Vochtproblemen in historische gebouwen: klimaatanalyse en retrofitting in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet

Vochtproblemen in historische gebouwen: klimaatanalyse en retrofitting in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet Tim Gavel, Hannes Oppeel

Promotoren: prof. dr. ir. Arnold Janssens, prof. dr. ir. Michel De Paepe Begeleider: Lien De Backer Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: architectuur Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Roger Sierens Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012

Vochtproblemen in historische gebouwen: klimaatanalyse en retrofitting in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet Tim Gavel, Hannes Oppeel

Promotoren: prof. dr. ir. Arnold Janssens, prof. dr. ir. Michel De Paepe Begeleider: Lien De Backer Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: architectuur Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Pieter Uyttenhove Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Roger Sierens Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012

Dankwoord Dit eindwerk is het resultaat van de samenwerking tussen twee studenten, ondersteund door hun promotoren. Zij hebben ons gedurende het gehele onderzoek geholpen en in de juiste richting gestuurd. Vooreerst gaat onze dank uit naar prof. dr. ir. Arnold Janssens, onze hoofdpromotor. Zijn uitgebreide kennis en inzicht van bouwfysica hebben ons geholpen om tot dit eindresultaat te komen. We bedanken hem voor alles wat we tijdens deze thesis bijgeleerd hebben. Ook onze co-promotor, prof. dr. ir. Michel De Paepe, zijn we dankbaar. Zonder hem was dit eindwerk niet tot stand gekomen, ook bij de structuur en afbakening van dit onderzoek heeft hij ons geleid. Voor de opvolging van dit werk willen we ook Lien De Backer bedanken, zij was onze begeleidster en heeft mee met ons de problemen onderzocht die ons pad kruisten. We bedanken haar ook om ons te vergezellen naar de OLV-Hemelvaartkerk en ons daar te helpen om correcte meetresultaten te verkrijgen. Daarnaast leidde ze ons ook tot een gestructureerd geheel. Bij onze kerkbezoeken zijn we met vele personen in contact gekomen. Hierbij willen we de kerkverantwoordelijke, dhr. Erik Dooghe, bedanken. Tijdens ons eerste bezoek heeft hij ons door de gehele kerk geleid en elke ruimte laten zien. Daarnaast heeft hij ons toegang verschaft tot onder andere de zoldering, waardoor het voor ons mogelijk werd de stratificatie te bepalen. We danken hem om zijn gastvrijheid. Uitgebreide informatie over de geschiedenis van de kerk en de kunstwerken hebben we verkregen van dhr. Eric Versluys. Dankzij hem is het mogelijk geweest om een objectief zicht te krijgen op de kerk en zo een waardebepaling op te stellen. Hierdoor hebben we een doelgerichte conservatie kunnen vooropstellen, wat ongetwijfeld niet alleen voor ons van belang is. We danken ook dhr. Jeroen Hertogh voor het verschaffen van de klimaatgegevens van het weerstation in Oostburg. Dankzij deze gegevens is het mogelijk geweest om realistische simulaties uit te voeren. We vermelden ook nog dhr. Edgard Kniebs, de Belgische vertegenwoordiger van het moderne Mahrcalor-systeem. Hij heeft ons ter plaatse uitgebreide uitleg verschaft over de technische aspecten van het systeem en hoe deze specifiek kunnen toegepast worden in de OLV-Hemelvaartkerk. Ten slotte willen we Monumentenwacht Oost-Vlaanderen VZW bedanken voor het ter beschikking stellen van de kerk. Zonder hen was dit eindwerk vanaf de start niet mogelijk geweest.

Tim Gavel, Hannes Oppeel

4

Toelating tot bruikleen “De auteurs geven de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met de betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.” “The authors give permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In the case of any other use, the limitations of the copyright have to be respected, in particular with regard to the obligation to state expressly the source when quoting results from this master dissertation.” 6 augustus 2012


5

Voorwoord In de kerk te Watervliet vindt in de nabije toekomst een uitvoerige restauratie plaats. De kerk met het bijbehorende interieur is van grote historische waarde en omvat binnenin voornamelijk houtsnijwerk en schilderijen waaronder het monumentaal orgel van Ledou en het drieluik ‘Nood Gods’. Op dit ogenblik wordt de kerk verwarmd met een verouderde klimaatinstallatie. Een paar uur voor de diensten, die om de 14 dagen plaatsvinden, wordt de installatie op vol vermogen aangezet om de kerk comfortabel te maken tijdens de dienst. In de kerk stellen zich verschillende problemen op het vlak van vocht: regendoorslag in de gevel achter het orgel (westgevel) en in de gevels van het transept, opstijgend vocht, oppervlaktecondensatie ter plaatse van de glasramen. Dit is zeker geen goed klimaat voor de bewaring van de kunstwerken. Om het huidige binnenklimaat van de kerk te kunnen beoordelen, zijn in de kerk op verscheidene posities sensoren geplaatst. Deze sensoren zullen relatieve luchtvochtigheden en temperaturen gedurende een heel jaar meten. Aan de hand van deze metingen dient het binnenklimaat in dit monument in kaart gebracht te worden. Tevens wordt er een voorstel ter verbetering van het klimaat en de bijhorende vochtproblematiek gedaan. De scriptie is opgedeeld in drie delen: een literatuuronderzoek, een klimaatanalyse en een voorstel voor een klimaatinstallatie. Bij het literatuuronderzoek wordt onderzoek gedaan naar een gunstig klimaat voor de kunstwerken en de verschillende verwarmingssystemen gebruikt in een kerk. Welke soort verwarmingssystemen bestaan er en wat zijn de voor- en nadelen van de systemen. Het tweede deel is de case-study, na een korte geschiedenis van de kerk en beschrijving van de kunstwerken en het kerkinterieur wordt het binnenklimaat bestudeerd. Vervolgens wordt een analyse gedaan van de efficiëntie van het huidige verwarmingssysteem. Ten slotte wordt er een uitspraak gedaan over de schimmelgroei in de kerk. In het derde deel wordt een model van de kerk in TRNSYS gevalideerd aan de hand van de metingen uitgevoerd in de kerk. Aan de hand van het model wordt kritische analyse gemaakt betreffende het nut en de mogelijkheden om de prestaties van verschillende verwarmingssystemen en hun impact op het binnenklimaat van de kerk te evalueren.


6

Moisture related problems in historical buildings: climate analysis and retrofitting of the OLV-church at Watervliet Tim Gavel, Hannes Oppeel Supervisor(s): Arnold Janssens, Michel De Paepe, Lien De Backer Abstract This article is based on the thesis to acquire the master degree in Civil Engineering Architecture at the University of Ghent. Keywords Moisture, church, heating, art conservation, simulation

I. INTRODUCTION The church at Watervliet will soon be fully restored. The church itself and its interior have a high historical value. The interior consists mainly out of woodcarving and panel paintings, including the triptych ‘Nood Gods’. Nowadays the church is heated with an outdated hot air climate system. A couple hours before the services, which take place every other week, the climate system runs on full capacity to assure the comfort of the churchgoers. The church has several moisture related problems; moisture transfer through the walls after rain, rising moisture through the floor, condensation on the surfaces at the stained glass windows and detrimental climate conditions for the conservation of the artwork. To be able to analyze the interior climate of the church sensors were placed at different locations in the church interior. After an elaborate study concerning this topic it was possible to make conclusions about the indoor climate. Also a study has been done to equip the church with a new climate system to improve the conservation conditions. II. LITERATURE A typical property of churches is an attenuation of temperature and absolute humidity. The large changes are attenuated by the massive walls [1]. Although the biggest fluctuations are weakened, the fluctuations in the indoor climates of churches are still big enough to cause serious damage to the artwork. There are three important processes that cause damage: biological, chemical and physical. High relative humidity levels and dampness accelerate mold growth on most surfaces, corrosion of metals, and chemical deterioration in most organic materials [2]. Therefore the most optimal range in relative humidity is between 55 and 75% [3]. It is also recommended that the temperature never drops below 5°C during the winter to prevent condensation on surfaces. To determine the parameters of a climate system for a church it is not possible to merely take into account the requirements of conservation. The comfort of the churchgoers must also be assured. Therefore during a service a compromise must be found. Considering people are warmly

clothed (clothing factor 2,0) when visiting a church, a lower limit of 15°C is ideal [3]. Although a high drop in relative humidity must be avoided for the preservation of the artwork. This can be accomplished by gradually (1°C/h) heating the church [4]. The heating of a church can be done with a variety of systems: hot air heating, floor heating, infrared heating and pew heating. Of those systems the well distributed hot air heating (through canals or convectors) and the floor heating are the most praised for church heating. However, the biggest risk when using hot air heating is thermal stratification. This is, aside a low heating efficiency, especially damaging for the church organ. This can however be avoided by a good design of the system. The biggest problem of floor heating on the other hand is the slow reaction time in heating the church. A lot of construction must be considered for both systems. III. MEASUREMENTS The church at Watervliet is built in the 15th century and dedicated to the ascension of Our Lady. It has an area of 950m² and a volume of 8800m³. Just as most churches the church at Watervliet attenuates the large daily changes in temperature and relative humidity. The indoor daily changes, excluding the days with heating, are maximum 2°C and 13% RH, while outdoor these values are up to 18°C en 55% RH. On days with heating however changes were measured up to 12°C and 35% RH. Absolute humidity is not daily attenuated, but more over a couple days: the church needs time to adapt to higher or lower levels of humidity. The seasonal ranges of the church 1 are 13.5 ± 4.1°C and 73.0 ± 8.4% RH. Therefore the church can only be described as climate class C (High risk mechanical damage to highvulnerability artifacts) for 66.5% of the time according to the ASHRAE Climate Classes [2]. For 33.5% of the time the indoor climate is problematic for the interior of the church and the artwork. The current heating system of the church is a hot air heating system (built year 1954) that blows hot air into the northern transept and extracts air from the northern wall of the nave. Because of this organization a specific zoning arises during heating (Figure 1). This zoning map indicates that the current heating system is very inefficient based on the comfort for the churchgoers: the nave where they sit is the least heated location in the church. 1

Over the period measured between 1 July 2011 - 27 June 2012

TRNFLOW, the integrated air flow network model [6], can be used in conjunction with the multiple air node approach. An added possibility with the new radiation model is the evaluation of radiation effects of the massive stone walls on the church interior. This allows a detailed comfort analysis of the churchgoers depending on their location in the church interior and to evaluate the impact of different heating systems, such as locale floor heating.

Figure 1: Different temperature zones in the church. Red = ±20°C, orange = ±16°C and yellow = ±14°C.

The stratification was measured during several weeks with 10 sensors attached 1.5m apart to a rope that was suspended from the crossing. Every 1.5m the temperature rises with 1°C, except for the last 4.5m because the vault of the northern transept is lower and interrupts the flow. At the end of the service the temperature at the ceiling is 24°C while at men’s height the temperature is barely 16°C. Because most of the warmth goes to the ceiling, it can be concluded that the current heating system is also very energy inefficient. Furthermore, the large stratification during heating causes tension fluctuations in the organ affecting its sound.

To validate the model, the simulation results of the inside temperature were compared to measured values of the church (Figure 3). The results show that the model results relatively matches the measured values and the stratification effects are correctly simulated when the heating system is turned off. However, the model has difficulties calculating the stratification effects during a heating period because TRNflow is based on airflows through small openings, whilst the church is modeled with several air layers connected by very large openings. Consequently, when the aim of the study is to correctly evaluate the conservation circumstances for artwork at different locations in the church, TRNSYS 17 is not suited because of the faulty results for thermal stratification. A more detailed simulation tool, such as CFD, is recommended for such studies.

Figure 3: Comparison between the simulated and measured temperature in the church.

V. CONCLUSIONS Figure 2: Stratification in the church at 11 march 2012

IV. SIMULATION MODEL The knowledge of the short and long term thermal and hygric indoor climate of a monumental church is of great interest for preservation conditions and for thermal comfort conditions. Furthermore for thermal comfort and preservation (contamination of surfaces), the indoor airflows are of importance. For the design of a heating system that meets the performance criteria simulation tools that predict the behavior are indispensable. The simulation model of the church is built with the multizone software TRNSYS. When TRNSYS 17 was released, one main focus was the improvement of the simulation of highly glazed large spaces such as multi-story atriums with respect to accuracy, user effort and error-proneness. Therefore, the existing multi-zone building model has been extended to a detailed modeling of 3-dimensional energy transport by radiation and thermal stratification [5]. Due to the integration of the new detailed model a radiative zone may consist of more than one air node thereby greatly improving the convective modeling of stratification. Also,

The implementation of a heating system in the OLV church in Watervliet that meets both the conservation needs for the church interior and artworks and the comfort needs of the churchgoers is no simple matter. Furthermore, the system has to take into account the existing climate in the church because the artworks have adapted to it over the years. It is shown that the new TRNSYS 17 is not suited to evaluate the impact of such heating systems on the church interior at various locations. A more detailed simulation tool, such as CFD, is recommended for such studies. REFERENCES [1]

[2] [3] [4] [5] [6]

BRATASZ L.; KOZLOWSKI R.; CAMUFFO D.; PAGAN E., ‘Impact of indoor heating on painted wood: monitoring the altarpiece in the church of Santa Maria Maddelena in Rocca Pietore, Italy’, Studies in Conservation, 52, 2007, 199-210. ASHRAE, ‘Chapter 23 Museums, Galleries, Archives and Libraries’, ASHRAE Handbook – HVAC Applications, Atlanta: ASHRAE, 2011. ASHRAE, ASHRAE Standard 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Atlanta: ASHRAE, 2010. SCHELLEN, H.L., Heating monumental churches: Indoor climate and preservation of cultural heritage, Technical University of Eindhoven, Faculty Engineering, doctorate, 2002. ASHABER, J.; HILLER, M.; WEBER., 'TRNSYS17: New Features of the Multizone Building Model', 11th International IBPSA Conference, Preprints Vol 1 : 2009, 1983-1988. WEBER, A., TRNFLOW: A module of an air flow network for coupled simulation with the multizone building model of TRNSYS, 2006.

Inhoudsopgave Dankwoord ..................................................................................................................................... 4 Voorwoord ...................................................................................................................................... 6 Extended Abstract ........................................................................................................................... 7 Inhoudsopgave ................................................................................................................................ 9 Symbolenlijst ................................................................................................................................ 14 Literatuurstudie ............................................................................................................................ 15 Binnenklimaat van kerken ................................................................................................................. 15 Effecten van temperatuur en vochtigheid .................................................................................... 15 Biologische schade .................................................................................................................... 16 Chemische schade ..................................................................................................................... 18 Fysische schade ......................................................................................................................... 19 Responstijd van objecten .......................................................................................................... 19 Luchtpolluenten ............................................................................................................................ 20 Verkeerspollutie ........................................................................................................................ 20 Kaarsroet en wierook ................................................................................................................ 21 Luchtfiltering ............................................................................................................................. 22 Tocht .......................................................................................................................................... 22 Comfort‐ en conservatie‐eisen .......................................................................................................... 23 Comforteisen ................................................................................................................................. 23 Klimaatklassen volgens ASHRAE 2011 [5] ..................................................................................... 25 Conservatie van kunstwerken volgens de literatuur ..................................................................... 26 Het gedrag van hout .................................................................................................................. 26 Paneelschilderijen ..................................................................................................................... 30 Schilderijen op doek .................................................................................................................. 32 Orgels......................................................................................................................................... 34 Conclusie ontwerpparameters voor comfort en conservatie ....................................................... 35 Verwarming in kerken ....................................................................................................................... 37 Verwarmen versus niet verwarmen .............................................................................................. 38 Wetgeving ..................................................................................................................................... 40 Stratificatie .................................................................................................................................... 41 Soorten verwarmingssystemen ..................................................................................................... 43 Warmeluchtverwarming ........................................................................................................... 43 Tim Gavel, Hannes Oppeel

9

Goed gedistribueerd luchtinblaassysteem ................................................................................ 44 Niet‐gedistribueerd luchtinblaassysteem ................................................................................. 44 Vloerverwarming ....................................................................................................................... 45 Infraroodverwarming ................................................................................................................ 45 Radiatorenverwarming .............................................................................................................. 46 Lokale verwarming in kerkbanken ............................................................................................ 46 Het Europees project: Friendly Heating .................................................................................... 46 Samenvatting van de verschillende verwarmingssystemen ..................................................... 49 Soorten regelingen ........................................................................................................................ 50 Hydrostatische verwarming ...................................................................................................... 50 Koppeling tussen recirculatie en ventilatie ............................................................................... 50 Conclusie ....................................................................................................................................... 50 Case‐study: Watervliet .................................................................................................................. 52 De kerk ............................................................................................................................................... 52 Situering ........................................................................................................................................ 52 De bouwgeschiedenis .................................................................................................................... 52 Gebruik van de kerk ...................................................................................................................... 54 Kunstwerken .................................................................................................................................. 54 Schilderijen ................................................................................................................................ 54 Hoogaltaar ................................................................................................................................. 55 Orgel .......................................................................................................................................... 56 Koorgestoelte ............................................................................................................................ 57 Preekstoel .................................................................................................................................. 57 Huidig verwarmingssysteem ......................................................................................................... 58 Schadegevallen in de kerk ............................................................................................................. 59 Metingen in de kerk .......................................................................................................................... 65 Inleiding ......................................................................................................................................... 65 Loggers .......................................................................................................................................... 65 Type loggers .............................................................................................................................. 65 Aanvulling van de meetdata ...................................................................................................... 66 Plaatsing van de loggers ............................................................................................................ 66 Klimaat van de kerk ....................................................................................................................... 67 Buitenklimaat ............................................................................................................................ 67 Binnenklimaat ............................................................................................................................ 68 Tim Gavel, Hannes Oppeel

10

Invloed buitenklimaat op het klimaat van de kerk .................................................................... 71 Type verwarmingsperiodes ........................................................................................................... 73 Gewone zondagmis ................................................................................................................... 74 Orgelconcert .............................................................................................................................. 75 Effecten van de verwarming in de kerk ......................................................................................... 76 Warmteverdeling ...................................................................................................................... 76 Stratificatie ................................................................................................................................ 78 Vloertemperatuur ..................................................................................................................... 80 Klimaat aan het Nood Gods ........................................................................................................... 80 Vergelijking verschillende loggers aan het Nood Gods ............................................................. 80 Bepaling klimaatklasse aan het Nood Gods .............................................................................. 83 Schimmelvorming op het Nood Gods en de preekstoel ............................................................... 86 Conclusies .......................................................................................................................................... 89 Simulaties ..................................................................................................................................... 90 Inleiding ............................................................................................................................................. 90 Soorten simulatietools .................................................................................................................. 90 Modelvereisten ................................................................................................................................. 92 Keuze van simulatietool .................................................................................................................... 93 TRNSYS ............................................................................................................................................... 96 Opbouw van het model ................................................................................................................. 96 Materiaaleigenschappen ........................................................................................................... 96 Thermische traagheid .............................................................................................................. 100 Modellering van het huidige verwarmingssysteem ................................................................ 101 Thermische massa van het gebouw ........................................................................................ 102 Vochtbuffering van het interieur ............................................................................................ 104 Resultaten van het vereenvoudigd model .............................................................................. 104 Uitbreiding van het model met TRNFlow .................................................................................... 105 Infiltratievoud .......................................................................................................................... 106 Modellering van het huidig verwarmingssysteem .................................................................. 107 Resultaten van het uitgebreide model .................................................................................... 109 Testcase ....................................................................................................................................... 110 TRNSYS 17 .................................................................................................................................... 112 Opbouw van het model ........................................................................................................... 112 Comfortberekeningen ............................................................................................................. 114 Tim Gavel, Hannes Oppeel

