerd. Om nu ook een vergelijking te kunnen maken met een tennishal zonder energiezuinige maatregelen is eveneens een traditionele tennishal geprogrammeerd. In bijlage E Invoerdata, is een overzicht te zien van de ingevoerde data in het programma en daarnaast zijn de resultaten per concept weergegeven.

6.2 Energieverbruik concepten 6.2.1 Traditionele tennishal Bij een traditionele hal is het totale energiegebruik rond de 3000 giga Joule. Ongeveer twee derde van het totale verbruik wordt ingenomen door de verwarming, namelijk bijna 2000 giga Joule. Bijna 600 giga Joule zal besteed worden aan ventilatie. Het energieverbruik door verlichting is iets meer dan 300 giga Joule.

6.2.2 Lichte concept Het Lichte concept heeft een totaal energieverbruik van nog geen 900 giga Joule. Dit is een afname van meer dan 70% ten opzichte van de traditionele tennishal. Deze grote afname van de energievraag komt voort uit de besparing op de verwarming en het inzetten van natuurlijke ventilatie. Het programma gaat uit van het inzetten van een warmtepomp. Door het inzetten van een warmtebuffer zal in de werkelijkheid waarschijnlijk nog meer energie bespaard kunnen worden dan hier wordt gesuggereerd.

6.2.3 Zware concept Het Zware concept heeft een totale energieverbruik van circa 1400 giga Joule. Dit betekent dat deze variant zo'n 35% meer energie verbruikt dan het Lichte concept, maar deze variant bespaart echter wel meer dan 50% energie ten opzichte van de traditionele tennishal. Het Zware concept gebruikt dan wel aanzienlijk meer energie dan het Lichte concept, maar ten opzichte van de traditionele tennishal bespaart het concept nog steeds enorm veel energie. In tegenstelling tot het Lichte concept gebruikt het Zware concept mechanische ventilatie. Daarom komt het totale energieverbruik een stuk hoger uit bij het Zware concept dan het Lichte concept.

14

6.3 Afweging concepten

Energieverbruik [GJ]

In Afbeelding 10: Energieverbruik van de Energieverbruik concepten [GJ] verschillende concepten zijn de energieverbruiken 3500 van de verschillende concepten weergegeven. Het 3000 Lichte en het Zware concept besparen 2500 respectievelijk 70 en 50% energie ten opzichte van Traditionele tennishal 2000 de traditionele tennishal. Dit is voor beide een forse Lichte va1500 terugdringing van het energiegebruik. Het Lichte riant Zware vaconcept komt echter aanzienlijk beter uit de bus 1000 riant dan de Zware variant door zo'n 500 giga Joule op 500 jaarbasis te besparen. Ten opzichte van het Zware 0 concept bespaart het lichte concept 35% op het Concept energieverbruik. Afbeelding 10: Energieverbruik van de Naast het feit dat het Lichte concept een groot deel verschillende concepten minder energie verbruikt dan het Zware concept heeft het Lichte concept een extra pluspunt. Het tenniscomplex in het Lichte concept zal zich namelijk meer onderscheiden in de omgeving. Dit komt door de toepassing van de parasol, een brise soleil, die zeer zelden wordt toegepast in zo'n grote uitvoering. Het Lichte concept speelt hiermee in op het programma van wensen. Hierdoor wordt het Lichte concept verkozen boven het Zware concept. Het kenmerk van het gebouw zal de parasol zijn die van verre al te zien zal zijn. De uitdaging zal zijn deze parasol zo opvallend te ontwerpen zodat het tenniscomplex niet alleen door de duurzame technieken in het gebouw ook van buiten uniek wordt. Het Lichte concept zal naast de nieuwe Kuip een zeer attractief gebouw worden in het Stadionpark.

6.4 Opwekking duurzame energie Er is gekozen om het Lichte concept te gaan ontwikkelen. Om het doel te halen van een on-site ZEB zal er ook energie opgewekt moeten worden op het terrein. Er is voor gekozen om dit te doen via PV-panelen die op de parasol zullen worden gemonteerd. De totale energiebehoefte van het Lichte concept zal per jaar 860 MJ bedragen, zie Bijlage E Resultaten en Invoerdata. Deze hoeveelheid energie kan opgewekt worden met 850 PV-panelen. Deze zullen voor de aanschaf 640.000 Euro bedragen, dit bedrag zal binnen 12 jaar worden terugverdiend. Aangezien de panelen een levensduur van 20 jaar hebben is het niet alleen gunstig voor het milieu, maar is het ook nog in economisch opzicht gunstig. Voor alle uitgangspunten en berekeningen wordt verwezen naar Bijlage B Duurzaamheid.

15

7 Effectiviteit duurzame varianten 7.1 Inleiding Er is gekozen voor het Lichte concept. Hierin zijn drie varianten uit de studie naar duurzame mogelijkheden verwerkt, namelijk: 'Slimme wanden', 'Schubben' en 'Parasol'. In dit hoofdstuk wordt aandacht besteed aan de effectiviteit van deze duurzame mogelijkheden. Uitgebreide uitleg is terug te vinden in Bijlage B Duurzaamheid. Ook is daar informatie te vinden over de andere twee varianten.

7.2 Slimme wanden 7.2.1 Inleiding Zoals eerder genoemd kunnen faseovergangsmaterialen warmte opslaan. In faseovergangsmaterialen wordt er gebruik gemaakt van de faseovergang van vast naar vloeibaar. Deze overgang gaat gepaard met een gering volumeverandering en er zijn verschillende materialen met verschillende smelttemperaturen. Er kan dus een keuze worden gemaakt aan de hand van een gewenste temperatuur in een ruimte. In de groep van de overgang 'vast – vloeibaar' is onderscheid te maken tussen twee verschillende soorten materialen: – Organische PCM (Paraffine) – Anorganische PCM (Zouthydraten) Bijlage B Duurzaamheid verschaft meer informatie over de berekeningen en getallen die in onderstaand stuk zullen worden genoemd.

7.2.2 Warmteopslag

Warmtecapaciteit [MJ/m³]

In Afbeelding 11: Vergelijking warmtecapaciteit materialen, is de warmteopslag weergegeven van de PCM's: zouthydraten en parafines en is ter vergelijking ook beton weergegeven. De waardes in de grafiek zijn als volgt bepaald: Warmtecapaciteit C Om nu de warmteopslag van een anorganisch Vergelijking van verschillende materialen PCM met beton te vergelijken gaan we uit van 350 een soortelijke warmtecapaciteit van 300 MJ/ 300 m3 van een zouthydraat en 8,16 MJ/m3 van 250 beton9 in het temperatuurtraject 12 tot 16ºC. 200 Aangezien er gekozen is voor het 'Lichte 150 concept' zal er weinig thermische massa 100 aanwezig zijn door de constructie zelf. Het 50 PCM zal de functie van thermische massa 0 innemen zodat er in feite sprake is van een Zouthydraten Parafine Beton zwaar gebouw (veel thermische massa) in een Materiaal licht gebouw. 9

Afbeelding 11: Vergelijking materialen Cement&Beton Centrum (2008). Beton bespaart energie.http://www.cementenbeton.nl/

warmtecapaciteit

16

7.2.3 Effectiviteit Door een even grote thermische massa te creëren, als dat van een traditioneel gemengd zwaar gebouw10, zal er ten opzichte van een licht gebouw 21% bespaard worden op de EPC berekening. Dit is dus een aanzienlijke besparing op het totale energieverbruik die gehaald wordt door het toepassen van gipsplaten waarin 8,2 mm dik PCM is verwerkt. Deze gipsplaten zullen aan de wanden van de hal worden geplaatst.

7.3 Schubben 7.3.1 Inleiding Het doel van ventileren is een gezond binnenklimaat creëren. Dit doel kan bereikt worden door natuurlijke of mechanische ventilatie. Aangezien natuurlijke ventilatie ten opzichte van mechanische ventilatie geen elektrische energie verbruikt is het aantrekkelijk om natuurlijke ventilatie toe te passen. Bovendien wordt natuurlijke ventilatie door mensen prettiger ervaren. Daarom is de variant Schubben gekozen. Er kan echter niet altijd worden volstaan met natuurlijke ventilatie als er te weinig drijvende kracht voor natuurlijke ventilatie geleverd wordt door de natuur, daarom zal er ook een mechanische installatie moeten worden geplaatst. Er wordt hier echter toegespitst op de kansen van natuurlijke ventilatie. Natuurlijke ventilatie kan door twee natuurlijke verschijnselen ontstaan, namelijk via: – winddruk – thermische trek In Bijlage B Duurzaamheid zijn de berekeningen terug te vinden die zijn gedaan aan de twee verschijnselen van natuurlijke ventilatie, namelijk winddruk en thermische trek. Ook is er uitleg gegeven bij de twee mogelijkheden van natuurlijke ventilatie. Onderstaand zullen de resultaten gepresenteerd worden.

7.3.2 Resultaten Winddruk De referentiesnelheid moet van die grootte zijn dat er voldoende drijvende kracht is om het minimale ventilatiedebiet te halen. Berekend met Calc is dat het 1,49 m/s moet zijn. Uit de berekeningen is gebleken dat in 55% van de gevallen de natuurlijke ventilatie door winddruk ingezet kan worden. Daarbij moet de hal geplaatst worden zoals op Afbeelding 12: Plaatsing van de tennishal te zien is. De pijl in de afbeelding is gericht op het noorden. Afbeelding 12: Plaatsing van de tennishal

10 Senternovem. senternovem - PN en Nieuwbouw http://www.senternovem.nl/epn/vragen/woningbouw/woningbouw_thermische_capaciteit.asp Geraadpleegd 12 december 2010

17

Thermische trek Voor de thermische trek geldt dat er voldoende temperatuurverschil tussen binnen en buiten moet zijn om het minimale ventilatiedebiet te halen. Dit is het geval als er een temperatuurverschil van 3,39ºC is. Berekend is dat in 58% van de tijd de hal natuurlijk geventileerd kan worden door middel van thermische trek.

Hybride ventilatie Als er voldoende drijvende kracht is door winddruk of door thermische trek hoeft de mechanische ventilatie niet gebruikt te worden. Op dat moment wordt er zeer energiezuinig geventileerd. Wanneer de drijvende kracht te laag is zal de mechanische ventilatie moeten worden ingeschakeld. Zo ontstaat er een hybride ventilatiesysteem met minimale mechanische hulp. In 55% van de tijd kan de natuurlijke ventilatie verzorgd worden door winddruk en in 58% van de gevallen kan de natuurlijke ventilatie door middel van thermische trek verzorgd worden. Het is echter niet zo dat de twee percentages bij elkaar opgeteld kunnen worden omdat er ook tijden zijn dat de hal door zowel winddruk als door thermische trek kan worden geventileerd. Geschat wordt dat de hal 75% van de tijd natuurlijk geventileerd kan worden en 25% van de tijd geventileerd moet worden door mechanische ventilatie. In de tijd dat de hal mechanisch geventileerd wordt kan de natuurlijke ventilatie wel voor bijvoorbeeld 50% helpen. Zo kan alsnog de helft van de energie bespaard worden. Alleen als het windstil is en de binnentemperatuur is gelijk aan de buitentemperatuur zal 100% mechanische ventilatie moeten worden gebruikt.

7.4 Parasol Door de toepassing van de parasol zal er bespaard worden op koeling. Dit is voor de hand liggend, omdat de directe zonnestraling op het gebouw veel minder groot zal zijn. Daarnaast wordt vooral bespaard op het energieverbruik voor verlichting. Door de parasol te combineren met zontunnels, zie Afbeelding 15: Zontunnel tussen dak en parasol, Afbeelding 13: Uitmonding zontunnel in tennishal, Afbeelding 14: Koepel van de zontunnel, wordt ervoor gezorgd dat het licht het complex binnen kan komen maar de warmte buiten blijft. Aangezien de gemiddelde lichtopbrengst veel hoger is dan de benodigde lichtopbrengst op een normale trainingsdag, ook op internationale toernooidagen ligt de gemiddelde opbrengst hoger dan vereist, wordt er van uitgegaan dat in de helft van de tijd dat de hal in gebruik is er geen kunstlicht hoeft te worden toegepast. Er zal dus 50% worden bespaard op de energie voor verlichting waarbij er gerekend wordt met een tennishal waarin geen ramen zijn aangebracht.

Afbeelding 14: Koepel van de zontunnel

Afbeelding Afbeelding 15: Zontunnel tussen tennishal dak en parasol

13:

Uitmonding

zontunnel

in

18

8 Constructieve uitwerking 8.1 Inleiding Dit hoofdstuk zal de resultaten weergeven van het constructieve ontwerp van de tennishal en van de parasol. Er is voor gekozen om de twee constructies geheel los van elkaar te houden zodat er twee aparte constructies ontstaan. In hoofdstuk 7 Effectiviteit duurzame varianten is de nadruk gelegd op de duurzame varianten in het gekozen concept. In dit hoofdstuk zal voor beide constructies een constructief ontwerp worden gepresenteerd zodat er nu een totaalplaatje ontstaat voor het tenniscomplex. De punten die belangrijk zijn zullen in dit hoofdstuk aan de orde komen. Zo zullen de benodigde elementen voor de draagconstructies worden gepresenteerd. Al deze elementen zijn getoetst en deze toetsingen zijn terug te vinden in Bijlage C Constructies. Tevens zijn hierin alle toelichtingen terug te vinden.

8.2 Tennishal 8.2.1 Materiaalkeuze Er is voor een concept gekozen dat een licht uiterlijk moet hebben. Het materiaal beton zorgt juist voor een log en zwaar karakter. Dit materiaal valt daarom direct af. De materialen staal en hout zijn beide geschikt om te gebruiken voor de draagconstructie van de hal. Van buitenaf zal niet direct te zien zijn of in de hal staal of hout gebruikt is. Dit komt omdat er materiaal zal worden gebruikt om de constructie af te schermen zodat deze niet bloot staat aan de weersinvloeden. Aangezien het sportcomplex zo ontworpen is dat het energiezuinig en daarmee dus duurzaam is, wordt er gekozen om in de hal hout te gebruiken. De energie die de tennishal gebruikt zal energie zijn die is opgewekt met onuitputtelijke bronnen. Het materiaal hout is in principe ook een onuitputtelijke materiaal en past daarom goed in deze trend.

8.2.2 Plaatsing kolommen Er is voor gekozen om geen interne kolommen toe te passen. Hierdoor wordt de grootst mogelijke flexibiliteit in het gebruik van de hal gecreëerd waardoor de hal ook gebruikt kan worden voor andere evenementen. Doordat er geen interne kolommen worden toegepast zijn de overspanningen die moeten worden gehaald wel groot. Op Afbeelding 16: Mogelijkheid 1: zonder interne kolommen is de plaatsingen van de kolommen weergegeven.

Afbeelding 16: Mogelijkheid 1: zonder interne kolommen

19

8.2.3 Constructie De draagconstructie van de tennishal zal bestaan uit repeterende portaalconstructies met een hart op hart afstand van 7 m waartussen de gordingen lopen. Het dak zal worden afgewerkt met isolatie en dakplaten. Afbeelding 17: Portaalconstructie met haar afmetingen, geeft een overzicht van het portaalconstructie:

Afbeelding 17: Portaalconstructie met haar afmetingen

De constructie zal bestaan uit: – Portaalconstructie – Ligger met de afmeting: – Kolom met de afmeting: – Verbinding met een stijfheid van: – Gordingen met de afmeting:

2000x250 mm 450x135 mm 1,05*105 kNm/rad 450x85 mm

Op Afbeelding 18: Aanzicht portaalconstructie is een aanzicht van de draagconstructie van de tennishal weergegeven.

Afbeelding 18: Aanzicht portaalconstructie

8.3 Parasol 8.3.1 Materiaalkeuze Zoals besproken is in de materiaalkeuze voor de tennishal is er gekozen voor een concept dat een licht uiterlijk moet hebben. Voor de tennishal was het materiaal geen goede optie en dat geldt ook voor de parasol. De materialen staal en hout zijn beide geschikt om te gebruiken voor de draagconstructie van de parasol. Er kan echter met staal vrijer geconstrueerd worden doordat ingewikkelde constructies beter zijn te realiseren. De beslissing waarom er staal toegepast gaat worden in plaats van hout zoals in de tennishal is gebaseerd op twee redenen. Het materiaal staal heeft, volgens de ontwerper, een meer moderne uitstraling dan hout. In het Progamma van Eisen is aangegeven dat een tenniscomplex is gewenst met een moderne uitstraling. Daarom 20

wordt hier de voorkeur gegeven aan staal. Hiernaast zal er een uitdagende en ingewikkelde constructie worden gebruikt voor de parasol waardoor het materiaal staal beter dan het materiaal hout tot zijn recht zal komen. De constructie van de parasol zal dus geheel in staal worden uitgevoerd.

8.3.2 Constructie De draagconstructie van de parasol zal uit repeterende tuiconstructies bestaan. Tussen deze constructies zullen nevenliggers lopen. De tuiconstructies zijn op Afbeelding 19: Tuiconstructie met haar afmetingen schematisch weergegeven.

Afbeelding 19: Tuiconstructie met haar afmetingen

Hieronder zijn de belangrijkste elementen weergegeven van de constructie van de parasol: – Hoofdligger: HE900A – Nevenligger: IPE750x137 – Hoofdpijler: HE1000M – Nevenpijler: IPE750x137 – Trekanker: IPE750x137 – Tuien (diameter) – Tui 1: 200 mm – Tui 2: 100 mm – Tui 3: 50 mm – Tui 4: 200 mm Op Afbeelding 20: Aanzicht constructie van de parasol is een aanzicht van de draagconstructie van de parasol weergegeven.

Afbeelding 20: Aanzicht constructie van de parasol

21

9 Conclusie, aanbeveling en reflectie 9.1 Conclusie In dit rapport zijn twee verschillende totaalconcepten opgesteld voor het ontwerp van een tenniscomplex waarbij het doel is dat er zo min mogelijk energie gebruikt wordt en daarnaast er evenveel energie duurzaam geproduceerd wordt als dat er wordt verbruikt, een zogenaamde on-site zero energy building. Om dit te bewerkstelligen zijn er verschillende varianten uitgewerkt die toegepast zijn in de twee totaalconcepten. In het eerste concept, het Lichte concept, is er in het complex natuurlijke ventilatie, faseovergangsmateriaal en een brise soleil toegepast. In het tweede concept, Zware concept, is er een groen dak toegepast en wordt het complex verdiept aangelegd. Naar aanleiding van de berekeningen kan er geconcludeerd worden dat het Lichte concept 35% minder energie verbruikt dan het Zware concept. Ten opzichte van een traditionele tennishal besparen ze respectievelijk 70 en 50% energie. Het is dus duidelijk dat beide concepten zeer energiezuinig zijn en efficiënt omgaan met de energie die uit de natuur gehaald kan worden. Het Lichte concept echter bespaart de meeste energie en daarom lijkt afgaand op de energieprestaties het verstandig om tenniscomplexen met de genoemde duurzame varianten te gaan bouwen. Dit onderzoek vraagt wel om verdere uitwerking, dit omdat nu enkel in theorie is berekend hoe het zit met de energiebesparingen. In de praktijk zal het altijd anders uitpakken en hier zal daarom dieper onderzoek naar moeten worden gedaan. Het zou interessant kunnen zijn om in een vervolgonderzoek de twee totaalconcepten gedeeltelijk te combineren. Zo kan het Lichte concept ook verdiept worden aangelegd.

9.2 Aanbeveling In theoretisch opzicht lijkt het zeer voordelig om een tenniscomplex, als in dit rapport beschreven, in werkelijkheid te construeren. Er wordt daarom een positieve aanbeveling richting de Nederlandse tennisbond uitgebracht om verder onderzoek te doen naar de haalbaarheid van een dergelijk tenniscomplex. Er is in dit onderzoek namelijk geen financieel plaatje bijgevoegd.

9.3 Reflectie Na het werken in een groep aan de ontwerpprojecten in het eerste, tweede en derde jaar van de studie is dit het eerste echte project waar je jezelf instort. Mij is gebleken dat het zeer van belang is om je project goed af te bakenen als er maar een beperkte tijdsperiode staat voor je onderzoek. Het is verstandig om van te voren goed te kijken naar wat relevant en wat haalbaar is. Het is namelijk zeer makkelijk door je enthousiasme in het begin van een project jezelf onhaalbare doelen te stellen in een beperkte tijdsperiode. 22

Het ontwerpproces wat ik heb toegepast in dit eindwerk was voor mij nieuw. Vanuit de randvoorwaarden ben ik gaan kijken naar ontwerpmogelijkheden en later pas naar de draagconstructie van het geheel. Bij aanvang van het project had ik verwacht dat dit andersom zou gaan. Ook was het voor mij nieuw om kennis uit diverse vakken toe te passen en jezelf echt te testen bij het gebruiken van deze stof. Waar ik ook zeer van geleerd heb is het objectief bekijken van constructies en de bijbehorende krachtenverdelingen. Door het goed analyseren en het objectief bekijken van een ontworpen constructie kun je én beter inzicht krijgen in de krachtenverdeling én beter inschatten hoe je je constructie kan verbeteren. Ik heb met zeer veel plezier aan dit Bachelor eindwerk gewerkt. Het is jammer dat slechts de tennishal is ontworpen. In het kader van deze opdracht is er geen ruimte om ook te kijken naar de nevenruimten van het complex. In mijn leven kom ik bijna dagelijks in een tennishal. Als je in zo'n hal loopt besef je eigenlijk niet hoe ontzettend veel er bij het ontwerpproces komt kijken. Mijn kijk op tennishallen is na dit project dan ook voorgoed veranderd en zal het vanaf nu altijd anders zijn om een tennishal binnen te lopen. Ik hoop in de toekomst de mogelijkheid te krijgen om werkelijk een dergelijk tenniscomplex te ontwerpen. Het mooist zou zijn om hierbij mijn resultaten die in dit eindwerk zijn onderzocht toe te kunnen passen.

23

10 Bronnen Literatuur – – – – – – – – – –

De Saules, T., 2005, Thermal Mass, A concrete solution for the changing climate. Camberley Elling, R., Rapportagetechniek, 2005, 3e druk, Wolters Noordhoff Van der Linden, A.C., Bouwfysica, 2006, 6e druk, Thieme Meulenhoff Afdeling Accommodaties KNLTB en ISA Sport, Normen en Richtlijnen voor tennishallen, 2006, Offsetdrukkerij de la Montagne Afdeling Accommodaties KNLTB en ISA Sport, Normen en richtlijnen voor clubhuizen, 2004, Offsetdrukkerij de la Montagne KNLTB, 2005, Eisenpakket baanoppervlak KNLTB, Verlichting tennisbanen KNLTB, Veiligheidsvoorschriften tennisbanen KNLTB, Kwaliteitsnormen en keuringsprocedure tennis ITF, 2010, Rules of tennis 2010, London

Dictaten – – – – – – – – –

Cauberg, J.J.M., 2007, Bouwfysica en bouwtechniek CT3221 Terwel, K.C., e.a., 2009, Ontwerpen van gebouwen, CT2072 Van de Kuilen, J.W.G. en Raadschelders, J., 2005, Houtconstructies, CT2051B Van de Kuilen, J.W.G., De Vries, P.A., 2009, Constructieleer 3B deelIII Houtconstructies CT3051B Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samsor, R., 2008, Constructieleer 2B Deel Staalconstructies CT2051B Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R., 2008, Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Wagemans, L.A.G., 2008, Info Map Constructieleer Raven, W.J., 2008, Vuistregels voor het bepalen van afmetingen van vloeren, balken en kolommen Van den Ham, E., Van Timmeren, A., Turrin, M., 2009, The “VELA”-roof.

Internet – – – – – – –

Delft Integraal. http://www.delftintegraal.tudelft.nl/info/index7bbc.htmlhoofdstuk=Artikel&ArtI D=5104, Geraadpleegd 14 oktober 2010 Greenworks. Solar Thermal Collector. http://www.greenworksenergy.co.uk/evacuated-tube-collectors.php, Geraadpleegd 17 oktober 2010 Senternovem. Senternovem - Duurzame energie. http://www.senternovem.nl/duurzameenergie/DEtechnieken/Zonnestroom/Inde x.asp, Geraadpleegd 19 oktober 2010 Greenworks. Domestic Wind Turbine. http://www.greenworksenergy.co.uk/domestic-wind-turbine.php, Geraadpleegd 18 oktober 2010 24

– – – – – – – –

– – – – –

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Solatube. Daglichtsystemen van Solatube. http://www.solatube.nl/nlp/brighten-up.asp, Geraadpleegd 19 oktober 2010 Hetzonneboilerhuis. Collector. http://www.hetzonneboilerhuis.nl/Collector.html Geraadpleegd 17 oktober 2010 Cement&Beton Centrum (2008). Beton bespaart energie. http://www.cementenbeton.nl/, Geraadpleegd 12 november 2010 Senternovem. senternovem - PN en Nieuwbouw http://www.senternovem.nl/epn/vragen/woningbouw/woningbouw_thermische_ capaciteit.asp , Geraadpleegd 12 december 2010 De Vree, J., Warmtewisselaars, http://www.joostdevree.nl/shtmls/warmtewisselaar.shtml, Geraadpleegd 30 oktober 2010 Milwaukee Art Museum (2010). Milwaukee Art Museum | Visit. http://www.mam.org/visit/details/detail_burke.php, Geraadpleegd op 30 september 2010 Groene daken (2003). http://www.ipdubo.nl/handleiding/groendak/index.html Geraadpleegd 5 oktober 2010 Het weer & het klimaat in Nederland (2009). http://home.planet.nl/~gerrien/het_weer__klimaat_in_nederland.htm Geraadpleegd 11 oktober 2010. Bootsveld, N.R., Afink, J,. (2003). Beoordeling technologie dauwpuntskoeling. http://www.tno.nl/ downloads/Beoordeling%20technologie %20dauwpuntskoeling.pdf, Geraadpleegd 1 november 2010. Colt Adiabatische koeling – Natuurlijk koelsysteem. http://www.coltinfo.nl/producten-en-systemen/klimaattechniekindustrie/adiabatische-koeling/, Geraadpleegd 2 november 2010. Groendak. Warmte en geluidsisolatie | Groendak. http://www.groendak.info/groendak-voordelen/warmte-en-geluidsisolatie/, Geraadpleegd 29 oktober 2010. JoMeCo (2009). Kwaliteit is onze basis | Screens. http://www.jomecozonwering.nl/screens.php, Geraadpleegd 14 december 2010. Verwer, J.J. (2002). Verslag Gemsave. http://www.nulwoning.nl/attachments/Documenten/verslag%20Gemsave %20september%202002.pdf, Geraadpleegd 20 oktober 2010. Cement&Beton Centrum (2008). Beton bespaart energie. http://www.cementenbeton.nl/, Geraadpleegd 29 oktober 2010 Senternovem. Thermische capaciteit. http://www.senternovem.nl/epn/vragen/woningbouw/woningbouw_thermische_ capaciteit.asp, Geraadpleegd 15 december 2010 Greenworks. Solar Panels| Heat pumps | Underfloor heating | Solar heating panels. http://www.greenworks-energy.co.uk, Geraadpleegd 22 oktober 2010. Greenworks. Rainwater harvesting systems | Grey water recycling | Water conservation system surplier. http://www.greenworks-energy.co.uk, Geraadpleegd 22 oktober 2010. Sanyo (2010). Zonnepanelen Sanyo. http://www.ineltra-solar.be/ onsaanbod/zonnepanelen/zonnepanelensanyo /index.html, Geraadpleegd 15 november 2010 Solarshop-Europa (2009). Solar module Sanyo HIT-240HDE4. http://www.solarshop-europe.net/product_info.php?products_id=809, 25

– –

Geraadpleegd 17 november 2010 Solarnet (2008). Rendement :: Zonnepanelen | Solarnet – Specialist in zonnepanelen http://www.solar-net.nl/zonnepanelen/Rendement-sp-5.html, Geraadpleegd 15 november 2010

26

11 Bijlagen

– – – – –

Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage

A PvW & PvE B Duurzaamheid C Constructies D Tekeningen E Resultaten en Invoerdata

27

Bijlage

A

PvW en PvE

1

Inhoudsopgave 1 Programma van Wensen / Uitgangspunten........................................................3 1.1 Algemene wensen...................................................................................3 1.2 Overige wensen......................................................................................3 2 Programma van Eisen (opdrachtgever).............................................................4 3 Programma van Eisen (KNLTB)........................................................................7 4 Constructieve eisen en gegevens....................................................................13 4.1 Belastingfactoren..................................................................................13 4.2 Veranderlijke belasting...........................................................................13 4.3 Permanente belasting............................................................................14 4.4 Doorbuiging..........................................................................................14 4.5 Belastingscombinaties............................................................................14 5 Punten ter attentie.......................................................................................15

2

1 1.1

Programma van Wensen / Uitgangspunten Algemene wensen

Bouw van een tennishal en voorzieningen bestemd voor: - organisatie Future en Challenger toernooien - trainingscomplex Het complex moet voorzien zijn van: - 4 tennisbanen - een centrale entree - capaciteit van 500-1000 toeschouwers bij het centre court op vaste tribunes - 2 grote kleed- en wasruimten (dames en heren) - fitnessmogelijkheden - EHBO/fysiotherapeut/masseur - ruimte voor toernooidirecteur en organisatie - kantoor van de tennisschool - algemene toiletruimte - kantine - keuken - magazijn - werkkast - installaties (C.V. ketel etc.) - ruimte voor materiaal en materieel voor het onderhoud van de banen - ruimte voor materiaalopslag - tennisshop

1.2

Overige wensen

Functionele wensen Het complex moet toegankelijk zijn voor mindervaliden.

Uitstraling naar omgeving Het gebouw moet een modern en opvallend karakter krijgen. Het gebouw zal 's avonds verlicht zijn en opvallen in haar omgeving.

Duurzaam bouwen De hal moet een 'on-site zero energy' gebouw zijn en hiernaast een zo laag mogelijk energie verbruik hebben.

Sociale veiligheid De sociale veiligheid moet gewaarborgd zijn door het vermijden van onveilige situaties.

3

2

Programma van Eisen (opdrachtgever)

Tennishal Het type van de tennishal moet een A-hal zijn.

Banen Er moeten 4 banen worden aangelegd.

Centrale entree Er dient een centrale entree te komen die duidelijk zichtbaar is.

Toeschouwers Het Centre court moet een toeschouwerscapaciteit hebben van 500-1000 toeschouwers. Bij de andere banen moeten 100 toeschouwers de mogelijkheid hebben om te kijken.

Kleed- en wasruimten Kleedruimten - Oppervlakte per kleedruimte (dames en heren):

30 m²

Wasruimten - Oppervlakte wasruimte per kleedruimte: Aantal douches per kleedruimte: - Aantal WC's per wasruimte: - Aantal wastafels: - Minimale hoogte:

12 m² 4 2 2 2,6 m

Fitnessruimte Oppervlakte voor de fitnessruimte: 150 m² Tijdens toernooien is deze ruimte enkel bestemd voor de spelers.

EHBO-ruimte Oppervlakte voor de EHBO-ruimte: 20 m² De EHBO-ruimte moet gecombineerd worden met een ruimte voor de fysiotherapeut en de masseur.

Toernooidirecteur/organisatie Oppervlakte voor de ruimte voor de toernooidirecteur/organisatie:

20 m²

4

Kantoor tennisschool Oppervlakte voor kantoor van de tennisschool:

12 m²

Centrale toiletgroep Er dient een toiletgroep te worden geplaatst in de centrale hal of kantine die bestaat uit: - Dames: een privaat met voorportaal voor een fontein en 5 damestoiletten - Heren: een privaat met voorportaal voor een fontein 3 herentoiletten en 2 urinoirs - Invalidentoilet

Kantine -

Oppervlakte Oppervlakte Oppervlakte Oppervlakte Oppervlakte

ontmoetingsruimte: keuken: magazijn: werkkast: installatieruimte en meterkast:

500 m² 20 m² 10 m² 4 m² 8 m²

Onderhoud van de banen Oppervlakte voor de ruimte voor materiaal en materieel voor het onderhoud van de banen: 6 m²

Materiaalopslag Oppervlakte voor materiaalopslag:

20 m²

Beheerderruimte Oppervlakte voor de beheerderruimte:

10 m²

Tennisshop Oppervlakte voor de tennisshop:

10 m²

Mindervaliden Het complex moet toegankelijk en bruikbaar zijn voor mindervaliden.

Uitstraling Het gebouw moet een modern en opvallend karakter krijgen. Het gebouw zal 's avonds verlicht zijn en opvallen in haar omgeving.

5

Duurzaamheid De hal moet een 'on-site zero-energy' gebouw zijn.

Sociale veiligheid De sociale veiligheid moet gewaarborgd zijn door het vermijden van onveilige situaties.

Bovenstaand zijn oppervlakten weergegeven die zijn afgeleid aan de minimale1 eisen van de KNLTB.

1

KNLTB (2004). Normen en richtlijnen voor clubhuizen. Offsetdrukkerij de la Montagne

6

3

Programma van Eisen (KNLTB)

Hal Type hal2 Aangezien er internationale toernooien zullen worden georganiseerd is een hal van het type A vereist. De volgende eisen worden gesteld aan een A-hal: Speelveld Lengte speelveld Breedte speelveld, enkelspel Breedte speelveld, dubbelspel Lengte van het net (= de afstand tussen de netpalen) Breedte zijlijn Breedte achterlijn Breedte servicelijn Breedte middenservicelijn Middenmerk

23,77 m 8,23 m 10,97 m 12,80 m 5 cm 5 cm 5 cm 5 cm 5 x 10 cm

* De belijning bestaat uit loodrecht op elkaar staande en evenwijdig lopende lijnen. Uitlopen Achteruitloop 6,40 m Zijuitloop 3,66 m Uitloop tussen twee banen 5,00 m Voor het gebruik van een ballenvanger wordt een tussenuitloop van 7,32 m (2 x 3,66 m) vereist. * De uitlopen te meten vanaf de buitenkant belijning tot aan de binnenkant van de baanopsluiting. Kleur De kleur van de belijning mag niet anders zijn dan wit of geel. De belijning moet onondoorbroken zijn. Hoogteligging Zowel het lengteprofiel als dwarsprofiel mogen over de hele baan geen grotere afwijking hebben dan 1,5 cm. Vlakheid De vlakheid behoort 5 mm, onder een rei van 3 cm, als bovengrens te kennen. Netpalen De afstand van het speeloppervlak tot bovenkant netkabel op de netpaal behoort 107 cm te zijn. De afstand tussen de netpalen behoort 12,80 m te bedragen. Sproeikoppen van een eventueel aanwezige beregeningsinstallatie De sproeikoppen mogen niet boven het speeloppervlak uitsteken (blessuregevaar). 2

KNLTB (2005), Eisenpakket baanoppervlak, Amersfoort

7

Hieronder is een afbeelding geplaatst van het speelveld en de uitlopen:

Tennisvloer De tennisvloer moet voldoen aan de normen opgesteld door ISA Sport en de nationale normcommissies in samenwerking met de KNTLB.

8

Temperatuur in de hal De temperatuur in de hal moet binnen een gebied van 12 tot 16ºC regelbaar zijn. Tot 3 meter boven de sportvloer mogen de luchtsnelheden niet hoger zijn dan 0,5 m/s. Verlichting Internationaal en nationale wedstrijden Regionale wedstrijden Lokale wedstrijden, trainingen Internationaal en nationale wedstijden Regionale wedstrijden Lokale wedstrijden, trainingen

Gemiddelde lichtopbrengst 750 lux 500 lux 300 lux Gelijkmatigheid Emin/Egem 0,7 0,7 0,5

* Door veroudering van de lampen moet als aanvangswaarde 125% van de minimale lichtopbrengst bedragen. ** De verlichtingsarmaturen moeten slagvast worden uitgevoerd en buiten de banen zijn gesitueerd. De KNLTB is geen voorstander van daglichttoetreding in de tennishal, maar acht dit wel mogelijk, zij het met de volgende beperkingen: - geen daglichttoetreding via de wanden achter de achterlijnen - daglichttoetreding via helder glas alleen aan de langszijden van de tennisbanen, bovenkant kozijn op maximaal 2,50 meter boven het vloerniveau (gordijnen voor afsluiting bij competitiewedstrijden is zeer wenselijk, zonwering bij niet op het noorden georiënteerde beglazing is noodzakelijk) - daglichttoetreding via lichtkoepels of lichtstraten in het dak alleen als deze tussen de tennisbanen zijn gesitueerd en van een volledig diffuus stralend materiaal (dus niet doorzichtig) zijn gemaakt. Akoestiek - De over het gehele frequentiebereik gemiddelde nagalmtijd (Tgem.) en het maximum per frequentieband (Tmax. Over 125-, 250-, 500-, 1000-, 2000-, 4000-Hz) bedraagt: o 2-baans Tgem. = 1,6 sec. Tmax. = 2,2 sec. o 3-baans Tgem. = 1,8 sec. Tmax. = 2,5 sec. o 4-baans Tgem. = 1,9 sec. Tmax. = 2,7 sec. o 5-baans Tgem. = 2,0 sec. Tmax. = 2,9 sec. o 6-baans Tgem. = 2,1 sec. Tmax. = 3,0 sec. - Echo's (resonanties) mogen niet voorkomen - Het geluidsniveau van installaties (of andere niet met de sport in de betreffende hal verwante geluidsbronnen) mag niet meer bedragen dan Leq = 40 dB(A). Tennisnet Het speelveld wordt dwars over het midden gescheiden door een net dat aan een koord of metalen kabel hangt. Het koord of de kabel loopt op een hoogte van 1,07 meter over twee netpalen of is daaraan bevestigd. Het net is volledig gespannen, zodat het de ruimte tussen de twee netpalen helemaal vult. Het is bovendien zo fijnmazig dat een bal er niet doorheen kan gaan. In het midden is het net 0,914 meter hoog, waar het strak wordt neergetrokken door een nettrekband. Een band bedekt het koord of de metalen kabel en de bovenkant van het net. Band en nettrekband moeten geheel wit zijn.

9

Bij dubbelspelwedstrijden staan de netpalen aan elke kant met hun hartlijn 0,914 meter buiten het dubbelspelspeelveld. Bij enkelspelwedstrijden staan de hartlijnen van de netpalen (als er een enkelspelnet wordt gebruikt) aan elke kant 0,914 meter buiten het enkelspelspeelveld. Wordt er een dubbelspelnet gebruikt, dan moet het net op een hoogte van 1,07 meter worden ondersteund door twee enkelspelpaaltjes, waarvan de hartlijnen aan elke kant op 0,914 meter buiten het enkelspelspeelveld staan. Ballenvanger Als de wand achter de achterlijn hard is uitgevoerd is een ballenvanger noodzakelijk. De ballenvanger moet minimaal 150 mm voor de achterwand worden opgehangen en is minimaal 3 meter hoog. De ballenvanger moeten een matte kleur hebben die waarneming van de bal en de tegenstander niet nadelig beïnvloedt. Ventilatie De relatieve vochtigheid in de hal mag niet boven de 70% komen. Gesteld wordt dat per sporter minimaal 40 m3 en voor een toeschouwer 20 m3 lucht geventileerd moet worden.

Tribune -

Gemeten op zitbankniveau moet de verlichting 150 lux bedragen. Staat de ruimte in directe relatie (open) met de wedstrijdruimte, dan is de minimaal vereiste temperatuur gelijk aan die van de wedstrijdruimte. Bij luchtverwarming mogen de luchtsnelheden nooit hoger zijn dan 0,2 m/s. De hoeveelheid verse lucht per toeschouwer bedraagt minimaal 20 m3 per uur, maar bij voorkeur 30 m3. De tribune moet minimaal worden voorzien van een veldafscheiding van 1 meter hoogte zodat bezoekers niet direct het speelveld kunnen opstappen. Uitgegaan dient te worden van 0,50 meter banklengte per persoon en een diepte van 0,35 meter. De ruimte vóór een zitplaats bedraagt 0,30 meter. Rekening moet worden gehouden met mindervaliden. Een tribune moet voldoende trappen hebben. Daarbij mag het aantal zitplaatsen per rij bij één trap een één zijde niet groter zijn dan 14 en bij een trap aan twee zijden mag niet groter dan 28. Voor de breedte van de trappen moet worden uitgegaan van 1,10 meter. Daarbij dient de trap een optrede tussen de 0,10 en 0,20 meter te bezitten en een aantrede van 0,40 meter.

Kleed- en wasruimten In kleed- en wasruimten gelden de volgende eisen: - Verlichtingssterkte op vloerniveau: - Ruimtetemperatuur: - Ventilatievoud in de toiletten: - Capacitieit warmwatervoorziening: - De luchtsnelheden mogen niet hoger zijn dan:

100 lux 18ºC 25 m³ per uur 120 liter per uur 0,2 m/s

Ontmoetingsruimte De minimale ruimtetemperatuur moet tussen de 18 en 20ºC liggen.

10

De Drank- en Horecawet eist verder: - een minimum hoogte van 2,60 meter over tenminste vijfzesde deel van de vloeroppervlakte - een mechanisch ventilatiesysteem met een minimum capaciteit van zesmaal de luchtinhoud van het vertrek per uur - voldoende verlichting (50 lux op 1,0 meter hoogte boven de vloer) - noodverlichting (volgens NEN 1010) - voldoende in– en uitgangen (per 50 bezoekers 1 Eenheid Uitgangs Breedte 0,55 m) - afzonderlijke groepen toiletten voor mannen en vrouwen, die niet rechtstreeks in de ontmoetingsruimte uitkomen (dus minimaal zijn uitgevoerd met een voorportaal)

Werkkast De werkkast moet centraal zijn gesitueerd, zodat het hele gebouw makkelijk kan worden bereikt.

Installatieruimte Het is conform de Wet Milieubeheer niet toegestaan om de installatieruimte te combineren met overige functies.

Materiaalopslag De ruimte moet verwarmd zijn (om materiaal droog en vorstvrij op te kunnen slaan) en voldoende geventileerd. Beheerderruimte In beheerderruimtes gelden de volgende eisen: - Verlichtingssterkte op vloerniveau: 150 lux - Er is voldoende capaciteit om een ruimtetemperatuur van 20ºC te halen. - De luchtsnelheden mogen niet hoger zijn dan: 0,2 m/s

Toegankelijkheid mindervaliden Om toegankelijk en bruikbaar voor mindervaliden te zijn, dient een clubaccommodatie aan de volgende eisen te voldoen: - hoogteverschillen groter dan 20 mm moeten zoveel mogelijk worden vermeden - elk toch voorkomend hoogteverschil groter dan 20 mm dient te worden overbrugd door hellingbanen of gelijkwaardige oplossingen - indien publiekstoegankelijke ruimten op een verdieping gesitueerd worden, moeten deze via een (trap)lift bereikbaar zijn - de gangen moeten minimaal 1,2 meter breed zijn indien sprake is van incidenteel tegemoetkomend verkeer - de gangen moeten minimaal 1,5 meter breed zijn indien sprake is van regelmatig tegemoetkomend verkeer - de vrije doorgangsbreedte dient tenminste 1,8 meter te bedragen indien er sprake is van voortdurend tegemoetkomend verkeer

11

-

de vrije doorgangsbreedte dient tenminste 0,9 meter te bedragen indien er sprake is van plaatselijke versmalling van maximaal 1,2 meter lengteprofieldorpels dienen maximaal 20 mm hoog te zijn en bij voorkeur afgerond de doorgangen en deuren moeten een netto doorgangsbreedte hebben van minstens 0,9 meter er dient voor bezoekers minimaal één aangepast toilet te worden opgenomen, uitgevoerd volgens het 'Handboek Toegankelijkheid'. De voorkeur gaat hierbij uit naar een gecombineerd dames- en mindervalidentoilet.

Bovenstaande eisen aan het tennisveld en de tennishal komen voort uit de eisen van de KNLTB (Koninklijke Nederlandse Tennis Bond) aan tennishallen3 en de clubhuizen4 en uit de eisen van de ITF5 (International Tennis Federation).

3 4 5

Afdeling Accomodaties KNLTB en ISA Sport (2004). Normen en richtlijnen voor tennishallen. Offsetdrukkerij de la Montagne Afdeling Accomodaties KNLTB en ISA Sport (2004). Normen en richtlijnen voor clubhuizen. Offsetdrukkerij de la Montagne ITF (2010). Rules of tennis 2010. London.

12

4

Constructieve eisen en gegevens

4.1

Belastingfactoren

Uiterste grenstoestand Veiligheidsklasse 1 2 3 1,2,3 *

γf;g (permanente belasting) normaal gunstig 1,2 0,9 1,2 0,9 1,2 0,9 1,35 0,9

γf;q (veranderlijke belasting) 1,2 1,3 1,5 --

*alleen permanente belasting

Bruikbaarheids grenstoestand Veiligheidsklasse 1,2,3

4.2

γf;g (permanente belasting) normaal gunstig 1,0 1,0

γf;q (veranderlijke belasting) 1,0

Veranderlijke belasting

Sneeuw De sneeuwbelasting zal met de volgende formule worden berekend: Prep = Ci * psn;rep Prep = Sneeuwbelasting op het dak [kN/m2] Ci = vormfactoren. Voor platte daken geldt Ci = 0,8. De vorm van het dak bepaalt in belangrijke mate de grootte van deze factor. In bepaalde gevallen moet op sneeuwophopingen worden gerekend. Voor exacte waarden zie NEN 6702. Psn;rep = sneeuwbelasting op de grond (psn;rep = 0,7 kN/m2, φ = 0)

Wind De locatie bevindt zich in Gebied II in een bebouwde omgeving. Afhankelijk van de hoogte kan de windbelasting bepaald worden met de formule: Wi Wi Ai Ci Pw

= Ai*Ci*pw = De windbelasting [kN] = Het door de wind getroffen oppervlak [m2] = De windvormfactoren (Cd voor druk en Cz voor zuiging) Deze mogen alleen bepaald worden m.b.v. de tabellen geschikt voor een oppervlak groter dan 10 m2. = De extreme waarde van de stuwdruk in [kN/m2].

13

4.3

Permanente belasting

De onderdelen van de constructie vormen de permanente belasting. Deze belastingen kunnen puntbelastingen [kN], lijnbelastingen [kN/m] of vlakbelastingen [kN/m2] zijn.

4.4

Doorbuiging

Verticale doorbuiging Eisen m.b.t. horizontale doorbuiging: - bijkomende doorbuiging vloeren ubij = 0,003 x l - vloerenconstructies die weinig vervormbare scheidsingswanden dragen ubij = 0,002 x l - daken ubij = 0,004 x l - doorbuiging in eindtoestand ueind = 0,004 x l

Horizontale doorbuiging Eisen m.b.t. verticale doorbuiging: Laagbouw U ≤ 1/150 * h bij industriële gebouwen U ≤ 1/300 * h bij andere gebouwen U H

= horizontale uitbuiging = hoogte van het gebouw

Verdieping- en hoogbouw ubl ≤ 1/300 * hbl utot ≤ 1/500 * htot Ubl Utot Hbl Utot

4.5

= = = =

horizontale uitbuiging van één bouwlaag totale horizontale uitbuiging hoogte één bouwlaag totale gebouwhoogte

Belastingscombinaties

Van belang is dat er goed gekeken wordt naar verschillende belastingscombinaties en welke belastingscombinatie maatgevend is.

Bovenstaande eisen zijn afgeleid uit de Infomap6 die gebruikt wordt in de Bachelor opleiding Civiele Techniek aan de Technische Universiteit Delft. 6

Wagemans, L.A.G., Soons, F.A.M., Van Raaij, B.P.M. (2004). Info map constructieleer, cursusjaar 2007-2008.

14

5

Punten ter attentie

Tribunes Bij het realiseren van tribunecapaciteit zijn de volgende punten van belang: - goed zicht op de baan/banen - de obstakelvrije uitloop van de banen - gescheiden loopwegen van sporters en publiek - een goede aan- en afvoermogelijkheid van de toeschouwers - voldoende (nood)uitgangen - een goed te controleren garderobe - kaartverkooppunt - toegang tot de kantine Neem per honderd tribuneplaatsen minimaal één dames-, één heren- en één mindervalidentoilet op. Eventueel kan deze toiletgroep worden gecombineerd met de toiletgroep van de kantine.

Sociale veiligheid De accommodatie moet op de volgende punten positief scoren: - Aanwezigheid van sociale controle - Afsluitbaarheid - Zichtbaarheid - Alternatieve routes - Aantrekkelijke omgeving - Zorg voor inbraak- en vandalismebestendigheid

Parkeerterrein mindervaliden Twee procent van het totaal aantal parkeerplaatsen met een minimum van één moeten parkeerplaatsen voor mindervaliden zijn.

De punten ter attentie7 worden aangedragen door de KNLTB.

7

Afdeling Accomodaties KNLTB en ISA Sport (2004). Normen en richtlijnen voor clubhuizen. Offsetdrukkerij de la Montagne

15

Bijlage

B Duurzaamheid

1

Inhoudsopgave 1 Inleiding........................................................................................................3 2 Duurzame varianten.......................................................................................4 2.1 Variant 1: Schubben.................................................................................4 2.2 Variant 2: Slimme wanden........................................................................6 2.3 Variant 3: Parasol.....................................................................................8 2.4 Variant 4: Levend complex........................................................................9 2.5 Variant 5: De grond in.............................................................................10 2.5.1 Algemeen.......................................................................................10 2.5.2 Temperatuur in de hal......................................................................11 2.5.3 Ventilatie in de hal..........................................................................11 2.5.4 Stabiliserend effect..........................................................................11 3 Uitwerking varianten.....................................................................................12 3.1 Koeling door verdamping.........................................................................12 3.1.1 Inleiding........................................................................................12 3.1.2 Gebruik koeling door verdamping binnen de hal..................................12 3.1.3 Gebruik koeling door verdamping buiten de hal...................................13 3.2 Parasol..................................................................................................16 3.3 Opslagcapaciteit PCM materialen..............................................................19 3.3.1 Algemeen.......................................................................................19 3.3.2 Eigenschappen................................................................................19 3.3.3 Warmteopslag................................................................................19 3.3.4 Vergelijking....................................................................................20 3.3.5 Effectiviteit.....................................................................................20 3.3.6 Toepassing.....................................................................................21 3.4 Ventilatielucht........................................................................................22 3.4.1 Hoeveelheid ventilatielucht...............................................................22 3.4.2 Natuurlijke ventilatie.......................................................................22 3.4.3 Mechanische ventilatie of natuurlijke ventilatie....................................26 3.5 Warmteberekening.................................................................................29 3.5.1 Algemeen.......................................................................................29 3.5.2 Interne warmtelast..........................................................................29 3.5.3 Ventilatieverliezen...........................................................................30 3.6 Warmtebehoefte.....................................................................................32 3.7 Koelbehoefte..........................................................................................33 3.8 Benodigde energie..................................................................................34 4 Mogelijkheden duurzame energie....................................................................35 5 Varianten op basis van duurzaamheid..............................................................40 5.1 Inleiding................................................................................................40 5.2 Licht concept.........................................................................................40 5.3 Zwaar concept.......................................................................................42 5.4 Schetsontwerpen....................................................................................47 5.4.1 Licht concept..................................................................................47 5.4.2 Zwaar concept................................................................................47

2

1 Inleiding In het kader van wereldwijde energiebesparingen is er gekozen om een tennishal te ontwerpen die niet alleen energiezuinig zal zijn, maar daarnaast enkel en alleen duurzame energie zal gebruiken. Er zal een ontwerp worden gemaakt waarbij de tennishal evenveel energie verbruikt als er geproduceerd wordt. Dit betekent dat het complex zich een Zero Energy Building (ZEB) mag noemen. Het gemiddelde energie verbruik per jaar zal even groot zijn als de in een jaar geproduceerde energie. De energieproductie zal wel aangesloten zijn op het energienet, zodat geproduceerde energie wat op dat moment niet nodig is in de tennishal kan worden geleid naar het energienet. Later kan er energie worden afgenomen als er meer vraag is naar energie dan dat er geproduceerd kan worden. De benodigde energie zal duurzaam op het complex worden opgewekt. Hierdoor krijgt het complex de definitie 'on-site ZEB'. Over het jaar genomen zal de energiebalans dus 'nul' zijn. Om een energiebalans van nul te kunnen halen dient goed gekeken te worden naar de twee kanten van de balans: aan de ene kant moet worden berekend hoeveel energie er benodigd is voor de tennishal en aan de andere kant moet worden bestudeerd hoe er energie kan worden opgewekt. Tevens is het belangrijk om te kijken hoe er zo zuinig mogelijk gebruik van energie kan worden gemaakt. Er wordt in deze studie uitgegaan van de volgende benodigde energie voor de tennishal: – Energie voor verwarmen en koelen van de tennishal (de temperatuur in de hal moet tussen de 12 en 16ºC liggen) – Energie voor het ventileren van de tennishal – Energie voor het verlichten van de tennishal Voor het opwekken van de energie wordt bekeken op welke wijze duurzame energie kan worden opgewekt en op welke manieren er energie gespaard kan worden. In deze bijlage zullen een vijftal varianten worden gepresenteerd die het mogelijk maken energie te besparen en van belang zijn voor het ontwerp van het gebouw. Nadat de varianten zijn aangedragen zullen deze worden uitgewerkt en zal er ingegaan worden op hun werking en hun uiteindelijke effect. Om van het tenniscomplex later een on-site ZEB te maken zullen er enkele mogelijkheden worden aangedragen om duurzaam energie op te wekken. Ook zal er een overzicht worden gegeven hoe er energie bespaard kan worden in de nevenruimten van het tenniscomplex. Tot slot zijn er twee concepten opgesteld die een totaal plaatje vormen van het tenniscomplex.

3

2 Duurzame varianten 2.1 Variant 1: Schubben De energiebesparing zal gaan zitten in het feit dat dit gebouw zichzelf kan aanpassen aan de temperatuur en gebruikt maakt van ventilatie waar geen energie voor nodig is. Ventilatie zal in de hal moeten worden toegepast om een gezond en aangenaam binnenmilieu te krijgen. Er zijn twee soorten van ventilatie. Ten eerste is er mechanische ventilatie waar mechanische energie voor nodig is. Ten tweede kan men natuurlijke ventilatie toepassen. Natuurlijke ventilatie maakt gebruik van wind en thermische trek om de ventilatielucht van buiten naar binnen te brengen en vervolgens weer af te voeren1. Het voordeel van natuurlijke ventilatie is dat er geen energie voor nodig is en het door de gebruiker als aangenamer wordt beoordeeld dan de mechanische ventilatie.

Afbeelding 1: Dwarsdoorsnede tennishal met luchtstromen

In de variant 'Schubben' maakt men gebruik van zogenaamde 'klap-muren'. Delen van de muur kunnen naar buiten worden geopend zoals men normaal gesproken gewend is van klap-ramen. Deze plekken bevinden zich zowel onder als boven in de muur van de hal. Door het toepassen van deze klap-muren kan frisse lucht het gebouw instromen en het gebouw verlaten. Dit zal gebeuren doordat er thermische trek ontstaat. Er ontstaat aan de onderkant een luchtstroom het gebouw in, deze luchtstroom bestaat uit frisse buitenlucht. Bovenin de hal zal lucht de hal verlaten. Deze twee stromen ontstaan door druk verschillen. Het voordeel van deze natuurlijke ventilatie is dat er geen energie wordt gebruikt om 1

Cauberg, J.J.M. (2007), Bouwfysica en bouwtechniek CT3221

4

te ventileren en hierdoor zal het totale energiegebruik van de hal afnemen. De capaciteit om te koelen van natuurlijke ventilatie is echter beperkt. Daardoor is het van belang dat de externe warmtelast beperkt is. Grote glasvlakken moeten worden vermeden, daarom maakt men gebruik van klapmuren in plaats van klapramen. Door warmtewisselaars2 te gebruiken kan de aangezogen lucht gekoeld worden door gebruik te maken van koud grondwater. Is het echter nodig om de hal te verwarmen als er een lage buiten temperatuur heerst dan zullen de schubben worden gesloten zodat de hal een zeer goede isolatie heeft waardoor er weinig warmte verdwijnt door de muren.

2 De Vree, J., Warmtewisselaars, http://www.joostdevree.nl/shtmls/warmtewisselaar.shtml Geraadpleegd 30 oktober 2010

5

2.2 Variant 2: Slimme wanden Een gebouw opwarmen of warmte uit een gebouw afvoeren kost energie. Als het buiten koud is moet er worden verwarmd en als het warm is moet er worden gekoeld. De energie die gebruikt wordt om een gebouw te koelen of te verwarmen is een groot deel van het totale energiegebruik. Door de energie te beperken voor het koelen en het verwarmen kan het energiegebruik naar beneden worden gebracht. De variant 'Slimme wanden' is bedacht om hier op in te spelen. Er zijn materialen3 die warmte kunnen opslaan en later weer kunnen afgeven. Deze materialen heten faseovergangsmaterialen. Ook wel aangeduid als PCM: phase change material. Op Afbeelding 2: Gipsboard met PCM is een voorbeeld te zien van het gebruik van een PCM. De werking van het materiaal berust op het feit dat een stof warmte uit zijn omgeving nodig heeft om te smelten en warmte afgeeft aan zijn omgeving wanneer het stolt. Als men deze faseovergangsmaterialen toepast in de wanden en het dak van de tennishal hoeft men minder energie te gebruiken om de hal te koelen of te verwarmen. Is de productie van warmte in de hal hoog dan zal het PCM beginnen te smelten. Bij het smelten is warmte nodig, hierdoor zal de temperatuur in de hal ondanks de warmteproductie gelijk blijven. Is er warmte nodig in de hal dan zal het materiaal stollen en hierbij warmte afgeven. In feite hebben PCM's dezelfde werking als dikke betonnen muren die een stabiliserend effect hebben op de temperatuur in een ruimte. Dit effect wordt aangeduid als 'thermische massa' en is weergegeven in Afbeelding 3: Stabiliserend effect thermische massa4.