11

Conclusies .................................................................................................................................... 116 Verwarmingssystemen .................................................................................................................... 116 Goed gedistribueerd luchtinblaassysteem .................................................................................. 116 Beschrijving van het systeem .................................................................................................. 116 Modellering in TRNSYS ............................................................................................................ 118 Resultaten................................................................................................................................ 121 Conclusies ................................................................................................................................ 123 Vloerverwarming ......................................................................................................................... 124 Beschrijving van het systeem .................................................................................................. 124 Modellering in TRNSYS ............................................................................................................ 124 Resultaten................................................................................................................................ 126 Conclusies ................................................................................................................................ 131 Basisvloerverwarming met bijkomende luchtverwarming ......................................................... 132 Beschrijving van het systeem .................................................................................................. 132 Modellering in TRNSYS ............................................................................................................ 132 Resultaten................................................................................................................................ 133 Conclusies ................................................................................................................................ 134 Aangepaste regelingstechnieken .................................................................................................... 135 Hygrostatisch geregeld verwarmen ............................................................................................ 135 Beschrijving van het systeem .................................................................................................. 135 Modellering in TRNSYS ............................................................................................................ 135 Resultaten................................................................................................................................ 136 Conclusies ................................................................................................................................ 137 Menging met buitenlucht ............................................................................................................ 137 Beschrijving van het systeem .................................................................................................. 137 Modellering in TRNSYS ............................................................................................................ 138 Resultaten................................................................................................................................ 138 Conclusies ................................................................................................................................ 139 Algemene besluiten van de simulaties ............................................................................................ 139 Conclusies ................................................................................................................................... 142 Bijlage 1: Grondplan en snedes .................................................................................................... 144 Bijlage 2: Gedetailleerde samenvatting van de metingen ............................................................ 149 Bijlage 3: Vergelijking weerdata Watervliet en Oostburg ............................................................. 162 Bijlage 4: Tabellen voor gecorrigeerde U‐waarde berekening van bakstenen en mortel ............... 165 Tim Gavel, Hannes Oppeel

12

Bijlage 5: Kerkdata ...................................................................................................................... 167 Bibliografie .................................................................................................................................. 171 Overzicht van de figuren ............................................................................................................. 177 Overzicht van de tabellen ............................................................................................................ 182


13

Symbolenlijst A Ar c C Cp Cs Dh Dw,t EA EMC g k n r R RT RV RVorgel t T Ti u u0 U v0 x xmax Δpw ∆θ0 Δθ/Δt θ0 θi θorgel θprima θvloer λ ρ ω

specifieke reactie factor van het materiaal Archimedesgetal specifieke warmtecapaciteit capaciteit winddrukcoëfficiënt luchtmassa stromingscoëfficiënt hydraulische diameter van het inblaasrooster waterdampdiffusiecoëfficiënt activeringenergie equilibrium moisture content valversnelling reactie constante luchtstromingsexponent straal gasconstante totale warmteweerstand de relatieve vochtigheid relatieve vochtigheid bij het orgel tijd temperatuur binnen luchttemperatuur luchtsnelheid binnenlucht lucht inblaassnelheid warmtedoorgangscoëfficiënt referentie windsnelheid aan gebouwlocatie houtvochtgehalte houtvochtgehalte bij 100% RV winddruk temperatuurverschil binnenlucht - inblaaslucht opwarmsnelheid lucht inblaastemperatuur binnen luchttemperatuur luchttemperatuur bij het orgel primaire luchttemperatuur vloertemperatuur warmtegeleidbaarheiscoëfficiënt soortelijk gewicht houtvochtgehalte

s-1 J/kgK J/K kg/s m m².s-1 J.mol-1 % m/s² s-1 m 8.314 J.K-1.mol-1 m²K/W % % t °C K m/s m/s W/m²K m/s massa% massa% Pa °C °C/h °C °C °C °C °C W/mK kg/m³ kg/m-1


14

Literatuurstudie Binnenklimaat van kerken Uit vroegere onderzoeken [1], [2], [3] blijkt dat door de massieve wanden, het grote volume, relatief kleine ramen en een beperkte ventilatie, het binnenklimaat van een kerk veel stabieler is dan het buitenklimaat. Er is nauwelijks een verschil tussen dagen nachttemperatuur. Door deze grote buffercapaciteit van het gebouw worden de korte termijn variaties significant en de seizoenscyclus, in mindere mate, geattenueerd. Een voorbeeld wordt gegeven in de studie omtrent de monitoring van de Santa Maria Maddelena in Italië:

Figuur 1: Daggemiddelde waarden van temperatuur en relatieve vochtigheid van binnen en buiten de Santa Maria Maddalena in Rocca Pietore, Italië [2]

Op de figuur is er duidelijk een attenuatie te zien. Dit houdt in dat grote temperatuurvariaties buiten overeen komen met kleinere variaties in de binnentemperatuur. Daarnaast is te zien dat het in de zomer binnen koeler is dan buiten, in de winter warmer. Door de grote warmte- en vochtcapaciteit bestaat er zowel qua lucht- als oppervlaktetemperaturen en relatieve vochtigheden een gematigd klimaat. De monumentale inrichting van kerkgebouwen heeft in sommige gevallen de eeuwen vrij goed doorstaan, maar meestal hebben de fluctuaties in temperatuur- en relatieve vochtigheid voor onomkeerbare schade gezorgd. De kunstwerken die gemaakt zijn uit materialen die gevoelig zijn voor schimmel en fluctuaties in relatieve vochtigheid en temperatuur, zoals hout, hebben zich over de eeuwen aangepast aan het lokale klimaatpatroon. Deze aanpassingen hebben echter meestal tot gevolg dat het interieur een graad van permanente deformatie of breuk verkrijgt. Indien deze kunstwerken uit hun microklimaat worden gehaald of plotse veranderingen in relatieve vochtigheid en temperatuur ervaren, zullen ze sowieso extra beschadigd worden [3].

Effecten van temperatuur en vochtigheid Regeling van temperatuur en vochtigheid heeft altijd aan de basis gelegen van het conserveren van objecten. Slechte of ongecontroleerde regeling is de voornaamste oorzaak van schade aan objecten. Deze schade kan opgesplitst worden in drie verschillende processen: biologisch, chemisch en fysisch Tim Gavel, Hannes Oppeel

15

[4] . Door elk van de verschillende fenomenen apart te bekijken is het mogelijk om grenzen op te stellen opdat schade voorkomen kan worden. Biologische schade Voorbeelden van biologische schade zijn schimmels, fungi en het rotten van organische materialen. Een veelgebruikt criterium voor het voorkomen van biologische schade is dat de relatieve vochtigheid altijd onder de 70% waarde moet blijven [5]. Als een ondergrond voldoende voedingsstoffen bevat, verhoogt dit significant de kans op schimmelgroei. Meestal zijn dit organische materialen, maar ook anorganische materialen die voldoende vuil of vet bevatten kunnen als voedingsbodem dienen. Naast een voedingsbodem hebben schimmels ook een zekere hoeveelheid beschikbaar water nodig op de oppervlakte om tot ontwikkeling te komen. Dit wordt de wateractiviteit genoemd en deze is afhankelijk van de relatieve vochtigheid van de binnenlucht en de oppervlaktetemperatuur. Als de oppervlaktetemperatuur gelijk is aan de temperatuur van de binnenlucht, kan dit laatste gebruikt worden als een indicator voor de kans op de ontwikkeling van schimmels [6]

Figuur 2: Temperatuur en vochtigheid voor zichtbare schimmelgroei in 100 tot 200 dagen [5]

Figuur 2 toont de rol van de temperatuur en relatieve vochtigheid op de ontwikkeling van schimmels. Aan de hand van de curven van de gebruikte houtsoorten kunnen parameters gekozen worden voor optimale conservatie van het monumentale interieur. Een eigenschap van schimmels is dat hun DNA-helix bij een relatieve vochtigheid lager dan 55% ineen klapt. Een conservatieve schatting van de laagste vochtigheid waarbij ontkieming nog kan optreden is dan ook 60%. Bij een 65% relatieve vochtigheid duurt het ongeveer 3 jaar en bij 70% enkele maanden voordat de schimmels ontkiemen. Dit betekent dat in een korte periode van 70%, gevolgd door een droge periode het risico op schimmel verwaarloosbaar is. Boven de 70% wordt het risico echter aanzienlijk groter [7]. De groeicondities voor schimmels kunnen beschreven worden in isopleet-diagrammen. Deze diagrammen beschrijven de ontkiemingstijd of groeisnelheden. Onder de onderste curve zal elke Tim Gavel, Hannes Oppeel

16

schimmelactiviteit stoppen: de omstandigheden voor het ontkiemen of groeien van schimmels is dermate slecht dat deze kunnen uitgesloten worden. Er moet op gelet worden dat de isopleetdiagrammen zijn vastgelegd onder constante condities, bijvoorbeeld constante temperatuur of relatieve vochtigheid. Naast een hoge relatieve vochtigheid of temperatuur is er ook een voedingsbodem nodig voor de ontkieming of groei van schimmels. Deze moeten alle drie tegelijk optreden over een zekere periode aanwezig zijn voor het ontstaan van schimmels. Daarom is ook de tijd een zeer belangrijke parameter [8].

Figuur 3: Isopleet diagrammen voor drie klassen van materialen (links) en het isopleetdiagram voor de kritische schimmels (rechts) [9]

Omdat de groeisnelheid materiaalafhankelijk is, zijn er verschillende materiaalklassen gedefinieerd [9]: Materiaalklasse 0: Materiaalklasse I:

Materiaalklasse II: Materiaalklasse III:

Perfecte kiemondergrond Biologisch recycleerbare bouwmaterialen zoals behangpapier, gipskartonplaten, bouwmaterialen gemaakt voor permanent elastische verbindingen. Biologische moeilijk afbreekbare materialen, minerale bouwmaterialen en bepaalde isolatiematerialen. Bouwmaterialen die niet degraderen of geen voedingsstoffen bevatten

Het eikenhout van schilderijen of kunstwerken kan onder materiaalklasse I worden geplaatst. Een relatieve vochtigheid van 75% kan als kritisch beschouwd worden voor ontkieming en groei van schimmels. Aan de hand van het Viitanen model [10] kan een ‘schimmelindex’ berekend worden die een indicatie geeft van de met schimmel geïnfecteerde fractie van een oppervlak.


17

Index 0 1 2 3 4 5 6

Beschrijving Geen schimmelontwikkeling Groei-initiatie Matige groei, zichtbaar onder de microscoop Zichtbare groei, spoorvorming Schimmelaantasting over 10% van het oppervlak Schimmelaantasting over 50% van het oppervlak Schimmelaantasting over 100% van het oppervlak Tabel 1: Beschrijving van de schimmelindices

Chemische schade Onder chemische schadegevallen plaatst men vooral corrosie van metalen (bv corrosie van glas-inlood ramen) en het vervagen van verf op kunstwerken. Ook gebrandschilderd glas is onderhevig aan chemische schade. De pigmenten en kleurstoffen worden namelijk aangetast, waardoor deze vervagen of verdwijnen. Hierbij bepaalt vooral de omgevingstemperatuur de snelheid waarmee chemische reacties plaatsvinden. Door gebruik te maken van de Arrhenius-vergelijking kan eenvoudig een schatting gemaakt worden van de directe invloed van temperatuur op de snelheid van chemische reacties [7]: −𝐸𝐴

(1)

𝑘 = 𝐴. 𝑒 𝑅𝑇

Met k = reactie constante [s-1] A = specifieke reactie factor van het materiaal [s-1] EA = activeringenergie [J.mol-1] R = gasconstante [8.314 J.K-1.mol-1] T = temperatuur [K] Aangezien de verwachte levensduur van de beschouwde kunstobjecten omgekeerd evenredig is met de reactiesnelheid (k) kan deze afgeleid worden uit de Arrhenius-formule. Door een referentietemperatuur te kiezen bij 20°C (293K) en dit gelijk te stellen aan een levensverwachting van 1, kan de bruikbaarheid (relatieve levensduur) voor andere temperaturen worden berekend. Een vuistregel bij de formule is dat de bruikbaarheid van chemisch instabiele materialen verdubbelt bij iedere 5°C verlaging bij constante relatieve vochtigheid [11]. Omdat de verwachte bruikbaarheid niet uitsluitend van de temperatuur afhangt is het noodzakelijk naar een gecombineerd effect van temperatuur en relatieve vochtigheid te kijken. In de literatuur over de degradatie van papier, veroudering van filmmateriaal en vergeling van vernissen wordt volgende formule gevonden [11]: 𝑘 = 𝑅𝑉 1.3

(2)

Met k = reactieconstante [s-1] RV = de relatieve vochtigheid [-]


18

Beide vergelijkingen samen representeren de relatie tussen de reactiesnelheid, de temperatuur en de relatieve vochtigheid. Ze kunnen worden samengevoegd als volgt: −𝐸𝐴

𝑘𝑡𝑜𝑡𝑎𝑎𝑙 = 𝑘 𝑇 𝑥 𝑘𝑅𝑉 = 𝑅𝑉 1.3 𝑥 𝐴. 𝑒 𝑅𝑇

(3)

Fysische schade Fysische schade is een zeer belangrijke vorm van kwaliteitsverlies van waardevolle objecten. Het leeuwendeel van deze objecten zijn gemaakt van organische materialen zoals hout, perkament, ivoor en zijn zeer hygroscopisch [12]. Het hygroscoop gedrag van deze materialen hangt af van hun mogelijkheid om water op te slaan bij een relatieve vochtigheid onder 100%. Deze materialen tonen niet enkel hygroscoop gedrag maar gaan ook uitzetten en krimpen bij respectievelijk het stijgen en dalen van het vochtgehalte. [4] Wanneer het uitzetten en krimpen niet uniform verloopt over het gehele materiaal, zullen er spanningen ontstaan die leiden tot vervormingen van het object. Typische fysische schadegevallen zijn: -

-

Barsten in hout en ivoor door lage relatieve vochtigheid Delaminatie van verf, papier en fineer door lage relatieve vochtigheid Crosslinking door hydrolyse (chemische veroudering van cellulose). Als gevolg van crosslinking (covalente of ionische binding tussen twee polymeerketens) wordt het materiaal stijver en brosser. Dit is het geval bij papier, textiel, etc. Verlies van soepelheid bij textiel door fluctuaties in temperatuur en relatieve vochtigheid

Responstijd van objecten Naast de kennis over de gevoeligheid van objecten aan hoge/ lage temperaturen en relatieve vochtigheid en de fluctuaties ervan, is het ook nodig een inzicht te hebben in de snelheid waarmee materialen reageren op fluctuaties [7]. Korte verstoringen in relatieve vochtigheid zullen over het algemeen niet leiden tot een grote verandering van het vochtgehalte in materialen (het evenwichtsvochtgehalte). De responstijd is de tijd die een object nodig heeft om volledig in evenwicht te komen met de nieuwe omgevingscondities. In de literatuur wordt de responstijd vaak voorgesteld door gebruik te maken van de halfwaardetijd. Dit is de tijd die een object nodig heeft om de helft van de totale verandering te ondergaan. Aangezien de verandering van het evenwichtsvochtgehalte van objecten in het begin het grootst is, hebben de objecten ongeveer driemaal de halfwaardetijd nodig om volledig in evenwicht te komen met de nieuwe omgevingscondities [7]. De halfwaardetijd hangt af van het type materiaal, het formaat van het object en de afwerking van het oppervlak. Grote dikke houten panelen met een dampdichte laag zullen veel langzamer in evenwicht komen met een nieuwe omgeving dan een klein dun onbehandeld houten object. Hieronder is een overzicht gegeven van enkele objecten en de typische tijdsschaal waarin zij zich aanpassen aan een verandering van relatieve vochtigheid.


19

Minuten Uren Dagen

Type objecten Enkel vel papier of foto Linnen en voorlijming 3 mm dikke onafgewerkte houten plank Olie grondering en verf Onafgewerkte houten plank van 1 cm dikte Spieraam van schilderij Vergulde 1 cm dikke plank / schilderijlijst (achterzijde vrij) Houten plank van 1 cm dikte afgewerkt met een vernis of verf

Halfwaardetijd Minuten Minuten – uren ± 2 uur Uren – dagen ± 1 dag 2 tot 3 dagen ± 5-7 dagen ± 13 dagen

Tabel 2: De tijdschaal waarin verschillende objecten zich aanpassen aan een verandering in relatieve vochtigheid [5], [11]

Luchtpolluenten De negatieve effecten van verschillende luchtpolluenten op de aanwezige kunstwerken in kerken spelen een belangrijke rol bij conservatiedoeleinden. In veel publicaties wordt verwezen naar het werk van C.K. Huynh [13] over de invloed van kaarsen en wierook als polluenten die het interieur van de kerk vervuilen. Het onderzoek is gevoerd in een typische Gotische kerk uit de middeleeuwen te Genève. Hieronder worden de conclusies van dit onderzoek uitgelegd. Verkeerspollutie Om de impact van de verkeerspollutie te meten in het interieur van een kerk in Genève, Zwitserland werd lood als indicator gebruikt. Lood is hiervoor een ideale indicator aangezien dit vrijkomt bij de verbranding in motoren. Het resultaat in Figuur 4 toont aan dat er een significant verschil is tussen de concentratie lood binnen en buiten. Het lood is door de jaren heen door middel van fijn stof van de externe verkeersbron door infiltratie de kerk binnengedrongen en heeft zich gemengd met de polluenten van bronnen binnen in de kerk zoals kaarsen en wierook. Dit wordt aangetoond door het lagere loodgehalte binnenin de kerk met een maximum van 3,6% in tegenstelling tot maximum 28,3% in het stof buiten. Hieruit kan geconcludeerd worden dat stofafzetting op muren en oppervlaktes vooral het gevolg is van polluenten die gecreëerd worden binnen in de kerk.

Figuur 4: Loodconcentraties in gesedimenteerd stof dat verzameld is binnen de kerk en vergeleken met stalen van buiten


20

Het spreekt voor zich dat in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet de loodconcentraties veel lager zullen zijn dan deze voorgesteld op deze grafiek, aangezien er quasi geen verkeer passeert in vergelijking met de kerk in Genève. Er mag er dan van uitgegaan worden dat, wanneer er sprake is van afzetting van luchtpolluenten, het gaat om polluenten die ontstaan zijn in de kerk zelf. Kaarsroet en wierook Na monitoring werd onder statische omstandigheden, dus nagenoeg geen ventilatie, een toename geregistreerd in luchtpolluenten na het gebruik van kaarsen en wierook tijdens een viering. In Figuur 5 kan afgeleid worden dat wierook het grootste aandeel heeft in de concentratie van polluenten in de lucht. Er is echter wel een vertraging tussen het moment dat wierook en kaarsen gebruikt worden en de toename in de grafiek. Dit kan verklaard worden door het feit dat er enige tijd moet verstrijken voor de polluenten verspreid worden over het hele volume van de kerk.

Figuur 5: Concentratie luchtpolluenten gedurende 4 dagen; de maximumconcentratie correspondeert met het verbranden van wierook tijdens de dienst

Vervolgens werd het effect van ventilatie op het verdrijven van de polluenten bekeken. Snel bleek dat door beter te ventileren, de concentratie polluenten in de lucht sneller afneemt (Figuur 6). Hierdoor kan aangenomen worden dat door mechanisch te ventileren het probleem op een eenvoudige en economische manier kan opgelost worden, maar dit zou echter betekenen dat er een veel grotere energievraag is om de kerk op te warmen. Indien er gebruik gemaakt wordt van een warmeluchtverwarmingssysteem, kan de concentratie aan polluenten beperkt worden door de lucht te extraheren, te filteren en terug de kerk in te blazen.


21

Figuur 6: Semi-logaritmische grafiek van de concentratie polluenten in de kerk voor verschillende ventilatiesystemen (statisch met deur open/gesloten en mechanische ventilatie).

Hoewel het verbranden van wierook het grootste aandeel polluenten uitmaakt, draagt kaarsroet ook zijn deel bij. Vanwege zijn ceremoniële waarde kan wierook niet vermeden worden bij het gebruik van de kerk, maar de traditionele kaarsen kunnen daarentegen vervangen worden door kaarsen met een andere chemische samenstelling of er kan zelfs geopteerd worden voor elektrische lampjes, zodat er minder of geen roet- en stofdeeltjes vrijkomen. Luchtfiltering Filtratie van de inblaaslucht is essentieel voor het verwijderen van vervuilingen in de buitenlucht die de collectie en de klimaatinstallatie kunnen verontreinigen. De filters dienen dusdanig gemonteerd te worden dat er geen ongefilterde lucht de kerk kan binnendringen. Tocht Tocht vergroot de afzetting van luchtpolluenten op het interieur en constructiedelen wat bijvoorbeeld kan resulteren in zwarte muren. Er bestaan twee hoofdmechanismen die afzetting veroorzaken en deze worden bovendien versterkt door temperatuurgradiënten [14]. Het eerste mechanisme is thermoforese, waarbij de polluenten voortdurend botsen met de luchtmoleculen ten gevolge van thermische luchtstromingen, de moleculaire impact bezit echter meer energie aan de warme kant ten gevolge van een grotere snelheid. Het gevolg hiervan is dat de polluenten een momentum krijgen van de warme lucht en zich in de richting van de koude muur bewegen, waar ze uiteindelijk tegen botsen en kans hebben om te blijven hangen. Een tweede mechanisme is aerodynamica. Als lucht langs de wanden stroomt, zal de ruwheid van de muur verstoringen veroorzaken in de stroom. Wanneer de inertie van de luchtpartikels het viskeuze gedrag van de luchtstroom domineert, zal het traject van de polluenten afwijken en kunnen ze neerslaan op de wand. Daarnaast zijn er nog twee nevenmechanismen die versterkt worden naarmate de temperatuur stijgt: Brownse afzetting en elektrostatische opname. Brownse afzetting betekent dat de vrije beweging van de polluenten intenser wordt naarmate ze meer energie krijgen van de invallende luchtpartikels. Bij elektrostatisch opname krijgt de warme lucht een lagere relatieve vochtigheid en een gereduceerde dissipatie van elektrische ladingen. Tim Gavel, Hannes Oppeel

22

Comfort- en conservatie-eisen Comforteisen De parameters voor het dimensioneren van een HVAC-installatie in een kerk kunnen niet enkel bepaald worden in functie van de conservatie van de kunstwerken in de kerk. Op tijdstippen dat de kerk gebruikt wordt, moet deze ook thermisch comfortabel zijn voor de mensen die aanwezig zijn. Er zijn zes hoofdfactoren die de conditie van het thermisch comfort definiëren. Daarnaast zijn er nog een aantal secundaire factoren die in sommige omstandigheden de comfortervaring beïnvloeden. De hoofdfactoren zijn [15]: -

Stofwisseling Kleding Stralingstemperatuur Luchttemperatuur Vochtigheid Luchtsnelheid

Secundaire factoren zijn leeftijd, adaptatie en geslacht. Deze kunnen in rekening gebracht worden in bepaalde omstandigheden of ontwerpen. In het geval van kerkgangers moet rekening gehouden worden dat de stofwisseling, gepaard gaande met de intensiteit van de activiteit (mis, concert,…) laag is. Een richtwaarde voor de metabolische warmte die gegenereerd wordt is 60W/m². Vergeleken met slapen (40W/m²) en wandelen (100W/m²), kan gesteld worden dat de mensen zelf slechts weinig warmte produceren [16]. In zomersituaties vormt dit zelden een probleem, in wintersituaties kan het net zeer oncomfortabel worden als de luchttemperatuur niet hoog genoeg is om dit te compenseren. De hoeveelheid warmte die verloren gaat, hangt af van de kledij die de persoon op dat moment draagt. In de winter zal men dikker gekleed zijn dan in de zomer, waardoor een groter deel van die metabolische warmte bij het lichaam gehouden wordt. Dit zorgt ervoor dat er in de zomer en winter een verschillende comfortzone zal zijn. Grootteordes van de isolatiewaarde van kleding (Iclo) in de winter zijn tussen 1.0 en 2.0 clo (1.0 clo = 0.155 m²K/W) en in de zomer rond 0.5 clo. Om een idee te geven van wat deze waarde nu precies betekenen, worden deze in onderstaande tabel verklaard aan de hand van het equivalent aan kledij. Kledij Naakt Lichte zomerkledij (lange, lichte broek, open nek hemd met korte mouwen Normale kledij (Lange broek, hemd met lange mouwen, trui) Typisch zakenpak met katoenen jas Dikke winterkledij (lange, dikke broek, hemd met lange mouwen, wollen trui, dikke winterjas)

Clothing factor [clo] 0 0,5 1 1,5 2

Tabel 3: Clothing factors van verschillende kledijsamenstellingen volgens EN ISO 7730


23

Verder is de stralingstemperatuur de warmte of koude die van oppervlakten wordt afgestraald. In onverwarmde of weinig verwarmde kerken is de oppervlaktetemperatuur van de vloer en de wanden laag, waardoor koude wordt afgestraald (tenzij er vloerverwarming aanwezig is). Tijdens een viering is de koude die afgestraald wordt verantwoordelijk voor het lokale discomfort van de kerkgangers. Zoals hierboven vermeld heeft ook de luchtvochtigheid een invloed op de comfortervaring van een ruimte. Een bepaalde vochtigheidsgraad van lucht is nodig ter bevordering van het thermisch comfort en de gezondheid, een te lage of te hoge vochtigheid kan een negatieve invloed hebben. Een te lage relatieve vochtigheid veroorzaakt uitdroging van de huid en slijmvliezen, waardoor bij gevoelige mensen de kans op huid-, oog- en luchtwegirritaties wordt vergroot. Een te hoge relatieve vochtigheid belemmert het latente warmteverlies van de mens via de huid, waardoor eerst het thermische comfort wordt beïnvloed en in ernstige gevallen oververhitting en uitputting kan optreden. De optimale relatieve vochtigheid ligt tussen 30% en 60% [15]. De laatste parameter die een rol speelt bij comfort is tocht. Tocht wordt ervaren als het ongewild lokaal afkoelen van het lichaam door luchtverplaatsing. De ervaring van tocht hangt af van de luchtsnelheid, de luchttemperatuur, de activiteit waarmee men bezig is en de kledij. De gevoeligheid voor tocht is het grootst waar de huid niet bedekt is door kleren, zoals het hoofd, de nek, schouders, onderbenen, enkels en voeten. Omwille van het thermisch comfort wordt aanbevolen om de luchtsnelheden onder 0.10 à 0.15 m/s te houden.

Figuur 7: Comfortzones voor zomer- en wintersituatie. Gebaseerd op ASHRAE Standard 55 en aangepast [15]

Op Figuur 7 zijn duidelijk de comfortzones in de zomer en winter te zien. De afgebakende zones in deze grafiek zijn niet altijd geldig. Indien de mensen meer kleren aanhebben, meer stofwisseling Tim Gavel, Hannes Oppeel

24

hebben of als er meer warmte van oppervlakken wordt afgestraald, zullen de comfortzones naar links verschuiven. Omgekeerd geldt ook: als mensen minder kleren aanhebben, een lager metabolisme hebben of als er meer koude afgestraald wordt van oppervlakken, dan zullen de comfortzones naar rechts verschuiven.

Klimaatklassen volgens ASHRAE 2011 [5] Risico’s voor het kerkinterieur kunnen worden benoemd en gekwantificeerd als oorzaak en gevolg bekend zijn. De grootte van het risico wordt bepaald door de waarschijnlijkheid waarmee een bepaalde gebeurtenis of door de snelheid waarmee een bepaald vervalproces plaatsvindt en het effect, de consequentie of de impact ervan. Om een idee te krijgen over die kans, kan een gebouw worden ingedeeld in een bepaalde klimaatklasse, afhankelijk van de temperatuur en relatieve vochtigheid die in het gebouw. Hieronder worden de risico’s en voordelen per klimaatklasse toegelicht [5]. Klasse AA:

Geen risico op mechanische schade bij de meeste objecten en schilderijen. Sommige metalen en mineralen zouden kunnen degraderen als de relatieve vochtigheid van 50% een kritische relatieve vochtigheidswaarde onder- of overschrijdt. Chemisch instabiele objecten worden onbruikbaar in decennia. Klasse A(s): Klein risico op mechanische schade bij zeer kwetsbare objecten: geen mechanische schade aan de meeste objecten, schilderijen, fotografisch materiaal en boeken. Chemisch instabiele objecten worden onbruikbaar in decennia. Klasse B: Matig risico op mechanische schade bij zeer kwetsbare objecten. Zeer klein risico op schade bij de meeste schilderijen en fotografisch materiaal, sommige objecten, sommige boeken. Geen risico voor veel objecten en de meeste boeken. Chemische instabiele objecten worden onbruikbaar in decennia en eerder als temperatuur regelmatig boven 30°C komt. Maar koude winters verlengen de bruikbaarheid (levensduur). Klasse C: Hoog risico op mechanische schade bij zeer kwetsbare objecten. Matig risico op schade bij de meeste schilderijen, fotografisch materiaal, sommige objecten en boeken. Zeer klein risico op schade bij veel objecten en de meeste boeken. Chemische instabiele objecten worden onbruikbaar in decennia en eerder als temperatuur regelmatig boven 30°C komt. Maar koude winters verlengen de bruikbaarheid (levensduur). Klasse D: Groot risico van plotselinge of cumulatieve mechanische schade bij de meeste objecten en schilderijen als gevolg van lage relatieve luchtvochtigheidsbreuk. Maar voorkomt delaminering en vervorming, vooral in fineer, schilderijen, papier en fotografisch materiaal. Schimmelgroei en snelle corrosie wordt vermeden. Chemische instabiele objecten worden onbruikbaar in decennia en eerder als temperatuur regelmatig boven 30°C komt. Maar koude winters verlengen de bruikbaarheid (levensduur). Vervolgens geeft Tabel 4 de voorwaarden weer waaraan het klimaat moet voldoen om in een bepaalde klimaatklasse te horen. Aan de hand ervan kan een inzicht verworven worden over de risico’s op schade van de objecten die zich in het klimaat bevinden.


25

Klasse

AA A As B C D

Temperatuur

Relatieve vochtigheid

Dagelijkse fluctuaties

Seizoenaanpassing

Dagelijkse fluctuaties

Seizoenaanpassing

± 2°C ± 2°C ± 2°C ± 5°C -

θgem ± 2°C θgem ± 2°C θgem +5/-10°C θgem +10°C <30°C (25°C) -

± 5% ± 5% ± 10% ± 10% -

RVgem ± 0% RVgem ± 10% RVgem + 0% RVgem ± 10% 25-75% <75%

Tabel 4: ASHRAE klimaatklassen

Historische gebouwen en kerken kunnen in klimaatklasse B, C en D geklasseerd worden. Hoe slechter de klasse waarin een gebouw wordt geklasseerd, hoe meer kans dat er schade optreedt bij objecten die in het gebouw aanwezig zijn.

Conservatie van kunstwerken volgens de literatuur Naast een algemene bepaling van een museaal klimaat voor de conservatie van kunstwerken, is er ook veel onderzoek gebeurd naar klimaatomstandigheden voor specifieke objecten zoals paneelschilderijen, orgels, etc. Daarom is het nuttig om deze met elkaar te vergelijken. Aangezien het kerkinterieur en –decoratie altijd in meer of mindere mate bestaat uit hout, is het eerst nodig om het gedrag en de conservatie eisen van hout te beschrijven. Het gedrag van hout De oorsprong van het hout van kunstwerken vanaf de 13e eeuw Tijdens de middeleeuwen zijn Vlaanderen en Nederland stelselmatig ontbost. Door een steeds toenemende vraag naar kwalitatief hout gingen handelaars op zoek naar nieuwe bronnen. Onder kwalitatief hout wordt voornamelijk constructiehout bedoeld, brandhout en hout voor meubels was wel nog afhankelijk van lokale bronnen. Over het algemeen waren de meest geschikte regio’s gelegen langs de grote rivieren van Noord-Europa.

Figuur 8: De grote rivieren van Noord-Europa. De grote bossen langs deze rivieren zijn mogelijk historische bronnen voor hout [17]


26

Vanaf de 13e eeuw werd al het eiken hout in Vlaanderen geïmporteerd van uit de Baltische regio. De oudste fysische bewijzen van het gebruik van Baltische eik in Vlaanderen dateren uit de 14e eeuw. Hoewel de scheepsbouw de belangrijkste industriële toepassing was van geïmporteerd hout, werd het hout ook erg geapprecieerd om zijn typische eigenschappen. Baltische eik wordt namelijk gekenmerkt door een trage en regelmatige groei waardoor het hout een fijne korrel heeft (bv. een fijne jaarringenstructuur) [17]. Een fijne korrel gecombineerd met een zaagmethode loodrecht op de jaarringen (bijvoorbeeld kwartier gezaagd hout), resulteert in planken en panelen met een kleinere elasticiteitsmodulus. Van de stam werd enkel gebruik gemaakt van het merg- en kernhout voor het vervaardigen van panelen en sculpturen. Het merghout bestaat meestal uit bruin sponsachtig weefsel, waarvan de biologische functie beperkt blijft tot de eerste jaarstengel van de boom. Het kernhout is meestal gekleurd, de biologische functie van het kernhout blijft praktisch beperkt tot het vormen van een mechanische en biologische weerstand biedend geraamte. Men spreekt over “dood hout” omdat het onbeweeglijk blijft. Hoewel sommige dendrochronologische studies nochtans hebben aangetoond dat er beelden zijn die ook uit het spinthout zijn gemaakt, is het leeuwendeel van de sculpturen dit niet. Spinthout is zeer licht gekleurd en heeft het vervoeren van het ruw sap, bestaande uit minerale bestanddelen, van de wortels naar de bladeren als functie. Het spinthout noemt men het “levend hout”, voor het maken van kunstwerken is dit echter minderwaardig hout. Het gebruik van uitsluitend kernhout heeft waarschijnlijk te maken met de duurzaamheid van het beeld. Het visuele aspect van het kernhout is minder relevant vanwege het polychrome verven van de sculpturen [18]. Gedrag van hout onder invloed van vocht Voor de instandhouding en het groeiproces van de boom is transport van sappen noodzakelijk. Hierdoor heeft hout een poreuze en gedeeltelijk capillaire structuur. Vaak is de hoeveelheid water in een boom groter dan het droog gewicht van de boom zelf. Zoals bij elk poreus materiaal zullen de eigenschappen van hout fluctueren in functie van de hoeveelheid vocht die erin aanwezig is. Omdat hout een poreus materiaal is kunnen bij vochtopname verschillende stadia worden onderscheiden (zie Figuur 9): -

monomoleculaire adsorptie van water door de celwand meerlagige adsorptie met ontstaan van contactpunten vulling van de capillairen door meniscuswerking

Poriën met een kleine doorsnede zullen eerst worden gevuld, pas daarna de grotere poriën.


27

Figuur 9: Bevochtiging van hout: a. monomoleculaire adsorptie; b. meerlagige adsorptie; c. capillaire condensatie (meniscuswerking)

Vers hout kan tot 50% water bevatten. Door drogen in atmosfeer of in ovens kan de vochtigheid teruggebracht worden tot een waarde van ongeveer 14%. Het drogen van hout gebeurt zonder volumeafname tot het vezelsaturatiepunt wordt bereikt. Dit is het punt waarbij de vezels geen vocht meer bevatten. Nadien wordt water van de celwanden onttrokken; gedurende dit proces wordt het hout harder en krimpt het. Onder bepaalde omstandigheden zal een evenwicht (EMC = equilibrium moisture content) worden bereikt tussen het vochtgehalte in de lucht en het vocht in het hout. In Figuur 10 wordt de relatie tussen het evenwichtsvochtgehalte, temperatuur en relatieve vochtigheid weergegeven.

Figuur 10: het evenwichtsvochtgehalte dat hout wil bereiken bij overeenkomstige waarden voor relatieve vochtigheid en temperatuur [19]

Wat opvalt in Figuur 10 is dat voornamelijk de relatieve vochtigheid een invloed heeft op de EMCwaarde. Enkel bij een hoge vochtigheid ontstaat er een duidelijk effect van de temperatuur op de EMC-waarde. De invloed van de temperatuur op deze waarde wordt pas significant bij grote relatieve vochtigheden.