Afbeelding 2: Gipsboard met PCM Afbeelding 3: Stabiliserend effect thermische massa

3 Delft Integraal. http://www.delftintegraal.tudelft.nl/info/index7bbc.html?hoofdstuk=Artikel&ArtID=5104 Geraadpleegd 14 oktober 2010. 4 De Saules, T. (2005), Thermal Mass, A concrete solution for the changing climate. Camberley

6

Het is van belang dat de fase-overgang plaatsvindt bij de gewenste temperaturen, in het geval van de tennishal zal dit tussen de 12 en 16ºC moeten liggen. Omdat deze faseovergangsmaterialen geen energie gebruiken en de temperatuur in de hal in balans houden wordt er energie bespaard. Het materiaal speelt in op de warmteveranderingen zonder energie te gebruiken, daarom wordt deze variant de variant 'Slimme wanden' genoemd. Naast het feit dat deze materialen energiebesparend zijn, zijn er meer voordelen aan het gebruik van PCMs. Zo kan het hele systeem eenvoudiger en kleiner worden uitgevoerd dan andere airconditioningsystemen. Het betekent niet dat door het gebruik van PCM's de verwarming weg kan worden gelaten. In een tijd dat je veel warmte nodig hebt kan het PCM maar een beperkte hoeveelheid warmte afstaan. Daarna is er geen warmteafgifte meer van het materiaal. Een ander voordeel is dat het geluid, dat de luchtbehandelingssystemen maken, ook flink gereduceerd zal worden.

7

2.3 Variant 3: Parasol De variant 'Parasol' is gebaseerd op een ontwerp5 van Santiago Calatrava, te zien op Afbeelding 4: Burke Brise Soleil, te Milwaukee. Hier zorgen gigantische vleugels, die een spanwijdte van meer dan een Boeing 747-400 hebben, voor schaduw. Deze vleugels kunnen bewegen en kunnen naar behoefte worden ingeklapt of worden uitgeklapt. Een gebouw afkoelen kost energie. Door ervoor te zorgen dat het gebouw minder gekoeld hoeft te worden zal er energie bespaard kunnen worden. In deze variant is een aangepaste versie Afbeelding 4: Burke Brise Soleil, te Milwaukee van de Burke Brise Soleil bedacht. Een waaier zal een elegante parasol vormen. Deze parasol zal zorgen voor schaduw op de hal. Hierdoor zal de externe warmtelast op de tennishal door de zon aanzienlijk worden verkleind. Dit heeft als voordeel dat de hal minder hoeft te worden gekoeld en dit betekent dat er energie wordt bespaard. De parasol zal zorgen voor een zeer sierlijke uitstraling ten opzichte van de meeste tennishallen. Naast dat de parasol zal dienen om de zon af te schermen of voor een sierlijke uitstraling te zorgen zal de parasol nog een nuttige functie vervullen. PV-panelen zullen geplaatst worden op de parasol die de hal voor energie zullen gaan voorzien. De PV-panelen zullen op het zuiden worden gericht met een hellingsgraad van 35°.

5 Milwaukee Art Museum (2010). Milwaukee Art Museum | Visit. http://www.mam.org/visit/details/detail_burke.php Geraadpleegd op 30 september 2010

8

2.4 Variant 4: Levend complex Deze variant zal gebruik maken van het 'groene dak' principe. Dit principe bestaat uit een dak6 dat is opgebouwd uit eerst een waterdichte en wortelbestendige laag. Op deze laag wordt een drainage-laag aangelegd gevolgd door een substraatlaag, ook wel voedingslaag genoemd. Tot slot komt de vegetatielaag. Het voordeel van groene daken ten opzichte van andere daken is dat ze in de zomer koeler zijn en in de winter warmer. Dit lijdt tot het gewenste resultaat: energiebesparing. Naast dat een groen dak energiebesparend is heeft het nog meer voordelen. Het dak zorgt voor een beter leefmilieu in de stad en het zorgt voor een waterbuffer zodat overbelasting van het riool wordt voorkomen. De effecten van groene daken is wel afhankelijk van het soort dak. Groene daken met een dikke substraatlaag of met dichte beplanting hebben een groter effect dan 'lichte' daken. De daken hebben echter wel de eigenschap dat ze beter de warmte van buiten tegen kunnen houden dan van binnenuit vasthouden. Op Afbeelding 5: Toepassing groen dak, Singapore is het schitterende groene dak van de School of Art, Design and Media te zien. Groene daken zijn al veel vaker toegepast. Deze variant neemt echter geen genoegen met alleen een groen dak. Ook de muren zullen worden voorzien van een soortgelijk idee. De muren van het gebouw zullen onder een hoek worden geplaatst waardoor het mogelijk is deze ook te bekleden met vegetatie. De muren zullen glooiend worden aangesloten op het dak en op het maaiveld, hierdoor ontstaat in feite een groot levend gebouw in het landschap. Afbeelding 5: Toepassing groen dak, Singapore

In deze variant zal het het gehele complex zich onder het groen bevinden. Naast de tennishal verdwijnen de nevenruimten dus onder het grote groene dak. Omdat de tennishal minimaal 9 meter hoog moet zijn zal naast de hal een hoge ruimte ontstaan. Hier zal een atrium gecreëerd worden waar daglicht naar binnen valt waardoor een lichte ruimte zal ontstaan. Het atrium zal een prettige leefruimte zijn die ook de luchtbeweging ondersteunt waardoor energie bespaard kan worden op ventilatie.

6 Groene daken (2003). http://www.ipdubo.nl/handleiding/groendak/index.html Geraadpleegd 5 oktober 2010

9

2.5 Variant 5: De grond in 2.5.1 Algemeen De temperatuur in de tennishal zal zich tussen de 12 en 16ºC moeten bevinden. Eerder is gesteld dat dit zo energiezuinig moet worden gedaan. Om hier op in te spelen is daarom in deze variant, 'De grond in', onderzocht of er slim gebruikt kan worden gemaakt van de ondergrond. Onderzocht is hoe de temperaturen zich verhouden in de grond in de loop van het jaar. In Tabel 1: Gemiddelde temperaturen per gronddiepte7 zijn de gemiddelde lucht- en grondtemperaturen weergegeven. De grondtemperaturen zijn op verschillende diepten gemeten. Tabel 1: Gemiddelde temperaturen per gronddiepte

diepte

diepte

diepte

diepte

diepte

maand

luchttemp

5 cm

10 cm

20 cm

50 cm

100 cm

Jan

1,9

2,4

2,6

2,8

4

5,6

Feb

2,7

3,2

3,2

3,3

4,1

5,3

Mrt.

4,7

5,3

5,2

5

5,2

5,7

apr

7,9

9,5

9,1

8,5

8

7,6

mei

12,1

14,2

13,5

12,5

11,3

10,1

juni

15,2

17,7

16,9

15,8

14,2

12,5

juli

16,5

18,9

18,1

17,1

15,8

14,2

aug

16,5

15,6

15,3

15

14,8

14,5

sept

14

15,6

15,3

15

14,8

14,5

okt

10,3

11,5

11,5

11,5

12,1

12,7

nov

5,7

6,7

6,9

7,2

8,5

9,9

dec

2,8

3,6

3,9

4,2

5,6

7,4

Vet gedrukt: de temperatuur stijgend naarmate men dieper in de grond komt. Schuin gedrukt: overgangsmaanden. Normaal gedrukt: de temperatuur dalend naarmate men dieper in de grond komt.

Uit de tabel is op te maken dat: – – – –

de luchttemperatuur zich 3 maanden (mei, juni, sept) per jaar tussen de 12 en 16ºC bevindt de grondtemperatuur zich op 5 en 10 cm diepte 3 maanden (mei, aug, sept) per jaar zich tussen de 12 en 16ºC bevindt de grondtemperatuur zich op 20 cm diepte 4 maanden (mei, juni, aug, sept) per jaar zich tussen de 12 en 16ºC bevindt de grondtemperatuur zich op 50 en 100 cm diepte 5 maanden (juni, juli, aug, sept, okt) per jaar zich tussen de 12 en 16ºC bevindt

7 Het weer & het klimaat in Nederland (2009). http://home.planet.nl/~gerrien/het_weer__klimaat_in_nederland.htm Geraadpleegd 11 oktober 2010.

10

2.5.2 Temperatuur in de hal De luchttemperatuur is drie maanden lang precies de gewenste temperatuur in de hal. Op 50 of 100 cm diepte is dat twee maanden langer het geval. Daarnaast hoeft men vijf maanden lang de hal minder te verwarmen. Dit komt doordat de grondtemperatuur dan hoger is dan de luchttemperatuur. Stel dat men geen isolatie in de vloer aanbrengt én er kan geen warmte toetreding of verlies door de wanden en het dak plaatsvinden. De ondergrond zal er dan voor zorgen dat een temperatuur tussen de 12 en 16ºC wordt gerealiseerd zonder dat men energie hoeft te gebruiken voor verwarmen of koelen. De temperatuur in de hal zal de temperatuur van de grond aannemen. Ofschoon dit zeer voordelig lijkt zal er altijd warmte toetreding of verlies zijn waardoor er energie zal moeten worden gebruikt om de gewenste temperatuur te realiseren. Echter als men er voor zorgt dat deze toetredingen en verliezen minimaal zijn zal de energiebehoefte klein zijn. Zou de vloer van de hal op 50 of 100 cm diepte worden aangelegd dan kan men vijf maanden lang dus zeer voordelig profiteren van de warmte in de bodem om de temperatuur in de tennishal op peil te houden. Hiernaast zijn er ook vijf maanden dat men minder hoeft te verwarmen dan anders noodzakelijk zou zijn. Dit betekent dat men tien maanden lang energie zal besparen.

2.5.3 Ventilatie in de hal Naast het feit dat de hal de gewenste temperatuur door de grond zou kunnen verkrijgen heeft het verdiept leggen van de hal nog een ander voordeel. Niet alleen de hal zou op de gewenste temperatuur kunnen worden gebracht, maar dit geldt ook voor de ventilatielucht. Aangezogen lucht kan door buizen in de grond worden geleid zodat deze op de gewenste temperatuur, 12 tot 16ºC, wordt gebracht voordat deze lucht de hal in komt.

2.5.4 Stabiliserend effect In 2.2Variant 2: Slimme wanden is weergegeven dat veel massa om een ruimte heen een stabiliserend effect opde temperatuur heeft. Dit wordt aangeduid met de benaming 'thermische massa'. Door de hal verdiept te leggen zal er meer massa om het gebouw heen worden verkregen waardoor de massa de temperatuur in de hal nog beter zal stabiliseren.

11

3 Uitwerking varianten 3.1 Koeling door verdamping 3.1.1 Inleiding Koeling door verdampen, ook wel adiabatische koeling genoemd, berust op het principe dat er energie nodig is om water te laten verdampen. Door energie uit de omgeving te onttrekken kan er water worden verdampt. Het onttrekken van energie uit de lucht lijdt tot verlaging van de temperatuur. Door het verdampen komt er echter meer water in de lucht en dit lijdt tot een stijgende relatieve luchtvochtigheid. Door gebruik te maken van systemen die water verdampen kunnen dus ruimten worden gekoeld binnen een gebouw. Voorbeelden van mogelijkheden voor koeling door verdamping in een gebouw zijn: het toepassen van verneveling, het spannen van doeken die nat worden gehouden, natte koeltorens, vijvertjes en fonteinen. Ook kan men gebruik maken van koeling door verdamping buiten het gebouw. Voorbeelden van adiabatische koeling aan de buitenzijde van een gebouw zijn dakberegeningsintallataties en groene daken. Het voordeel van adiabatische koeling is dat ze in verhouding tot andere soorten van koeling minder energie gebruiken. Sommige soorten van de bovengenoemde adiabatische koelmethoden gebruiken zelfs helemaal geen energie, ze gebruiken enkel water.

3.1.2 Gebruik koeling door verdamping binnen de hal Door het in bovenstaand stuk beschreven principe in de tennishal toe te passen kan men er voor zorgen dat de lucht gekoeld wordt. Door het verdampen van water zal echter de luchtvochtigheid in de hal stijgen. Volgens de eisen van de KNLTB mag de relatieve vochtigheid in de hal niet boven de 70% uitkomen. Een hogere vochtigheid leidt tot klachten en een 'benauwde atmosfeer', dit komt de behaaglijkheid in de hal niet ten goede. Er zijn een aantal mogelijkheden om adiabatische koeling in een gebouw toe te passen. Vaak worden er vijvertjes of fonteinen ingezet om als koelinstallatie te dienen. In de tennishal zal dit echter niet toepasbaar zijn, omdat er geen plaats voor is in de hal. Er zou wel ruimte zijn om verdampingskoelers in te zetten. De werking van een verdampingskoeler is weergeven op Afbeelding 6: Werking verdampingskoeler. Lucht van buiten wordt langs natte platen geleid waardoor de lucht afkoelt. De gekoelde lucht zal de hal in worden geleid. Deze verdampingskoelers hebben echter twee nadelen. Het eerste nadeel is dat de koelers het best tot hun recht komen als de invoerlucht bestaat uit droge lucht met een lage relatieve vochtigheid. Pas dan zal er een hoog rendement worden gehaald. Het tweede nadeel is dat de Afbeelding 6: Werking verdampingskoeler lucht die de verdampingskoeler verlaat en de 12

ruimte betreedt lucht is die een relatieve vochtigheid bevat die ligt tussen de 80 en 90%8. Dit hoeft nog niet direct tot een probleem te lijden. De koele lucht die het gebouw instroomt zal namelijk opwarmen waardoor de relatieve vochtigheid afneemt. Het voordeel van de adiabatische koelers is dat deze 4 tot 7 maal 9 minder energie verbruiken dan traditionele airconditioning systemen. Ook halen adiabatische koelers een zeer hoog koelrendement, tot wel 90%. Hiernaast is de investering in adiabatische koeling laag en heeft het systeem een gunstig verbruik, namelijk 0,9 kW en 0,055 m3 voor 10000 m3/h gekoelde lucht. Het voordeel is ook dat de luchttoevoer uit 100% buitenlucht bestaat, waardoor er geen bedompte binnenlucht gekoeld wordt. Het klinkt zeer aantrekkelijk om deze energiezuinige koeling toe te passen. Het probleem van deze koelers is echter dat de luchtvochtigheid ongetwijfeld zal stijgen wat tot problemen en klachten kan lijden. Het is daarom afgeraden om adiabatische koelers toe te passen.

3.1.3 Gebruik koeling door verdamping buiten de hal10 Bij koeling door verdamping buiten de hal kan gedacht worden aan dakberegening. Sproeiers brengen water aan op het dak. Door verdamping van het water zal het dak afkoelen. De temperatuur van het dak kan wel 10 tot 20ºC verlaagd worden. Hiervoor is wel een capaciteit van 300 tot 600 gram water per m2 per uur voor nodig. Ook kan men gebruik maken van een groen dak. De typische verdampingscapaciteit van groene daken is ongeveer 50 tot 100 gram per m 2 per uur. De waterverdamping die bij groene daken plaatsvindt heeft niet alleen een koelend effect op het gebouw, maar ook op de omgeving. Om 1 kilogram water te laten verdampen is 2257 kJ, of 627 W/h11, nodig. Aangezien het groene dak 50 tot 100 gram water per m2 per uur verdampt is het koelvermogen per m2 per uur dus ongeveer tussen de 30 en de 60 W. Aangezien de koeling aan de buitenkant van de tennishal plaatsvindt is het nu interessant om te kijken wat het nu werkelijk oplevert voor de koeling aan de binnenkant van de hal. Met de onderstaande berekening kan eerst de oppervlakte temperatuur aan de buitenkant worden berekend. Warmtebalans: (Tbinnen-To)/Re + (Tbuiten-To)/(Rc + Ri) = Qverdamping

8

Bootsveld, N.R., Afink, J,. (2003). Beoordeling technologie dauwpuntskoeling. http://www.tno.nl/ downloads/Beoordeling%20technologie%20dauwpuntskoeling.pdf Geraadpleegd 1 november 2010. 9Colt Nederland (2010). Colt Adiabatische koeling – Natuurlijk koelsysteem. http://www.coltinfo.nl/producten-ensystemen/klimaattechniek-industrie/adiabatische-koeling/ Geraadpleegd 2 november 2010. 10 Groendak. Warmte en geluidsisolatie | Groendak. http://www.groendak.info/groendak-voordelen/warmte-engeluidsisolatie/ Geraadpleegd 29 oktober 2010. 11 Van den Ham, E., Van Timmeren, A., Turrin, M. (2009). The “VELA”-roof.

13

Men berekent de onbekende temperatuur To, door de overige variabelen in te vullen en de vergelijking op te lossen. De volgende waarden worden gebruikt: – Binnentemperatuur Tbinnen = 12ºC – Buitentemperatuur Tbuiten = 12ºC – Overgangsweerstand buiten Re = 0,04 [m2K/W] – Overgangsweerstand binnen Ri = 0,13 [m2K/W] – Warmteweerstand constructie Rc = 4,00 [m2K/W] – Verdamping aan oppervlak Qverdamping = 60 W/m2 Als men de vergelijking oplost krijgt men voor To = 9,62ºC In Afbeelding 7: Schematische weergave constructie, is een schematische weergave te zien van de constructie. Met pijlen zijn de gebieden weergegeven die worden gebruikt om de oppervlakte temperatuur te bepalen.

Tbuiten

Qverdampin

Re

g

Rc + Ri

Constructie

Tbinne n

Afbeelding 7: Schematische weergave constructie

Nu de oppervlaktetemperatuur aan de buitenkant bekend is kan men ook de oppervlaktetemperatuur aan de binnenkant berekenen. Bij deze berekening wordt aangenomen dat de constructie uit één laag bestaat. De formule die gebruikt wordt om de temperatuursprong tussen twee lagen te berekenen is als volgt: ∆Tn = (Rn/R1)∆T [ºC] In Afbeelding 8: Berekening oppervlaktetemperatuur, zijn de resultaten van de berekeningen weergegeven. Rn Oppervlak buiten Oppervlak binnen Binnen

4 0,13

Tn [ºC] 9,62 2,31 11,93 0,07 12

(R1/Rn)∆T [ºC]

Afbeelding 8: Berekening oppervlaktetemperatuur

Omdat er een verschil in temperatuur tussen binnentemperatuur en de temperatuur aan het buitenoppervlakte heerst zal er een warmtestroom op gang komen die gelijk is aan: q = U*∆T [W/m2]

14

De U-waarde van de constructie is als volgt: U = 1/R = 1/(4+0,13) = 0,241 [W/m2K] Gebruikt men deze waarde dan kan men de warmtestroom uitrekenen die de hal verlaat: q = 0,241*2,38 = 0,576 [W/m2] Als men er van uitgaat dat het koelend vermogen aan de buitenkant van de tennishal 60 W/m2 bedraagt dan zal het een koelend vermogen van 0,576 W/m2 hebben op de binnenkant van de hal. Dit betekent dat nog niet 1% van de koeling van de buitenkant ten goede komt aan de binnenkant. De conclusie die getrokken kan worden uit deze berekening is dat bij groene daken het koelvermogen aan de binnenkant van de hal zeer laag is en dat het nauwelijks effect heeft. Opmerking: als men een constructie kan bedenken waarbij men de isolatie kan regelen dan kan men er voor zorgen dat er meer warmte de hal verlaat. Als de Rwaarde van de constructie verlaagd zal de U-waarde omhoog gaan. Dit zal ten goede komen aan de warmtestroom door de constructie. Om dit na te gaan is onderstaand een nieuwe berekening gemaakt bij een constructie met zeer weinig isolerende werking. De volgende uitgangspunten zijn gebruikt: – Binnentemperatuur Tbinnen = 12ºC – Buitentemperatuur Tbuiten = 12ºC – Overgangsweerstand buiten Re = 0,04 [m2K/W] – Overgangsweerstand binnen Ri = 0,13 [m2K/W] – Warmteweerstand constructie Rc = 0,20 [m2K/W] – Verdamping aan oppervlak Qverdamping = 60 W/m2 Als men nu weer de vergelijking oplost krijgt men voor To = 9,27ºC Bij de opnieuw berekende oppervlakte temperatuur verkrijgt men nu een ∆T van 2,73ºC. De U-waarde van de nieuwe constructie is als volgt: U = 1/R = 1/(0,20+0,13) = 3,03 [W/m2K] De warmtestroom door de muur wordt nu: q = 3,03*2,73 = 8,27 [W/m2] Aangetoond is nu dat er meer warmte de hal verlaat als de constructie minder goed geïsoleerd is. Als men de isolatie dus zou kunnen regelen in de constructie van de tennishal zou men wanneer het nodig is veel isolatie kunnen toepassen om warmte vast te houden en wanneer het gewenst is om warmte kwijt te raken, door bovengenoemde koeling, dan zou men de isolatie kunnen verminderen. In de situatie met weinig isolatie is de koelende werking aan de binnenkant van de constructie zo'n 14% van de koeling die aan de buitenkant optreedt.

15

3.2 Parasol De werking van de parasol berust op het feit dat er schaduw wordt geworpen op het tenniscomplex. In dit hoofdstuk zullen er verschillende mogelijkheden worden aangedragen om gebruik te maken van deze parasol. Hiermee wordt bedoeld dat er door middel van de parasol energie kan worden bespaard.

Mogelijkheid 1: scheiding van straling De zon straalt twee soorten stralingen uit, namelijk: directe straling en diffuse straling. Door de parasol worden de stralingen van de zon te scheiden, zie Afbeelding 9: Werking 'scheiding van straling'. Hierdoor kan er energie bespaard worden. Dit gaat op de volgende manier: de parasol is zo gericht dat het de directe straling verhindert om op het tenniscomplex te stralen. Hierdoor zal het tenniscomplex niet bloot staan aan de directe zonnestraling, het complex zal daardoor dus minder opwarmen en hoeft dus minder gekoeld te worden. De diffuse straling zal de parasol echter doorlaten, door deze straling zal er wel licht vallen op het tenniscomplex. Dit licht kan men gebruiken voor het verlichten van het complex. Door glasstroken te plaatsen in het dak zal het complex worden verlicht. Normaal gesproken zouden grote glasstroken er voor zorgen dat het complex te veel opwarmt door de opvallende zonnestraling waardoor er flink zou moeten worden gekoeld. Enerzijds zal het tenniscomplex dus minder hoeven worden gekoeld en anderzijds zal er minder energie hoeven worden besteed aan het verlichten van de ruimtes in het tenniscomplex.

Afbeelding 9: Werking 'scheiding van straling'

Mogelijkheid 2: doorlatend doek Door het toepassen van een semi-lichtdoorlatend doek wordt zowel het zonlicht en de warmte gefilterd. Een deel van de zonnestraling wordt tegengehouden, een deel wordt doorgelaten en er zal 80% van de warmte worden tegengehouden. Zoals ook in mogelijkheid 1 is gedaan kan men hier weer glasstroken toepassen zonder dat het tenniscomplex te veel zou opwarmen. Het principe is te zien op Afbeelding 10: Werking 'doorlatend doek'. De doeken12 zijn er in diverse licht doorlatende- en verduisteringsgradaties. 12 JoMeCo (2009). Kwaliteit is onze basis | Screens. http://www.jomecozonwering.nl/screens.php Geraadpleegd 14 december 2010.

16

Afbeelding 10: Werking 'doorlatend doek'

Mogelijkheid 3: tunnels In hoofdstuk 4 onder het kopje Zontunnels wordt de werking van zontunnels van Solatubes uitgelegd. Deze zontunnels geleiden het licht naar binnen zonder dat er veel warmte naar binnen komt. Op Afbeelding 11: Werking 'tunnels' is de werking van de zontunnels te zien.

Afbeelding 11: Werking 'tunnels'

Keuze Het nadeel van mogelijkheid 1 is dat elke plaat die schuin geplaatst wordt momentvast zal moeten worden verbonden met de constructie. Aangezien de parasol zeer grote afmetingen heeft zal dit veel geld gaan kosten. Mogelijkheid 2 heeft het nadeel dat er PV-panelen moeten worden geplaatst op het doek. Dit zal op het doek niet mogelijk zijn. Er zullen dus extra steunen voor de panelen moeten worden aangebracht wat extra complexiteit geeft. De beste oplossing is het gebruik van de zontunnels, mogelijkheid 3.

17

Effectiviteit Het model 290DS van Solatube, dat zal gebruikt worden voor de zontunnels, heeft een gemiddelde lichtopbrengst van 769 lux. Dit is een stuk hoger dan de vereiste lichtopbrengst op een normale trainingsdag. Zelfs aan de eis van de 750 lux op een dag van een internationaal toernooi zulllen de zontunnels voldoen. Er zijn natuurlijk momenten op de dag waarop de lichtopbrengst minder zal zijn dan vereist wordt, zoals bij bewolking of 's nachts. Is dit het geval dan moet er overgeschakeld worden op kunstlicht. Aangezien de gemiddelde lichtopbrengst veel hoger is dan de benodigde lichtopbrengst op een normale trainingsdag wordt er van uitgegaan dat in de helft van de tijd dat de hal in gebruik is er geen kunstlicht hoeft te worden toegepast. Er zal dus 50% worden bespaard op de energie voor verlichting waarbij er gerekend wordt met een tennishal waarin geen ramen zijn aangebracht.

18

3.3 Opslagcapaciteit PCM materialen 3.3.1 Algemeen Bouwmaterialen met geïmpregneerde fase transformatie materialen kunnen warmte opslaan en later weer afstaan. Door overtollige warmte op te slaan en op momenten af te geven wanneer er vraag is naar warmte kan men energie besparen. Deze materialen zorgen tevens voor een gematigder klimaat en zullen zorgen dat pieken in de temperatuur voorkomen worden. Hierdoor wordt het comfort in een gebouw verhoogd.

3.3.2 Eigenschappen Zoals eerder genoemd kunnen materialen warmte opslaan. Dit kan op twee manieren13, namelijk in de vorm van voelbare warmteopslag en in de vorm van latente warmteopslag. Voelbare warmteopslag houdt in dat het opslagmedium warmte opslaat waarbij de temperatuur van het medium wordt verhoogd. Bij latente warmteopslag wordt echter de temperatuur van het medium niet of zeer weinig verhoogd maar verandert de fysische staat van het opslagmedium. Er zijn drie verschillende faseovergangen: – Vloeibaar – gas – Vast - vast – Vast - vloeibaar In fase transformatie materialen wordt er gebruik gemaakt van de faseovergang van vast naar vloeibaar. Deze overgang gaat gepaard met een geringe volumeverandering en er zijn verschillende materialen met verschillende smelttemperaturen. Er kan dus een keuze worden gemaakt aan de hand van een gewenste temperatuur in een ruimte. In de groep van de overgang 'vast – vloeibaar' is onderscheid te maken tussen twee verschillende soorten materialen: – Organische PCM (Paraffine) – Anorganische PCM (Zouthydraten)

3.3.3 Warmteopslag De warmtecapaciteit van een materiaal is de hoeveelheid energie om een bepaald materiaal 1 Kelvin te laten stijgen of dalen, de eenheid van de warmtecapaciteit is Joule per Kelvin, J/K. De soortelijke warmtecapaciteit is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kilogram van een materiaal 1 Kelvin te laten stijgen, de eenheid is Joule per kilogram per Kelvin, J/kgK. De gewenste temperatuur in de tennishal is tussen de 12 en 16ºC. De soortelijke warmtecapaciteit van beton is 0,85 kJ/kgK. Tussen de 12 en 16 graden Celcius heeft beton alleen voelbare warmteopslag. Het PCM heeft naast haar voelbare warmteopslag ook nog een latente warmteopslag. Bij fase transformatie materialen draait het in feite alleen om deze latente warmteopslag. In Afbeelding 12: Vergelijking warmtecapaciteit materialen, is de warmteopslag weergegeven van de PCMs zouthydraten en parafines en is ter vergelijking ook beton weergegeven. De waardes 13 Verwer, J.J. (2002). Verslag Gemsave. http://www.nulwoning.nl/attachments/Documenten/verslag%20Gemsave %20september%202002.pdf Geraadpleegd 20 oktober 2010.