28

Gezien de anisotrope structuur van hout hebben uitzettings- en krimpverschijnselen andere eigenschappen in de verschillende vezelrichtingen: vochttransport gaat het gemakkelijkste in de richting van de vezels, het minst gemakkelijk tangentieel op de vezels. Op Figuur 11 is te zien dat de graad van vochttransport significant invloed heeft op de uitzetting: de uitzetting tangentieel op de vezel is meer dan een factor 10 groter dan de uitzetting longitudinaal met de vezel voor de moderne Schotse den [20]. Eik zal een gelijkaardig uitzettingspatroon kennen, al zal de graad van vervorming afwijken van het voorbeeld. Op de figuur is te zien dat de curve van het drogen hoger is dan de curve van het bevochtigen; dit verschil noemt hysterese.

Figuur 11: Hygrische uitzetting van de verschillende vezelrichtingen van de moderne Schotse den [20]

Doordat de sculpturen en panelen enkel met het duurzaamste hout, namelijk het kernhout, zijn gemaakt [18], is vooral tangentiële krimp van belang: de buitenzijde droogt sneller dan de binnenzijde van het beeld of paneel. Een typerend gevolg hiervan is dat planken die niet centraal uit de stam gezaagd zijn, kromtrekken [21].

Figuur 12: Vochttransport in hout en de gevolgen hiervan op krimp bij droging

Door de wisselende relatieve vochtigheid van lucht zal het vochtgehalte in hout variëren. Het krimpen en uitzetten dat daarmee samenhangt, wordt het werken van hout genoemd. In analogie met vormveranderingen ten gevolge van temperatuurschommelingen (thermische dilatatie) spreekt men ook van hygrische dilatatie. Hiermee moet bij gebruik rekening gehouden worden. De wintersituatie is het gevaarlijkst voor het hout: het opwarmen van buitenlucht heeft een zeer lage luchtvochtigheid tot gevolg, wat dus kan leiden tot belangrijke vervormingen. Tim Gavel, Hannes Oppeel

29

Het gevaar voor barsten is het grootst bij massieve stukken hout. Daar waar fijne houten elementen zeer snel uitzetten en krimpen, zelfs bij korte fluctuaties in relatieve vochtigheid, is er bij massieve elementen sprake van hygrische dilatatie in de buitenste schil. De toename van de droogsnelheid leidt tot een niet-uniforme verdeling van het vocht in het drogend materiaal. Hierdoor ontstaan grote interne spanningen die barsten tot gevolg kunnen hebben. Barsten die aanwezig zijn in het hout zorgen voor een ontspanning waardoor het hout grotere fluctuaties aankan.

Figuur 13: Meting en simulatie (volgens de 1D-methode van Schellen [22]) van het vochtgehalte in het geval van een drogende cilinder hout (diameter 25mm) bij een overgang van RV van 85% naar 35%.

Op Figuur 13 is te zien dat de buitenste millimeters van de cilinder zich zeer snel aanpassen aan het veranderde klimaat. De kern van de cilinder, die zich slechts op 12,5mm van de buitenkant bevindt, doet er al minstens 16 uur over om zich aan het nieuwe klimaat aan te passen. Een schijnbare oplossing voor het probleem is om tijdens de wintersituatie de binnenlucht te bevochtigen als het verwarmingssysteem wordt opgezet, zodat de negatieve relatieve vochtigheidspiek niet meer zo uitgesproken wordt. Dit heeft als consequentie dat het risico op condensatie en schimmels op de koude oppervlakken enorm toeneemt. De toepasbaarheid van dit principe hangt af van het microklimaat van elke kerk. Paneelschilderijen In de 15e eeuw, wanneer zowel tempera als olieverf gebruikt werd om te schilderen, bestond een typisch houten paneelschilderij uit meerdere lagen. De ondergrond werd opgebouwd uit houten panelen waarop een preparatielaag werd aangebracht door op het hout een laag huidlijm te voorzien. Soms werd onder de preparatielaag nog een textiel gestoken. Op de preparatielaag kon tenslotte geschilderd worden dat men in sommige gevallen nog afwerkte met een goudlaagje. Om te weten hoe de aparte lagen van een dergelijk paneelschilderij optimaal geconserveerd kunnen worden, werden in het onderzoek van Mecklenburg [20], [23] de verschillende lagen onderworpen aan veranderingen in temperatuur en relatieve vochtigheid. Hieruit bleek dat bepaalde lagen gevoeliger waren aan hoge of lagere waarden van relatieve vochtigheid of temperatuur. Uit het onderzoek bleek ook dat objecten ouder dan 70 jaar, dus voor het ontstaan van de grote HVACinstallaties, al vaak significante veranderingen hebben gekend in temperatuur en relatieve Tim Gavel, Hannes Oppeel

30

vochtigheid. Hierdoor is de kans zeer groot dat de veroorzaakte spanningen door deze klimatologische veranderingen voldoende waren om de materialen te verstevigen in zowel trek als druk. Hierdoor kunnen de materialen hogere fluctuaties in relatieve vochtigheid weerstaan. Hieronder is een overzicht gegeven van de bekomen intervallen waartussen de materialen kunnen bewaard worden zonder gevaar voor plastische vervormingen. Materiaal Hout Huidlijm Linnen Preparatielaag Wit loden verf Napels’ gele verf

Minimum RV 30% 30% 10% 20% 20% 20%

Maximum RV 80% 70% 90% 70% 75% 75%

Tabel 5: Maximale variaties in relatieve vochtigheid voor de verschillende materialen van een paneelschilderij [20]

Uit deze tabel kan afgeleid worden dat een relatieve vochtigheid tussen 30 en 70% RV geen problemen zal opleveren voor de bewaring van oude paneelschilderijen. De grenzen voor minimale en maximale temperatuur worden in tegenstelling tot de relatieve vochtigheid enkel bepaald door de verfsoorten: zowel hout als huidlijm kunnen in zeer lage en temperaturen bewaard worden zonder gevaar voor plastische deformaties. Olieverven en acrylverven worden best op een zo laag mogelijke temperatuur bewaard ten einde chemische stabiliteit te verzekeren. De maximale temperatuur wordt best beperkt tot 23,3°C. Er kan een minimumtemperatuur vastgelegd worden voor deze verfsoorten aangezien deze op een bepaalde temperatuur de glastransitietemperatuur bereiken. Onder deze temperatuur worden de anders flexibele verven zeer bros. In Tabel 6 is voor verschillende verfsoorten de glastransitietemperatuur weergegeven, hieruit kan aangenomen worden dat een minimum temperatuur van 12,5°C een zeer veilige aanname is om het bros worden van de verf te voorkomen [23]. Verfsoort Acrylverf Alkydverf Olieverf

Glastransitietemperatuur ± 10 – 7,2°C ± 4,4 – 1,6°C ± 0 – -25°C

Tabel 6: De glastransitietemperatuur van verschillende verfsoorten [23]

Op Figuur 14 zijn typische barsten in de verflaag te zien die voorkomen op paneelschilderijen. Wat opmerkelijk is, is dat deze barsten starten vanaf de preparatielaag (onafhankelijk van de gebruikte verf) en dat deze voornamelijk loodrecht op de houtvezels staan. Dit betekent dat het houten paneel en de preparatielaag onafhankelijk van elkaar reageren op de veranderingen van relatieve vochtigheid. Het houten paneel werkt bijna niet in de vezelrichting, waardoor het krimpen van de preparatie- en verflaag verhinderd wordt bij lage relatieve vochtigheid. Hierdoor ontstaan er loodrecht op de houtvezels trekspanningen die kunnen leiden tot barsten. Loodrecht op de houtvezels werkt het hout meer, waardoor barsten parallel met de houtvezels beperkt worden als het paneel droogt.


31

Figuur 14: Detail van Madonna and Child Enthroned, ca. 1420, Washington National Gallery of Art. De barsten zijn duidelijk te zien

Daarnaast ontstaan ook barsten tussen de verschillende panelen van het schilderij door hoge relatieve vochtigheid. Bij hoge relatieve vochtigheid zet het hout uit, voornamelijk loodrecht op de houtvezel. De panelen worden verhinderd om uit te zetten door de lijst of de naburige panelen en worden door de hoge drukspanning ingedrukt. Hierdoor worden de panelen kleiner dan voorheen. Als een lage relatieve vochtigheid erna de panelen doet krimpen, ontstaan er spleten tussen de panelen die ervoor zorgen dat hier barsten in de preparatie- en verflaag ontstaan [20]. Schilderijen op doek Een schilderij op doek reageert op een specifieke manier op een bepaald klimaat vanwege de opbouw ervan. Een canvasschilderij is samengesteld uit een kader met een linnen doek waarop een dunne laag lijm gestreken wordt. Vervolgens wordt een grondlaag aangebracht met olieverf, waarop de tekening met olieverf wordt geschilderd. Een vaak voorkomende misvatting over canvasschilderijen gaat over de krachtenoverdracht. Het is niet het canvas dat de grootste spanningen ten gevolge van verschillen in relatieve vochtigheid opneemt, maar de lijmlaag die erop ligt [20]. Aangezien dezelfde materialen gebruikt werden bij de schilderijen op doek als bij de paneelschilderijen, kunnen dezelfde conservatie-eisen overgenomen worden. Omwille van de andere opbouw kent het canvasschilderij echter wel andere schadepatronen. Er bestaan drie verschillende schadepatronen die veroorzaakt worden door slechte klimatologische omstandigheden: -

Barsten in de verflaag door de uitzetting van het spieraam Barsten in de verflaag door grote fluctuaties in relatieve vochtigheid Afschilferen van de verflaag door condensatie

Ten gevolge van hoge relatieve vochtigheid zullen het houten raamwerk en het doek gelijk uitzetten zodat er geen grote spanningen ontstaan. De hoek van het raamwerk, het spieraam, wordt echter na verloop van tijd open geduwd waardoor een spleet ontstaat tussen de twee stijlen. Aangezien het doek vastgehecht is aan de stijlen van het raamwerk, wordt de hoek van het doek opengetrokken en


32

zullen er barsten ontstaan in de verflaag ten gevolge van deze trekspanningen (Figuur 15). De barsten blijven echter beperkt tot de hoeken van het doek aangezien deze als uitzettingsvoeg gaan werken.

Figuur 15: De combinatie van barsten ten gevolge van de uitzetting van het spieraam en fluctuaties in relatieve vochtigheid

Indien het canvasschilderij blootgesteld wordt aan cycli van grote veranderingen in relatieve vochtigheid, ontstaan er ook barsten in de hoeken, als gevolg van het drogen van de lijmlaag onder de verf. Wanneer de relatieve vochtigheid daalt, ontstaan grote trekspanningen in deze dunne laag waarbij de verf deze spanningen niet aan kan en waardoor er barsten ontstaan (Figuur 15). Deze barsten blijven meestal beperkt tot de hoeken, maar kunnen onder invloed van lage temperaturen uitbreiden over het ganse schilderij (Figuur 16), dit omwille het brosse karakter van verf onder de glastransitietemperatuur.

Figuur 16: George Parker, Geen titel, 1991. Dit canvasschilderij vertoont barsten ten gevolge van grote fluctuaties in relatieve vochtigheid in combinatie met een lage temperatuur

De meest extreme schade aan canvasschilderijen is de delaminatie van de verflaag. Dit komt voor indien het schilderij blootgesteld wordt aan condensatie. De delaminatie gebeurt vooral aan de onderkant van het schilderij aangezien condens de neiging heeft van het schilderij af te lopen. Zodra de lijmlaag van het schilderij nat wordt, wordt zijn adhesieve kracht verstoord. Als het schilderij vervolgens krimpt, verliest de laag zijn adhesieve kracht volledig en delamineren de grondlaag en de tekening volledig van het doek. Tim Gavel, Hannes Oppeel

33

Orgels Naast de typische schadegevallen die het gevolg zijn van een te hoge of te lage temperatuur en relatieve vochtigheid is het orgel zeer gevoelig aan stratificatie. De meeste verwarmingssystemen, zo ook het huidige verwarmingssysteem aanwezig in de kerk, zorgen voor een stratificatie van de luchttemperatuur tijdens het verwarmen. Hierdoor ontstaat er in de orgelpijpen een temperatuurgradiënt waarbij de pijpen bovenaan warmer zijn dan onderaan. Deze temperatuurgradiënt van de pijpen heeft tot gevolg dat het orgel minder heldere klanken produceert dan wanneer er geen temperatuurgradiënt is [24]. Vanaf eind jaren 60 zijn tal van studies gestart, uit het groeiend besef dat het brengen van monumentale kerken naar hogere comfortniveaus door het opwarmen tot negatieve effecten leidde op het gebouw en het interieur. Bij deze onderzoeken werd het orgel gezien als het meest kritische onderdeel van de kerk. In Tabel 7 zijn de aanbevelingen van de verschillende onderzoeken weergegeven, het leeuwendeel daarvan zijn echter wel gebaseerd op deze van Knol en Mainz [1]. De belangrijkste parameters in Tabel 7 zijn de binnen luchttemperatuur θi en de relatieve vochtigheid aan het orgel RVorgel. Voor de meeste parameters in de tabel worden zowel onder- als bovengrenzen opgelegd. De ondergrens van relatieve vochtigheid voorkomt dehydratatie van houten objecten, de bovengrens belet schimmelgroei. De meeste literatuur geeft een ondergrens van relatieve vochtigheid van 45 tot 50% en een bovengrens van 65 tot 75%. Extreme fluctuaties moeten ook zoveel mogelijk vermeden worden. Om te beletten dat er zeer lage relatieve vochtigheden in de winter ontstaan, moet de binnenluchttemperatuur beperkt worden tot 15 à 16°C (zie Tabel 7). Om deze aanname te kunnen maken wordt verondersteld dat mensen in de winter typisch warm gekleed zijn (Iclo = 1,5 à 2,0). In het geval van erge vrieskou wordt de binnenluchttemperatuur zelfs beperkt tot 12°C (Knol).

Badertscher Hennings Supper Schlieder Knol Mainz SchmidtThomson Stadtmüller Gossens Mayer Künzel Vorenkamp Arendt Bordass Schellen

1965 1966 1967 1969 1971 1972 1972

θi [°C] ≤ 15 15 17-19 ≤ 15 ≤ 15 12-15

u [m/s] < 0,15

12-15

1972 1977 12-15 1981 7-10 < 0,1 1991 12-16 1993 < 18 1993 ≤ 12 1996 < 0,15 2002 < 12..19 <0,1..0,3

θprim [°C] 6-8 8 5-7 7-10

RVorgel [%] 45-65 55-75 < 60 50-80 < 75

θorgel [°C]

θ0 [°C]

u0 [m/s]

5-8 8 ≤9 ≤ 10 5-8

θvloer [°C] < 15

80 ≤ 12

< θi+25 ≤ 45

≤2

8 8-10

Δθ/Δt [°C/h]

<2 < 1,5 < 1,5

< 25

< 1,5 60-70 50-60 40-60 50-80

45-65 45-75

1,5-2 snel <1

< θi+25

<2

< 1,5 < 1..2

< 25 < 25..28

Tabel 7: Aanbevelingen van internationale literatuur ter conservatie van monumentale kerken en hun interieur [1]


34

Met: θi = binnen luchttemperatuur [°C] u = luchtsnelheid binnenlucht [m/s] θprim = primaire luchttemperatuur [°C] RVorgel = relatieve vochtigheid bij het orgel [%] θvloer = vloertemperatuur [°C]

θorgel = luchttemperatuur bij het orgel [°C] θ0 = lucht inblaastemperatuur [°C] u0 = lucht inblaassnelheid [m/s] Δθ/Δt = opwarmsnelheid [°C/h]

Als de kerk verwarmd wordt met een luchtverwarmingssysteem, mag de temperatuur van de inblaaslucht θ0 maximaal 25°C warmer zijn dan de binnenluchttemperatuur om de stratificatie zoveel mogelijk te voorkomen. De gemiddelde inblaassnelheid v0 moet gelimiteerd worden op 2 m/s om tocht te vermijden. Indien de kerk met vloerverwarming wordt opgewarmd mag de vloer maximaal een temperatuur van 25 a 28°C bereiken om te grote verticale luchtstromen en voettemperaturen te vermijden en het thermisch comfort te handhaven. In meer recente studies vanuit de jaren 90 (Künzel, Arendt en Schellen) wordt aangetoond dat schimmelgroei op koude oppervlakken kan tegengehouden worden door de kerk constant op een primaire luchttemperatuur θprim van 5 à 8°C te verwarmen. Dit heeft echter tot gevolg dat er meer gestookt moet worden om een kerk gedurende heel de winter op temperatuur te houden.

Conclusie ontwerpparameters voor comfort en conservatie Om tot ontwerpparameters te komen waaraan het nieuwe verwarmingssysteem moet voldoen, worden de belangrijkste bronnen samen gezet: -

De comforteisen uit ASHRAE 55 Standard [15] Conservatie-eisen om aan klimaatklasse C te voldoen volgens ASHRAE 2011 [5] De bovengrens voor relatieve vochtigheid om schimmel te voorkomen [10] Conservatie-eisen voor paneelschilderijen van M.F. Mecklenburg [20], [23] Conservatie van het orgel volgens Schellen [1]

Figuur 17: Conclusie van Comfort en Conservatie-grenzen


35

Het ideale interval voor temperatuur ligt dus tussen 12,3 en 15°C, de strengste grenzen voor de relatieve vochtigheid zijn 55 en 70% (Figuur 17). Binnen dit interval zal voor elke bron aan de conservatie-eisen voldaan worden. Een minimumtemperatuur van 12,3°C is echter economisch niet aangewezen qua stookkosten, daarom zal een ondergrens van 5°C eerder worden aangenomen in de winter om oppervlaktecondensatie te vermijden. Deze ondergrens wordt tevens ook aanbevolen in de omzendbrief van Monumentenzorg Vlaanderen [25]. Tijdens een viering is het verder ook aangeraden om de temperatuur niet boven 15°C te laten komen, vanaf deze temperatuur wordt namelijk net aan de comfort- en conservatie-eisen voldaan. Voor conservatiedoeleinden is een bovengrens van 70% RV ideaal. Dit valt niet binnen de comfortgrenzen, maar dit is geen groot probleem. Het is schadelijker voor de kunstwerken en het interieur van kerken om de relatieve vochtigheid voor korte periodes te doen dalen voor het comfort van de kerkgangers. Indien het niet mogelijk is om onder de grens van 70% RV te blijven, moet een maximumgrens van 75% behouden worden. Indien de relatieve vochtigheid nog hoger wordt, is het klimaat ideaal voor het ontkiemen van schimmels. Bij de simulaties van verschillende verwarmingssystemen in deze thesis zal de kerk stationair verwarmd worden op een minimumtemperatuur van 5°C en tijdens de vieringen zal de kerk opgewarmd worden tot 15°C. Vanwege het vochtige klimaat dat al eeuwen in de kerk heerst, wordt de absolute bovengrens van 75% gebruikt om het gesimuleerde klimaat te beoordelen.