19

in de grafiek zijn als volgt bepaald: – Zouthydraten: latente warmtecapaciteit van 300 MJ/m3, voelbare warmtecapaciteit verwaarloosd. – Parafine: latente warmtecapaciteit van 160 MJ/m3, voelbare warmtecapaciteit verwaarloosd. – Beton: latente warmtecapaciteit niet aanwezig bij deze temperatuur, voelbare warmtecapaciteit van: C*ρ*∆T = 0,85 [kJ/(kgK)] * 2400 [kg/m3] * 4 [K] = 8,16 [MJ/m3]

Warmtecapaciteit C Vergelijking van verschillende materialen Warmtecapaciteit [MJ/m³]

350 300 250 200 150 100 50 0 Zouthydraten

Parafine

Beton

Materiaal Afbeelding materialen

12:

Vergelijking

warmtecapaciteit

3.3.4 Vergelijking Om nu de warmteopslag van een organisch PCM met beton te vergelijken gaan we uit van een soortelijke warmtecapaciteit van 160 MJ/m3 van een parafine en 8,16 MJ/m3 van beton14 in het temperatuurtraject 12 tot 16ºC. Als men 5 mm toepast van het PCM dan heeft men een thermische capaciteit van: 0,005*160 = 0,8 MJ/m 2. Om dezelfde thermische capaciteit te halen met het beton moet men: 0,8/8,16 = 0,098 m, ofwel bijna 100 mm beton toepassen. Er hoeft in plaats van 100 mm beton maar 5 mm PCM te worden gebruikt om hetzelfde effect te krijgen. Dit is een groot voordeel als men streeft naar een lichte constructie. Opmerking: in bovenstaande rekensom is de warmtecapaciteit van puur PCM gebruikt. In werkelijkheid kan puur PCM niet toegepast worden omdat het zich soms in de vloeibare fase zal bevinden. Het PCM moet altijd ingekapseld worden voordat het gebruikt kan worden, dit kan via micro- (diameter van 2-20 μm) of macro-inkapseling (diameter >20 μm). Door de inkapseling wordt het pakket dikker.

3.3.5 Effectiviteit Om nu te kijken naar de effectiviteit van het PCM wordt er vergeleken met een traditioneel, gemend zwaar gebouw15. Deze gebouwen bestaan uit een massief binnenspouwblad, een massieve woningscheidende wand en een massieve vloer. 14 Cement&Beton Centrum (2008). Beton bespaart energie. http://www.cementenbeton.nl/ Geraadpleegd: 29 oktober 2010 15 Senternovem. Thermische capaciteit. http://www.senternovem.nl/epn/vragen/woningbouw/woningbouw_thermische_capaciteit.asp Geraadpleegd 15 december 2010

20

Onderstaand is op Afbeelding 19: Werking vacuüm buis collector de effectiviteit van de thermische massa op de EPC (Energie Prestatie Coëfficiënt) weergegeven.

Afbeelding 13: Effectiviteit thermische massa op EPC

Hier kan uit afgeleid worden dat als men evenveel thermische massa creëert door de PCM er een besparing van 0,79 op de EPC kan worden gehaald. Om nu te berekenen hoeveel PCM er moet worden toegepast om dit te halen gaat men er van uit dat een traditioneel gemend zwaar gebouw een thermische massa heeft gelijk aan de dikte van een 300 mm dikke betonnen muur. Thermische capaciteit betonnen muur (300 mm dik) = 8,16*0,3 = 2,45 MJ/m2. Om dit te halen met het PCM zal er de volgende dikte PCM moeten worden toegepast. Dikte PCM = 2,45/300 = 0,0082 m Door gipsplaten te gebruiken waarbij de dikte van het PCM 8,2 mm bedraagt zal er evenveel thermische massa in het lichte gebouw aanwezig zijn. Hierdoor zal er een verbetering van 0,79 op de EPC worden gehaald.

3.3.6 Toepassing Als men faseovergangsmateriaal toepast in de tennishal moet men er voor zorgen dat de faseovergang van vast naar vloeibaar zich tussen de 12 en de 16ºC bevindt. Er zal een stof moeten worden gezocht waarbij de smelt- en vriestemperatuur tussen de aangegeven temperaturen liggen. Een vervolg onderzoek zal moeten worden gedaan naar het best toepasbare materiaal.

21

3.4 Ventilatielucht 3.4.1 Hoeveelheid ventilatielucht Allereerst is het van belang om te weten hoeveel lucht er geventileerd moet worden. Wanneer zich weinig mensen in de hal bevinden moet er voldoende ventilatie zijn, maar dit geldt natuurlijk ook voor het extreemste geval. Dit komt voor wanneer op alle banen getennist wordt en wanneer het maximale toeschouwersaantal wordt bereikt. In dit geval zijn er dan: – 16 tennissers, – 1300 toeschouwers, – 16 scheids- en lijnrechters, – 24 ballenjongens in de hal. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de vereiste hoeveelheid verse lucht voor de verschillende functies die de aanwezige personen in de hal bekleden, namelijk: – per tennisser: 40 m3/uur – per toeschouwer, ballenjongen of lijnrechter: 20 m3/uur Verder zijn de volgende KNLTB-eisen van toepassing in de hal: – De luchtsnelheden mogen niet hoger zijn dan 0,5 m/s, gemeten tot 3 m hoogte. – De temperatuur moet tussen de 12 en 16ºC regelbaar zijn. Om het rekenwerk te vereenvoudigen is er gebruik gemaakt van het programma Calc in Open Office. Het overzicht is te vinden in Bijlage E Resultaten en Invoerdata.

3.4.2 Natuurlijke ventilatie Algemeen Het doel van ventileren is een gezond binnenklimaat creëren. Dit doel kan bereikt worden door natuurlijke of mechanische ventilatie. Aangezien natuurlijke ventilatie ten opzichte van mechanische ventilatie geen elektrische energie verbruikt is het aantrekkelijk om natuurlijke ventilatie toe te passen. Dit omdat er gestreefd wordt naar een zo duurzaam mogelijke hal. Er kan echter niet altijd worden volstaan met natuurlijke ventilatie als er te weinig drijvende kracht voor natuurlijke ventilatie geleverd wordt door de natuur, daarom zal er ook een mechanische installatie moeten worden geplaatst. Er wordt hier echter toegespitst op de kansen van natuurlijke ventilatie. Natuurlijke ventilatie kan door twee natuurlijke verschijnselen ontstaan, namelijk via: – winddruk – thermische trek

Winddruk Als de wind tegen een gebouw waait zal de kinetische energie van wind worden omgezet in druk op de gevel. Aan de gevel die direct door de wind getroffen (de loefzijde) wordt zal overdruk ontstaan en aan de overstaande gevel (de lijzijde) zal onderdruk ontstaan. De overige gevels en het dak worden beschouwd als lijzijde. Er 22

ontstaat een verschil in druk waardoor lucht zal gaan stromen. Deze drijvende kracht zorgt voor natuurlijke ventilatie via winddruk.

Thermiek Als er een verschil is tussen de temperatuur binnen en de temperatuur buiten een gebouw ontstaat er een drukverschil. Wanneer de temperatuur binnen hoger is dan buiten zal binnen een lichtere luchtkolom aanwezig zijn dan buiten. Dit komt doordat de soortelijke massa van lucht verschilt wanneer er een temperatuurverschil is, hoe hoger de temperatuur hoe lager de soortelijke massa. Omdat de luchtkolom binnen in het gebouw lichter is zal de druk in het gebouw aan de onderzijde lager zijn dan buiten het gebouw. Als men een opening in de gevel maakt zal er dus een drukverschil over de opening zijn en zal er lucht naar binnenstromen. Aan de bovenzijde van het gebouw zal het drukverschil de lucht naar buiten laten stromen. Op een zekere hoogte in het gebouw bevindt zich de neutrale lijn, hier is de de druk binnen gelijk aan de druk buiten. De luchtdruk binnen het gebouw is aan de ene zijde van de neutrale lijn hoger dan buiten en aan de andere kant van de neutrale lijn is de luchtdruk binnen lager dan buiten. In Afbeelding 14: Schematische weergave van het principe van thermische trek is het principe weergegeven.

Afbeelding 14: Schematische weergave van het principe van thermische trek

Berekeningen In onderstaand stuk zullen een aantal zaken aan de orde komen. Allereerst zullen de klapmuren, zie paragraaf 2.1 Variant 1: Schubben, in de hal ter sprake komen die zullen dienen voor ventilatie luiken. Daarna zullen berekeningen worden gedaan met betrekking tot de natuurlijke ventilatie door winddruk en thermische trek. Voor de berekeningen zijn een aantal waarden gebruikt die voortkomen uit eisen, tabellen of andere referenties. Deze zijn hieronder weergegeven in Tabel 2: Startwaarden.

23

Waarden ter invoer Maximale snelheid van de lucht in de hal [m/s] Stromingscoëfficiënt CD [–] Hoogteverschil h tussen toevoer en afvoer [m] Temperatuur binnen Ti [ºC] Temperatuur buiten Ta [ºC]

0,5 0,6 6 14 11

Referentiesnelheid vr [m/s] Drukcoëfficiënt ingang Cpi [–]

2 0,34

Drukcoëfficiënt uitgang Cpa [–]

-0,29 9,81

g [m/s2] Tabel 2: Startwaarden

Opmerking: het is niet eenvoudig om de neutrale lijn in een gebouw te berekenen. Bij berekeningen waarbij én winddruk én thermische trek optreden moet de hoogte van de neutrale lijn bekend zijn. Dit is niet via een eenvoudige berekening te doen en moet men gebruik maken van een specifiek computer programma. Dit voert echter te ver in dit bachelor eindwerk en er zullen alleen situaties berekend worden waarbij of winddruk of thermische trek aanwezig zijn.

Klapmuren Als eis is gesteld dat in de hal geen hogere luchtsnelheden mogen optreden dan 0,5 m/s. Aangezien er een minimaal ventilatiedebiet is wat gehaald moet worden kan men de minimale oppervlakte van de toe- en afvoeropeningen berekenen. In Tabel 3: Overzicht ventilatiebehoefte en minimaal ventilatiedebiet is weergegeven hoeveel mensen zich maximaal in de hal zullen bevinden. Door het aantal mensen te vermenigvuldigen met de minimale benodigde verse lucht per persoon verkrijgt men een hoeveelheid verse lucht die per uur de hal in zal moeten worden gebracht. Dit is zowel berekend in kubieke meters per uur als zowel in kubieke meters per seconde, namelijk 27440 m3/h respectievelijk 7,62 m3/s.

Aantal Toeschouwers Spelers Ballenjongens/lijnrechters Totaal

1300 16 40 1356

Ventilatie behoefte p.p. [m³/h] Hoeveelheid [m³/h] Hoeveelheid [m³/s] 20 26000 7,22 40 640 0,18 20 800 0,22 27440 7,62

Tabel 3: Overzicht ventilatiebehoefte en minimaal ventilatiedebiet

Na het minimale ventilatiedebiet berekend te hebben bij het maximale aantal mensen in de hal kan men nu de minimale oppervlakte van de klapmuren berekenen. Dit gebeurd door het ventilatiedebiet te delen door de maximale snelheid in de hal, namelijk 0,5 m/s. Benodigde grootte klapmuren 15,24 Minimale oppervlakte toevoer/afvoer [m2] Aantal toevoer-/afvoeropeningen 2 7,62 Grootte 1 toevoeropening [m2] Tabel 4: Minimale oppervlakte af- en toevoeropeningen

24

Uit Tabel 5: Gegevens toevoeropening, blijkt dat de minimale oppervlakte van de klapmuren 15,24 m2 moet zijn. Als men uitgaat van twee even grote toevoer en twee even grote afvoeropeningen dan heeft men vanzelfsprekend een oppervlak 7,62 m2 per toe- of afvoeropening nodig. Nu de minimale oppervlakte bekend is kan men gaan rekenen aan de natuurlijke ventilatie. In Tabel 5: Gegevens toevoeropening, zijn de gegevens van de toe- en afvoeropeningen weergegeven die gebruikt worden als invoer voor de berekeningen voor de natuurlijke ventilatie in de situatie van de winddruk en de thermische trek. Gegevens toe-/afvoeropening Toevoeropening 1/Ae2 [1/m2] Ae [m2]

0,01 10,78

Tabel 5: Gegevens toevoeropening

Winddruk Voor de situatie dat alleen winddruk optreedt is er een formule die het optredende ventilatiedebiet berekend, namelijk: Vwind = CDAevR(∆Cp)1/2 Hierbij geldt: – Voor CD, vr, Cpi en Cpa, zie Tabel 5: Gegevens toevoeropening. – Voor Ae, zie Tabel 4: Minimale oppervlakte af- en toevoeropeningen. – Voor ∆Cp: ∆Cp = Cpi – Cpa Cpi: drukcoëfficiënt ter plaatse van de toevoeropeningen Cpa: drukcoëfficiënt ter plaatse van de afvoeropeningen In Tabel 6: Toevoerdebiet winddruk is het toevoerdebiet door winddruk gegeven. Deze winddruk wordt geleverd bij een referentiesnelheid van 2 m/s en 2 toe- en afvoeropeningen. Het is duidelijk dat bij deze invoer het toevoerdebiet door winddruk hoger is dan het gewenste toevoerdebiet. Toevoerdebieten door winddruk Vwind = CD *Ae*vR *√(ΔCp) [m3/s]

10,24

Tabel 6: Toevoerdebiet winddruk

Thermische trek Voor de situatie dat alleen thermische trek optreedt is er een formule die het optredende ventilatiedebiet berekend, namelijk: Vtrek = CDAe√(2gh∆T/Ta) Hierbij geldt: – Voor Cd, g, h en Ta, zie Tabel 5: Gegevens toevoeropening – Voor Ae, zie Tabel 4: Minimale oppervlakte af- en toevoeropeningen – Voor ∆T geldt: ∆T = Ta – Ti [K] 25

In Tabel 7: Toevoerdebiet thermische trek, is het toevoerdebiet door thermische trek gegeven. Het is duidelijk dat bij een temperatuurverschil van 2ºC en 2 toe- en afvoeropeningen het toevoerdebiet door thermische trek minder is dan gewenst. Toevoerdebieten door thermische trek Vtrek = CD *Ae*√(2ghΔT/Ta) [m3/s]

5,86

Tabel 7: Toevoerdebiet thermische trek

Ventilatievoud Het ventilatievoud is het aantal keren dat een ruimte van verse lucht wordt voorzien in een uur, als men de lucht in een ruimte per uur vijf keer volledig vervangt door verse lucht dan is het ventilatievoud vijf keer per uur. Het is van belang om dit ventilatievoud te kennen zodat later hiermee gerekend kan worden bij de warmteberekeningen. Om het ventilatievoud te kunnen berekenen is het noodzakelijk om het volume van de tennishal te kennen. In bijlage D afmetingen hal zijn de afmetingen van de hal te zien, deze afmetingen zijn in de berekeningssheet gebruikt om het volume en daarna het ventilatievoud te berekenen. Zoals te zien is, is het volume van de hal ongeveer gelijk aan 40500 m3 en de benodigde hoeveelheid verse lucht per uur is te vinden in Tabel 3: Overzicht ventilatiebehoefte en minimaal ventilatiedebiet, namelijk 27440 m3/h. Het minimale ventilatievoud is de benodigde verse lucht per uur gedeeld door het totale volume, namelijk: 0,68 [1/h], te zien in Tabel 8: Ventilatievoud. Ventilatievoud Volume van het gebouw [m3] Ventilatievoud [1/h]

40496,57 0,68

Tabel 8: Ventilatievoud

3.4.3 Mechanische ventilatie of natuurlijke ventilatie Na alle formules en berekeningen in Calc te hebben geprogrammeerd kan er ook gevarieerd worden met de invoerdata. Er kan nu eenvoudig worden gekeken naar de benodigde referentiesnelheid en het benodigde temperatuurverschil om te zorgen voor het minimale ventilatiedebiet. In de sheet is een if-statement opgenomen. Wanneer men de invoerdata zo verandert dat het ventilatiedebiet door winddruk of thermische trek onder het minimale ventilatiedebiet daalt zal hier 'mechanische ventilatie nodig' weergegeven worden. Wanneer het ventilatiedebiet groter is dan het minimale zal er 'geen mechanische ventilatie nodig' worden weergegeven. Dit is weergegeven als voorbeeld in Tabel 9: Voorbeeld if-statement.

Wel of geen mechanische ventilatie nodig? Debiet thermische trek > benodigd debiet? Debiet door winddruk > benodigd debiet?

Mechanische ventilatie nodig Geen mechanische ventilatie nodig

Tabel 9: Voorbeeld if-statement

Winddruk De referentiesnelheid moet van die grootte zijn dat er voldoende drijvende kracht is 26

om het minimale ventilatiedebiet te halen. Berekend met Calc is dat het 1,49 m/s moet zijn. In Afbeelding 15: Winddistributie en windsnelheid16, is het percentage weergegeven van de windrichtingen. Hieruit blijkt dat de wind veelal uit het zuidwesten komt. De tennishal zal aan twee kanten voorzien zijn van klapmuren. Het best is om de hal met de gevels die de klapmuren bevatten te plaatsen op de zuidwestelijke/noordoostelijke richting. Dit is weergegeven in Afbeelding 16: Plaatsing van de tennishal. Ook is in gearceerde gebieden weergegeven uit welke directies de hal gebruikt maakt van de wind. De wind uit de richting tussen noord en oost en tussen zuid en west kan worden gebruikt om natuurlijk te ventileren, dit is in 70,5% het geval. Ook is op Afbeelding 15: Winddistributie en windsnelheid de windsnelheid weergegeven. Er zal worden gerekend met >3 m/s zodat er genoeg drijvende kracht aanwezig is. In 77,3% van de tijd dat de wind uit de gunstige richting blaast zal de windsnelheid voldoende groot zijn. Er kan van uitgegaan worden dat in 55% van de tijd er gebruik kan gemaakt worden van de winddruk.

Afbeelding 15: Winddistributie en windsnelheid

16 Cauberg, J.J.M. (2005). Bouwfysica en Bouwtechniek CT3221

27

Afbeelding 16: Plaatsing van de tennishal

Thermische trek Voor de thermische trek geldt dat er voldoende temperatuurverschil tussen binnen en buiten moet zijn om het minimale ventilatiedebiet te halen. Dit is in het geval dat er een temperatuurverschil is van 3,39ºC. Opmerking: dit is in het geval dat er 2 toe- en 2 afvoeropeningen zijn. Als men meerdere toe- en afvoeropeningen gebruikt zal het temperatuurverschil groter moeten zijn voor de benodigde drijvende kracht. Het kan ook voorkomen dat er teveel winddruk aanwezig is. Hierdoor zou de luchtsnelheid in de hal hoger worden dan toegestaan. In dat geval moeten de afvoeropeningen worden verkleind zodat er minder lucht de hal in kan komen doordat de hal al vol zit met lucht. Als er een temperatuurverschil tussen binnen en buiten heerst van 3,39 ºC is er voldoende drijvende kracht wegens thermische trek. Als men uitgaat van een gelijkblijvende binnentemperatuur van 14ºC, dan is in zeven maanden per jaar dit verschil groter dan 3,39ºC. Dit betekent dat in 58% van de tijd de hal natuurlijk geventileerd kan worden door middel van thermische trek.

Hybride ventilatie Als er voldoende drijvende kracht is door winddruk of door thermische trek hoeft de mechanische ventilatie niet gebruikt te worden. Op dat moment wordt er zeer energiezuinig geventileerd. Wanneer de drijvende kracht zorgt voor een te laag ventilatiedebiet zal de mechanische ventilatie moeten worden ingeschakeld. Zo ontstaat er een hybride ventilatiesysteem met minimale mechanische hulp. In 55% van de tijd kan de natuurlijke ventilatie verzorgd worden door winddruk en in 58% van de gevallen kan de natuurlijke ventilatie door middel van thermische trek verzorgd worden. Het is echter niet zo dat de twee percentages bij elkaar opgeteld kunnen worden omdat er ook tijden zijn dat de hal door zowel winddruk als door 28

thermische trek kan worden geventileerd. Geschat wordt dat de hal in 75% van de tijd natuurlijk geventileerd kan worden en 25% van de tijd geventileerd moet worden door mechanische ventilatie. In de tijd dat de hal mechanisch geventileerd wordt kan de natuurlijke ventilatie wel voor bijvoorbeeld 50% helpen. Zo kan alsnog de helft van de energie bespaard worden. Alleen als het windstil is en de binnentemperatuur is gelijk aan de buitentemperatuur zal 100% mechanische ventilatie moeten worden gebruikt.

29

3.5 Warmteberekening 3.5.1 Algemeen In de maanden dat de temperatuur buiten de tennishal lager is dan de temperatuur in de hal zal er een vraag naar warmte zijn. In deze paragraaf zal er een globale berekening worden gemaakt om te kijken hoe groot deze vraag is. Ook zal worden gekeken naar overtollige warmte in de hal, dit houdt in dat op het moment dat het te warm is er gekoeld moet worden. De berekeningen die worden uitgevoerd zullen met het programma Calc van Open Office worden gedaan. Een overzicht van de berekeningen is in 'Bijlage E Resultaten & Invoerdata' weergegeven. In de winter zal in de hal een hogere temperatuur heersen dan buiten de hal. Op dat moment verlaat warmte de hal door de constructie heen. Om een schatting van de benodigde warmte in de zomer te maken zijn de volgende waarden aangenomen: – Rc-waarde van de muren en het dak: 4 m2K/W – Rc-waarde van de vloer: 1 m2K/W Er wordt uitgegaan van een hal die bestaat uit een vloer, muren en een dak waarbij er geen ramen worden toegepast. Onderstaand zijn de verschillende verschijnselen aangedragen waardoor er warmte de hal in wordt gebracht of warmte de hal zal verlaten. Het gaat om: – Interne warmtelast – Ventilatieverliezen

3.5.2 Interne warmtelast Algemeen De interne warmtelast is de warmte die mensen of installaties afgeven aan een ruimte. Deze warmte kan nuttig zijn in het geval de ruimte opgewarmd moet worden, maar het kan ook overtollige warmte zijn waardoor een ruimte extra moet worden gekoeld waardoor er meer energie wordt gebruikt. De interne warmtelast is van die grootte dat er zeker rekening mee moet worden gehouden en in de warmteberekening moet worden opgenomen.

Interne warmtelast Hieronder zijn de interne warmtelasten van de verschillende personen en installaties in de tennishal weergegeven: – toeschouwer 80 W – speler 240 W – verlichting (750 lux) 30 W/m2 – verlichting (300 lux) 10 W/m2 Het maximale aantal mensen in de hal zal maar een zeer geringe tijd in het jaar voorkomen. Tijdens internationale toernooien die in de hal zullen worden gehouden zal de maximale capaciteit worden bereikt. Tijdens de wedstrijden zal de hal helemaal 30

gevuld zijn, dit zal ongeveer 2 uur op een dag zijn. De rest van de dag zal het toeschouwersaantal veel lager liggen. Geschat wordt dat 6 uur op een dag de hal half vol zal zijn. Opmerking: er is hier uitgegaan van dat de verlichting volledig wordt gedaan door lichtinstallaties. Er zijn nog geen zonnetunnels meegenomen in de berekeningen. Als deze worden meegenomen in gedetailleerdere berekeningen zal de interne warmtelast door verlichting lager uitvallen. In Tabel 10: Interne warmtelast op de dag van een internationaal toernooi, zijn de warmtelasten per warmtepost weergegeven. Aantal [personen of m2 ] Warmtelast [W/p of W/m²] Totale warmtelast [W] Toeschouwers 1300 80 104000 Spelers 16 240 3840 40 80 3200 Ballenjongens/scheids-/lijnrechters Verlichting 5000 30 150000 Tabel 10: Interne warmtelast op de dag van een internationaal toernooi

De interne warmtelast per warmtepost op een dag dat er enkel training wordt gegeven in de hal ziet de warmtelast er als volgt uit:

Toeschouwers Spelers Ballenjongens/scheids-/lijnrechters Verlichting

Aantal [personen of m2 ] Warmtelast [W/p of W/m²] Totale warmtelast [W] 0 80 0 16 240 3840 0 80 0 5000 10 50000

Tabel 11: Interne warmtelast op een normale dag

In Tabel 12: Totale interne warmtelast per dag, zijn de totale interne warmtelasten in giga Joule weergegeven die op een dag van een internationaal toernooi of op een normale trainingsdag worden geproduceerd. Deze interne warmtelasten per dag zijn berekend op basis van de gegevens in Tabel 10: Interne warmtelast op de dag van een internationaal toernooi enTabel 11: Interne warmtelast op een normale dag.

Internationaal toernooi Normale trainingsdag

Qverlichting [GJ] Qpersonen [GJ] Totaal [GJ] 4,32 2,07 6,39 1,44 0,11 1,55

Tabel 12: Totale interne warmtelast per dag

Na deze interne warmtelasten per dag te hebben berekend kunnen deze nu meegenomen worden in de berekening.

3.5.3 Ventilatieverliezen Warmteverliezen door ventilatie zijn ook niet te verwaarlozen. Deze zijn in de warmteberekening meegenomen en zijn bepaald door de volgende formule: Qv = qv·ρc·(Te – Ti)·∆t Hierbij geldt: – qv ventilatievolumestroom – ρc warmtecapaciteit van lucht – Te gemiddelde buitenluchttemperatuur over de periode ∆t

[m3/s] [J/(Km3)] [C] 31

– –

Ti ∆t

gemiddelde binnenluchttemperatuur over de periode ∆t de beschouwde periode

[C] [s]

De grootte van de ventilatieverliezen zijn te vinden in bijlage C Warmteberekening.

3.5.4 Warmtebehoefte Nu de invoerdata bekend zijn kan de totale warmtebehoefte berekend worden. Dit is gedaan in het programma Calc. De gegevens zijn te vinden in bijlage E Resultaten en Invoerdata. Onderstaand zullen de belangrijkste resultaten worden gepresenteerd. De hoeveelheid verloren energie is opgesplitst in twee delen, namelijk het warmteverlies door de muren en het dak en het warmteverlies door de vloer. In Tabel 13: Warmteverlies, zijn deze in giga Joule weergegeven.

Energieverlies [GJ]

Muren/dak Vloer Totaal 206,74 542,91 749,65

Tabel 13: Warmteverlies

Nadat berekend is hoe groot de interne warmtelast en de ventilatieverliezen zijn kan men de totale warmtebehoefte berekenen. Berekend is dat die 510 GJ zal zijn. Als men een energiebuffer gebruikt waarbij men warmte, die opgewekt is in de zomer, in de winter kan gebruiken moet er dus een hoeveelheid van ongeveer 510 GJ worden opgeslagen. Als men dit doet in een watertank die 60 graden wordt verwarmd boven de gewenste temperatuur in de hal dan moet de tank ongeveer 2000 m3 zijn. De waarden zijn weergegeven in Tabel 14: Grootte benodigde buffer. Te zien is dat het totale warmtebenodigdheid lager is dan het totale energie. Dit komt doordat de interne warmtelast groter is dan de ventilatieverliezen. Hierdoor wordt er warmte aan de hal toegevoegd die in dit geval gewenst is. Totaal warmtebenodigdheid [GJ] Aangenomen ΔT [K] Benodigde opslag [m3 ]

510,56 60 2032,82

Tabel 14: Grootte benodigde buffer

Aangezien een tank van zeer grote afmetingen met een groot temperatuurverschil tussen de tank en de omgeving zeer veel energie kwijt zal raken in de loop van de tijd is het geen goede oplossing om water als opslagmiddel te gebruik. Als men PCM materiaal zou toepassen zou men 1700 m 3 materiaal moeten gebruiken. Het grote voordeel is dat men dezelfde temperatuur in als zowel buiten de opslagtank heeft. Hierdoor zal er geen warmte verloren gaan. Het gebruik van het PCM als opslag middel zou een goede optie zijn om warmte die in de zomer gewonnen wordt op te slaan waardoor er een warmtebuffer is voor de winter. Om de energie uit het PCM te halen en er energie in te stoppen zal men bijvoorbeeld lucht langs het PCM moeten laten ventileren. Om hier verder op in te gaan is hier niet noodzakelijk. Hiervoor zal ook verder onderzoek noodzakelijk zijn.

32

3.5.5 Koelbehoefte Naast de berekening voor de warmtebehoefte is er ook een berekening gemaakt hoeveel overtollige warmte de hal binnenkomt in de zomer via de muren en het dak of via de vloer. Deze warmte zal moeten worden afgevoerd of de hal zal moeten worden gekoeld. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 15: Warmteoverschot.

Warmteoverschot [MJ]

Muren/dak Vloer Totaal 290,32 84,31 374,62

Tabel 15: Warmteoverschot

In deze berekening is alleen de warmte berekend die binnenkomt door het temperatuurverschil tussen binnen en buiten de tennishal. Er wordt van uitgegaan dat er geen directe zonnestraling op de hal zal zijn. In deze berekening zijn de interne warmtelast en ventilatieverliezen nog niet meegerekend. Als deze wel worden meegenomen in de berekening komt de totale benodigde koelenergie op ongeveer 675 GJ, te zien in Tabel 16: Benodigde koelenergie. Totaal Benodigde koelenergie [GJ] 674,31 Tabel 16: Benodigde koelenergie

Te zien is dat de interne warmtelast bijdraagt aan de benodigde koelenergie.