36

Verwarming in kerken Door de eeuwen heen zijn kerken steeds als koude gebouwen gebruikt. Dit zorgde ervoor dat in de kerken een vrij stabiel, natuurlijk klimaat heerste waaraan de vele kunstwerken geacclimatiseerd waren. De technologische evoluties van de 20e eeuw hebben echter geleid tot een scheiding van architectuur en zijn natuurlijke omgeving. Mechanische systemen werden geïntegreerd om een kunstmatig binnenklimaat te creëren binnen de architectuur [26]. Naast deze technologische evolutie is het gebruik van kerken over het algemeen veranderd: ze worden niet enkel gebruikt voor katholieke doeleinden, er vinden ook tentoonstellingen, diners en concerten in plaats. Tevens zijn de comforteisen van de bezoekers verstrengd. Dit heeft tot gevolg dat er fluctuaties zullen ontstaan in temperatuur en relatieve vochtigheid in de kerk wanneer deze verwarmd wordt. Pas in de jaren 60 en begin 70 kwam men tot het inzicht dat schadefenomenen aan het kerkinterieur een verband hadden met deze verwarmingssystemen.

Figuur 18: Temperatuur en RV profielen, gemeten 4,5m boven het altaar in de kerk in Rocca Pietore, Italië in 2003. De pieken in T en RV zijn te wijten aan het met tussenpozen verwarmen van de kerk door warmeluchtverwarming voor dagelijkse diensten. [27]

Zowat alles van het kerkinterieur is gevoelig aan deze relatieve vochtigheidsfluctuaties: schilderijen, orgels, houten beelden, preekgestoeltes en glas-in-loodramen. Schilderijen op canvas zijn gevoelig aan barsten, zwellen, blaasvorming en vervuiling; houten artefacten aan barsten en metalen aan corrosie [27]. Orgels zijn de meest gevoelige kunstwerken aangezien ze, naast hun esthetisch voorkomen, zeker hun typische klank moeten behouden. Deze karakteristieke klank kan ernstig beïnvloed worden door vervormingen en barsten in het hout, neerslaan van luchtpolluenten en verroeste pijpen [22]. Glas-in-loodramen verweren door het corroderen van de profielen ten gevolge van condensvorming. Toch zijn niet alle fluctuaties te wijten aan het opwarmen van de kerk. Na een regenachtige periode wordt het meeste vocht dat opgenomen werd door de massieve wanden, aan het buitenoppervlak verdampt. Een deel van het geabsorbeerde water migreert en wordt opgenomen door de binnenlucht [14]. Het tempo waarmee het vocht door de muur migreert, hangt af van de relatieve vochtigheid in de kerk zelf. Tim Gavel, Hannes Oppeel

37

Kerkverwarmingssystemen kunnen onderverdeeld worden in drie categorieën: -

Niet stationaire opwarming: de kerk wordt (niet) regelmatig opgewarmd over een korte tijd Stationaire opwarming: de kerk wordt op een constante temperatuur gehouden Combinatie van 1 & 2: de kerk wordt op een constante ondergrens gehouden, een zogenaamde basistemperatuur, bijvoorbeeld 8°C, en wordt kort voor de dienst opgestookt tot een comfortniveau voor de dienst van bijvoorbeeld 15°C

Het grote voordeel van een stationair opwarmingssysteem is dat de pieken in temperatuur en relatieve vochtigheid minder groot zijn. Hierdoor zullen de optredende inwendige spanningen in poreuze materialen beperkt worden. Daarbij worden alle oppervlaktetemperaturen constant gehouden, waardoor de kans op condensatie sterk afneemt. Het grootste nadeel van een dergelijk systeem is het energieverbruik.

Verwarmen versus niet verwarmen In het onderzoek van H.L. Schellen en A.W.M. Schijndel zijn de nadelen van het verwarmen van de Waalse kerk in Delft betreffende spanningen in kunstwerken bestudeerd [28]. Op Figuur 19 is de tangentiële spanning in een houten cilinder weergegeven over het verloop van een dag. Er zijn twee gevallen weergegeven: enerzijds wordt kerk niet verwarmd, anderzijds wordt de kerk op volle capaciteit opgewarmd. Op de figuur is duidelijk te zien dat de kortstondige opwarming een grote spanningspiek veroorzaakt in het hout. Deze piek kan gereduceerd worden door het limiteren van de snelheid waarmee de luchttemperatuur verandert. Hierdoor krijgen de kunstwerken de tijd om zich aan te passen aan het veranderende binnenklimaat.

Figuur 19: Tangentiële spanningen in een houten cilinder in twee gevallen: geen verwarming (streeplijn) en verwarming op volle capaciteit (volle lijn) [29]

In het promotieonderzoek van dr. Ir. Henk L. Schellen [1] is een simulatiestudie gedaan naar het effect van verwarming in vergelijking met geen verwarming in de kerk. De resultaten worden hieronder weergegeven.


38

Figuur 20: Effecten van het niet verwarmen van de kerk

In de linkse grafiek van Figuur 20 wordt het lange termijneffect van berekende binnenlucht- en buitenluchttemperaturen vergeleken. In de figuur daarnaast is de dampdruk van het binnenklimaat vergeleken met deze van buiten. De 45 gradenlijn geeft de situatie weer waarbij de waarden binnen gelijk zijn aan de waarden buiten. Waarden boven deze lijn, in de linkerfiguur, geven aan dat het binnen warmer is dan buiten. Waarden eronder geven aan dat het kouder is dan buiten. Het betreft daggemiddelde waarden, waarvan als cluster van dagen is aangegeven of ze in de winter (*, donkerblauw), lente (, lichtgroen), zomer (•, rood ) of herfst (O, lichtblauw) liggen. Het valt op dat de binnenluchttemperaturen in de winter over het algemeen wat hoger liggen dan de buitenluchttemperaturen. Dat heeft te maken met het vertragende effect van de dikke muren in combinatie met de vaak geringe ventilatie. Daardoor ijlt de binnenluchttemperatuur na op die van daarbuiten. In de lente levert dit kritische effecten op: de kerk is vanbinnen nog koud, terwijl zich buiten regelmatig warme perioden aandienen. De binnenoppervlaktetemperaturen kunnen dan lager zijn, of in de buurt liggen van het dauwpunt. Dit heeft condensatie op de koude delen tot gevolg, of leidt tenminste tot hoge relatieve vochtigheden in de nabijheid van de koude oppervlakken. Bij Figuur 21 is het effect van stationaire verwarming geïllustreerd. In dit voorbeeld is de primaire temperatuur op 15°C gesteld. In dit geval is de temperatuur binnen vanzelfsprekend vooral warmer dan buiten. Wat wel opvalt is dat het gebruik van een stationaire verwarming slechts een heel lichte stijging veroorzaakt in de binnendampdruk. Deze verhoging is dan waarschijnlijk te wijten aan desorptie van vocht uit wanden en plafond.


39

Figuur 21: Effecten van het stationair verwarmen van kerk

Wetgeving Er zijn reeds veel gevallen bekend waarbij door het onoordeelkundig gebruik van verwarming, in het bijzonder warmeluchtverwarmingen, ernstige schade is ontstaan aan het cultuurbezit van kerkgebouwen, voornamelijk schilderijen en orgels. In een omzendbrief van de Afdeling Monumenten en Landschappen van de Vlaamse gemeenschappen [25] wordt de weten regelgeving van België in herinnering gebracht die betrekking heeft op de goede instandhouding van monumenten, en op de schade die veroorzaakt wordt door verwarmingen of slechte klimatologische omstandigheden. Enkele wettelijke beperkingen worden in deze brief opgesomd: -

-

-

-

Men mag de kerk niet te snel overmatig verwarmen voor vieringen. Een basisverwarming van bijvoorbeeld 10 tot 12°C is aangewezen. Voor kerkelijke diensten kan een trage bijverwarming genomen worden tot 15°C. Voor concerten kan occasioneel en voor niet langer dan de duur van het concert een hogere opwarmingslimiet worden aanvaard van maximum 17 à 18°C, maar de opwarming mag nooit sneller dan 2°C per uur gebeuren. De ideale en dus ook monumentvriendelijke vochtigheidssituatie van de lucht in een kerkgebouw bevindt zich tussen 55 en 70%. Kerkverwarmingen van om het even welk systeem, die op geregelde en permanente wijze 15°C overstijgen, brengen de relatieve vochtigheid van de lucht in de gevarenzone, zeker in de vorstperiodes. Metingen hebben uitgewezen dat bij gebruik van verwarmingen het relatief vochtgehalte van lucht met bijna 2% daalt wanneer de temperatuur met 1°C stijgt en omgekeerd. Om die reden dienen extreme warmtepieken vermeden te worden.

Een beheerst en verantwoord gebruik van kerkverwarming vergt ook dat niet onbeperkt op de comfortverwachting van de kerkgangers wordt ingespeeld. Met de nodige uitleg naar kerkgangers toe, zal het warmtecomfort tot op redelijke normen moeten worden begrensd [30]. Tim Gavel, Hannes Oppeel

40

De conservatie-eisen, vermeld in de omzendbrief hebben echter een grote impact op het energieverbruik van het verwarmingssysteem. In de brief spreekt men immers van een gematigde verwarming in het voorjaar en een verwarming die de kerk op een constante minimumtemperatuur houdt gedurende het hele stookseizoen om het risico op condensatie te beperken. Dit houdt in dat de kerk een groot deel van het jaar verwarmd moet worden. Als men echter te maken heeft met een kerk die minder frequent bezocht wordt, zoals de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet, heeft deze basistemperatuur weinig nut omdat de pieken in temperatuur en relatieve vochtigheid in deze kerken al minder vaak voorkomen dan in drukbezochte kerken. Deze regeling leidt bovendien tot zeer hoge stookkosten, terwijl de verwarming voor het grootste deel louter gebruikt wordt voor conservatiedoeleinden. Minder frequent bezochte kerken zullen dus eerder verwarmd moeten worden met niet-stationaire systemen, met een trage opwarmsnelheid (niet meer dan 2°C/h, maar het best 1°C/h) om grote fluctuaties te vermijden. De begrenzingen die beschreven worden in de omzendbrief van de temperatuur en de relatieve vochtigheid komen goed overeen met deze in de literatuur, alsook de opwarmsnelheid, alhoewel de begrenzing van 1°C/h vaker leidt tot betere resultaten betreffende conservatiedoeleinden.

Stratificatie Veel kerken worden verwarmd door het inblazen van warme lucht. Deze systemen hebben tot doel een groot volume op te warmen op korte tijd. Bij luchtverwarming treedt echter thermische stratificatie veelvuldig op, dit wil zeggen dat de temperatuur verschilt in de verschillende luchtlagen. Een maat voor stratificatie van lucht is het Archimedesgetal [31]:

𝐴𝑟 =

𝑔 Δ𝜃0 𝐷ℎ

(4)

𝑇𝑖 𝑢02

5

𝐷ℎ = 1,27 �(𝑛 𝑎 𝑏)²

(5)

met g = valversnelling [m/s²] ∆θ0 = temperatuurverschil binnenlucht – inblaaslucht [K] Dh = hydraulische diameter van het inblaasrooster [m] Ti = binnenluchttemperatuur [K] u0 = lucht inblaassnelheid [m/s] n = aantal inblaasroosters [-] a = breedte van het inblaasrooster [m] b = hoogte van het inblaasrooster [m] Een hoog Archimedesgetal impliceert een grote thermische stroom opwaarts aan een hoge temperatuur in combinatie met lage luchtsnelheden: de stroom zal snel stijgen tot het plafond. Een laag Archimedesgetal representeert een meer horizontale luchtstroom in de kerk waardoor de warme lucht minder snel zal stijgen naar het plafond. Hoe lager het Archimedesgetal, hoe efficiënter het verwarmingssysteem zal werken en hoe zuiniger het systeem zal zijn. Het Archimedesgetal beperken zal dus de temperatuurstratificatie doen dalen. Dit kan bereikt worden door het temperatuurverschil tussen buitenlucht en inblaaslucht (∆θ0) te beperken tot 25°C en de lucht inblaassnelheid te vergroten. De luchtinblaastemperatuur mag tevens volgens H. Knoll Tim Gavel, Hannes Oppeel

41

maximaal 25°C zijn [32]. Het verhogen van de luchtinblaassnelheid is nodig om een voldoende verwarmingscapaciteit te bereiken. Om de effecten van veranderende luchttemperatuur, de luchtsnelheid en de opwarmtijd te voorspellen, kan de dynamische luchtverwarming gemodelleerd worden in CDF: Computional Fluent Dynamics (zie verder)

Figuur 22: Vergelijking van verschillende Archimedesnummers: Ar = 0.29 (linksboven), Ar = 0.17 (rechtsboven), Ar= 0.05 (linksonder), Ar = 0.01 - 0.5 (rechtsonder) [1]

Figuur 22 toont het effect van verschillende Archimedesgetallen tijdens een onderzoek van H.L. Schellen in de Waalse kerk in Delft. In de grafiek linksboven is de kerk verwarmd met een luchtverwarmingssysteem waarbij het Archimedesgetal 0,29 bedraagt. Na 20 minuten is er al zoveel warmte gestegen dat de temperatuur tegen het gewelf 32°C bedraagt. De temperatuur aan de grond waar de mensen zitten haalt 20 tot 24°C (afhankelijk de afstand tot het inblaasrooster). In de grafiek rechtsboven is het Archimedesgetal gereduceerd tot 0,17. De temperatuur aan het gewelf is bij deze waarde rond de 17°C, aan de vloer wordt slechts een temperatuur behaald van 10°C. De reductie van de Archimedesgetal is waarschijnlijk verwezenlijkt door de inblaastemperatuur te verlagen. Hierdoor is er minder sprake van thermische stratificatie, maar erg comfortabel kan de kerk niet gemaakt worden. Door een lage luchtinblaassnelheid ontstaat tevens een lokale zone waar lucht stijgt. In de grafiek linksonder is een Archimedesgetal van 0,05 gesimuleerd. De temperatuur aan het gewelf is rond 19°C, aan de grond 14°C. Hier wordt aangetoond dat, als de luchtinblaassnelheid hoog genoeg is, er na 20 minuten een uniformere temperatuurverdeling ontstaat over de gehele ruimte. In tegenstelling tot de vorige grafiek is de luchtinblaastemperatuur hoger, waardoor er tegen de vloer een comfortabelere temperatuur wordt gecreëerd. Tim Gavel, Hannes Oppeel

42

In de grafiek rechtsonder van Figuur 22 wordt de niet-isotherme luchtstroom afgebeeld voor verschillende Archimedesgetallen. Het is duidelijk dat voor een lagere waarde de luchtstroom horizontaler verloopt dan voor een hogere waarde. Voor het beperken van de thermische stratificatie worden soms plafondventilatoren (Figuur 23) gebruikt. Ventilatoren die naar beneden blazen onder het gewelf, doen echter niets af aan de thermische stratificatie erboven: het zuigende effect is namelijk verwaarloosbaar. De warme lucht blijft als het ware aan het gewelf 'plakken'. Alleen onder de ventilatoren is sprake van een betere menging. Wat dat betreft zou het beter zijn ze in de richting van het gewelf te laten blazen [31].

Figuur 23: Principe van plafondventilatoren: warme lucht stijgt en wordt door de ventilator terug omlaag gestuwd

Soorten verwarmingssystemen Warmeluchtverwarming Algemeen Voordelen Energieverbruik: luchtverwarmingssystemen warmen de ruimte snel op. Op dit vlak zijn ze heel energie-efficiënt. Sturing: de sturing reageert op korte termijn. Behoud van kunstwerken: door luchtbehandeling is het mogelijk om schimmels te onderdrukken of te laten verdwijnen. Een goede filter kan tevens voorkomen dat er stof in hercirculatie terechtkomt. Ventilatie: een combinatie met ventilatie is in dit systeem relatief gemakkelijk. Algemeen: er is heel weinig ruimte nodig voor het systeem in de kerk. Nadelen Energieverbruik: de volledige kerk wordt verwarmd. Veel last van stratificatie, zodat dit systeem zeker niet het meest energie-efficiëntste is. Thermisch comfort: doordat de volledige kerk wordt verwarmd, worden de noodzakelijke plaatsen niet voldoende opgewarmd. Zonder secundair systeem kan geen comfortabele omgeving gemaakt worden. Afhankelijk van het Archimedesgetal kunnen wandinblaassystemen tot een zeer sterke stratificatie leiden ten gevolge van hoge inblaastemperaturen en luchtsnelheden (zie Figuur 24). Nietuniforme luchttemperaturen en luchtsnelheidsprofielen kunnen het gevolg zijn. De luchtinblaassystemen kunnen tot tocht leiden ten gevolge van hoge turbulentiegraden en luchtsnelheden nabij mensen. Hoge inblaassnelheden in vloeren kunnen leiden tot lokaal discomfort. Hoge luchtsnelheden en turbulenties kunnen bovendien tot stofcirculatie leiden.


43

Behoud: doordat de binnenlucht snel opgewarmd wordt, kan dit leiden tot een val van relatieve vochtigheid, wat nefast is voor kunstwerken en het orgel.