3.5.6 Benodigde energie Na de benodigde energie voor zowel verwarmen als koelen berekend te hebben is de totaal benodigde energie in feite berekend. Door de energie die nodig is voor het verwarmen bij de energie die nodig is voor het koelen op te tellen komt men tot de totale energiebehoefte van het gebouw. Een overzicht is weergegeven in Tabel 17: Totale energiebehoefte. Energie [GJ] Benodigde warmte Benodigde koeling Benodigde totale energie

510,56 674,31 1184,88

Tabel 17: Totale energiebehoefte

De benodigde energie zal moeten worden opgewekt op het terrein van het tenniscomplex. Na gedetailleerde energie berekeningen te hebben gemaakt met behulp van het programma EPU NPR 2917 kunnen de afmetingen van de benodigde energie installaties bepaald worden. Opmerking: in deze berekening is er nog niet van uitgegaan dat faseovergangsmaterialen worden toegepast in de tennishal. Door het meenemen van deze materialen zal het totale energiegebruik afnemen. Natuurlijke ventilatie zal worden toegepast, maar dit zal niet in alle gevallen voor voldoende ventilatie zorgen. Er zal ook energie worden gebruikt voor ventilatie en dit zal nog moeten worden verwerkt. 33

4 Mogelijkheden duurzame energie In dit hoofdstuk zullen verschillende soorten duurzame energie worden aangedragen waaruit kan worden gekozen om de energie, die het complex gebruikt, op te wekken. De in een jaar duurzaam opgewekte energie zal dezelfde hoeveelheid zijn als de hal zal gebruiken in een jaar. De energiebalans zal dus '0' zijn waardoor de hal zich een on-site zero energy building mag noemen.

Vlakke plaat collector Werking

Water dat circuleert in de panelen17 wordt door de zon verwarmd. Het verwarmde water wordt via spiralen door een tank met koud water geleid. Het door de zon verwarmde water geeft zijn warmte af en zal hierdoor de tank verwarmen. Zie Afbeelding 17: Principe vlakke plaat zonnecollector.

Afbeelding 17: Principe vlakke plaat zonnecollector

Effect

De vlakke plaat collectoren zullen er voor zorgen dat het gebruik van energie voor de verwarming van water naar beneden zal worden gebracht.

Vacuüm buis collector Werking

Door het zonlicht wordt de dubbelwandige vacuüm buis18 met daarin de absorber verwarmd, zie Afbeelding 19: Werking vacuüm buis collector. Door geleiding zal de heatpipe worden verwarmd waardoor het water hierin verdampt en stijgt naar de condensor. In de condensor condenseert de waterdamp en geeft de condensatie energie af aan het manifold waarna het water terugloopt in de heatpipe en dit proces herhaald wordt. Om te zorgen dat het gecondenseerde water terugstroomt in de heatpipe moet de collector onder een hoek van 15 à 75 graden met het platte vlak worden geplaatst. Dit type zonnecollector is één van de meest efficiënte zonnecollectoren, maar ook één van de duurste zonnecollectoren. Zelfs in koudere klimaten zijn de thermische 17 Greenworks. Solar Thermal Collector. http://www.greenworks-energy.co.uk/evacuated-tube-collectors.php Geraadpleegd 17 oktober 2010 18 Hetzonneboilerhuis. Collector. http://www.hetzonneboilerhuis.nl/Collector.html Geraadpleegd 17 oktober 2010

34

verliezen klein. In Afbeelding 18: Vacuüm buis collector is een vacuüm buis collector te zien.

Afbeelding collector

19:

Werking

vacuüm

buis

Afbeelding 18: Vacuüm buis collector

Effect

Het effect van de vacuüm buis collector is hetzelfde als van de vlakke plaat collector. Het rendement van de vacuüm buis collector is echter hoger. Dit geldt vooral op winter-, herfst- en lentedagen.

Fotovoltaïsche zonnecellen (PV-panelen) Werking

Zolang licht op de zonnecel valt kan energie van fotonen omgezet worden in geladen deeltjes, elektronen, die via metaalcontacten elektrische energie kunnen afleveren. Zonder licht kan de zonnecel geen energie leveren. De PV-panelen19, kunnen aangesloten worden op een inverter zodat er wisselstroom geleverd wordt, zie Afbeelding 20: Toepassing fotovoltaïsche zonnecellen. De opgewekte energie kan gebruikt worden voor aangesloten apparaten, opgeslagen worden in batterijen of worden geleverd aan het net. Een overschot van energie kan het best terug worden geleid naar het lichtnet, omdat dit veel rendabeler is dan het gebruik maken van batterijen.

Afbeelding 20: Toepassing fotovoltaïsche zonnecellen

19 Senternovem. Senternovem - Duurzame energie. http://www.senternovem.nl/duurzameenergie/DE-technieken/Zonnestroom/Index.asp Geraadpleegd 19 oktober 2010

35

Effect

Elektrische energie wordt opgewekt zonder uitstoot van broeikasgassen. Het is een vorm van groene energie. Elke installatie in de tennishal die elektrische energie gebruikt kan door de PV-panelen worden voorzien van stroom.

Windturbine Werking

De wieken van de windturbine20 zullen gaan draaien als de wind tegen de wieken blaast. De wieken zijn gekoppeld aan een as die meedraait. Een generator zet de energie van het draaien om in elektrische energie, zie Afbeelding 21: Windturbine. Is er een overschot van energie dan kan deze net als bij de PV-panelen worden geleid naar het lichtnet.

Afbeelding 21: Windturbine

Effect

Elektrische energie wordt opgewekt zonder uitstoot van broeikasgassen. Het is een vorm van groene energie. Naar gelang de elektriciteitsbehoefte kan de grootte van de windturbine worden gekozen. Een kleine windturbine kan aan het dak worden bevestigd, maar naarmate deze groter wordt zal het een eigen ondersteuning nodig hebben.

Zontunnels Werking

Licht dat op de koepel van de zontunnel21 valt wordt naar binnengeleid, zie Afbeelding 22: Toepassing zontunnel. De tunnel is aan de binnenkant bekleed met spiegels met een reflectievermogen van 99,7%. Het licht wordt op deze manier door de tunnel geleid en zal aan het einde diffuus worden verspreid over de ruimte. Het is zelfs mogelijk om de kleur van het licht in te stellen. Effect

Doordat er minder energie hoeft te worden gebruikt om ruimten te verlichten via lampen die op het lichtnet zijn aangesloten wordt er energie bespaard op verlichting. Voor internationale tenniswedstrijden wordt een gemiddelde lichtopbrengst van 750 lux geëist, zie PvE. Als men modellen gebruikt van Solatube kan men de lichtopbrengsten verwachten die in Tabel 18: Lichtopbrengst Solatubes zijn weergegeven22. 20 Greenworks. Domestic Wind Turbine. http://www.greenworks-energy.co.uk/domestic-wind-turbine.php Geraadpleegd 18 oktober 2010 21 Solatube. Daglichtsystemen van Solatube. http://www.solatube.nl/nl-p/brighten-up.asp Geraadpleegd 19 oktober 2010 22 Solatube, Performance of Solatube Daylighting Systems for your home. http://www.solatube.co.uk/Residential/solatube-product-info/unrivalled-performance/index.php Geraadpleegd 19 oktober 2010.

36

Het model 290DS van Solatube heeft een gemiddelde lichtopbrengst van 769 lux en zal gemiddeld dus voldoen aan de eis. Er zijn natuurlijk momenten op de dag waarop de lichtopbrengst minder zal zijn dan vereist wordt, zoals bij bewolking of 's nachts. Is dit het geval dan moet er overgeschakeld worden op kunstlicht.

Tabel 18: Lichtopbrengst Solatubes

Afbeelding 22: Toepassing zontunnel

Overige vormen van duurzame energie Duurzame warmte

Hieronder zullen nog een aantal installaties23 opgesomd worden die duurzaam warmte produceren of duurzamer omgaan met geproduceerde warmte dan conventionele installaties: – Super efficiënte heetwater zonneboilers, in combinatie te gebruiken met de vlakke plaat collectoren – Biomassa boilers – Warmtepompen die gebruik maken van warmte uit, grond, gesteente en grondwater – Vloerverwarming – Hergebruik van warmte Duurzaam water

Hieronder zullen een aantal installaties24 worden opgesomd die duurzamer omgaan met water dan conventionele installaties: – Opslaan en gebruik van regenwater – Grijs water hergebruik – Waterzuinig sanitair

23 Greenworks. Solar Panels| Heat pumps | Underfloor heating | Solar heating panels. http://www.greenworks-energy.co.uk Geraadpleegd 22 oktober 2010. 24 Greenworks. Rainwater harvesting systems | Grey water recycling | Water conservation system surplier. http://www.greenworks-energy.co.uk Geraadpleegd 22 oktober 2010.

37

5 Opwekking energie In de eerdere studie is aangegeven op welke manieren er duurzaam energie opgewekt kan worden zodat het tenniscomplex evenveel energie kan produceren als dat het verbruikt. Er is voor gekozen om de energie op te wekken met PV-panelen. Met het programma EPU is berekend dat het totale energieverbruik van de hal zo'n 860 GJ zal zijn. Deze hoeveelheid energie zal duurzaam opgewekt moeten worden. Om een inschatting te maken hoeveel vierkante meter benodigd zal zijn om deze energie op te wekken door middel van zonnecollectoren volgt hieronder een rekensom. Uitgangspunten – Gebruik zonnepanelen: – Oppervlakte van 1 zonnepaneel: – Vermogen: – Gewicht van 1 zonnepaneel: – Rekenfactor van Wp naar kWh: – Richting zonnepanelen – Hellingshoek zonnepanelen

Sanyo HIT-240HDE425 1,386 m2 240 Wp 16,5 kg 0,9 Zuid 35º

Afbeelding 23: Sanyo zonnepaneel

Het benodigde aantal kilowattuur bedraagt: 860*109/(1000*3600) = 2,39*105 kWh. Om nu de benodigde oppervlakte van de zonnepanelen uit te rekenen wordt het aan kilowattuur gedeeld door het vermogen. Dit vermogen zal eerst vermenigvuldigd worden met een omrekenfactor van wattpiek naar kilowattuur van 0,8526. Deze factor wordt gebruikt om verliezen, onder andere de wisselende stand van de zon, te corrigeren. Benodigd oppervlak zonnepanelen = benodigd kWh/(Wp*0,85) = 2,39*105/ (240*0,85) = 1,17*103 m2. Benodigd aantal zonnepanelen = 1,17*103/1,386 = 844,2 → 850 panelen. De kosten27 voor de aanschaf van deze hoeveelheid zonnepanelen zal in totaal 25Sanyo (2010). Zonnepanelen Sanyo. http://www.ineltra-solar.be/ onsaanbod/zonnepanelen/zonnepanelensanyo /index.html Geraadpleegd 15 november 2010 26 Zonnepnalen | Werking – subsidie. Energie technologie (2010). Geraadpleegd 18 november 2010 27 Solarshop-Europa (2009). Solar module Sanyo HIT-240HDE4. http://www.solarshop-europe.net/product_info.php? products_id=809 Geraadpleegd 17 november 2010

38

640.000 euro bedragen. Ook kan nu berekend worden na hoeveel jaar men deze investering heeft terugverdient. Er wordt nu uitgegaan van de prijs van 1 kWh van 0,225 euro28. Terugverdientijd = 640000/(0,225*2,39*105) = 11,9 jaar. Aangezien de panelen zo'n 20 jaar meegaan zal er uiteindelijk winst worden gemaakt op de installaties.

28 Solarnet (2008). Rendement :: Zonnepanelen | Solarnet – Specialist in zonnepanelen http://www.solar-net.nl/zonnepanelen/Rendement-sp-5.html Geraadpleegd 15 november 2010

39

6 Totaalconcepten 6.1 Inleiding Na het onderzoek naar duurzame mogelijkheden te hebben gedaan kunnen twee varianten worden opgebouwd uit deze eerdere bevindingen. Gekozen is om een 'Licht concept' en een 'Zwaar concept' te ontwerpen. De woorden 'licht' en 'zwaar' slaan op het verschil in de bouw van de constructie van de tennishal. De tennishal van het 'Lichte concept' zal worden gemaakt van letterlijk lichte elementen en het 'Zware concept' vanzelfsprekend uit zware elementen. De verschillen van het gewicht van de elementen komen voort uit de keuzes van de duurzame mogelijkheden.

6.2 Licht concept In het 'Licht concept' zullen drie losse varianten uit de variantenstudie worden gecombineerd tot één variant. Het gebouw zal voorzien worden van het idee uit de variant 'Klapmuren'. Hiernaast zal fase transformatie materiaal (PCM) toegepast worden en zal het idee uit de variant 'Parasol' worden toegepast. Doordat er PCM zal worden toegepast is er weinig thermische massa nodig in het gebouw waardoor de krachten kleiner zijn en de constructie lichter kan worden uitgevoerd. Daarom wordt deze variant ook wel het 'Lichte concept' genoemd. Afbeelding 24: Aanzicht van het Lichte concept laat een overzicht zien van het concept. Op het dak zullen zonnecellen en zonnecollectoren worden geplaatst om de benodigde energie op te wekken. Dit dak zal draaibaar zijn zodat de zonnecellen en zonnecollectoren optimaal gericht zijn op de zon.

Afbeelding 24: Aanzicht van het Lichte concept

40

Op Afbeelding 25: Aanzicht van het dak wordt het dak met de parasol weergegeven. Deze parasol zal niet alleen een nuttige functie hebben, maar zal ook het uiterlijk van het gebouw bepalen. Door de parasol zal dit tenniscomplex zich onderscheiden van ieder ander tenniscomplex. Door de verschillende kleuren van het dak zal er een speels effect ontstaan. Naast dit speelse effect zal het complex een strak uiterlijk krijgen.

Afbeelding 25: Aanzicht van het dak

De parasol zorgt er voor dat het gebouw in de schaduw zal liggen. Hierdoor kan er meer glas worden toegepast zonder dat er veel gekoeld moet worden door zoninstraling. Dit concept is toegepast in de entree van het gebouw, dit is te zien op Afbeelding 26: Entree van het 'Lichte concept'.

Afbeelding 26: Entree van het 'Lichte concept'

41

Afbeelding 27: Zonnecellen en zonnecollectoren op de parasol geeft de zonnecellen en de zonnecollectoren weer op de parasol. Deze zullen de benodigde energie aan het complex verschaffen waardoor op het terrein van het tenniscomplex evenveel energie wordt gewonnen als het complex verbruikt.

Afbeelding 27: Zonnecellen en zonnecollectoren op de parasol

6.3 Zwaar concept Het 'Zware concept' combineert de varianten 'Levend complex' en 'De grond in' uit de variantenstudie. De benaming van dit concept slaat op het feit dat er gebruik zal worden gemaakt van veel massa waardoor de krachten op de constructie toenemen en er zware elementen zullen toegepast moeten worden. De grote massa van de grond zal gebruikt worden, maar er zal ook veel massa zich op het groene dak bevinden. Afbeelding 28: Aanzicht van het 'Zware concept' laat een overzicht zien van het concept. Te zien is dat niet alleen het dak bedekt zal zijn met vegetatie maar het gehele gebouw. Op het dak zullen zonnecellen en zonnecollectoren worden geplaatst om de benodigde energie op te wekken.

Afbeelding 28: Aanzicht van het 'Zware concept'

42

De vloer van de tennishal zal 1 meter onder maaiveld worden aangelegd. Dit is op Afbeelding 29: Verdiepte ligging van de tennishal te zien.

Afbeelding 29: Verdiepte ligging van de tennishal

Afbeelding 30: Aanzicht op het centre court geeft een aanzicht van het Centre court de aanliggende tribunes weer. Ook kan men de algemene ruimten op de achtergrond zien. Van hieruit zal men ook de tennishal in kunnen kijken.

Afbeelding 30: Aanzicht op het centre court

Op Afbeelding 31: Aanblik binnenkant tennishal is een blik op het Centre court weergegeven en zijn de andere banen ook zichtbaar.

Afbeelding 31: Aanblik binnenkant tennishal

43

Op Afbeelding 32: Aanblik op de binnenkant van de tennishal is een overzicht van de tennishal te zien. Achter de blauwe doeken aan de linkerkant van de afbeelding is een looppad gecreëerd zodat de banen bereikbaar zijn zonder over andere banen te moeten lopen. Dit is gemakkelijker voor de toeschouwers en voor de spelers op de baan niet storend. Deze indeling van de hal geldt zowel voor het 'Lichte' als het 'Zware concept'.

Afbeelding 32: Aanblik op de binnenkant van de tennishal

44

6.4 Schetsontwerpen Voor de visualisatie van de twee varianten is gebruik gemaakt van het programma SketchUp. Voordat hier een visualisatie gemaakt mee kon worden zijn eerst schetsen gemaakt van de twee varianten. Die zijn hieronder weergegeven.

6.4.1 Licht concept

Afbeelding 33: Schetsontwerp Licht concept

6.4.2 Zwaar concept

Afbeelding 34: Schetsontwerp Zwaar concept

45

Bijlage

C Constructies

1

Inhoudsopgave 1 Inleiding........................................................................................................4 2 Constructief ontwerp tennishal.........................................................................5 2.1 Plaatsing kolommen.................................................................................5 2.1.1 Mogelijkheid 1: zonder interne kolommen.............................................5 2.1.2 Mogelijkheid 2: interne kolommen, geen beperkt zicht............................5 2.1.3 Mogelijkheid 3: interne kolommen, beperkt zicht....................................6 2.1.4 Beslissing.........................................................................................6 2.1.5 Werkelijke plaatsing kolommen tennishal..............................................7 2.2 Materiaalkeuze........................................................................................8 2.3 Dimensionering........................................................................................9 2.3.1 Gordingen.......................................................................................10 2.4 Belastingen...........................................................................................11 2.4.1 Verticale belastingen........................................................................11 2.4.2 Horizontale belastingen.....................................................................12 2.4.3 Belastingcombinaties........................................................................12 2.5 Krachtenverdeling..................................................................................14 2.5.1 Portaalspant....................................................................................14 2.5.2 Gordingen.......................................................................................16 2.6 Toetsing................................................................................................18 2.6.1 Toetsing portaalspanten....................................................................18 2.6.2 Toetsing van de gordingen.................................................................21 3 Constructief ontwerp parasol..........................................................................23 3.1 Constructie van de parasol.......................................................................23 3.1.1 Compleet samenwerkende constructie................................................23 3.1.2 Semi-samenwerkende constructie......................................................24 3.1.3 Losse constructie.............................................................................25 3.1.4 Ontwerp parasol..............................................................................26 3.2 Materiaalkeuze.......................................................................................28 3.3 Dimensionering......................................................................................29 3.3.1 Hoofdliggers....................................................................................29 3.3.2 Nevenliggers...................................................................................29 3.3.3 Pijler..............................................................................................29 3.3.4 Tuien..............................................................................................29 3.4 Belastingen...........................................................................................30 3.4.1 Verticale belastingen........................................................................30 3.4.2 Horizontale belastingen.....................................................................30 3.4.3 Belastingcombinaties........................................................................31 3.5 Krachtenverdeling..................................................................................33 3.5.1 Tuiconstructie..................................................................................33 3.5.2 Nevenliggers...................................................................................37 3.6 Toetsing................................................................................................38 3.6.1 Toetsing van de hoofdliggers..............................................................38 3.6.2 Toetsing van de nevenliggers.............................................................40 3.6.3 Toetsing van hoofdpijlers...................................................................41 3.6.4 Toetsing van de nevenpijlers..............................................................43 3.6.5 Toetsing van de tuien........................................................................45 3.7 Aanpassing mechanicaschema..................................................................46 3.8 Nieuwe krachtenverdeling........................................................................47 3.9 Nieuw dimensionering.............................................................................50 2

3.10 Nieuwe toetsing parasol.........................................................................51 3.10.1 Toetsing hoofdligger........................................................................51 3.10.2 Toetsing nevenligger.......................................................................54 3.10.3 Toetsing hoofdpijler........................................................................54 3.10.4 Toetsing nevenpijler........................................................................56 3.10.5 Toetsing linker steun.......................................................................57 3.10.6 Toetsing rechter steun.....................................................................58 3.10.7 Toetsing van de tuien......................................................................59 3.11 Optimalisatie mechanicaschema.............................................................60 3.12 Toetsing van de optimalisatie.................................................................64 4 Ontwerp......................................................................................................65 4.1 Tennishal...............................................................................................65 4.2 Parasol..................................................................................................65

3

1 Inleiding Deze bijlage zal ingaan op de constructies die zullen worden toegepast in het tenniscomplex. Er zullen twee constructies worden ontworpen, gedimensioneerd en getoetst. Het gaat om de constructie voor de tennishal en de constructie voor de parasol. Om tot een constructief ontwerp voor de tennishal te komen zal er als volgt te werk worden gegaan. Eerst zal gekeken worden naar de plaatsing van de kolommen. Hierna kunnen de overspanningen en het mechanicaschema worden bepaald. Vervolgens kunnen de dimensies van de benodigde elementen worden berekend via vuistregels. De ontworpen elementen zullen daarna worden getoetst. In het geval van de parasol zullen eerst een aantal schetsen worden gepresenteerd van een mogelijke constructie. De definitieve keuze zal daarop volgen en daarna kan deze uitgewerkt worden. Eerst zal het mechanicaschema bepaald worden, waarna de dimensies van de benodigde elementen kunnen worden bepaald. Hierna zullen de krachten in de draagconstructie worden berekend. Tot slot zullen deze worden getoetst.

4

2 Constructief ontwerp tennishal 2.1 Plaatsing kolommen De plaatsing van de kolommen is voor een aantal aspecten van belang. In het volgende stuk zullen drie mogelijkheden worden gepresenteerd en daarbij de volgende punten worden besproken: 1. Zicht van de toeschouwers 2. Maximale overspanning 3. Gebruik van de hal voor andere doeleinden 4. Hergebruik van de hal

2.1.1 Mogelijkheid 1: zonder interne kolommen

Afbeelding 1: Mogelijkheid 1: zonder interne kolommen

Reflectie op mogelijkheid 1: 1. Het zicht van de toeschouwers op de wedstrijden zal niet belemmerd worden. 2. De maximale overspanning zal ±42 m bedragen. 3. Het gehele oppervlak van de tennishal zal geschikt zijn voor andere doeleinden als de hal niet in gebruik is door tennissers. 4. De hal kan nadat het haar functie, om wat voor reden dan ook, verliest als tennishal voor veel verschillende doeleinden compleet worden hergebruikt.

2.1.2 Mogelijkheid 2: interne kolommen, geen beperkt zicht

Afbeelding 2: Mogelijkheid 2: interne kolommen, geen beperkt zicht

5

Reflectie op mogelijkheid 2: 1. Het zicht vanaf de tribunes op het aanliggende speelveld zal niet worden belemmerd, omdat de interne kolommen niet direct naast het speelveld zijn geplaatst. Er zal echter wel belemmering zijn van het zicht op niet aanliggende speelvelden. 2. De maximale overspanning bedraagt ±34 m. 3. Door de plaatsing van 3 interne kolommen zal de hal geschikt zijn voor een aantal andere doeleinden, maar niet voor alle andere doeleinden doordat het vrije oppervlak sterk is verminderd. 4. Ondanks de 3 interne kolommen is er sprake van grote delen vrij vloeroppervlak. De hal kan nadat het haar functie, om wat voor reden dan ook, verliest als tennishal kan de hal voor andere doeleinden worden hergebruikt.

2.1.3 Mogelijkheid 3: interne kolommen, beperkt zicht

Afbeelding 3: Mogelijkheid 3: interne kolommen, beperkt zicht

Reflectie op mogelijkheid 3: 1. Door de plaatsing van interne kolommen direct naast het speelveld zal er voor de toeschouwers een belemmering zijn van het zicht op het aanliggende speelveld. 2. De maximale overspanning bedraagt ±18 m. 3. Door de plaatsing van veel interne kolommen zal de hal maar zeer beperkt geschikt zijn voor andere doeleinden dan tennis. 4. Door de plaatsing van vele interne kolommen is er maar een beperkte grootte vrij vloeroppervlak. De hal zal nadat het haar functie, om wat voor reden dan ook, verliest als tennishal bijna niet voor andere doeleinden kunnen worden gebruikt.

2.1.4 Beslissing Uit bovenstaande is duidelijk geworden dat mogelijkheid 1 de grootste flexibiliteit geeft in het gebruik van de hal. Het is ook duidelijk dat mogelijkheid 1 de grootste overspanning heeft en daardoor grotere elementen zal moeten toepassen. Dit zal in het kostenplaatje merkbaar zijn. Aangezien de hal tijdens, maar ook na het gebruik van de hal als tennishal geschikt zal zijn voor andere doeleinden en daardoor geld zal opleveren zal dit nadeel deels wegvallen. Gekozen zal worden om de kolommen te plaatsen volgens mogelijkheid 1.

6

2.1.5 Werkelijke plaatsing kolommen tennishal In bijlage D Tekeningen onder het hoofdstuk 'Plaatsing kolommen' is de plaatsing van de kolommen weergegeven. Te zien is dat de maximale overspanning 42 m zal zijn. Er is voor gekozen om in de korte zijde, aan de kant van de nevenruimten, geen windverbanden te plaatsen. Hierdoor zal er vrij zicht vanuit de nevenruimten zijn de hal in. Omdat de hal vrij lang is, is het niet verstandig om aan de andere korte zijde wel windverbanden toe te passen omdat het torsiemoment dan zeer groot wordt. Er is daarom voor gekozen om een constructie toe te passen die in de ene richting geschoord is en in de andere ongeschoord, dit voorkomt torsiemomenten. De stabiliteit zal in de geschoorde richting verzorgd worden door windverbanden en in de ongeschoorde richting door portaalconstructies, dit is in Afbeelding 4: Stabiliteit in de verschillende richtingen weergeven.

Afbeelding 4: Stabiliteit in de verschillende richtingen

7

2.2 Materiaalkeuze Er is voor een concept gekozen dat een licht uiterlijk moet hebben. Het materiaal beton zorgt juist voor een log en zwaar karakter. Dit materiaal valt daarom direct af. De materialen staal en hout zijn beide geschikt om te gebruiken voor de draagconstructie van de hal. Van buitenaf zal niet direct te zien zijn of in de hal staal of hout gebruikt is. Dit komt omdat er materiaal zal worden gebruikt om de constructie af te schermen zodat deze niet bloot staat aan de weersinvloeden. Aangezien het sportcomplex zo ontworpen is dat het energiezuinig en daarmee dus duurzaam is, wordt er gekozen om in de hal hout te gebruiken. De energie die de tennishal gebruikt zal energie zijn die is opgewekt met onuitputtelijke bronnen. Het materiaal hout is in principe ook een onuitputtelijke materiaal en past daarom goed in deze trend.

8

2.3 Dimensionering Er zal gebruik worden gemaakt van een portaalconstructie die de korte zijde zal overspannen. De hart op hart (h.o.h.) afstand zal 7 m tussen de portalen zijn. Op Afbeelding 5: Portaalconstructie, is een schematische afbeelding van deze portaalconstructie weergegeven. Tussen de portaalconstructies zullen gordingen geplaatst worden met een h.o.h. van 5 m.

Afbeelding 5: Portaalconstructie

Het hout dat gebruikt zal worden voor de portaalconstructies en de gordingen zal van de sterkteklasse GL32h zijn. In de verbinding tussen kolom en ligger zullen stiften M24 van kwaliteit 8.8. worden gebruikt. Opmerking: de ligger van 40 m zal niet in één stuk kunnen worden gebracht op plaats van bestemming. Daarom zullen drie stukken ligger worden gefabriceerd. Één ligger van 20 m en twee van 10 m zullen met behulp van momentvaste verbindingen geconstrueerd worden tot één ligger die 40 m overspant. Er had ook gekozen kunnen worden voor twee liggers van 20 m met een momentvaste verbinding in het midden. Het is echter de plek waar het grootste moment zich in de ligger bevindt. Daarom is er voor gekozen om twee momentvaste verbindingen op een kwart van de lengte te plaatsen. De momentvaste verbindingen zijn weergegeven in Bijlage D Tekeningen.

Ligger De vuistregel voor de dimensionering van de hoogte van de ligger is als volgt: h=l/20. Voor de breedte zal worden aangenomen: b=h/8. De overspanning van de ligger zal 40 m bedragen. Dimensionering van de ligger: – h = 40000/20 = 2000 mm – b = 2000/8 = 250 mm

Kolom De vuistregel voor het bepalen van de 'basishoogte' van de kolom is: h=l/20. Voor de breedte van de kolom wordt twee keer de halve breedte van de ligger genomen. Afbeelding 6: Aansluiting ligger-kolom, geeft een schematische weergave van de momentvaste aansluiting van de ligger op de kolom.