Figuur 24: Op de plattegronden is de plafondtemperatuur voor (links) en na (rechts) de warmeluchtverwarming 30 minuten heeft opgestaan. Het profiel rechts toont duidelijk de stratificatie [3]

Goed gedistribueerd luchtinblaassysteem Een goed distributie- en inblaassysteem kan ervoor zorgen dat er een homogenere temperatuur in de kerk ontstaat. De combinatie van lage temperatuur en lage luchtsnelheid voorkomt sterke stratificatie en desorptie. Warmte kan verdeeld worden door luchtkokers in de vloer, door warmwaterleidingen in de muren of door ventilo-convectoren. Voordelen Comfort: door een goede verdeling, of een lokale zone waar mensen zitten zal het comfort van de kerkgangers gewaarborgd zijn. Nadelen Thermisch comfort: er wordt een lagere temperatuur ervaren door de lage luchtsnelheid. Ruimtebezetting: de luchtkokers in de vloer hebben grote diameters en lengtes, dat ertoe leidt dat enorme werken nodig zijn voor de plaatsing van de installatie. Om grote temperatuurverliezen te verkomen moeten deze leidingen tevens geïsoleerd zijn, wat het systeem extra duur maakt. Constructie: deze graafwerken mogen in sommige kerken niet uitgevoerd worden doordat de kerk beschermd is. Door de werken kunnen ondergrondse waardevolle archieven beschadigd worden. Ventilo-convectoren in de vloer zijn een alternatief. Maar deze toestellen zijn wel vatbaar voor stof. Filteren van de lucht is dus noodzakelijk. Algemeen: geluidsbehandeling van de ventilator kan nodig zijn. Niet-gedistribueerd luchtinblaassysteem Deze systemen bestaan uit één of twee verschillende inblaassystemen in de mu(u)r(en) of vloer, afhankelijk van de geometrie en dimensies van de kerk. De OLV-Hemelvaartkerk beschikt op dit moment over dit systeem waarbij de warme lucht ingeblazen worden vanuit het noord-transept. Voordelen De roosters zijn meestal zo geplaatst dat de afstand tussen inblaaszone en machine zo klein mogelijk is. Meestal worden de roosters geplaatst in de muur tussen machine en inblaaszone. Indien het goed ontworpen is, kan het leiden tot een uniforme luchttemperatuurverdeling. Een laag Archimedesnummer kan sterke stratificatie voorkomen. Nadelen Afhankelijk van het Archimedesnummer kunnen de muurroosters een hoge stratificatie Tim Gavel, Hannes Oppeel

44

teweegbrengen door een te hoge inblaastemperatuur of door te lage luchtsnelheden. Hierdoor ontstaan niet uniforme binnenluchttemperatuur- en luchtsnelheidsprofielen. Hogesnelheidinblaasroosters in vloeren creëren een lokaal discomfort. Door een hoge luchtsnelheid kunnen luchtpolluenten zoals stof in circulatie gebracht worden die neerslaat op koudere oppervlakken. De richting van de luchtstroom en de worplengte moet zo ontworpen worden dat het rechtstreeks aanblazen van objecten met warme lucht voorkomen wordt. Afhankelijk van de geluidsbehandeling van het systeem kan er geluidshinder ondervonden worden. Vloerverwarming Voordelen Ruimtebezetting: dit verwarmingssysteem heeft geen ruimtelijke impact. Thermisch comfort: door de hoge oppervlaktetemperatuur geeft het een goede voetcontactkwaliteit. Tevens resulteert het in een relatief hoge oppervlaktetemperatuur, ook door het aanstralen en opwarmen van de overige oppervlakken. Behoud: Door de stralingsfluxen warmen ook de muuroppervlaktes op, waardoor er minder kans is op condensatie en verlaagt de relatieve vochtigheid aan de oppervlakte. Nadelen Energieverbruik: de tijdsconstante van het systeem kan variëren van uren tot dagen, afhankelijk van de dikte en het soort materiaal dat het systeem bedekt. Om deze reden kan een stationair werkend systeem de enige oplossing zijn. Thermisch comfort: afhankelijk van hoe de lay-out van het verwarmingssysteem is en het verschil in stukken vloer kan het systeem leiden tot tocht met discomfort tot gevolg. Dit komt voornamelijk voor bij kerken die gedeeltelijk van vloerverwarming voorzien zijn. Behoud: luchtstromingen zorgen voor stofafzettingen op schilderijen, muren en plafond. Het reduceren van temperatuurverschillen gaan deze afzettingen tegen. Historisch: indien de vloer van de kerk een historische waarde heeft, is het misschien niet mogelijk om dit systeem te plaatsen. Hetzelfde geldt als onder de vloer belangrijke ruimtes zoals crypten of archieven gelegen zijn. Infraroodverwarming Voordelen Energieverbruik: infraroodverwarming zorgt voor een relatief hoog comfortniveau door de hoge thermische stralingsflux en minimale opwarming van lucht. Deze systemen zijn energie-efficiënt omdat ze slechts de delen opwarmen waar mensen zitten. De opwarmingstijden zijn ook heel snel. Algemeen: de installatie kost weinig geld in vergelijking met andere systemen. Nadelen Thermisch comfort: de hoofden van mensen wordt veel sterker opgewarmd dan voeten en benen, waardoor thermisch comfort niet gewaarborgd wordt. Behoud: de straling kan onderdelen van de kerk opwarmen zoals kolommen, wanden en kerkbanken. Dit zorgt voor een heel snelle uitdroging en thermische werking van de materialen. Indien gasbranders gebruikt worden, gaat dit gepaard met een wateruitstoot die condensatie tot gevolg heeft op oppervlaktes die niet opgewarmd worden. Algemeen: de verwarmingstoestellen en vooral de rode gloed kunnen afbreuk doen aan de monumentale en architecturale waarde van de kerk. Tim Gavel, Hannes Oppeel

45

Figuur 25: Een typische quartz halogeen straler. Een deel van de ruimtehoek heeft een snelle temperatuursstijging (20°C) in slechts enkele minuten. In deze zone is het niet mogelijk om thermisch comfort te bereiken, noch is het goed voor het behoud van kunstwerken [33].

Radiatorenverwarming Voordelen Plaatsing: radiatoren zijn een verwarmingssysteem dat relatief gemakkelijk te installeren is. Nadelen Dit verwarmingssysteem kan alleen maar gebruikt worden voor kleine kerken (<200 stoelen). In grotere kerken kan het leiden tot relatief grote convectiestromen. Ook kunnen de opwarmtijden oplopen. Ruimtebezetting: de radiatoren hebben een grote impact op het monumentale interieur. Lokale verwarming in kerkbanken Lokale verwarming in kerkbanken bestaat meestal uit (voet) verwarmingspijpen of stralingspanelen. Voordelen: Energieverbruik: deze systemen zijn energie-efficiënt omdat ze de verwarming direct richten op de mensen. Hierdoor wordt de benodigde verwarmingscapaciteit laag gehouden. Thermisch comfort: stralingspanelen kunnen de lage oppervlaktetemperaturen compenseren. Koude voeten kunnen worden voorkomen door de omgeving rond de voeten op te warmen. Nadelen Thermisch comfort: door lokaal opwarmen ontstaan er convectieve luchtstromingen in de kerkbanken. Dit leidt vaak tot tocht rond de benen van de mensen. Het Europees project: Friendly Heating [14] Tussen 2002 en 2005 is een onderzoek uitgevoerd in opdracht van Europa om een ‘vriendelijk verwarmingssysteem’ te ontwikkelen. Het onderzoek richtte zich erop om zoveel mogelijk aan het thermisch comfort te voldoen, zonder grote relatieve vochtigheid en temperatuurfluctuaties teweeg te brengen. Friendly Heating focust op het verwarmen van de zone waar mensen zitten en laat het binnenklimaat zo weinig mogelijk veranderen. De oplossing verschilt wel met het eerder besproken verwarming-inkerkbankensysteem, dat meestal maar uit enkel een verwarmingselement bestaat dat zich bevindt onder of tussen de kerkbanken. Bij Friendly Heating worden verschillende elementen geplaatst. Tim Gavel, Hannes Oppeel

46

Figuur 26: De drie infraroodstralers op de zitbank: a. onder de voetsteun; b. onder het zitvlak; c. tegen de rugleuning om de handen te warmen [14]

Computer modeling, simulaties en labo-onderzoek hebben uitgewezen dat lage-temperatuur stralingswarmte, tussen 40 en 70°C (zwarte stralers) de beste oplossing is om de warmte gelokaliseerd te houden.

Figuur 27: voorbeeld van IR stralingsmatten van het merk Thermotex [34]

Voordelen Energieverbruik: doordat het systeem heel lokaal een zone kan opwarmen, kan aangenomen worden dat het systeem erg energie-efficiënt is. Ook is het mogelijk om het systeem in verschillende stukken te verdelen. Hierdoor hoeft niet de volledige installatie aan te staan als er niet veel volk in de kerk zit. Enkel het stuk waar wel mensen zitten hoeft verwarmd te worden. Behoud: Friendly Heating gaat het microklimaat van de kerk niet veranderen. Daardoor ontstaan geen verschillen in relatieve vochtigheid of temperatuur bij de schilderijen zodat thermische en hygrische dilataties uitblijven. Impact: de verwarmingselementen kunnen worden ingebouwd in de kerkbanken. Hierdoor vormen ze geen storend element in het kerkinterieur.


47

Figuur 28: Op de platte gronden is de plafondtemperatuur voor (links) en nadat (rechts) de warmeluchtverwarming 30 minuten heeft opgestaan. Duidelijk is te zien dat er quasi geen verschillen zijn. Op het profiel van de kerk rechts wordt aangetoond dat de warmte goed ter plaatse blijft [14]

Nadelen Tocht: aangezien slechts een zone opgewarmd wordt, zullen tochtstromen ontstaan. Hoe sterk deze stromingen worden hangt af van de lay-out van de kerk. Interieur: een algemeen probleem met verwarmingsstroken op de zitbanken is dat ze schade kunnen veroorzaken aan de banken zelf, vanwege de temperatuurcycli. Het probleem is vooral relevant in het geval van kerkbanken met historische waarde. Indien nodig kan tussen de stroken en het hout nog een isolatielaag aangebracht worden zodat de temperatuur die het hout bereikt niet groter is dan 30°C (ongeveer de temperatuur die gegenereerd wordt als mensen op de banken zitten). Impact: het Friendly Heating systeem kan enkel geplaatst wordt in kerkbanken. Als de kerk stoelen heeft, moeten deze vervangen worden door banken. Op deze manier kan het wel een grote impact vormen op de ervaring van de kerk. Zitbanken zijn ook minder vrij qua organisatie dan stoelen.


48

Samenvatting van de verschillende verwarmingssystemen

Infrarood

Radiatoren

Convectoren

Goed gedistr.

Opwarmtijd

++

++

--

++

0

0

++

++

Lokaal verwarmen

--

--

--

+

0

-

++

++

Verwarmingscapaciteit

Nodig

0

0

+

+

-

--

++

++

Produceerbaar

++

++

-

+

--

-

-

+

Thermisch comfort

Tocht

-

+

0

-

-

0

-

-

Stralingswarmte

-

-

+

++

+

-

+

++

Stralingassymetrie

0

0

+

-

0

0

+

+

1

1

++

+

0

0

++

+

Energieverbruik

Vloer-temperatuur

Behoud

0

2

0

Lokale kerbank Friendly Heating

Vloer

Niet-gedistr.

Warme lucht

Verwarmingssystemen

Stratificatie

+ -3

+

+

+

+

+

+

+

Contaminatie

+4 -5

+4 -5

--

-6

-6

-6

+

+

RV-fluctuaties

+7

+7

+

--8

-

-

+

++

10

+

+

++

++

Condensatie

9

+

+

++

--

Monumentale impact

Constructiewerk

+

--

--

0

0

-

0

0

Esthetische impact

+

0

++11

--

--

0

0

+12 -13

Kosten

Installatie

+

--

--

++

0

0

0

0

1

In geval van een houten vloer In geval van een laag Archimedesnummer 3 In geval van een hoog Archimedesnummer 4 In geval van luchtinfiltratie 5 In de buurt van de inblaasroosters 6 Boven de verwarmingstoestellen 7 Voor lange opwarmingstijden 8 Indien de straler direct op objecten gericht staat 9 ++ = laag condensatierisico 10 Zonder luchtextractie 11 Als de monumentale vloer wordt hersteld zoals ervoor 12 Indien de kerk al voorzien was van kerkbanken 13 Indien de kerk voorzien was van kerkstoelen 2

Tabel 8: Samenvatting van voor – en nadelen van de verschillende verwarmingssystemen. Gebaseerd op H.L. Schellen [1] en aangevuld.


49

Soorten regelingen Regeling van temperatuur en vochtigheid heeft altijd aan de basis gelegen voor het conserveren van objecten. Dit komt omdat door slecht of ongecontroleerde regeling de voornaamste oorzaak is van schade aan objecten. Daarom worden hieronder een aantal veelgebruikte regelingstechnieken besproken. Hydrostatische verwarming Het principe van hydrostatische of conservatieverwarming is dat het verwarmingssysteem gecontroleerd wordt met een humidistat toestel. Met dit verwarmingssysteem wordt de relatieve vochtigheid van de binnenlucht constant gecontroleerd en aan de hand van de metingen wordt het systeem bijgeregeld. In een onderzoek van E. Neuheus en H.L. Schellen [35] is gebleken dat het principe toepasbaar is in kerken in de Lage Landen. Voordelen Behoud: aangezien er geen verschillen meer zijn in relatieve vochtigheid, is er geen gevaar voor hygrische dilatatie. Ook het ontstaan van schimmels wordt praktisch onmogelijk Nadelen Energie: het systeem zal de temperatuur aanpassen naargelang de luchtvochtigheid. Hierdoor zal het hele jaar door verwarmd moeten worden. Comfort: in de winter heerst algemeen een lage luchtvochtigheid, hierdoor zal het systeem de binnentemperatuur niet hoog laten worden. In de zomer daarentegen kan het nodig zijn om bij te verwarmen. Daardoor kan niet voldaan worden aan de comforteisen voor het gebruik van de kerk. Koppeling tussen recirculatie en ventilatie Luchtverwarmingssystemen zullen meestal binnenlucht recirculeren om de kerk te verwarmen: lucht wordt aangezogen, opgewarmd en terug uitgeblazen. Bij een koppeling naar ventilatie zal de ventilatie aanspringen indien de relatieve vochtigheid buiten lager is dan deze in het gebouw. De regeling kan uitgebreid worden zodanig dat de ventilatie aanspringt, ongeacht er verwarmd moet worden of niet. Zo kan op lange termijn de relatieve vochtigheid van de kerk verlaagd worden. Voordelen Behoud: aangezien de relatieve vochtigheid bij vochtige gebouwen verlaagd kan worden, kan dit de kans op schimmelgroei beperken. Nadelen Behoud: in vochtige klimaten zal de relatieve vochtigheid van de buitenlucht zelden of niet voldoende laag zijn om van het systeem gebruik te kunnen maken, waardoor de installatie van de regeling in dit geval niet zal opbrengen. Energieverbruik: het geregeld aanspringen van de ventilatie kan tot een stijging in het energieverbruik bijdragen. Het verwarmingssysteem kan ook een groter vermogen nodig hebben indien de kerk verwarmd wordt met buitenlucht.

Conclusie In een niet-frequent gebruikte kerk, zoals de kerk van Watervliet, moet het klimaatsysteem in de eerste plaats afgestemd worden ten voordele van de conservatie van de kunstwerken en het interieur van de kerk. Dit kan gedaan worden door een gepaste regeling te ontwerpen voor het klimaatsysteem die het systeem optimaliseert aan de hand van de eigenschappen (gebruik, oppervlakte, volume,… ) van de kerk zelf.


50

Van de vele soorten verwarmingssystemen die de laatste decennia geïnstalleerd zijn in kerken, zijn er drie systemen die significant beter presteren dan de andere: -

Goed gedistribueerde luchtverwarming d.m.v. kanalen of convectoren Vloerverwarming Friendly Heating

Slechts de eerste twee systemen kunnen in de kerk van Watervliet worden toegepast aangezien het vervangen van de kerkstoelen door kerkbanken een enorme impact zou hebben op de ruimte en het gebruik van de kerk. Door de juiste positionering van de toevoeropeningen (in geval van luchtkanalen) of stations (in geval van convectoren), of door bepaalde zones wel of niet van vloerverwarming te voorzien, kan de conservatie van de kunstwerken verbeterd worden en tegelijk toch voldaan worden aan het thermisch comfort van de kerkgangers. In de simulaties zal dan ook de impact van de goed gedistribueerde luchtverwarming en de vloerverwarming getest worden op gebied van impact en energieverbruik. Daarenboven zal aan de hand van het goed gedistribueerde verwarmingssysteem getest worden of de hydrostatische regeling en de koppeling tussen recirculatie en ventilatie een mogelijke oplossing bieden om de conservatie van de kunstwerken en het kerkinterieur te bevorderen.


51

Case-study: Watervliet De kerk Situering

Watervliet bestond als dorp sinds het eind van de 12e eeuw, en lag onder het gezag van de heren Van Praet van Brugge. In 1287 overstroomde het hele gebied, waardoor dit dorp en vele andere verdwenen zijn. Het heeft tot in 1497 geduurd eerdat het land terug herwonnen werd, in 1501 werd Watervliet opnieuw gesticht door Hieronymus Lauwerijn, schatbewaarder van Filips de Schone van Bourgondië. Gelegen aan de delta van Vlissingen en Brugge, verkreeg Lauwerijn het recht van Filips de Schone om de overstroomde gebieden te gaan herbedijken [36]. De stadsrechten verwierf hij in de 16e eeuw, waarvan we de sporen terugvinden bij het gemeentehuis, dat door de Watervlietenaren nog steeds het ‘stadhuis’ genoemd wordt. Daarnaast verkreeg hij ook het recht een haven te bouwen en deze uit te rusten met een kraan om de schepen te kunnen laden en lossen. Hij had de intentie in dit deel van het Westerscheldegbied een nieuw handelscentrum uit te bouwen. Door zijn vroege dood (1509) en door de verzanding van de doorgang naar het open water van de Braakman en de Schelde zijn deze plannen echter in duigen gevallen [37].

Figuur 29: Situering van Watervliet [38]

De Onze-Lieve-Vrouw-Hemelvaartkerk te Watervliet werd bij de stichting van de stad gebouwd ter ere van de hemelvaart van Onze-Lieve-Vrouw. Opgevat als de hoofdkerk van de toekomstige stad Watervliet werd de kerk op schaal van een stad gebouwd en gedecoreerd. In 1974 is de kerk beschermd als monument, in 1986 is de dorpskom als dorpsgezicht geklasseerd [39].

De bouwgeschiedenis De bouw van de basilicale, laat-gotische kruiskerk startte in 1503 en werd de kerk in een zeer korte tijdspanne voltooid (1503 - ± 1540). Sinds de start van de bouw is de binnenruimte van de kerk nooit verbouwd, wat zeer uitzonderlijk is voor kerken die in deze periode gebouwd zijn. Dit komt omdat de kerk ontworpen was voor een stad en dus nooit te klein geworden is voor de gemeenschap [37]. Van deze periode zijn slechts enkele maar wel zeer waardevolle artefacten overgebleven: -

Drie 16e eeuwse triptieken waaronder het Nood Gods Tim Gavel, Hannes Oppeel

52

-

Een kazuifelensemble van 1540 De grafsteen van Lauwerijn (†1509); opmerking: de grafsteen is grotendeels een reconstructie uit 1894

Na jaren van leegstand en verval op het einde 16e eeuw door de opkomst van het protestantisme werd het interieur grondig aangepast. Dit was de periode van de katholieke reactie tegen het protestantisme, de contrareformatie. Het interieur werd vernieuwd in de barokke stijl om te vermijden dat de gelovigen zich zouden afkeren van de katholieke kerk. Het feit dat Watervliet zo dicht bij de Nederlandse grens ligt, heeft hier zeker een rol in gespeeld. Het nieuwe interieur omvatte: -

Het barokke hoogaltaar Het inkomportaal en orgel Koorgestoelte en lambrisering Een groot deel van de 17e eeuwse schilderijencollectie

Figuur 30: De Onze-Lieve-Vrouw-Hemelvaartkerk

In de eerste helft van de 18e eeuw werden de zijaltaren geplaatst. De meesterwerken uit deze periode zijn echter de preekstoel en een nieuw kazuifelensemble (1751). Pas in 1894 werd de neogotische toren aangebouwd. Hoewel het kunstpatrimonium de eeuwen grotendeels heeft doorstaan zonder inbeslagnames of vandalisme, werd het gebouw op het einde van de Tweede Wereldoorlog ernstig beschadigd tijdens gevechten aan het Leopoldkanaal. De kerktoren werd toen letterlijk het mikpunt van beschietingen


53

[40]. De vernieling van de kerk en de beschadigingen aan het interieur waren zo omvangrijk dat het ruim dertig jaar heeft geduurd om alles volledig te herstellen. De laatste grote werken dateren van ±1980 toen de kerk een nieuw dak kreeg. In bijlage 1 zijn grondplannen en snedes van de kerk voorzien op schaal 1/250. Daarop zijn de kunstwerken (excl. kandelaars en kleine artefacten) weergegeven.