Afbeelding 6: Aansluiting liggerkolom

9

Dimensionering van de kolom: – h = 9000/20 = 450 mm –

½ b = 125 mm → aangepast naar 135 mm

Verbinding kolom – ligger De verbinding van de kolom met de ligger wordt momentvast uitgevoerd. Deze verbinding moet voldoende stijf zijn zodat de constructie slechts binnen de gestelde eisen vervormd. In bijlage D Tekeningen is een afbeelding van de verbinding weergegeven. Hieronder zal de stijfheid van deze verbinding worden berekend. Later zal gecontroleerd worden of deze verbinding voldoet. De rotatiestijfheid bestaat uit de rotatiestijfheid van de verbinding en de rotatiestijfheid van de ligger. Met de volgende formule kan de totale rotatiestijfheid worden berekend: 1/Kr = 1/Kr,verbinding + 1/Kr,ligger Rotatiestijfheid van de ligger: Kr,ligger = 3EIligger/l = 3*11100*1/12*250*20003/40000 = 1,39*105 kNm/rad Rotatiestijfheid van de verbinding: Ks = ρmean1,5dnom/23 = (1,2*430)1,5*24/23 = 1,22*104 N/mm Ip = n1R12 + n2R22 + n3R32 + n4R42 + n5R52 + n6R62 + n7R72 + n8R82 + n9R92 = 4*8002 + 2*6002 + 8*(8002+2002) + 4*(6002+2002) + 8*(8002+4002) + 4*(6002+4002) + 8*(8002+6002) + 4*(6002+6002) + 4*(8002+8002) = 3,48*107 mm2 Kr,ser

= Ks*Ip2 = 1,22*104 + 3,48*107 = 4,26*1011 Nmm/rad = 4,26*105 kNm/rad

1/Kr

= 1/Kr,verbinding + 1/Kr,ligger → Kr = 1,05*105 kNm/rad

2.3.1 Gordingen De gordingen zullen tussen de portaalspanten lopen. De hoogte van de gordingen zal ontworpen worden met de vuistregel: h=l/16. De breedte met: b=h/6. De overspanning bedraagt, zoals te zien is in bijlage D Tekeningen, 7 m. Dimensionering van de gordingen: – h = 7000/16 = 437,5 mm → afgerond 450 mm –

b = h/6 = 75 → aangepast naar 85 mm

10

2.4 Belastingen Er zal onderscheid gemaakt worden tussen verticale belastingen en horizontale belastingen. Opmerking: de parasol zal als het sneeuwt de belasting van de sneeuw dragen. Mocht het zo zijn dat de parasol tijdens de levensduur van de tennishal om welke reden dan ook worden afgebroken, dan moet de tennishal zelf deze belasting dragen. Voor het ontwerp van de elementen van de draagconstructie wordt uitgegaan van een situatie dat de parasol niet aanwezig is.

2.4.1 Verticale belastingen De verticale belastingen1 zijn opgesplitst in permanente en variabele belastingen.

Permanent –

Eigen gewicht ligger:

2,11 kN/m

–

Eigen gewicht gordingen:

0,16 kN/m

–

Isolatie + dakbedekking:

0,20 kN/m2

–

Dakplaten:

0,10 kN/m2

Opmerking: de gordingen werken in de praktijk als een puntlast op het portaalspant. Voor de berekening zullen ze echter 'uitgesmeerd' worden als een gelijkmatig verdeelde belasting: Er zullen 9 gordingen van 7 m lengte rusten op het portaalspant. Elke gording weegt: 7*0,16 = 1,12 kN. Uitgesmeerd over het 40 m lange portaalspant: 1,12*9/40 = 0,252 kN/m

Variabel –

Sneeuw, qsneeuw:

0,56 kN/m2

–

Windzuiging, qwind,z,ver:

0,637 kN/m2

Uitgangspunten windzuiging: – Het gebouw bevindt zich in een onbebouwd gebied in windgebied II. De hoogte voor het gebouw bedraagt 11 m. Hierbij wordt gevonden: Pw = 0,91 kN/m2. – Voor Cz,ver wordt aangenomen: 0,4 Dit omdat er maar over een zeer klein gedeelte van het gehele dak geldt dat Cz,ver = -0,7. – Aangezien de gevel openingen (Schubben, zie Bijlage B: Duurzaamheid) bevat zal er overdruk ontstaan in het gebouw. Daarom wordt bij de Cz,ver een waarde van Cpi = 0,3 toegevoegd. – Ct = Cz,ver + Cpi = 0,7

1

Wagemans, L.A.G., Soons, F.A.M., Van Raaij, B.P.M. (2004). Info map constructieleer.

11

2.4.2 Horizontale belastingen Er zijn slechts variabele belastingen2 aanwezig die op de constructie werken.

Variabel –

Winddruk, qwind,d,hor:

0,728 kN/m2

–

Windzuiging, qwind,z,hor:

0,364 kN/m2

Uitgangspunten windbelasting: – Het gebouw bevindt zich in een onbebouwd gebied in windgebied II. De hoogte voor het gebouw bedraagt 11 m. Hierbij wordt gevonden: Pw = 0,91 kN/m2. – Voor Cd,hor wordt aangenomen: 0,8 – Voor Cz,hor wordt aangenomen: 0,4

2.4.3 Belastingcombinaties Er zullen verschillende belastingen op de liggers, gordingen en kolommen aanwezig zijn. De belastingscombinaties die op het portaalspant en de gordingen werken zijn hieronder weergegeven. Deze belastingen zijn berekend in ULS. ULS staat voor Ultimate Limit State, vroeger bekend als uiterste grens toestand, ugt. Om de ULS te berekenen zijn gegevens gebruikt uit bijlage C: PvW en PvE. Nadat de belastingscombinaties in ULS zijn berekend worden deze berekend in SLS, de serviceability limit state. Vroeger bekend als bruikbaarheids-grenstoestand, bgt.

Portaalspant (ULS) De portaalspanten zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de portaalspanten: – Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichtligger, gordingen, isolatie +dakbedekking, dakbedekking) = 1,5*7,0*0,56 + 1,2*(2,11 + 0,254 + 0,20*7,0 + 0,10*7,0) = 11,2 kN/m Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichtligger, gordingen, -1,5*0,637*7,0 + 0,9*(2,11 + 0,254 + 0,20*7,0 + isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 0,10*7,0) = -2,67 kN/m

–

Horizontale belasting op de portaalspanten: – Winddruk = 1,5*qwind,d,hor*l = 0,728*7*1,5 = 7,64 kN/m. –

Windzuiging = 1,5*qwind,z,hor*l = 0,364*7*1,5 = 3,82 kN/m.

Gordingen (ULS) De gordingen zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de gordingen: 2

Wagemans, L.A.G., Soons, F.A.M., Van Raaij, B.P.M. (2004). Info map constructieleer.

12

–

Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichtgordingen, isolatie+dakbedekking, ) = 1,5*5,0*0,56 + 1,2*(0,161 + 0,20*5,0 + 0,10*5,0) = 6,20 kN/m

dakbedekking

Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichtgordingen, isolatie ) = -1,5*0,637*5,0 + 0,9*(0,161 + 0,20*5,0 + 0,10*5,0) = -3,28 kN/m

–

+dakbedekking, dakbedekking

Horizontale belasting op de gordingen: – Windbelasting = 1,5*qwind*l*b = 0,728*5*4,5*1,5 = 24,6 kN Van belang is het om op te merken dat de belasting op de gordingen in het geval van de windzuiging naar boven werkt. Er moet voor gezorgd worden dat de gordingen voldoende stevig worden bevestigd aan de portaalspanten en de dakplaten en de isolatie aan de gordingen. Als dit niet gebeurd zou het er namelijk toe kunnen leiden dat er schade aan het dak ontstaat.

Portaalspant (SLS) De portaalspanten zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de portaalspanten: – Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 7,0*0,56 + 2,11 + 0,254 + 0,20*7,0 + 0,10*7,0 = 8,38 kN/m Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie -0,364*7,0 + 2,11 + 0,254 + 0,20*7,0 + 0,10*7,0 = 1,92 +dakbedekking, dakbedekking) = kN/m

–

Horizontale belasting op de portaalspanten: – Winddruk = qwind,d,hor*l = 0,728*7 = 5,10 kN/m. –

Windzuiging = qwind,z,hor*l = 0,364*7*1,5 = 2,55 kN/m.

Gordingen (SLS) De gordingen zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de gordingen: – Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtgordingen, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 5,0*0,56 + 0,161 + 0,20*5,0 + 0,10*5,0 = 4,46 kN/m –

Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtgordingen, isolatie+dakbedekking, ) = -0,637*5,0 + 0,161 + 0,20*5,0 + 0,10*5,0 = -1,52 kN/m

dakbedekking

Horizontale belasting op de gordingen: – Windbelasting = qwind*l*b = 1,092*5*4,5 = 16,4 kN

13

2.5 Krachtenverdeling In deze paragraaf zal de krachtenverdeling in de verschillende elementen worden berekend. Deze krachtenverdeling is van belang om de elementen te toetsen of deze voldoen aan de gestelde veiligheidseisen.

2.5.1 Portaalspant De krachtenverdeling is met de hand niet eenvoudig te berekenen. Dit komt omdat er momentvaste verbindingen zijn toegepast. In de berekening kan echter niet worden uitgegaan van verbindingen die een oneindig groot moment kunnen opnemen. Daarom wordt er gebruik gemaakt van het programma MatrixFrame. Hierin kunnen scharnieren, starre verbindingen maar ook verbindingen met een bepaalde veercapaciteit worden geprogrammeerd. Eerder is berekend in 'Verbinding kolom – ligger' dat de rotatiestijfheid van de verbinding: Kr = 1,05*105 kNm/rad is. Deze zal dan ook geprogrammeerd worden in MatrixFrame. Op Afbeelding 7: Mechanicaschema en maatgevende belasting (ULS) is het mechanicaschema van het portaalspant weergegeven waarbij ook de maatgevende belastingscombinatie (wind + eigen gewicht) in ULS is weergegeven. De belastingen in SLS zijn weergegeven op Afbeelding 8: Mechanicaschema en maatgevende belasting (SLS).

Afbeelding 7: Mechanicaschema en maatgevende belasting (ULS)

Afbeelding 8: Mechanicaschema en maatgevende belasting (SLS)

Onderstaand zijn de resultaten weergegeven zoals MatrixFrame heeft berekend.

14

Momentenlijn (ULS )

Afbeelding 9: Momentenlijn (ULS)

Dwarskrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 10: Dwarskrachtenlijn (ULS)

Normaalkrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 11: Normaalkrachtenlijn (ULS)

Staafdoorbuigingen (SLS)

Afbeelding 12: Staafdoorbuigingen (SLS)

15

Knoopverplaatsingen (SLS)

Afbeelding 13: Knoopverplaatsingen (SLS)

Opmerking: ter controle van de invoer in MatrixFrame is de volgende berekening gemaakt. Het maximale moment in de ligger zal kleiner moeten zijn dan: (1/8)ql2. Dit komt doordat er ook een moment optreedt in de momentvaste verbindingen. Hiermee wordt de momentenlijn wat 'opgetild' zodat de optredende momenten kleiner zullen zijn dan het maximale moment in een ligger op twee steunpunten. Het maximale bedraagt: Mmax = (1/8)ql2 = (1/8)*11,2*420002 = 2469,6 kNm Het met MatrixFrame berekende moment is inderdaad kleiner dan het maximale moment bij een ligger op twee steunpunten en hierdoor kan geconcludeerd worden dat de berekeningen met MatrixFrame kloppen. Het is ook interessant om te bekijken wat er met de krachtsverdeling gebeurd als de veerstijfheid van de verbindingen verandert. In de praktijk zal de gewenste veerstijfheid nooit precies gehaald worden. Het kan zijn dat de verbinding stijver of slapper uitvalt dan gewenst. Met MatrixFrame zijn drie berekeningen gemaakt waaruit in het eerste geval bleek dat bij oneindig stijve verbindingen de steunpuntsmomenten toenemen en het moment in het midden van de ligger afneemt ten opzichte van de berekende situatie. In het geval van een zeer slappe verbinding zullen de steunpuntsmomenten afnemen en groeit het moment in het midden van de ligger aan tot een maximum van 1/8ql2. Ook is de situatie van één oneindig stijve en één zeer slappe verbinding berekend. In dit geval werd dezelfde krachtenverdeling gevonden als bij het toepassen van twee zeer slappe verbindingen. Op Afbeelding 14: Oneindig stijve verbinding en Afbeelding 15: Zeer slappe verbinding zijn de twee resultaten te zien van de Matrix Frame berekeningen.

Afbeelding 14: Oneindig stijve verbinding

Afbeelding 15: Zeer slappe verbinding

2.5.2 Gordingen Het mechanicaschema van de gordingen is eenvoudig en kan met de hand worden berekend. Deze is te zien op Afbeelding 16: Mechanicaschema gordingen.

16

Afbeelding 16: Mechanicaschema gordingen

Er kunnen zich twee extreme situaties voordoen, namelijk: – de situatie van sneeuwbelasting en eigen gewicht –

de situatie van windzuiging en eigen gewicht

Situatie sneeuw + eigen gewicht Aansluiting kolom – ligger – Moment: My,d

= (1/8)ql2 = 0 kNm

–

Dwarskracht:

Vd

= ½ql = ½*6,20*5 = 15,5 kN

–

Normaalkracht:

Nd

= F = 36,9 kN

My,d

= (1/8)ql2 = 1/8*6,20*5,02 = 19,4 kNm

Midden van de ligger – Moment –

Dwarskracht

Vd

= ½ql = 0 kN

–

Normaalkracht

Nd

= F = 36,9 kN

Situatie wind + eigen gewicht: Aansluiting kolom – ligger – Moment: My,d

= (1/8)ql2 = 0 kNm

–

Dwarskracht:

Vd

= ½ql2 = ½*-3,28*5 = -8,2 kN

–

Normaalkracht:

Nd

= F = 36,9 kN

My,d

= (1/8)ql2 = 1/8*-3,28*5,02 = -10,3 kNm

Midden van de ligger – Moment –

Dwarskracht

Vd

= ½ql2 = 0

–

Normaalkracht

Nd

= F = 36,9 kN

Het is nu duidelijk dat de situatie sneeuw + eigen gewicht maatgevend is. Hier treedt het grootste moment en dwarskracht op in de gordingen. Deze waarden zullen dan ook gebruikt worden voor de toetsing.

17

2.6 Toetsing De portaalspanten zullen op verschillende punten worden getoetst. Dit geldt ook voor de gordingen. De toetsingen zullen worden verricht door opgedane kennis uit de eerdere constructieleer vakken toe te passen en met de bijbehorende dictaten als steun.

2.6.1 Toetsing portaalspanten Toetsing van de ligger

Toetsing op buiging σm,0,d = My,d/Wy ≤ fd = fkkmodkh/γM My,d Wy kmod kh γM

= = = = =

1642,37*106 Nmm 1/6bh2 = 1/6*250*20002 = 1,67*108 0,90 (modificatiefactor) (600/h)0,1 = (600/2000)0,1 ≤ 1,0 → kh = 1,0 1,25 (materiaalfactor)

Toetsing: 1642,37*106/1,67*108 = 9,83 N/mm2 ≤ 32*0,90*1,0/1,25 = 23,0 N/mm2 Conclusie toetsting op buiging: voldoet!

Toetsing op dwarskracht σv,d

= (3Vd)/(2bh) ≤ fv,kkmod/γM

Vd fv,k kmod γM

= = = =

246,29*103 N 3,8 N/mm2 0,90 (modificatiefactor) 1,25 (materiaalfactor)

Toetsing: (3*246,29*103)/(2*250*2000) = 0,74 N/mm2 ≤ 3,8*0,90/1,25 = 2,74 N/mm2 Conclusie toetsting op dwarskracht: voldoet!

Toetsing op verticale doorbuiging De maximale verticale doorbuiging van de portaalspanten mag: ueind = 0,004*l = 0,004*42000 = 168 mm bedragen. Te zien is in de MatrixFrame berekening dat de doorbuiging 109,9 mm zal zijn. Toetsing: 109,9/168 = 0,65 18

Conclusie toetsing op horizontale uitbuiging: voldoet!

Toetsing van de kolom Berekening van de stabiliteit Voor het traagheidsmoment van de taps verlopende kolom wordt de doorsnede op 0,65h gebruikt: Ikolom = (1/12)bh3 = (1/12)*250*(1000+0,65*1000)3 = 9,36*1010 mm4 De effectieve kniklengte kan bepaald worden via: lef = h*√(4+(π2EIk)/(hkr,E)) ≈ h*√(4+10(EIk)/(hkr,E)) = = 11*√(4+10*(11100*(1/12)*250*16503)/(11000*1,05*1011)) = 11*√(4+9,0) = 39,7 m Nu de effectieve kniklengte bekend is kan de kritische verticale belasting berekend worden: Fcrit = π2EI/l2ef = π2*11100*(1/12)*250*20003/396522 = 11613,0 kN De te stabiliseren last op de kolom bedraagt: Fu = 246,29 kN De verhouding n tussen de kritische belasting en de te stabiliserende belasting bedraagt: n = (Kritische verticale belasting)/(Totale te stabiliseren verticale belasting) = Fcrit/Fu = 11613,0/246,29 = 47,15 Met behulp van deze verhouding kan de vergrotingsfactor voor het moment in de verbinding bepaald worden: n = 47,15 → n/(n-1) = 1,02 Het 2e orde effect is in dit geval zeer klein. Daarom hoeven de krachten en momenten niet aangepast te worden en kunnen de oorspronkelijke krachten en momenten gebruikt worden voor de toetsingen. Het moment in de verbinding zou vergroot moeten worden met n/(n-1), maar er wordt gesteld: ME,2e orde,d = n/(n-1)ME,1e orde,d ≈ ME,1e orde,d = 1065,59 kNm

Toetsing op druk ter plaatse van de verbinding: σc,0,d = F/Ak,t.p.v. Verbinding = 246,29*103/(250*(2000-4*24)) = 0,52 N/mm2 Conclusie toetsing op druk t.p.v. de verbinding: voldoet!

Toetsing op buiging ter plaatse van de verbinding: σm,0,d = M/W = 1065,59*106/((1/12*250*20003 – 250*24*3002)/(2000/2)) = 6,41 N/ mm2 Conclusie toetsing op buiging t.p.v. de verbinding: voldoet! 19

Toetsing op druk en buiging ter hoogte van 0,65h: Drukspanning σc,0,d = F/Ak,t.p.v. Verbinding = 246,29*103/(250*(1000+0,65*1000)) = 0,60 N/mm2 Buigspanning σm,0,d = M/W = 0,65*1065,59*106/((1/6)*250*(1000+0,65*1000)2) = 6,11 N/mm2 Bepaling knikfactor Voor de slankheid geldt: λy = lk,ef/i = 49220/√(Ik,eqv/Ak,eqv) = 49220/√(9,36*1010/(250*1650) = 103,3 Nu de slankheid is bepaald kan de knikfactor kc,y worden afgelezen m.b.v. de grafiek3 → kc,y ≈ 0,38. Dit is in de sterke richting van het profiel. Er hoeft niet getoetst te worden in de zwakke richting, omdat de kolom in deze richting zal worden gesteund door de gevel. Rekenwaarde druksterkte fc,0,d = fc,0,repkmod/γM = 29*0,9/1,25 = 20,88 N/mm2 Rekenwaarde buigsterkte fm,0,d = fm,0,repkmod/γM = 32*0,9/1,25 = 23,04 N/mm2 Toetsing: σc,0,d/(kc,y*fc,0,d) + σm,0,d/fm,0,d ≤ 1 → 0,60/(0,38*20,88) + 6,11/23,04 = 0,34 <1 Opmerking: de toetsing ter hoogte van 0,65h wordt uitgevoerd omdat hier de maatgevende krachten zullen worden gevonden. Dit lijkt in het eerste opzicht onlogisch omdat op deze plek zich niet de grootste krachten bevinden, maar er moet ook rekening gehouden worden met het taps toelopen van de kolom.

Toetsing op dwarskracht σv,d

= (3Vd)/(2bh) ≤ fv,kkmod/γM

Vd fv,k kmod γM

= = = =

118,4*103 N 3,8 N/mm2 0,90 (modificatiefactor) 1,25 (materiaalfactor)

Toetsing: (3*118,4*103)/(2*250*1000) = 0,71 N/mm2 ≤ 3,8*0,90/1,25 = 2,74 N/mm2 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Toetsing op horizontale uitbuiging De maximale horizontale uitbuiging mag: (1/300)*h = (1/300)*11000 = 36,7 mm bedragen. Te zien is in de MatrixFrame berekening dat de uitbuiging 21,7 mm zal zijn. Opmerking: aangezien het 2e-orde effect zeer klein is (vergrotingsfactor n=1,02) , is 3

Dictaat CT3051 A - hout

20

deze verwaarloosd en zijn de vervormingen gebruikt die berekend zijn met MatrixFrame zonder correctie van het 2e-orde effect. Toetsing: 21,7/36,7 = 0,59 Conclusie toetsing op horizontale uitbuiging: voldoet!

Conclusie Het portaalspant voldoet zowel op sterkte als op stijfheid en zal in zijn geheel worden toegepast in de constructie van de tennishal.

2.6.2 Toetsing van de gordingen Toetsing op buiging σm,0,d = My,d/Wy ≤ fd = fkkmodkh/γM My,d Wy kmod kh γM

= = = = =

19,4*106 Nmm 1/6bh2 = 1/6*85*4502 = 2,87*106 0,90 (modificatiefactor) (600/h)0,1 = (600/450)0,1 = 1,029 1,25 (materiaalfactor)

Toetsing: 19,4*106/2,87*106 = 6,76 N/mm2 ≤ 32*0,90*1,029/1,25 = 23,7 N/mm2 Conclusie toetsing op buiging: voldoet!

Toetsing op dwarskracht σv,d

= (3Vd)/(2bh) ≤ fv,kkmod/γM

Vd fv,k kmod γM

= = = =

15,5*103 N 3,8 N/mm2 0,90 (modificatiefactor) 1,25 (materiaalfactor)

Toetsing: (3*15500)/(2*85*450) = 0,61 N/mm2 ≤ 3,8*0,90/1,25 = 2,74 N/mm2 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Toetsing op verticale doorbuiging De maximale verticale doorbuiging van de gordingen mag: ueind = 0,004*l = 0,004*5000 = 20 mm bedragen. De doorbuiging van de gordingen kan berekend worden via de volgende rekensom: u = (5/384)ql4/EI = (5/384)*4,46*50004/(11000*(1/12)*85*4503) = 5,11 mm Te zien is in de MatrixFrame berekening dat de doorbuiging 109,9 mm zal zijn.

21

Toetsing: 5,11/20 = 0,26 Conclusie toetsing op horizontale uitbuiging: voldoet!

Conclusie De gordingen voldoen ruim op de toetsingen. Dit betekent dat de gordingen overgedimensioneerd zijn en dat de afmetingen kunnen worden verkleind. Een andere optie is om een lagere sterkteklasse te gebruiken. Er is gekozen om de sterkteklasse te verlagen en de eerder bepaalde afmetingen van de gordingen toe te passen in de constructie.

22

3 Constructief ontwerp parasol Voordat de parasol gedimensioneerd kan worden is het van belang om de vorm van de parasol vast te stellen.

3.1 Constructie van de parasol Om tot de uiteindelijke constructie van de parasol te komen is er eerst bedacht wat voor soort systemen in aanmerking zouden komen. De constructie van de parasol kan drie mogelijke vormen aannemen: – compleet samenwerkende constructie – semi-vaste constructie – losse constructie

3.1.1 Compleet samenwerkende constructie Hieronder worden schetsen getoond waarbij de constructie van de parasol compleet samenwerkt met de constructie van de tennishal of geheel vast zit aan de constructie van de tennishal. Er is geen mogelijkheid om de parasol later weg te halen.

Afbeelding constructie

17:

Afbeelding constructie

18:

Ontwerp

Ontwerp

1,

2,

samenwerkende

samenwerkende

23

Afbeelding 19: Ontwerp 3, samenwerkende constructie

Afbeelding 20: Ontwerp 4, samenwerkende constructie

3.1.2 Semi-samenwerkende constructie Hieronder worden schetsen getoond van de parasol die vast zit aan de constructie van de tennishal. Hierbij zou eventueel de parasol op een later tijdstip verwijderd kunnen worden van de tennishal. De constructie van de tennishal zal wel berekend moeten worden op belastingen van de parasol op de constructie van de tennishal.

Afbeelding 21: Ontwerp samenwerkende constructie

1,

semi-

24

Afbeelding 22: Ontwerp3, samenwerkende constructie

semi-

Afbeelding 23: Ontwerp 2, semi-samenwerkende constructie

3.1.3 Losse constructie Hieronder worden schetsen getoond van de parasol die een eigen constructie heeft. Hierdoor kan de parasol op een later tijdstip eenvoudig worden verwijderd. De constructie van de tennishal hoeft dan geen rekening te houden met belastingen van de constructie voor de parasol.

Afbeelding 24: Ontwerp 1, losse constructie

Afbeelding 25: Ontwerp 2, losse constructie

25

Afbeelding 26: Ontwerp 3, losse constructie

Afbeelding 27: Ontwerp 4, losse constructie

Afbeelding 28: Ontwerp 5, losse constructie

3.1.4 Ontwerp parasol Er dient een keuze gemaakt te worden tussen de drie verschillende constructies. Bij de afweging moet gelet worden op flexibiliteit van de constructie, maar ook zal er gelet moeten worden op het economisch oogpunt. Het is niet economisch om de constructie van de parasol deels te verbinden met de tennishal, de semisamenwerkende constructie. Dit komt omdat de constructie van de tennishal dan berekend moet zijn op niet alleen de krachten van de constructie van de parasol op de tennishal. Ook de krachten die op de constructie van de tennishal werken, denk hierbij aan sneeuw, moeten worden meegenomen. Mocht de parasol op een later tijdstip worden weggehaald, dan zullen deze krachten op de constructie van de tennishal werken. In het geval dat de parasol later weggehaald zal worden is de tennishal overgedimensioneerd doordat zij ook is berekend op krachten van de parasol. In het andere geval dat de parasol haar functie zal blijven uitoefenen is de tennishal ook 26

overgedimensioneerd doordat zij is berekend op krachten van de natuur. De tennishal zal in het geval van de semi-samenwerkende constructie dus altijd overgedimensioneerd zijn. Deze constructie is dus niet economisch maar in principe wel flexibel in het later weg kunnen halen van de parasol. Het voordeel van het toepassen van een samenwerkende constructie is dat er maar één gehele constructie hoeft te worden gemaakt. Dit is dus uit economisch oogpunt zeer gunstig. Flexibel is de constructie echter niet. Bij het toepassen van een losse constructie zullen er zoals bij de semisamenwerkende constructie twee daken moeten worden geconstrueerd wat economisch nadelig is, maar zullen er geen krachten van de parasol op de constructie van de tennishal werken. Dit is ten opzichte van de semi-samenwerkende constructie een economisch iets gunstigere oplossing met daarnaast een grotere flexibiliteit, omdat er geen rekening met de verbindingen tussen de parasol en de tennishal dient te worden gehouden. Niet alleen de tennishal wil flexibel blijven voor andere functies dan tennis, maar ook de buitenkant van het tenniscomplex. Dit met het oog op eventuele verbouwingen of uitbreidingen. Daarom is de beste keuze om een losse constructie toe te passen. Aangezien het ontwerp op Afbeelding 27: Ontwerp 4, losse constructie door haar constructie de meeste uitstraling heeft en daarnaast het meest uitdagend is is deze gekozen om verder uit te werken. Onderstaand is ter conclusie in een tabel de beoordelingen weergegeven van de drie verschillende oplossingen. De afkortingen staan voor: – C. s. c.: Compleet samenwerkende constructie – S.-v c.: Semi-samenwerkende constructie – L. c.: Losse constructie De beoordeling werkt als volgt: – ++ Zeer goed/gunstig – + Goed/gunstig – Slecht/nadelig – -Zeer slecht/nadelig

Criteria\Constructie Economisch Flexibiliteit Uitstraling

C. s. c. ++ --

Constructie S.-v. c. + -

L. c. -++ +

Afbeelding 29: Beoordeling van de verschillende oplossingen

27

3.2 Materiaalkeuze Zoals besproken is in de materiaalkeuze voor de tennishal is er voor een concept gekozen dat een licht uiterlijk moet hebben. Het materiaal beton zorgt juist voor een log en zwaar karakter en valt daarom direct af. De materialen staal en hout zijn beide geschikt om te gebruiken voor de draagconstructie van de parasol. Er kan echter met staal vrijer geconstrueerd worden doordat ingewikkelde constructies beter zijn te realiseren. De beslissing waarom er staal toegepast gaat worden in plaats van hout zoals in de tennishal is gebaseerd op twee redenen. Het materiaal staal heeft, volgens de ontwerper, een meer moderne uitstraling dan hout.Aangezien in het Programma van Eisen (zie Bijlage A: PvW en PvE) is aangegeven dat een tenniscomplex is gewenst met een moderne uitstraling wordt hier de voorkeur gegeven aan staal. Hiernaast zal er een uitdagende en ingewikkelde constructie worden gebruikt voor de parasol waardoor het materiaal staal beter dan het materiaal hout tot zijn recht zal komen. De constructie van de parasol zal dus geheel in staal worden uitgevoerd.

28

3.3 Dimensionering Voor de constructie van de parasol zal gebruik worden gemaakt van een tuiconstructie die de parasol zal dragen. Er zullen 5 grote pijlers komen die de constructie zullen dragen. Elke pijler zal een oppervlak dragen van 76 x 26,2 m. De tuien zullen vanuit de top aangrijpen op de hoofdliggers die evenwijdig aan de korte kant lopen. Haaks op de hoofdliggers zullen nevenliggers lopen waarvan de h.o.h. afstand van 5 m bedraagt. Op deze liggers kunnen de dakplaten bevestigd kunnen worden. In Bijlage D Tekeningen onder het hoofdstuk 'Parasol' zijn tekeningen van de parasol te zien die de hierboven beschreven constructie weergeven.

3.3.1 Hoofdliggers De vuistregel voor de dimensionering van de hoogte van de hoofdliggers is als volgt: h=l/20. De totale overspanning van de hoofdligger is 60 m. De tuien zullen echter deze ligger steunen en daardoor zal de overspanning 'kleiner' zijn. Uitgegaan zal worden van een overspanning van 15 m. h = l/20 = 15/20 = 0,75 m → keuze: IPE 750x137

3.3.2 Nevenliggers De vuistregel voor de dimensionering van de hoogte van de nevenliggers is als volgt: h=l/26. De overspanning van de nevenligger bedraagt 26,2 m. h=l/26 = 26,2/26 = 1,01 m → valt buiten de IPE profielen, aangenomen wordt een IPE 750, dit kan later aangepast worden als het niet voldoet.

3.3.3 Pijler Vanwege het ingewikkelde mechanicaschema is er geen vuistregel die de pijler snel kan dimensioneren. Aangezien het gemakkelijk is om te zien dat er grote krachten op deze pijler komen te staan zal deze flink gedimensioneerd worden en wordt er in eerste instantie gekozen voor een CHS kokerprofiel met een diameter van 508 mm en een dikte van 20,0 mm.

3.3.4 Tuien Voor de dimensionering van de tuien is geen vuistregel bekend. Hier zal worden aangenomen dat de tuien bestaan uit stalen kabels met een diameter van 50 mm.

29

3.4 Belastingen Er zal onderscheid gemaakt worden tussen verticale belastingen en horizontale belastingen. Opmerking: de parasol zal als het sneeuwt de belasting van de sneeuw dragen. Mocht het zo zijn dat de parasol tijdens de levensduur van de tennishal om welke reden dan ook wordt afgebroken, dan moet de tennishal zelf deze belasting dragen. Voor het ontwerp van de elementen van de draagconstructie wordt uitgegaan van een situatie dat de parasol niet aanwezig is.

3.4.1 Verticale belastingen De verticale belastingen4 zijn opgesplitst in permanente en variabele belastingen.

Permanent –

Eigen gewicht hoofdligger:

1,34 kN/m

–

Eigen gewicht nevenliggers:

1,34 kN/m

–

Dakbedekking:

0,10 kN/m2

–

Dakplaten:

0,10 kN/m2

–

PV-panelen:

0,12 kN/m2

Variabel –

Sneeuw, qsneeuw:

0,56 kN/m2

–

Windzuiging, qwind,z,ver:

0,364 kN/m2

Uitgangspunten windzuiging: – Het gebouw bevindt zich in een onbebouwd gebied in windgebied II. Het hoogst gelegen punt van de parasol ligt op 14 m. Deze waarde zal aangehouden worden om mee te rekenen. Hierbij wordt gevonden: Pw = 0,99 kN/m2. – Voor Cz,ver wordt aangenomen: 0,4 Dit omdat er maar over een zeer klein gedeelte van het gehele dak geldt dat Cz,ver = -0,7. – Er zal geen overdruk of onderdruk op de constructie werken daarom wordt aangehouden: Cz,ver = Ct

3.4.2 Horizontale belastingen Er zijn slechts verticale belastingen aanwezig die op de constructie werken. De krachten van de wind op de constructie worden verwaarloosd omdat er maar een gering oppervlak is waar de wind op staat. 4

Wagemans, L.A.G., Soons, F.A.M., Van Raaij, B.P.M. (2004). Info map constructieleer.

30

3.4.3 Belastingcombinaties Er zullen verschillende belastingen op de hoofdliggers, nevenliggers en pijlers aanwezig zijn. De belastingscombinaties die op de hoofdliggers en nevenliggers werken zijn hieronder weergegeven. Deze belastingen zijn berekend in ULS. ULS staat voor Ultimate Limit State, vroeger bekend als uiterste grens toestand, ugt. Om de ULS te berekenen zijn gegevens gebruikt uit bijlage C: PvW en PvE. Nadat de belastingscombinaties in ULS zijn berekend worden deze berekend in SLS, de serviceability limit state. Vroeger bekend als bruikbaarheids-grenstoestand, bgt.

Hoofdliggers (ULS) De hoofdliggers zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de hoofdliggers: – Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichthoofdligger, nevenligger, dakbedekking, dakplaten) = 1,5*26,2*0,56 + 1,2*(1,34 + 7,49 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2) = 38,89 kN/m Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichthoofdligger, nevenligger, ) = 1,5*26,2*0,56 + 1,2*(1,34 + 7,49 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 + 0,12*26,2) = 42,04 kN/m

–

dakbedekking, dakplaten, PV-panelen

Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichthoofdligger, -1,5*0,364*26,2 + 0,9*(1,34 + 7,49 + nevenligger, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 0,10*26,2 + 0,10*26,2) = -1,64 kN/m

–

Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichthoofdligger, ) = -1,5*0,364*26,2 + 0,9*(1,34 + 7,49 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 + 0,12*26,2) = 1,50 kN/m

–

nevenligger, isolatie+dakbedekking, dakbedekking, PV-panelen

Opmerking: de nevenliggers werken in de praktijk als een puntlast op de hoofdliggers. Voor de berekening zullen ze echter 'uitgesmeerd' worden als een gelijkmatig verdeelde belasting: Er zullen 16 nevenliggers van 26,2 m lengte rusten op de hoofdliggers. Elke nevenligger weegt: 26,2*1,34 = 35,1 kN. Uitgesmeerd over de gehele lengte van 75 m: 35,1*16/75 = 7,49 kN/m

Nevenliggers (ULS) De nevenliggers zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de nevenliggers: – Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichtnevenligger, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 1,5*5,0*0,56 + 1,2*(1,34 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0) = 7,01 kN/m Sneeuw + eigengewicht = 1,5*qsneeuw*l + 1,2*(eigengewichtnevenligger, isolatie+dakbedekking, = 1,5*5,0*0,56 + 1,2*(1,34 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0 + PV-panelen) 0,12*5,09) = 7,62 kN/m

–

dakbedekking,

Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichtnevenligger, isolatie +dakbedekking, dakbedekking) = -1,5*0,364*5,0 + 0,9*(0,161 + 0,20*5,0 + 0,10*5,0) =

–

31

-1,24 kN/m Windzuiging + eigengewicht = -1,5*qwind,d,ver*l + 0,9*(eigengewichtnevenligger, isolatie = -1,5*0,364*5,0 + 0,9*(0,161 + 0,20*5,0 + +dakbedekking, dakbedekking, PV-panelen) 0,10*5,0) = -0,70 kN/m

–

Hoofdliggers (SLS) De hoofdliggers zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de hoofdliggers: – Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 26,2*0,56 + 1,34 + 6,97 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 = 28,22 kN/m Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie+dakbedekking, PV-panelen) = 26,2*0,56 + 1,34 + 6,97 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 + 0,12*26,2 = 31,40 kN/m

–

dakbedekking,

Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie -0,364*26,2 + 1,34 + 6,97 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 = +dakbedekking, dakbedekking) = 4,01 kN/m

–

Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtligger, gordingen, isolatie ) = -0,364*26,2 + 1,34 + 6,97 + 0,10*26,2 + 0,10*26,2 + 0,12*26,2 = 7,15 kN/m

–

+dakbedekking, dakbedekking

Nevenliggers (SLS) De nevenliggers zullen over hun gehele lengte een breedte van 7 m van het dak dragen. Verticale belastingcombinaties op de nevenliggers: – Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtgordingen, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 5,0*0,56 + 1,34 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0 = 4,75 kN/m – Sneeuw + eigengewicht = qsneeuw*l + (eigengewichtgordingen, isolatie+dakbedekking, dakbedekking) = 5,0*0,56 + 1,34 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0 + 0,12*5,0 = 5,35 kN/m – Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtgordingen, isolatie +dakbedekking, dakbedekking) = -0,364*5,0 + 0,161 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0 = -0,66 kN/m – Windzuiging + eigengewicht = -qwind,d,ver*l + (eigengewichtgordingen, isolatie +dakbedekking, dakbedekking, PV-panelen) = -0,364*5,0 + 0,161 + 0,10*5,0 + 0,10*5,0 +0,12*5,0 = -0,06 kN/m Van belang is het om op te merken dat de belasting op de nevenliggers in het geval van de windzuiging naar boven werkt. Er moet voor gezorgd worden dat de nevenliggers voldoende stevig worden bevestigd aan de hoofdliggers en de dakplaten en de isolatie aan de nevenliggers. Als dit niet gebeurd zou het er namelijk toe kunnen lijden dat er schade aan de constructie ontstaat. Er zullen nevenliggers zijn waarop PV-panelen zijn geplaatst. Daarom is deze belastingscombinatie ook weergegeven. Het is duidelijk dat de belastingscombinatie sneeuw met eigen gewicht inclusief de PV-panelen maatgevend is. 32

3.5 Krachtenverdeling 3.5.1 Tuiconstructie Met MatrixFrame is de krachtenverdeling berekend. Het programma geeft echter direct een waarschuwing dat de verplaatsingen groter zijn dan 1,00 m. Na dit bekeken te hebben blijkt dat sommige knopen zo'n 32 m zouden verplaatsen. Dit is te zien op Afbeelding 30: Knoopverplaatsingen.

Afbeelding 30: Knoopverplaatsingen

Om dit probleem te verhelpen kunnen nu veel grotere profielen toegepast worden. Het toepassen van een tweede kolom aan de andere zijde van de tennishal is echter een goedkopere oplossing. Voor deze kolom wordt bij aanname een CHS kokerprofiel met een diameter van 406,4 mm en een dikte van 16,0 mm gebruikt. Na deze invoer te hebben gedaan blijkt dat MatrixFrame weer dezelfde waarschuwing geeft. De grootste verplaatsing is nu echter iets meer dan 1 m. Nadat de kokerprofielen vervangen zijn door I- en H-profielen wordt een bruikbaar resultaat verkregen. De grote pijler zal bestaan uit een HE 1000 M en de kleinere pijler uit een IPE 750x137. Op Afbeelding 31: Mechanicaschema en belastingen (ULS) en op Afbeelding 32: Mechanicaschema en belastingen (SLS), is het mechanicaschema weergegeven van de invoer in MatrixFrame waarbij ook de aanwezige belastingen in ULS en SLS zijn aangegeven.

Afbeelding 31: Mechanicaschema en belastingen (ULS)

33

Afbeelding 32: Mechanicaschema en belastingen (SLS)

De nieuwe invoer geeft de volgende resultaten.

Momentenlijn (ULS)

Afbeelding 33: Momentenlijn (ULS)

34

Dwarskarchtenlijn (ULS)

Afbeelding 34: Dwarskrachtenlijn (ULS)

Normaalkrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 35: Normaalkrachtenlijn (ULS)

35

Staafdoorbuigingen (SLS)

Afbeelding 36: Staafdoorbuigingen (SLS)

Knoopverplaatsingen (SLS)

Afbeelding 37: Knoopverplaatsingen (SLS)

36

3.5.2 Nevenliggers Het mechanicaschema van de gordingen kan met de hand worden berekend. Deze is te zien op Afbeelding 38: Mechanicaschema nevenliggers.

Afbeelding 38: Mechanicaschema nevenliggers

Er kunnen zich twee extreme situaties voordoen, namelijk: – de situatie van sneeuwbelasting en eigen gewicht –

de situatie van windzuiging en eigen gewicht

Situatie sneeuw + eigen gewicht Aansluiting hoofdligger – nevenligger – Moment: My,d = (1/8)ql2 = 0 kNm –

Dwarskracht:

Vd

= ½ql = ½*7,62*26,2 = 99,82 kN

–

Normaalkracht:

Nd

= 0 kN

Midden van de nevenligger – Moment My,d

= (1/8)ql2 = 1/8*7,01*26,22 = 653,83 kNm

–

Dwarskracht

Vd

= ½ql = 0 kN

–

Normaalkracht

Nd

= 0 kN

Situatie wind + eigen gewicht: Aansluiting hoofdligger – nevenligger – Moment: My,d = (1/8)ql2 = 0 kNm –

Dwarskracht:

Vd

= ½ql2 = ½*-1,24*26,2 = -16,24 kN

–

Normaalkracht:

Nd

= 0 kN

Midden van de nevenligger – Moment My,d

= (1/8)ql2 = 1/8*-1,24*26,22 = -106,4 kNm

–

Dwarskracht

Vd

= ½ql2 = 0

–

Normaalkracht

Nd

= 0 kN 37

3.6 Toetsing 3.6.1 Toetsing van de hoofdliggers De hoofdliggers zullen op twee punten van de constructie getoetst worden. Deze twee punten zijn uitgekozen omdat te zien is dat daar de grootste momenten en krachten optreden in de hoofdliggers. De twee punten zijn: – Punt 1: midden van de hoofdligger – Punt 2: aansluiting van de hoofdligger met de kleine peiler Op Afbeelding 39: punten ter toetsing zijn de twee punten weergegeven.

Afbeelding 39: punten ter toetsing

Punt1: midden van de hoofdligger Kipstabiliteit De hoofdligger kan niet aan de bovenkant gaan kippen vanwege de nevenliggers die op de hoofdligger zijn bevestigd. Wanneer de belasting naar boven werkt in het geval van windzuiging kan de onderzijde van de hoofdligger ook niet gaan kippen. Dit komt doordat deze gesteund wordt door de platen die onder de hoofdliggers zijn bevestigd. Deze platen zullen daar geplaatst worden voor de afwerking.

Druk en buiging Nc;s;d = 855,76 kN = 8,558*105 N Nc;elas;d = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nel;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((4,11*106)/(π2*210000*159900*104/150002)) = 0,53

38

Met curve a5 vinden we voor ωbuc = 0,91 Toetsing: 1,1Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) + 1,1My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 1,1*0,23 + 1,1*9,0 = 10,2 >> 1 Conclusie toetsing op druk en buiging: voldoet niet!

Punt 2: aansluiting van de hoofdligger met de kleine pijler

Buiging My;s;d My;elas;d

= 4789,84 kNm = 4,790*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/My;elas;d = 4,790*109/9,98*108 = 4,80 >> 1 Conclusie toetsing op buiging: voldoet niet!

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d

= 75,07 kN = 7,507*104 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N

Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 7,507*104/4,11*106 = 0,02 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vz;s;d Vz;elas;d

= 766,48 kN = 7,665*105 N = (hw-2tf )twfy;d/√3 = (753-2*17,0)*11,5*235/√3 = 1,12*106 N

Toetsing: Vz;s;d/Vz;elas;d = 7,665*105/1,12*106 = 0,68 ≤ 1 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht σs;d τs;d

= (My;s;d/My;elas;d + Nc;s;d/Nc;elas;d)235 = (4,80 + 0,02)*235 = 1132,8 N/mm2 = (Vz;s;d/Vz;elas;d)*235/√3 = 0,68*235/√3 = 92,26 N/mm2

Toetsing: √(σs;d2 + 3τs;d2) = √(1132,82 + 3*92,262) = 1144 >> fy;d = 235 N/mm2 Conclusie: toetsing op interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht: voldoet niet!

5

Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

39

Verticale doorbuiging De maximale verticale doorbuiging van de hoofdliggers mag: umax = 0,004l = 0,004*53000 = 212 mm bedragen. De uiteindelijke doorbuiging, zoals op Afbeelding 28: Ontwerp 5, losse constructie te zien is, bedraagt: umax = 572 mm. Toetsing: ueind/umax = 572/212 = 2,70 > 1 Conclusie toetsing op verticale doorbuiging: voldoet niet!

Conclusie De hoofdligger voldoet op meerdere punten niet. Er zullen veel grotere profielen gebruikt moeten worden. Mocht dit niet helpen dan zal de constructie nader bekeken moeten worden hoe deze zo veranderd kan worden zodat de krachtenverdeling gunstiger is.

3.6.2 Toetsing van de nevenliggers Het is duidelijk dat de situatie sneeuw + eigen gewicht maatgevend is. Hier treedt het grootste moment en dwarskracht op in de gordingen. Deze waarden zullen dan ook gebruikt worden voor de volgende toetsingen.

Buiging My;s;d My;elas;d

= 653,83 kNm = 6,538*108 Nmm = Wy,elasfy;d = 4246*103*235 = 9,97*108 Nmm

Toetsing:

My;s;d/My;elas;d = 6,538*108/9,97*108 = 0,66 ≤ 1

Conclusie toetsing op buiging: voldoet!

Dwarskracht Vz;s;d Vz;el;d

= 99,82 kN = 9,982*104 N = hwtwfy;d/√3 = 753*11,5*235/√3 = 1,17*106 N

Toetsing:

Vz;s;d/Vz;el;d = 9,982*104 /1,17*106 = 0,085 ≤ 1

Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Verticale doorbuiging De maximale verticale doorbuiging van de portaalspanten mag: umax = 0,004l = 0,004*26200 = 104,8 mm bedragen. De uiteindelijke doorbuiging bedraagt: 40

ueind

= (5/384)ql4/EI = (5/384)*5,35*262004/(210000*159900*104) = 97,75 mm

Toetsing: ueind/umax = 97,75/104,8 = 0,93 ≤ 1 Conclusie toetsing op doorbuiging: voldoet!

Conclusie De nevenliggers voldoen op de toetsingen. De nevenliggers gedimensioneerd en kunnen toegepast worden in het ontwerp.

zijn

goed

3.6.3 Toetsing van hoofdpijlers 2e-orde effect Voordat de toetsingen kunnen worden gedaan is het van belang om het 2e-orde effect te kennen. Deze zal hier worden berekend. Feuler = π2EdI/lef2 = π2*2,1*105*722300*104/600002 = 4,16*106 N Opmerking: omdat het mechanicaschema ingewikkeld is is het niet geheel bekend wat de effectieve kniklengte van de kolom zal zijn. Daarom wordt de gehele lengte van de kolom aangehouden. Nc;s;d = 1300 kN Opmerking: voor Nc;s;d is ongeveer 80% van de grootste waarde gebruikt omdat de normaalkracht niet over gehele kolom aanwezig is. n = Feuler/Nc;s;d = 4,16*106/1300*103 = 3,2 Vergrotingsfactor

= n/(n-1) = 3,2/(3,2-1) = 1,45

Buiging My;s;d My;elas;d

= M2e-orde = 1,45*3495,91 = 5069,1 kNm =5,069*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 14330*103*235 = 3,37*109 Nmm

Toetsing: My;s;d/My;elas;d = 5,069*109/3,37*109 = 1,50 > 1 Conclusie toetsing op buiging: voldoet niet!

Normaalkracht Nc;s;d = 1691,89 kN =1,692*106 N Nc;elas;d = A*fy;d = 444*102*235 = 1,04*107 N Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 1,692*106/1,04*107 = 0,16 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet! 41

Dwarskracht Vz;s;d Vz;elas;d

= 423,29 kN = 4,233*105 N = (hw-2tf )twfy;d/√3 = (1008,0-2*40,0)*21,0*235/√3 = 2,64*106 N

Toetsing: Vz;s;d/Vz;elas;d = 4,233*105/2,64*106 = 0,16 ≤ 1 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht Voor de toetsing op interactie van buiging, normaalkracht en dwarskracht kan het 1eorde moment gebruikt worden. σs;d τs;d

= (My;s;d/My;elas;d + Nc;s;d/Nc;elas;d)235 = (1,03 + 0,16)*235 = 280,3 N/mm2 = (Vz;s;d/Vz;elas;d)*235/√3 = 0,16*235/√3 = 21,7 N/mm2

Toetsing: √(σs;d2 + 3τs;d2) = √(280,32 + 3*21,72) = 282,8 > fy;d = 235 Conclusie toetsing op interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht: voldoet niet!

Kipstabiliteit λrel

= ξ√((lkiphfy;d)/(btfEd)) = 1,32*√((46000*1008*235)/(302*40,0*210000)) = 2,74

Opmerking: voor de kiplengte is de afstand genomen tussen de top van de kolom en de knoop van de kolom met de hoofdligger. Met curve a6 vinden we voor ωkip = 0,13 My;s;d My;elas;d

= 3495,91 kNm = 3,496*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 14330*103*235 = 3,37*109 Nmm

Toetsing: My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 3,496*109/(0,13*3,37*109) = 7,9 >> 1 Conclusie toetsing op kipstabiliteit: voldoet niet!

Druk en buiging Nc;s;d = 1691,89 kN = 1,692*106 N Nc;elas;d = A*fy;d = 444*102*235 = 1,04*107 N λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((1,04*107)/(π2*210000*722300*104/450002)) = 1,19

Opmerking: voor de kniklengte wordt evenals bij de kiplengte de afstand genomen tussen de top van de kolom en de knoop van de kolom met de hoofdligger. 6

Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

42

Met curve a7 vinden we voor ωbuc = 0,53 Toetsing: 1,1Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) + 1,1My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 1,1*0,31 + 1,1*7,9 = 9,03 >> 1 Conclusie toetsing op druk en buiging: voldoet niet!

Conclusie De hoofdpijlers voldoen op verschillende punten totaal niet. Er zal een veel groter profiel benodigd zijn voor de hoofdpijlers. Ook zouden de belastingen op de constructie kunnen worden verkleind door bijvoorbeeld meer hoofdpijlers te gebruiken. Hierdoor zal per hoofdpijler de belasting naar beneden gaan.

3.6.4 Toetsing van de nevenpijlers 2e-orde effect Voordat de toetsingen kunnen worden gedaan is het van belang om het 2e-orde effect te kennen. Deze zal hier worden berekend. Feuler = π2EdI/lef2 = π2*2,1*105*159900*104/100002 = 3,31*107 N Nc;s;d = 1216,63 kN = 1,217*106 N n = Feuler/Nc;s;d = 3,31*107/1,217*106 = 27,2 Vergrotingsfactor

= n/(n-1) = 27,2/(27,2-1) = 1,04

Buiging My;s;d My;elas;d

= M2e-orde = 1,04*3691,11 = 3831,9 kNm = 3,832*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/My;elas;d = 3,832*109/9,98*108 = 3,84 > 1 Conclusie toetsing op buiging: voldoet niet!

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d

= 1216,63 kN = 1,217*106 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N

Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 1217*106/4,11*106 = 0,30 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

7

Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

43

Dwarskracht Vz;s;d Vz;elas;d

= 423,29 kN = 4,233*106 N = (hw-2tf )twfy;d/√3 = (753,0-2*17,0)*11,5*235/√3 = 1,12*106 N

Toetsing: Vz;s;d/Vz;elas;d = 423,29*103/1,12*106 = 0,38 ≤ 1 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht Voor de toetsing op interactie van buiging, normaalkracht en dwarskracht kan het 1eorde moment gebruikt worden. σs;d τs;d

= (My;s;d/My;elas;d + Nc;s;d/Nc;elas;d)235 = (3,70 + 0,30)*235 = 939,6 N/mm2 = (Vz;s;d/Vz;elas;d)*235/√3 = 0,38*235/√3 = 51,6 N/mm2

Toetsing: √(σs;d2 + 3τs;d2) = √(939,62 + 3*51,62) = 943,8 >> fy;d = 235 Conclusie toetsing op interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht: voldoet niet!

Kipstabiliteit λrel

= ξ√((lkiphfy;d)/(btfEd)) = 1,32*√((10000*753,0*235)/(263,0*17,0*210000)) = 1,81

Met curve a8 vinden we voor ωkip = 0,27 My;s;d My;elas;d

= 3691,11 kNm = 3,691*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 3,691*109/(0,27*9,98*108) = 13,7 >> 1 Conclusie toetsing op kipstabiliteit: voldoet niet!

Druk en buiging Nc;s;d = 1216,63 kN = 1,217*106 N Nc;elas;d = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((4,11*106)/(π2*210000*159900*104/100002)) = 0,35

Opmerking: voor de kniklengte wordt evenals bij de kiplengte de afstand genomen tussen de top van de kolom en de knoop van de kolom met de hoofdligger. Met curve a9 vinden we voor ωbuc = 0,96

8 9

Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

44

Toetsing: 1,1Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) + 1,1My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 1,1*0,31 + 1,1*13,7 = 15,4 >> 1 Conclusie toetsing op druk en buiging: voldoet niet!

Conclusie De nevenpijlers voldoen op verschillende punten totaal niet. Er zal een veel groter profiel benodigd zijn voor de nevenpijlers. Ook zouden de belastingen op de constructie kunnen worden verkleind door bijvoorbeeld meer hoofdpijlers te gebruiken. Hierdoor zal per hoofdpijler de belasting naar beneden gaan.

3.6.5 Toetsing van de tuien Toetsing op normaalkracht De diameter van de tuien bedraagt 50 mm. Het oppervlak van een tui bedraagt dus: Atui = πr2 = π*(50/2)2 = 1,96*103 mm2 De maximale kracht die de tui kan opnemen bedraagt: Fmax = Atuiσ = 3,93*103*235 = 4,61*105 N Aanwezige kracht in de tui: Foptr = 1229,16 kN = 1,229*106 Toetsing: 1,229*106/4,61*105 = 2,67 ≥ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet niet! Er zullen tuien met een grotere diameter moeten worden gebruikt.

45

3.7 Aanpassing mechanicaschema Het is in de vorige paragrafen duidelijk geworden dat de ontworpen constructie op zeer veel punten niet voldeed. Vaak kwamen de unitychecks veel hoger uit dan 1. Als de unitychecks niet veel groter zijn dan 1 kunnen deze aangepast worden door grotere profielen te nemen zodat de toetsingen onder de 1 uitkomen. Dit is echter niet het geval. Dit duidt erop dat het misgaat in het ontwerp van de constructie waardoor de krachtenverdeling zeer ongunstig uitvalt. Het is zaak om met MatrixFrame aanpassingen te maken in het mechanicaschema en daardoor een gunstigere constructie te vinden. De les die is getrokken uit het eerdere ontwerp is dat er te grote momenten optreden in de constructie. Vooral in de aansluiting van de top van de nevenpijler met de hoofdligger en de aansluiting van de hoofdpijler met de hoofdligger treden zeer grote momenten op. In het nieuwe ontwerp is er meer gestreefd naar het afdragen van krachten die op de constructie werken door middel van normaalkrachten. Er is meer gebruik gemaakt van scharnieren en pendelstaven. Er zijn echter wel twee extra 'steunen' nodig om tot een stabiele constructie te komen. De tui die vanuit de top van de hoofdpijler naar de meest linkse kant (K9 op Afbeelding 40: Nieuw mechanicaschema met belastingen (ULS)) van de constructie liep is verwijderd. Dit is gedaan omdat deze tui niet bijdroeg aan de afdracht van de krachten omdat K9 omhoog vervormde waardoor er druk op de tui kwam te staan in plaats van trek. Onderstaand is het nieuwe mechanicaschema met bijbehorende belastingen in ULS te zien op Afbeelding 40: Nieuw mechanicaschema met belastingen (ULS).

Afbeelding 40: Nieuw mechanicaschema met belastingen (ULS)

46

3.8 Nieuwe krachtenverdeling Met behulp van MatrixFrame is opnieuw de krachtenverdeling berekend. De volgende resultaten zijn verkregen.