Gebruik van de kerk De kerk behoort tot het dekenaat Eeklo. Door het steeds afnemende aantal kerkgangers is het economisch niet mogelijk om elke week in elke kerk van het dekenaat een viering te houden. Daarom wordt er in de kerk van Watervliet slechts om de twee weken een viering gegeven. De kerk wordt tijdens de week ook nog gebruikt om uitvaartliturgieën te houden. Onder leiding van vzw ‘'De Vrienden van Watervliet’ worden geregeld hoogstaande orgelconcerten gehouden op het historische orgel. Deze vzw organiseert deze concerten als deel van hun campagne voor het behoud, ontsluiting en bekendmaking van de geschiedenis, het erfgoed en het kunstpatrimonium van de Onze-Lieve-Vrouw-Hemelvaartkerk van Watervliet.

Kunstwerken Schilderijen De meest waardevolle schilderijen die in de kerk te bezichtigen zijn: -

Nood Gods door Meester van Frankfurt, omstreeks 1520 De Tenhemelopneming van Maria door Gaspar De Crayer, 17e eeuw Onze-Lieve-Vrouw met kind Jezus en de kleine Johannes in een bloemenkrans, Daniël Segers, 17e eeuw Drieluik met Taferelen uit het leven van St.-Sebastiaan, Joos de Lavel, 1533 Enkele landschappen toegeschreven aan Jacques d’Arthois

Figuur 31: Het Nood Gods, Meester van Frankfurt, omstreeks 1520


54

Het drieluik ‘Nood Gods’ is het kroonjuweel van de kerk. Het is niet gesigneerd of gemonogrammeerd, noch gedateerd. Op stilistische gronden wordt het toegeschreven aan de Meester van Frankfurt of aan een kunstenaar die in zijn directe omgeving actief moet zijn geweest, die de noodnaam ‘Meester van Watervliet’ heeft gekregen. Ondanks het gebrek aan een signatuur, kan één van de figuren op het middenpaneel, namelijk de man helemaal rechts, beschouwd worden als een zelfportret. Dit portret vertoont overeenkomsten met portretten in andere werken die aan de Meester van Frankfurt wordt toegeschreven [41]. Dit geeft tevens een meerwaarde aan het schilderij: voor een Vlaamse Primitief is het hoogst opmerkelijk dat er een zelfportret geschilderd werd. Ondanks het feit dat de oorsprong van het schilderij niet met zekerheid gekend is, is het sinds 2009 toch opgenomen in de topstukkenlijst van Belgisch erfgoed naast schilderijen van van Eyck en Rubens. Het schilderij stamt uit de scharnierperiode tussen de Vlaamse Primitieven (Jan van Eyck, Rogier van der Weyden) en de Barokke schilders (Pieter Paul Rubens, Jacob Jordaens). Uit deze overgangsperiode zijn, afgezien van Quentin Metsijs, minder kunstenaars bekend geworden, wat het schilderij een zekere cultuur-historische waarde geeft [42]. Net als andere schilderijen uit de topstukkenlijst kent het schilderij een hoge artistieke waarde: de kleuren en portretten zijn zeer realistisch en de details zijn haarfijn geschilderd. Aangezien het schilderij al ±400 jaar in de heeft het tevens een grote erfgoedwaarde. Uit de historische documenten blijkt dat de triptiek reeds in vroegere eeuwen diende hersteld te worden. In 1898 en opnieuw in 1954 werd het grondig onderzocht en gerestaureerd, de laatste maal door het KIK 1. Structurele schade aan het paneel en aan de lijst zoals barsten, open voegen, gaten en vervormingen werden behandeld. Verder werden ook overschilderingen en gedegradeerde vernissen verwijderd en de opstuwingen in de verflaag geconsolideerd [43]. Momenteel is het schilderij opnieuw aan restauratie toe. Hoogaltaar Tussen 1652 en 1654 werd het hoogaltaar gebeeldhouwd door Lucas Faydherbe. Deze vriend en leerling van Pieter Paul Rubens was een zeer gekend beeldhouwer en architect die in de omgeving van het Mechelse in bijna alle kerken beelden en/of altaren heeft gerealiseerd en hij heeft bovendien ook verschillende kerken gebouwd (bv. in Leliëndaal en Hanswijk). Het hoofdaltaar is een schoolvoorbeeld van wat de zwaar geladen barokke kunst tijdens de contrareformatie moest zijn. Het is opgebouwd als een portiekaltaar van witte getordeerde zuilen met Korintisch kapiteel. Bovenaan zit een Madonnabeeld geflankeerd door twee engelenbeelden. Het retabel (altaarstuk) is geschilderd door Gaspar De Crayer, een volgeling van Rubens. Het altaar is heeft dezelfde allure als hoofdaltaren uit grote kathedralen, door de kleinere dimensie van de kerk van Watervliet vormt het altaar hier een beter geheel met het gotische koor. Dit geslaagde samenspel van barok en gotiek komt waarschijnlijk door Faydherbes achtergrond als architect [40].

1

Koninklijk Instituut voor het Kunstpatrimonium


55

Figuur 32: Het hoofdaltaar van Lucas Faydherbe

Orgel In 1643 bouwde de Brugse orgelmaker Boudewijn Ledou een nieuw orgelinstrument voor de kerk van Watervliet. De orgelkast vormt samen met het rugpositief (dat er een verkleind model van is) een bijzonder fraaie eenheid met doksaal en portaal. Het orgelbuffet is vervaardigd door de Lisseweegse houtsnijder Walram Rombout. Het doksaal en portaal zijn pas 6 jaar later vervaardigd door de houtsnijder Jacques Sauvage, afkomstig uit Gent. Toch sluiten beide delen heel fijn in elkaar zodanig dat het lijkt alsof ze in een keer zijn vervaardigd. Het Ledou-orgel is helaas niet aan vele wijzigingen ontkomen. In de kerkelijke archieven vindt men in de loop der tijd onder meer namen van Carl Lalo, Carl Teerlinck en Steven Billemos. In 1727 werd het instrument hersteld door J. Thomas Forceville, gevolgd door diverse vernieuwingen door L. Delhaye in 1743. In 1910 werd het orgel drastisch omgebouwd tot een romantisch geheel door de firma O. Reygaert uit Geraardsbergen. Door oorlogshandelingen was het Ledou-orgel in 1944 zodanig zwaar beschadigd, dat het niet meer bespeelbaar was. Nadat diverse restauratieplannen op niets waren uitgelopen, werd uiteindelijk onder leiding van adviseur professor Gabriël Verschraegen uit Gent de oude dispositie van Ledou als uitgangspunt genomen en het rugwerk in ere hersteld. In 1969 werd een nieuw neobarok instrument gebouwd door Orgelbouw Loncke [44]. Vanwege de verheven locatie van het orgel en de vorm en soberheid van de kerk, heeft de kerk een zeer goede akoestiek. Door het vochtige klimaat dat momenteel in de kerk heerst, is het echter noodzakelijk dat het orgel jaarlijks wordt gestemd om de orgelconcerten te kunnen laten doorgaan.


56

Figuur 33: Het orgel en inkomportaal van de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet

Koorgestoelte Het koorgestoelte (1643) is eveneens van de hand van de houtsnijder Jacques Sauvage. Samen met het koorgestoelte maakte Jacques Sauvage een ganse lambrisering uit houtsnijwerk die rondom het schip en kooromgang werd geplaatst. Tijdens een restoratie in ca. 1850 werd de lambrisering uit de kerk verwijderd en vervangen door marmeren wandplaten. Er wordt vermoed dat de reden hiervoor was dat de lambrisering begon te rotten of te veel last had van schimmels door opstijgend vocht langs de buitenmuren [42]. Preekstoel De preekstoel (1726) is van de hand van Hendrik Pulinx, een befaamd beeldhouwer uit Brugge. De preekstoel beeldt het ogenblik van de dag des oordeel uit wanneer de engelen op hun bazuinen blazen om de doden uit hun graf op te laten staan. Onder de preekstoel zit de heilige Hieronymus, afgebeeld met een leeuw. Eigenaardig is dat de preekstoel links in de kerk staat, terwijl dit doorgaans rechts is. Dit heeft voor gevolg dat de Heilige Hiëronymus en de uitverkoren gelukzaligen naar het Westen kijken (de kant van de duisternis, de ondergang) en de verdoemden naar het Oosten (de kant van het licht, van Jeruzalem). Dit staat haaks op de traditionele voorstellingswijze van de christelijke iconografie. De kans dat dit een fout is van Pulinx, is erg klein want zijn werk werd vooraf in de Hallen van Brugge gejureerd op het feit of het wel beantwoordde aan de opdracht (contractvoorwaarden) en aan de artistieke maatstaven van de gilde van de houtsnijders. Hieruit kan afgeleid worden dat het meubel


57

hoogstwaarschijnlijk bedoeld was om aan de rechterkant geplaatst te worden, maar het mogelijks vanwege stabiliteitsproblemen aan de linkerkant van het schip is gezet [41].

Figuur 34: de preekstoel in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet, Hendrik Pulinx

Huidig verwarmingssysteem De OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet wordt vandaag de dag opgewarmd door een nietgedistribueerd lucht inblaassysteem en kent bijgevolg de voor- en nadelen zoals besproken in ‘Verwarming in kerken’. Het systeem is geïnstalleerd in een stooklokaal, dat speciaal voor die functie aan de kerk is aangebouwd. Fabrikant Type toestel Installatiejaar Vermogen Energiedrager

Wanson S.A. THERMOBLOC 1954 378 kW Stookolie

Tabel 9: Gegevens van de huidige installatie

Figuur 35: Het huidig verwarmingssysteem


58

Als de verwarming aanstaat, wordt lucht aangezogen vanuit de zijbeuk, ter hoogte van de preekstoel, vervolgens opgewarmd en tenslotte opnieuw uitgeblazen in het noordtransept door het bovenste rooster. Het onderste rooster wordt niet meer gebruikt. In het transept hangt een thermostaat waarmee het systeem kan geregeld worden.

Figuur 36: Luchttoevoer en -afvoer van het verwarmingssysteem

Schadegevallen in de kerk Niet alle schadegevallen aan het interieur of het gebouw zelf zijn het gevolg van het heersende klimaat of het verwarmingssysteem in de kerk. Ook door slecht onderhoud heeft de kerk doorheen de jaren geleden: bij het vernieuwen van het dak heeft de kerk letterlijk een winter zonder dak doorgebracht, met heel wat regenschade tot gevolg. Een verstopte regenpijp heeft er bovendien voor gezorgd dat in het zuidtransept stukken pleister van de muur gedrukt zijn door vochtdiffusie. Hoewel de verstopte regenpijp gerepareerd is, is het onderhoud van de regenpijpen niet ideaal zoals te zien is in Figuur 37. Ook andere regenpijpen bevinden zich in een twijfelachtige toestand.

Figuur 37: regenpijp aan het zuidtransept

Figuur 38: Close-up van de zuidwesthoek van het zuidtransept


59

Op heleboel plaatsen in de kerk zijn sporen van opstijgend vocht terug te vinden: voornamelijk waard de buitenmuren en de kolommen in contact met de grond staan, maar ook hogerop boven de lambrisering waar pleister van de muren schilfert door de vochtige ondergrond (Figuur 39). Dit vochtprobleem moet de kerk al lang teisteren, want hoogstwaarschijnlijk werd hierdoor de houten lambrisering van Jacques Sauvage weggehaald. Er zijn zoutuitbloeiingen te zien, ten gevolge van het hoge zoutgehalte van het grondwater, door de nabijheid van de zee (Figuur 40).

Figuur 39: Afbladerend verf en pleister boven de lambrisering

Figuur 40: Schade door opstijgend vocht

Aan beide zijden van het inkomportaal zijn in het houtsnijwerk offerblokken ingewerkt. Deze zijn bevestigd aan twee van de vier houten kolommen waar het doksaal op draagt. Deze staan rechtstreeks in contact met de grond en zijn langzaamaan aan hun basis aan het verteren. Onder het offerblok is het mogelijk om de vochtige grond te voelen.


60

Figuur 41: het offerblok

Wanneer de verwarming wordt aangezet, komt er redelijk wat vocht vrij uit het kerkinterieur en de wanden en blijft in de kerk onder de vorm van damp. Condensatie op onder andere de glas-inloodramen is hierdoor niet ondenkbaar waardoor deze allemaal verroest zijn. Op Figuur 42 is een close-up te zien van het raam in het zuidtransept. Dit is echter niet het enige raam met roestkenmerken, alle glas-in-loodramen van de kerk bevinden zich in deze toestand.

Figuur 42: Close-up van een glas-in-lood raam

Zoals besproken in de literatuurstudie is het schadekenmerk van een slecht klimaat voor paneelschilderijen de barsten in de verf- en onderlagen, volgens het typische craquelépatroon. Op Figuur 43 zijn duidelijk de barsten waar te nemen. Hier en daar zijn er zelfs stukjes verf van het paneel afgevallen. Dit schadefenomeen kan bij alle drie de paneelschilderijen in de OLVHemelvaartkerk van Watervliet waargenomen worden. Tim Gavel, Hannes Oppeel

61

Figuur 43: Barsten in verf- en onderlagen van het Nood Gods

Bij het Onze-Lieve-Vrouwtriptiek kan duidelijk blaasvorming van de verflaag waarnemen gezien worden, vooral in de retouches van een vorige restauratie (Figuur 44). Dit schilderij hangt net naast het afvoerrooster van het verwarmingssysteem, en is zeer onderhevig aan de fluctuaties in temperatuur en relatieve vochtigheid. De barsten in de verf ter hoogte van de voeg tussen de verschillende panelen en het blazen van de verf zijn daar duidelijke tekenen van.

Figuur 44: Blaasvorming in de verflagen van paneelschilderijen

Het schilderij De Opdracht van Maria in de Tempel, het retabel in het noordtransept (Figuur 45), hangt ook duidelijk op een verkeerde plek, namelijk recht tegenover het inblaasrooster van de huidige HVAC-installatie. Hierdoor worden stof- en roetdeeltjes rechtstreeks op het schilderij geblazen. Na al die jaren is het effect hiervan duidelijk te zien op het schilderij: het is een heel donker, bijna zwart schilderij geworden.


62

Figuur 45: Het schilderij boven het altaar in het noordtransept

De orgelornamentering en de preekstoel bestaan uit massief houten sculpturen. Op sommige onderdelen (bijvoorbeeld op Figuur 46) ervan zijn barsten te zien die ontstaan zijn ten gevolge van te grote inwendige spanningen bij grote relatieve vochtigheidsfluctuaties.

Figuur 46: Detail van het orgel

Ondanks het vochtige binnenklimaat in de OLV-Hemelvaartkerk zijn er slechts op een paar plaatsen schimmels aanwezig in de kerk. Er zijn actieve schimmels op te merken op: -

De bovenkant van beide zijluiken van het Nood Gods Rond de trede van het zuidelijk koorgestoelte en in de kisten van de achterzijde Tussen de ornamenten van de communiebanken Het hout van de biechtstoel vertoont algemeen een verkleuring door schimmels (Figuur 47) De onderkant van het doksaal vanwege het opstijgend vocht, en in de hoogte op stoffige plaatsen Tim Gavel, Hannes Oppeel

63

Figuur 47: Close-up van schimmel op de preekstoel

Er ontstaat op deze manier duidelijk een patroon: op plaatsen waar het stof blijft liggen en het matig geventileerd word, zijn schimmels op te merken. Deze stoffige bodems zijn dan ook perfecte ondergronden voor het kiemen en groeien van de schimmels. In het geval van de preekstoel is het waarschijnlijk de boenwas, die voor een goede kiemondergrond zorgt.


64

Metingen in de kerk Inleiding Het klimaat in de kerk is gedurende 13 maanden op verschillende plaatsen opgemeten met behulp van meetloggers. Gedurende de periode 6 en 29 maart 2012 is bijkomend de stratificatie ter hoogte van de viering opgemeten. Boven het altaar werden 10 loggers op een onderlinge afstand van 1,5 meter van elkaar opgehangen. De metingen moeten een idee geven van het klimaat van de kerk en de impact van het huidige verwarmingssysteem op comfort en conservatie. Om het binnenklimaat met het buitenklimaat te kunnen vergelijken werd een weerstation aan de noordkant van het stooklokaal bevestigd. Om een vergelijking te kunnen maken tussen het binnen- en buitenklimaat is een weerstation aan de noordoostkant van het stooklokaal bevestigd.