Momentenlijn (ULS)

Afbeelding 41: Momentenlijn (ULS)

Dwarskrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 42: Dwarskrachtenlijn (ULS)

47

Normaalkrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 43: Normaalkrachtenlijn (ULS)

Staafdoorbuigingen (SLS)

Afbeelding 44: Staafdoorbuigingen (SLS)

48

Knoopverplaatsingen (SLS)

Afbeelding 45: Knooperverplaatsingen (SLS)

49

3.9 Nieuw dimensionering Er zijn twee extra steunen toegevoegd aan de constructie. Deze twee steunen zullen hier gedimensioneerd worden. De overige constructie-elementen zijn reeds gedimensioneerd en zullen opnieuw gebruikt worden. – – – – –

Hoofdligger: Nevenliggers: Hoofdpijler: Nevenpijler: Tuien (diameter):

IPE750x137 IPE750x137 HE1000M IPE750x137 50 mm

Linker steun De linker steun is aangeduid op Afbeelding 40: Nieuw mechanicaschema met belastingen (ULS), met S24. Te zien is dat de steun een grote normaalkracht zal moeten opnemen. Er hoeft geen moment of dwarskracht opgenomen te worden. –

Keuze:

HE600B

Rechter steun De linker steun is aangeduid op Afbeelding 40: Nieuw mechanicaschema met belastingen (ULS), met S22. Te zien is dat de steun een grote normaalkracht zal moeten opnemen. Daarom wordt voor een HE-profiel gekozen. –

Keuze:

HE500B

50

3.10 Nieuwe toetsing parasol 3.10.1 Toetsing hoofdligger De hoofdliggers zullen op twee punten van de constructie getoetst worden. Deze twee punten zijn uitgekozen omdat te zien is dat daar de grootste momenten en krachten optreden in de hoofdliggers. De twee punten zijn: – Punt 1: midden van de hoofdligger – Punt 2: aansluiting van de hoofdligger met de kleine peiler – Punt 3: aansluiting hoofdpijler met de hoofdligger Op Afbeelding 46: Punten ter toetsing zijn de drie punten weergegeven.

Afbeelding 46: Punten ter toetsing

Punt 1: midden van de hoofdligger Kipstabiliteit Boven op de hoofdligger zijn de nevenliggers bevestigd met een h.o.h. afstand van 5 m. Deze nevenliggers zorgen dat de ligger hier niet kan gaan kippen en dienen als kipsteunen. De kiplengte wordt daardoor verkleind van 15 m naar 5 m. Wanneer de belasting naar boven werkt in het geval van windzuiging kan de onderzijde van de hoofdligger ook niet gaan kippen omdat deze gesteund wordt door de platen die onder de hoofdliggers zijn bevestigd dienen voor de afwerking. λrel

= ξ√((lkiphfy;d)/(btfEd)) = 1,23*√((5000*753,0*235)/(263,0*17,0*210000)) = 1,19

Met curve a10 vinden we voor ωkip = 0,53 My;s;d My;elas;d

= 771,98 kNm = 7,720*108 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/(ωkipMy;elas;d) = 7,720*108/(0,53*9,98*108) = 1,46 > 1 10 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

51

Conclusie toetsing op kipstabiliteit: voldoet niet!

Druk en buiging Nc;s;d = 3064,36 kN = 3,064*106 N Nc;elas;d = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nel;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((4,11*106)/(π2*210000*159900*104/50002)) = 0,18

Met curve a11 vinden we voor ωbuc = 1,00 Voor de kniklengte is niet de gehele lengte van de hoofdligger, maar 5,0 m gekozen. Dit is gedaan omdat de nevenliggers een h.o.h. afstand van 5,0 m hebben. Deze zullen steunen zijn voor de hoofdligger zodat deze niet kan knikken. My;s;d My;elas;d

= 946,48 kNm = 9,465*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: 1,1Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) + 1,1My;s;d/(ωkipMy;elas;d) (1,00*4,11*106) + 1,1*9,465*109/9,98*109 = 1,94 > 1

=

1,1*3,064*106/

Conclusie toetsing op druk en buiging: voldoet niet!

Punt 2: aansluiting van de hoofdligger met de kleine pijler Buiging My;s;d My;elas;d

= 699,48 kNm = 6,995*108 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/My;elas;d = 6,995*108/9,98*108 = 0,70 < 1 Conclusie toetsing op buiging: voldoet!

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d

= 3421,02 kN = 3,421*106 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N

Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 3,421*106/4,11*106 = 0,83 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vz;s;d Vz;elas;d

= 242,81 kN = 2,428*105 N = (hw-2tf )twfy;d/√3 = (753-2*17,0)*11,5*235/√3 = 1,12*106 N

11 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

52

Toetsing: Vz;s;d/Vz;elas;d = 2,428*105/1,12*106 = 0,22 ≤ 1 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht σs;d τs;d

= (My;s;d/My;elas;d + Nc;s;d/Nc;elas;d)235 = (0,70 + 0,83)*235 = 359,55 N/mm2 = (Vz;s;d/Vz;elas;d)*235/√3 = 0,22*235/√3 = 29,8 N/mm2

Toetsing: √(σs;d2 + 3τs;d2) = √(359,552 + 3*29,82) = 363,24 > fy;d = 235 N/mm2 Conclusie: toetsing op interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht: voldoet niet!

Punt 2: aansluiting van de hoofdpijler met de hoofdligger Buiging My;s;d My;elas;d

= 1141,41 kNm = 1,141*109 Nmm = Wy;elas;dfy;d = 4246*103*235 = 9,98*108 Nmm

Toetsing: My;s;d/My;elas;d = 1,141*109/9,98*108 = 1,14 > 1 Conclusie toetsing op buiging: voldoet niet!

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d

= 3517,89 kN = 3,518*106 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N

Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 3,518*106/4,11*106 = 0,86 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vz;s;d Vz;elas;d

= 305,76 kN = 3,058*105 N = (hw-2tf )twfy;d/√3 = (753-2*17,0)*11,5*235/√3 = 1,12*106 N

Toetsing: Vz;s;d/Vz;elas;d = 3,058*105/1,12*106 = 0,27 ≤ 1 Conclusie toetsing op dwarskracht: voldoet!

Interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht σs;d τs;d

= (My;s;d/My;elas;d + Nc;s;d/Nc;elas;d)235 = (1,14 + 0,86)*235 = 470,0 N/mm2 = (Vz;s;d/Vz;elas;d)*235/√3 = 0,27*235/√3 = 36,6 N/mm2

Toetsing: √(σs;d2 + 3τs;d2) = √(4702 + 3*36,62) = 471,43 > fy;d = 235 N/mm2 Conclusie: toetsing op interactie buiging, normaalkracht en dwarskracht: voldoet niet! 53

Verticale doorbuiging De maximale verticale doorbuiging van de hoofdliggers mag: umax = 0,004l = 0,004*53000 = 212 mm bedragen. De uiteindelijke doorbuiging, zoals op Afbeelding 45: Knooperverplaatsingen (SLS) te zien is, bedraagt: umax = 281,9 mm Toetsing: ueind/umax = 281,9/212 = 1,33 > 1 Conclusie toetsing op verticale doorbuiging: voldoet niet!

Conclusie Ten opzichte van de vorige toetsingen zijn er veel betere waarden uitgekomen. Het gekozen IPE-profiel voldoet echter nog steeds niet. Bij het toepassen van een HE800A zullen de unitychecks, behalve de toetsing op verticale doorbuiging, allemaal gunstig zijn. De doorbuiging zal ongeveer 10 mm te veel bedragen. Door een zeeg toe te passen van 10 mm kan dit probleem eenvoudig worden opgelost. Uiteindelijke keuze voor het profiel: HE800A.

3.10.2 Toetsing nevenligger De nevenliggers voldeden reeds in de eerste toetsing. Uiteindelijke keuze voor het profiel: IPE750x137.

3.10.3 Toetsing hoofdpijler Het nieuwe mechanicaschema zorgt ervoor dat de nieuwe hoofdpijler nu bestaat uit twee pendelstaven. In de volgende berekeningen zal er van uit gegaan worden dat voor beide staven geldt dat de kniklengte anderhalf keer de lengte van de staaf bedraagt. Dit is ruim en daarnaast veilig gekozen. Voor hoofdpijler 1 bedraagt de kniklengte: 17,7 m. Voor hoofdpijler 2 bedraagt de kniklengte: 12,3 m. Op Afbeelding 47: Nummering hoofdpijlers is de verdeling van de hoofdpijler weergegeven.

Afbeelding hoofdpijlers

47:

Nummering

54

Hoofdpijler 1 Buiging Omdat de pijler een pendelstaaf is ontbreekt er een moment. Er treedt dus geen buiging op.

Normaalkracht Nc;s;d = 545,59 kN =5,456*105 N Nc;elas;d = A*fy;d = 444*102*235 = 1,04*107 N λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((1,04*107)/(π2*210000*722300*104/177002)) = 0,47

Opmerking: voor de kniklengte wordt evenals bij de kiplengte de afstand genomen tussen de top van de kolom en de knoop van de kolom met de hoofdligger. Met curve a12 vinden we voor ωbuc = 0,93 Toetsing: Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) = 5,456*105/(0,93*1,04*107) = 0,056 << 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vanwege het ontbreken van een moment treedt er geen dwarskracht op.

Kipstabiliteit Er treedt geen moment in de gehele hoofdpijler op dus er zal geen sprake zijn van kipinstabiliteit.

Conclusie Hoofdpijler 1 voldoet op de toetsingen, maar is veel te groot gedimensioneerd.

Hoofdpijler 2 Buiging Omdat de pijler een pendelstaaf is ontbreekt er een moment. Er treedt dus geen buiging op.

Normaalkracht Nc;s;d = 1453,39 kN =1,453*106 N Nc;elas;d = A*fy;d = 444*102*235 = 1,04*107 N 12 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

55

λrel

= √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((1,04*107)/(π2*210000*722300*104/123002)) = 0,32

Met curve a13 vinden we voor ωbuc = 0,97 Toetsing: Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) = 1,453*106/(0,97*1,04*107) = 0,14 < 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vanwege het ontbreken van een moment treedt er geen dwarskracht op.

Kipstabiliteit Er treedt geen moment in de gehele hoofdpijler op dus er zal geen sprake zijn van kipinstabiliteit.

Conclusie Hoofdpijler 2 voldoet op de toetsingen, maar is veel te groot gedimensioneerd.

Horizontale uitbuiging hoofdpijler De maximale horizontale doorbuiging van de hoofdpijler mag: umax = (1/300)l = (1/300)*30000 = 100 mm bedragen. De uiteindelijke uitbuiging bedraagt: ueind = 77,8 mm Toetsing: ueind/umax = 77,8/100 = 0,78 > 1

Conclusie De volledige hoofdpijler voldoet. Er zou zelfs een lichter profiel gekozen kunnen worden. Dit is echter niet aan te raden omdat de verticale doorbuiging van de hoofdligger afhangt van de horizontale uitbuiging van de hoofdpijler. Daarom zal het gekozen profiel worden aangehouden voor de hoofdpijler.

3.10.4 Toetsing nevenpijler Buiging Omdat de nevenpijler een pendelstaaf is ontbreekt er een moment. Er treedt dus geen buiging op.

Normaalkracht 13 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

56

Nc;s;d Nc;elas;d λrel

= 3272,84 kN = 3,273*106 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N = √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((4,11*106)/(π2*210000*159900*104/87202)) = 0,29

Opmerking: voor de kniklengte wordt de gehele hoogte genomen van de nevenpijler. Met curve a14 vinden we voor ωbuc = 0,98 Toetsing: Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) = 3,273*106/(0,98*4,11*106) = 0,81 < 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet niet!

Dwarskracht Vanwege het ontbreken van een moment treedt er geen dwarskracht op.

Kipstabiliteit Er treedt geen moment in de gehele hoofdpijler op dus er zal geen sprake zijn van kipinstabiliteit.

Horizontale uitbuiging De maximale horizontale doorbuiging van de hoofdpijler mag: umax = (1/300)4l = (1/300)*8720 = 29,1 mm bedragen. De uiteindelijke uitbuiging bedraagt: ueind = 22,1 mm Toetsing: ueind/umax = 22,1/29,1 = 0,76 > 1

Conclusie De nevenpijler voldoet, deze kan toegepast worden in de constructie.

3.10.5 Toetsing linker steun Buiging Omdat de linker steun een pendelstaaf is ontbreekt er een moment. Er treedt dus geen buiging op.

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d λrel

= 5683,43 kN = 5,683*106 N = A*fy;d = 270*102*235 = 6,435*106 N = √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2))

14 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

57

= √((6,435*106)/(π2*210000*171000*104/10584,82)) = 0,20 Opmerking: voor de kniklengte de lengte van de gehele steun genomen. Met curve a15 vinden we voor ωbuc = 1,00 Toetsing: Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) = 5,683*106/(1,00*6,435*106) = 0,88 < 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Dwarskracht Vanwege het ontbreken van een moment treedt er geen dwarskracht op.

Kipstabiliteit Er treedt geen moment in de gehele hoofdpijler op dus er zal geen sprake zijn van kipinstabiliteit.

Conclusie De linker steun voldoet, deze kan toegepast worden in de constructie.

3.10.6 Toetsing rechter steun Buiging Omdat de linker steun een pendelstaaf is ontbreekt er een moment. Er treedt dus geen buiging op.

Normaalkracht Nc;s;d Nc;elas;d λrel

= 4435,14 kN = 4,435*106 N = A*fy;d = 239*102*235 = 5,617*106 N = √(Nc,elas;d)/(Feuler)) = √((Nc;elas;d)/(π2EdIy/lbuc2)) = √((5,617*106)/(π2*210000*107200*104/17896,62)) = 0,90

Opmerking: voor de kniklengte de lengte van de gehele steun genomen. Met curve a16 vinden we voor ωbuc = 0,73 Toetsing: Nc;s;d/(ωbucNc;elas;d) = 4,435*106/(0,73*5,617*106) = 1,08 > 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet niet!

15 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren 16 Abspoel, R., Bijlaard, F.S.K., Samson, R. (2008). Constructieleer 3B Staaldictaat CT3051B Tabel knikfactoren

58

Dwarskracht Vanwege het ontbreken van een moment treedt er geen dwarskracht op.

Kipstabiliteit Er treedt geen moment in de gehele hoofdpijler op dus er zal geen sprake zijn van kipinstabiliteit.

Conclusie De rechter steun voldoet niet, als deze wordt aangepast naar een HE550B dan voldoet deze wel. Een HE550B zal daarom worden toegepast in de constructie.

3.10.7 Toetsing van de tuien Toetsing op normaalkracht De diameter van de tuien bedraagt 50 mm. Het oppervlak van een tui bedraagt dus: Atui = πr2 = π*(50/2)2 = 1,96*103 mm2 De maximale kracht die de tui kan opnemen bedraagt: Fmax = Atuiσ = 1,96*103*235 = 4,61*105 N Aanwezige kracht in de tui: Foptr = 294,6 kN = 2,946*105 Toetsing: 2,946*105/4,61*105 = 0,64 < 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

59

3.11 Optimalisatie mechanicaschema In hoofdstuk 3.8 Nieuwe krachtenverdeling is gebleken dat door een aanpassing in het mechanicaschema er verbeteringen ontstaan in de krachtenverdeling in de constructie. Hierdoor scoorden de gedimensioneerde elementen voor de ontworpen constructie vele malen beter bij de unity-checks. Geconstateerd is echter dat de ontworpen constructie niet ideaal is. Dit komt omdat er twee soorten constructies door elkaar worden gebruikt, namelijk een 'tuiconstructie' en een 'boogconstructie'. Het nadeel is dat de constructie niet meer overzichtelijk is en daarnaast zullen er grote spatkrachten ontstaan die opgevangen moeten worden in de ondergrond. Om deze problemen op te lossen is een stap verder gegaan. Het mechanicaschema is nogmaals aangepast en het resultaat is weergegeven op Afbeelding 48: Mechanicaschema en belastingen (ULS)en op Afbeelding 49: Mechanicaschema en belastingen (SLS). Te zien is dat er nu alleen gebruik wordt gemaakt van een tuiconstructie. De tuien zijn echter groter uitgevoerd dan voorheen. Zodoende wordt een stijver geheel verkregen waardoor er minder grote momenten in de hoofdligger optreden. Het nieuwe element in de constructie is staaf 22 (S22) die dienst zal doen als een trekanker.

Afbeelding 48: Mechanicaschema en belastingen (ULS)

Afbeelding 49: Mechanicaschema en belastingen (SLS)

60

Onderstaand zijn de resultaten weergegeven die MatrixFrame heeft berekend bij de nieuwe constructie.

Momentenlijn (ULS)

Afbeelding 50: Momentenlijn (ULS)

Dwarskrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 51: Dwarskrachtenlijn (ULS)

61

Normaalkrachtenlijn (ULS)

Afbeelding 52: Normaalkrachtenlijn (ULS)

Staafdoorbuigingen (SLS)

Afbeelding 53: Staafdoorbuigingen (SLS)

62

Knoopverplaatsingen (SLS)

Afbeelding 54: Knoopverplaatsingen (SLS)

63

3.12 Toetsing van de optimalisatie Er zijn reeds twee toetsingen uitgevoerd op de twee berekende constructies. Deze toetsingen zijn gedaan aan de hand van de berekende krachtenverdelingen. Het is echter het geval dat de krachtenverdeling van de geoptimaliseerde constructie zeer weinig verschilt van de krachtenverdeling in het hoofdstuk 3.8 Nieuwe krachtenverdeling. Het is dus vanzelfsprekend dat er gebruik kan worden gemaakt van deze toetsingen. Er zullen geen nieuwe toetsingen worden uitgevoerd als de krachten of momenten in de constructie overeenkomen. Alleen als er een wezenlijk verschil is tussen de krachtenverdelingen zal deze worden getoetst. Onderstaand zijn een aantal aandachtspunten weergegeven die van belang zijn om op te merken bij de geoptimaliseerde krachtenverdeling. Aandachtspunten: – De normaalkracht in de hoofdpijler van de geoptimaliseerde constructie is wel een stuk groter dan bij de 'nieuwe constructie', er is echter zoveel speling in de unity-check dat deze niet opnieuw hoeft te worden berekend. – De hoofdligger wordt aangepast van een HE800A naar een HE900A, dit omdat de momenten in de hoofdligger groter zijn. – De verticale doorbuiging van de hoofdligger is kleiner dan aanvankelijk was berekend. De zeeg zal dus niet hoeven te worden toegepast. – De tuien worden opnieuw getoetst. – Het 'trekanker' aan de rechterkant van de constructie zal worden getoetst, deze is gedimensioneerd als een IPE750x137 profiel.

Toetsing tuien Aangezien in de meest rechtse tui een veel grotere trekkracht heerst dan in de voorgaande mechanicaschema's wordt deze tui getoetst. De diameter van de tuien bedraagt 200 mm. Het oppervlak van een tui bedraagt dus: Atui = πr2 = π*(200/2)2 = 3,14*104 mm2 De maximale kracht die de tui kan opnemen bedraagt: Fmax = Atuiσ = 3,14*104*235 = 7,38*106 N Aanwezige kracht in de tui: Foptr = 3156,78 kN = 3,16*106 N Toetsing: 3,16*106/7,38*106 = 0,43 < 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet!

Toetsing trekanker Nc;s;d Nc;elas;d

= 2063,46 kN = 2,063*106 N = A*fy;d = 175*102*235 = 4,11*106 N

Toetsing: Nc;s;d/Nc;elas;d = 2,063*106/4,11*106 = 0,50 ≤ 1 Conclusie toetsing op normaalkracht: voldoet! 64

4 Ontwerp Na het proces van het dimensioneren en al de toetsingen te hebben verricht is er nu een constructie gereed die toegepast kan worden.

4.1 Tennishal Hieronder zijn de belangrijkste elementen weergegeven van de constructie van de tennishal. –

Portaalspant – Ligger: – Kolom: – Gordingen:

2000x250 mm 450x135 mm 450x85 mm

4.2 Parasol Hieronder zijn de belangrijkste elementen weergegeven van de constructie van de tennishal. – – – – – –

Hoofdligger: HE900A Nevenliggers: IPE 750x137 Hoofdpijler: HE1000M Nevenpijler: IPE 750x137 Trekanker: IPE 750x137 Tuien (diameter) – Linkse en rechtse tui: 200 mm – 2e tui van links: 100 mm – 3e tui van links: 50 mm

65

Bijlage

D

Tekeningen

1

Inhoudsopgave 1 2 3 4 5 6 7

Overzicht tennishal........................................................................................3 Plaatsing kolommen tennishal..........................................................................4 Portaalconstructies en gordingen tennishal.........................................................5 Plaatsing kolommen tennishal..........................................................................6 Verbinding kolom – ligger portaalconstructie......................................................7 Overzicht parasol............................................................................................8 Hoofdliggers en nevenliggers parasol................................................................9

2

1

Overzicht tennishal

3

2 Plaatsing kolommen tennishal

4

3 Portaalconstructies en gordingen tennishal

5

4 Plaatsing kolommen tennishal

6

5 Verbinding kolom – ligger portaalconstructie

7

6 Overzicht parasol

8

7 Hoofdliggers en nevenliggers parasol

9

Bijlage

E

Resultaten & Invoerdata

1

Inhoudsopgave 1 Resultaten en invoerdata EPU NPR 2917...........................................................3 1.1 Licht concept...........................................................................................3 1.1.1 Resultaten........................................................................................3 1.1.2 Blad 1..............................................................................................4 1.1.3 Blad 2..............................................................................................5 1.1.4 Blad 3..............................................................................................6 1.1.5 Blad 4..............................................................................................7 1.2 Zwaar concept.........................................................................................8 1.2.1 Resultaten........................................................................................8 1.2.2 Blad 1..............................................................................................9 1.2.3 Blad 2............................................................................................10 1.2.4 Blad 3............................................................................................11 1.2.5 Blad 4............................................................................................12 1.3 Traditionele tennishal..............................................................................13 1.3.1 Resultaten.......................................................................................13 1.3.2 Blad 1............................................................................................14 1.3.3 Blad 2............................................................................................15 1.3.4 Blad 3............................................................................................16 1.3.5 Blad 4............................................................................................17 2 Resultaten warmteberekening........................................................................18 2.1 Blad 1...................................................................................................18 2.2 Blad 2...................................................................................................19 2.3 Blad 3...................................................................................................20 2.4 Blad 4...................................................................................................21

2

1

Resultaten en invoerdata EPU NPR 2917

1.1 1.1.1

Licht concept Resultaten

3

1.1.2

Blad 1

4

1.1.3

Blad 2

5

1.1.4

Blad 3

6

1.1.5

Blad 4

7

1.2 1.2.1

Zwaar concept Resultaten

8

1.2.2

Blad 1

9

1.2.3

Blad 2

10

1.2.4

Blad 3

11

1.2.5

Blad 4

12

1.3

1.3.1

Traditionele tennishal

Resultaten

13

1.3.2

Blad 1

14

1.3.3

Blad 2

15

1.3.4

Blad 3

16

1.3.5

Blad 4

17

2 2.1

Resultaten warmteberekening Blad 1

18

2.2

Blad 2

19

2.3

Blad 3

20

2.4

Blad 4

21

Bijlage

C Warmteberekening

Vakken die zelf ingevuld dienen te worden Vakken die worden berekend door achterliggende formule

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

Gem. T buitenlucht [ºC] Gem. T in de hal [ºC] Gem. T grond [ºC] 3,4 12 3,4 12 6 12 8,3 12 12,5 12 15 12 17,2 12 17,2 12 14,5 12 10,8 12 6,8 12 4,5 12

Verwarmen ΔT (hal-lucht) [ºC] 2,4 3,2 5,3 9,5 14,2 17,7 18,9 15,6 15,6 11,5 6,7 3,6

Ht = ∑U*A Lengte [m] Breedte [m] Hoogte[m]

45 m 111 m 9m

Oppervlakte vloer Oppervlakte muren Oppervlakte dak

4995 m2 2808 m2 4995 m2

U-waarde vloer U-waarde muren/dak

1 W/(m2 K) 0,25 W/(m2 K)

R-waarde vloer R-waarde muren/dak

1 (m2 K)/W 4 (m2 K)/W

Soortelijke warmte vloeistof

4186 J/(kg*K)

Ventilatievoud

0,68

Verwarmen Koelen ΔT (hal-grond) [ºC] ΔT (hal-lucht) [ºC] 8,6 9,6 8,6 8,8 6 6,7 3,7 2,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,2 0,5 5,2 5,3 7,5 8,4

Koelen ΔT (hal-grond) [ºC] Warmteverlies [J] 0 0 173368680480 0 0 146923943040 0 0 120986006400 0 0 51076072800 0,5 2,2 0 3 5,7 0 5,2 6,9 0 5,2 3,6 0 2,5 3,6 0 0 0 12541132800 0 0 98076044160 0 0 146677716000

Hv = 0,33*n*V 6945,75

Aantal dagen per maand

10087,9

Aantal seconden per maand [s] 31 2678400 28 2419200 31 2678400 30 2592000 31 2678400 30 2592000 31 2678400 30 2592000 31 2678400 30 2592000 31 2678400 30 2592000

Totaal warmteverlies Aangenomen ΔT Benodigde opslag Benodigde opslag

Benodigde energie verwarming Benodigde energie koeling Totaal benodigde energie

749,65 GJ 60 ºC 0 kg 0 m3

749,65 GJ 374,62 GJ 1124,27 GJ

Warmte energie muren/dak [GJ] Warmteenergie vloer 44,93 40,59 31,35 18,71 0 0 0 0 0 6,07 27,17 37,92

Totaal muren/dak

[GJ] Koelenergie vloer [GJ] Koelenergie muren/dak [GJ] Interne warmtelast [GJ] Ventilatieverliezen [GJ] Benodigde warmte [GJ] Benodigde koeling 128,43 0 0 48,07 16,35 141,65 106,34 0 0 111,23 63,67 99,35 89,64 0 0 48,07 11,41 84,33 32,37 0 0 46,52 6,81 11,37 0 2,61 29,43 48,07 -0,95 0 0 15,17 73,8 46,52 -5,52 0 0 27,17 92,31 48,07 -9,89 0 0 26,29 46,61 46,52 -9,57 0 0 13,06 48,16 48,07 -4,75 0 6,47 0 0 46,52 2,21 0 70,91 0 0 48,07 9,89 59,9 108,76 0 0 46,52 13,8 113,96

Totaal vloer 206,74

Totaal vloer 542,91

Muren/dak Warmteoverschot [MJ]

Vloer 206,74

Muren/dak Warmteoverschot [J] Warmteoverschot [GJ]

Totaal muren/dak 84,31

Totaal 632,23

Totaal 749,65

Warmteoverschot [GJ]

674,31

Totaal 84306108960 84,31

374621902560 374,62 Energie [GJ]

Benodigde opslag [kg] Totaal warmteverlies [GJ] Aangenomen ΔT [K] Benodigde opslag [m3 ]

2984749,15 510,56 60 2032,82

Benodigde warmte Benodigde koeling Benodigde energie

0 0 0 0 81,06 141,01 177,44 128,99 114,05 31,77 0 0

Totaal 510,56

Totaal 542,91

Vloer 290315793600 290,32

Totaal 290,32

[GJ]

510,56 674,31 1184,88

Benodigde energie [GJ] 141,65 99,35 84,33 11,37 81,06 141,01 177,44 128,99 114,05 31,77 59,9 113,96

Totaal 674,31

1184,88

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

Lengte [m] Breedte [m] Hoogte[m]

Gem. T buitenlucht [ºC] Gem. T in de hal [ºC] Gem. T grond [ºC] ΔT (hal-lucht) [ºC] ΔT (hal-grond) [ºC] Aantal dagen per maand Aantal seconden per maand [s] Warmteverlies [J] 3,4 12 2,4 0 0 31 2678400 0 3,4 12 3,2 0 0 28 2419200 0 6 12 5,3 0 0 31 2678400 0 8,3 12 9,5 0 0 30 2592000 0 12,5 12 14,2 0,5 2,2 31 2678400 32045382000 15 12 17,7 3 5,7 30 2592000 88967160000 17,2 12 18,9 5,2 6,9 31 2678400 119481816960 17,2 12 15,6 5,2 3,6 30 2592000 72902332800 14,5 12 15,6 2,5 3,6 31 2678400 61225210800 10,8 12 11,5 0 0 30 2592000 0 6,8 12 6,7 0 0 31 2678400 0 4,5 12 3,6 0 0 30 2592000 0

45 m 111 m 9m

Oppervlakte vloer Oppervlakte muren Oppervlakte dak

4995 m2 2808 m2 4995 m2

U-waarde vloer U-waarde muren/dak

1 W/(m2 K) 0,25 W/(m2 K)

R-waarde vloer R-waarde muren/dak

1 (m2 K)/W 4 (m2 K)/W

Soortelijke warmte vloeistof

4186 J/(kg*K)

Totaal koelenergie [GJ]

374,62

Interne warmtelast op een dag met internationaal toernooi

Toeschouwers Spelers Ballenjongens/scheids-/lijnrechters Verlichting

Qv erlichting [GJ] Qpersonen [GJ] Totaal [GJ]

Aantal [personen of m2 ] Warmtelast [W/p of W/m²] Totale warmtelast [W] 1300 80 104000 16 240 3840 40 80 3200 5000 30 150000

4,32 2,07 6,39

Interne warmtelast op een normale dag

Aantal [personen of m2 ] Toeschouwers Spelers Ballenjongens/scheids-/lijnrechters Verlichting

0 16 0 5000

Qv erlichting [GJ] Qpersonen [GJ] Totaal [GJ]

1,44 0,11 1,55

Interne warmtelast gedurende het jaar Qv erlichting [GJ] Qpersonen [GJ] Totaal [GJ]

565,92 67,86 633,78

Warmtelast [W/p of W/m²] 80 240 80 10

Totale warmtelast [W] 0 3840 0 50000