Loggers Type loggers De loggers die permanent in de kerk aanwezig zijn, zijn van het type HOBO ZW Series Data Nodes. Deze registreren temperatuur en relatieve vochtigheden op een vooraf ingestelde tijdsbasis. Vervolgens verzenden ze draadloos de data door naar een centrale computer via een Receiver. Met de gepaste software op de computer is het mogelijk om de data uit te lezen en te analyseren. Deze Data Nodes zijn accuraat tot ±0,21°C en ±2,5% RV. De loggers die gebruikt zijn om de stratificatie boven de viering te meten zijn HOBO USB stand-alone Data Loggers. Net als de Data Nodes zijn deze ingesteld om de temperatuur en relatieve vochtigheid te meten op een tijdsbasis van 10 minuten. Deze loggers zijn niet verbonden met een centrale computer en moeten manueel elk apart uitgelezen worden. Ze zijn iets minder accuraat als de Data Nodes, met een nauwkeurigheid van ±0,4°C en ±3,5% RV. Tenslotte is ook nog een HOBO Weerstation gebruikt om de buitentemperatuur, relatieve vochtigheid en hoeveelheid neerslag te meten. Het weerstation is opgebouwd uit drie onderdelen: -

HOBO Micro Station Data Logger HOBO Temp/RH Smart Sensor HOBO Rain Gauge Smart Sensor

Op deze manier is het mogelijk om, net als binnen de temperatuur en relatieve vochtigheid van de lucht te registreren met een nauwkeurigheid van ±0,2°C en ±2,5% RV. Met het derde onderdeel, namelijk de Rain Gauge Smart Sensor is het daarenboven mogelijk om de neerslaghoeveelheid vast te leggen. Dit gebeurt tot op 1% nauwkeurig. Door technische defecten aan het weerstation, kon geen continue info verkregen worden en zijn de grafieken gebaseerd op weerdata van een weerstation in Oostburg [45]. Dit ligt slechts op 10 km van Watervliet en is daardoor bruikbaar als referentie. In bijlage 3 is een vergelijking gemaakt tussen de weerdata in Watervliet en Oostburg. Het gebruikte weerstation in Oostburg is een Davis Vantage Pro 2. Het weerstation registreert buitentemperatuur, relatieve vochtigheid, neerslag, windsnelheid en –richting. De nauwkeurigheid van dit station is ±0,5°C en ±3% RV en is net als het station in Watervliet ingesteld op een tijdsbasis van 10 minuten. Tim Gavel, Hannes Oppeel

65

Aanvulling van de meetdata De loggers meten enkel temperatuur en relatieve vochtigheden op, door middel van deze gegevens worden de dampdruk en absolute vochtigheid berekend. De dampdruk wordt bekomen door: 𝑝𝑣 =

𝜑

100

(7)

. 𝑝𝑠𝑎𝑡

𝑝𝑠𝑎𝑡 = exp �65,8094 −

Met pv = dampdruk [Pa] ϕ = relatieve vochtigheid [%] psat = verzadigingsdampdruk [Pa] θ = temperatuur [°C]

7066,27

273,15+ 𝜃

− 5,976 . ln( 273,15 + 𝜃 )�

(8)

De formule om de absolute vochtigheid te berekenen: 𝐴𝑉 =

𝜑

100

𝑚.𝜃

(9)

. 𝐴. 𝑒 𝜃𝑛+ 𝜃

Met AV = absolute vochtigheid [g/kg] ϕ = relatieve vochtigheid [%] A = 6.112 m = 17.62 θ = temperatuur [°C] θn = 243,12°C

Plaatsing van de loggers In totaal werden 12 loggers geplaatst in verschillende zones in de kerk: aan het toevoerrooster, aan het schilderij, in het schip, in het koor en onder het orgel. Op Figuur 48 zijn de locaties van alle loggers aangeduid. -

-

Toevoer: op 3m hoogte (toevoer 3m [1]), vlak voor het onderste uitblaasrooster (toevoer 1m [2]) en tegenover de uitblaas op het altaar (toevoer rechtover [3]). Aan het Nood Gods: links achter het schilderij (schilderij links [4]), in het midden op een tiental cm voor het schilderij (schilderij midden [5]), aan de rechterkant voor het schilderij (schilderij rechts [6]). Schip: aan een kolom aan de rechterzijbeuk (kerk midden [7]) en op de preekstoel (preekstoel [8]). Onder het orgel: in de grote inkomsas (inkomsas [9]). Onder het altaar in de viering, op de grond (vloer [10]). In het koor bij de zuidoost kolom van de viering, op de grond (kerk priester [11]). Aan het einde van de kerk bij het obsternakel (obsternakel [12]).

De loggers zijn geplaatst op een hoogte tussen 1,5 en 1,7m boven de grond. Slechts enkele wijken hiervan af: toevoer 3m, toevoer 1m, preekstoel op 2,5m hoogte, vloer en kerk priester, waarbij de laatste twee loggers liggen op de grond liggen. Tim Gavel, Hannes Oppeel

66

Figuur 48: Plaatsing van de loggers

Klimaat van de kerk Buitenklimaat Het is nodig om het buitenklimaat kort te analyseren gedurende de periode waarin de metingen in de kerk gehouden zijn, om na te gaan of de gemeten waarden geschikt zijn om te gebruiken als absolute conclusie. In onderstaande tabel zijn de voornaamste parameters van het klimaat samengevat per maand [45]. Hierin staat L voor laag en H voor hoog ten opzichte van het gemiddelde.

Gem. temp. Gem. AV Gem. RV Neerslagtotaal Zonneschijnduur Gem. windsnelh.

Jul UL ZUL N N AL N

Aug N N N AH ZAL N

Sep AH N N N N N

Okt N N ZUL N UH N

Nov AH AL N ZUL UH N

Dec UH N N ZAH N UH

Jan N N AL N N N

Feb ZAL ZAL N N N N

Maa ZAH N AL N ZAH UL

Apr AL N N AH N UH

Mei N N N N N N

Jun N N AH AH N AH

Tabel 10: Samenvatting van de belangrijkste parameters van het buitenklimaat van juli 2011 tot april 2012 [45]

Met: Afkorting N A ZA U ZU

Abnormaliteit Normaal Abnormaal Zeer abnormaal Uitzonderlijk Zeer uitzonderlijk

Fenomeen bereikt of overtroffen gemiddeld één keer om de 6 jaar 10 jaar 30 jaar 100 jaar

Tabel 11: Definities van de graad van abnormaliteit bij Tabel 10


67

In Tabel 10 worden de parameters over het algemeen als normaal beschreven. Toch zijn er verscheidene uitzonderingen in terug te vinden, maar deze zijn verwaarloosbaar aangezien er elk jaar abnormale of uitzonderlijke weersomstandigheden kunnen voorkomen. Toch moet opgemerkt worden dat de absolute en relatieve vochtigheid eerder aan de lage kant ligt over de ganse periode. Dit kan ervoor zorgen dat de metingen die uitgevoerd zijn in de kerk een iets gunstiger beeld geven i.v.m. de vochtigheid dan tijdens een andere periode. Binnenklimaat Zoals reeds aangehaald in de literatuurstudie volgen uit de analyse van de temperatuur, absolute en relatieve vochtigheid van de kerk typische fenomenen. In deze paragraaf zijn deze fenomenen aangetoond met de data van de logger kerk midden [7]. De plaatsing van de logger, namelijk centraal en op een hoogte van 1,7m, geeft een algemeen beeld weer van de temperatuur, absolute en relatieve vochtigheid van de lucht in de kerk.

Figuur 49: Temperatuursverloop op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012

Op Figuur 49 wordt het temperatuursverloop van het begin van onze metingen, 1 juli 2011, tot het einde van de metingen, 27 juni 2012, uitgezet. De dagelijkse uitmiddeling is heel duidelijk te merken in de grafiek: terwijl de buitentemperatuur dagfluctuaties kent tussen de 2 à 10°C, worden deze uitgemiddeld door de warmtecapaciteit van de kerk naar fluctuaties van maximum 2°C (Figuur 50).

Figuur 50: Het verschil van de maximale en minimale temperatuur in de kerk en het buitenklimaat


68

De pieken bij de temperatuurfluctuaties in de kerk, zichtbaar in Figuur 50, zijn te wijten aan het verwarmen van de kerk. Door de verwarming kunnen temperatuurfluctuaties tot 12,5°C in het schip ontstaan, binnen een tijdsinterval van 2,5 à 3 uur. Als de verwarming buiten beschouwing wordt gelaten, zijn de dagelijkse fluctuaties zo goed als verwaarloosbaar. Naast het dagelijks dempingseffect is ook een seizoensuitmiddeling te zien in Figuur 49: wanneer de buitentemperatuur geleidelijk afneemt, zakt de binnentemperatuur van de kerk minder snel. In de winterperiode is het duidelijk warmer in de kerk dan de buiten. Wanneer tenslotte de buitentemperatuur vanaf eind februari opnieuw begint te stijgen, gaat de binnentemperatuur van de kerk niet zo snel omhoog. Dit komt door de grote warmtecapaciteit van de kerk. Bij Figuur 49 moet overigens opgemerkt worden dat de kerk, omwille van de zeer abnormale vriesperiode van 1 tot 11 februari 2012, verwarmd is geweest op een primaire temperatuur van 5°C. Deze periode is duidelijk waar te nemen in de grafiek. Net als bij de temperatuur is ook bij de absolute vochtigheid een dagelijkse attenuatie waar te nemen (Figuur 51). Er kan niet gesproken worden van een seizoensattentuatie, noch van een dagelijkse attenuatie. Het is meer een algemene uitmiddeling in de tijd: als de absolute vochtigheid veel stijgt of daalt, en dit over zeer korte tijd (≤ 1 dag), heeft de kerk enkele dagen de tijd nodig om tot dezelfde dampdruk te komen. Dit zie je duidelijk in de grafiek in de periode eind september en begin november. De dagelijkse neerslag heeft echter geen directe invloed op fluctuaties in het binnenklimaat: zelfs wanneer het geregend heeft, blijft het verloop van de absolute vochtigheid van de binnenlucht deze van de buitenlucht volgen. Hieruit kan worden afgeleid dat er geen grote impact is van regendoorslag op de absolute vochtigheid van de kerk.

Figuur 51: Verloop van absolute vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012, met als aanvulling de gevallen neerslag per dag

Op Figuur 52 worden de dagelijkse fluctuaties van absolute vochtigheid weergegeven. De absolute vochtigheid is opmerkelijk minder stabiel is dan de temperatuur (Figuur 50): dagelijkse fluctuaties variëren van 0,11 g/kg tot 5,19 g/kg. De grootste veranderingen in absolute vochtigheid komen overeen met de dagen dat de verwarming heeft opgestaan. Dit kan verklaard worden door de grote Tim Gavel, Hannes Oppeel

69

hoeveelheid vocht die verdampt uit het interieur, de muren en de kolommen wanneer de binnenluchttemperatuur toeneemt.

Figuur 52: Het verschil van de maximale en minimale absolute vochtigheid in de kerk en het buitenklimaat

Wordt het temperatuurverloop en het absolute vochtigheidsverloop gecombineerd, dan wordt het relatieve vochtigheidsprofiel van de kerk bekomen (Figuur 53). De relatieve vochtigheid schommelt rond 73,0 ± 8,4% waardoor de kerk als heel vochtig kan beschreven worden. De hoge vochtigheid van de kerk is dan ook hoogst waarschijnlijk de oorzaak van de schadefenomenen en de schimmelgroei die opgemerkt kunnen worden (Figuur 39 - Figuur 47) Gedurende de periode in februari waarin de kerk op een primaire temperatuur van 5°C werd verwarmd, bereikt de relatieve vochtigheid van de lucht zeer lage waarden. Aangezien deze lage relatieve vochtigheid gedurende 11 dagen aanhield, kon het kerkinterieur zich redelijk aanpassen aan deze lage waarden (cfr. responstijd van objecten). Hierdoor kunnen grote hygrische spanningen optreden die kunnen leiden tot plastische vervormingen. De negatieve piek die volgt op de stationaire periode is accidenteel: de verwarming is op 11 februari voor een viering aangezet en pas afgezet op 12 februari. Ten gevolge daarvan bereikte de relatieve vochtigheid een absoluut dieptepunt: omstreeks 9:20u was de gemeten waarde voor relatieve vochtigheid 34,8%. Hoewel dit een eenmalige vergetelheid was, rijst de vraag of een automatisch verwarmingssysteem geen oplossing kan zijn voor dergelijke fouten in de toekomst.

Figuur 53: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012


70

Net als bij de temperatuur zijn de dagelijkse fluctuaties in relatieve vochtigheid klein. Ook hier is het duidelijk de verwarming die de grootste veranderingen teweegbrengt. Het grootst waargenomen verschil bedraagt 36,2% RV.

Figuur 54: Het verschil van de maximale en minimale absolute vochtigheid in de kerk en het buitenklimaat

Op Figuur 55 is een cumulatieve distributiefunctie van de relatieve vochtigheid getekend. Hierop is te zien dat voor 96% van de tijd (346 van de 361 gemeten dagen) de relatieve vochtigheid boven de 55% zit en 40% van de tijd (144 van de 361 gemeten dagen) boven de 75%. Hierbij wordt nogmaals de hoge vochtigheid van de kerk aangetoond.

Figuur 55: Een cumulatieve distributie functie van de relatieve vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden in de kerk

Invloed buitenklimaat op het klimaat van de kerk Gebouwen kunnen onderverdeeld worden in verschillende klassen op basis van interne vochtbronnen. Dit wordt vooral gebruikt bij toepassingen van vochtbeheersing in constructies. Deze dampdrukken zijn een maat voor de vochtbelasting van de binnenlucht voor eventuele vochtproblemen in de gebouwschil. De vochtbelasting van de binnenlucht wordt uitgedrukt door de binnenklimaatklasse van het gebouw [46]. De grenzen tussen de vier verschillende klassen worden gedefinieerd op basis van een rekenkundige analyse van inwendige condensatie via diffusie van waterdamp. Voor praktisch gebruik werden deze “theoretische” klassen toegewezen aan bepaalde Tim Gavel, Hannes Oppeel

71

gebouwtypes en –functies, door vergelijking met binnenklimaatmetingen in verschillende gebouwen. De binnenklimaatklasse 1 staat voor gebouwen waar de condensatiepotentiaal van de binnenlucht zo klein is, dat fysisch geen inwendige condensatie door diffusie kan optreden. Binnenklimaatklasse 4 staat voor gebouwen waar zonder aangepaste maatregelen jaarlijks resulterende vochtopstapeling in alle gebouwen te verwachten is. Tabel 12 geeft een overzicht van de indeling van de verschillende binnenklimaatklassen. De grenzen tussen de klassen worden begroot op basis van de jaargemiddelde dampdruk van de binnenlucht, of op basis van het weekgemiddeld dampdrukverschil tussen binnen- en buitenlucht. Deze laatste relatie is vaak handig om bestaande gebouwen bij een bepaald binnenklimaat in te delen door middel van metingen. BKK 1 2

pi (Pa)1 ≤ 1165 ≤ 1370

pi – pe (Pa)² ≤ 159 – 10.θe ≤ 436 – 22.θe

3

≤ 1500

≤ 713 – 22.θe

4

> 1500

≤ 713 – 22.θe

Beschrijving Zeer lage dampproductie Kleine dampproductie

Functie loods, werkplaats, sporthal grote woning, kantoor, restaurant, school… Matige dampproductie of kleine woning, flats, ziekenhuis beperkte ventilatie Grote dampproductie zwembad, wasplaats…

1

Jaargemiddelde waarde 2 Weekgemiddelde meetwaarden Tabel 12: Binnenklimaatklassen

In Figuur 56 wordt de meetdata weergegeven in weekgemiddelden. De waarden liggen quasi allemaal binnen klimaatklasse 1 en 2. Deze grafiek toont aan dat er in de kerk een lage vochtbelasting is. Wat logisch is aangezien de bezetting minimaal is, waardoor er weinig extra vocht wordt geproduceerd in de kerk.

Figuur 56: Bepalen van de binnenklimaatklasse van de OLV-Hemelvaartkerk op basis van weekgemiddelde waarden

Om de relatie na te gaan tussen het binnen- en buitenklimaat worden de temperaturen en absolute vochtigheden uitgezet in de volgende grafieken. Deze zijn gebaseerd op Figuur 20 en Figuur 21 uit het werk van H.L. Schellen. De zwarte lijn in de grafieken geeft de gelijke waarde in de x-as en de y-as weer. Het was te verwachten dat de grafieken niet veel zouden afwijken van deze uit de literatuurstudie. Tim Gavel, Hannes Oppeel

72

Figuur 57: Correlatie tussen buiten- en binnenklimaat op basis van daggemiddelde waarden

Net als in het onderzoek van H.L. Schellen is de absolute vochtigheid binnen en buiten gelijklopend, dit zie je doordat de punten allemaal rond de 45° lijn liggen op de rechtse grafiek. Bij de temperatuur is dit niet het geval: de temperatuur in de kerk is overwegend warmer dan buiten, de punten liggen bijna allemaal boven de 45° lijn. De stationaire verwarming op 5°C is duidelijk waar te nemen in de linkergrafiek (cfr. Figuur 21). Als conclusie kan gesteld worden dat er quasi geen vochtproductie is in de kerk zelf. Het opstijgend vocht is dus geen significante vochtbron. Aangezien de kerk een groot ventilatievoud kent door al de spleten en kieren in de gebouwschil, heeft het vocht dat door diffusie op regenachtige dagen door de massieve wanden binnendringt eveneens geen kans om de dampdrukken significant te doen stijgen. Dit komt overeen met de bevindingen op Figuur 51.

Type verwarmingsperiodes In de kerk van Watervliet zijn drie type verwarmingsperiodes te onderscheiden: -

De gewone zondagmis Een uitvaartdienst Een orgelconcert

De eerste twee lijken qua temperatuurprofiel en vochtigheidsprofiel sterk op elkaar, maar bij een uitvaartdienst is er geen vast uur wanneer het begint of eindigt. Dit in tegenstelling tot de zondagsmis die steeds om 10u begint en eindigt rond 11.30u. Het orgelconcert verschilt met de gewone misvieringen doordat de kerk al enkele uren voor het concert wordt opgewarmd en tijdens het concert op temperatuur wordt gehouden.


73

Gewone zondagmis

Figuur 58: Temperatuursverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011

Figuur 59: Verloop van absolute vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011

Figuur 60: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011


74

Onderstaande figuren geven de temperatuur, absolute en relatieve vochtigheid weer op 20 november 2011. De piek van de misviering is heel duidelijk te zien. Het huidig verwarmingssysteem warmt de binnenlucht op en blaast het opnieuw de kerk in. Er wordt duidelijk een stijging van de absolute vochtigheid waargenomen. De kerkbezoekers hebben een aandeel in deze stijging, toch zal dit maar een fractie zijn van de waargenomen stijging. De stijging zal voornamelijk veroorzaakt worden door het verdampen van het vocht dat door het hout en pleister van de wanden is geabsorbeerd. Dit wordt bevestigd als er gekeken wordt naar de hoeveelheid vocht die van de preekstoel vrijkomt. In de preekstoel kan een grote hoeveelheid vocht worden opgeslagen, deze zone ondergaat dan ook een grote temperatuurstijging. Het verdampen van het vocht heeft te maken met het feit dat hout altijd streeft om de EMC-waarde te bereiken. Na de misviering zal het verdampte vocht nog enkele uren in de lucht blijven hangen, tot het opnieuw wordt geabsorbeerd door het kerkinterieur. De absolute vochtigheid blijft dalen tot het interieur de EMC-waarde heeft bereikt. Hoewel er een grote hoeveelheid vocht vrijkomt, namelijk 2-3 g/kg, is het niet genoeg om te beletten dat de relatieve vochtigheid een grote piek vertoont. Er kan wel opgemerkt worden dat de verschillende zones die bij het temperatuurverloop te onderscheiden zijn, eveneens te zien zijn bij het relatieve vochtigheidsverloop, waaronder ook de zone waar de grootste verwarming optreedt, die de grootste daling in relatieve vochtigheid kent. Enkel de preekstoel vormt hierbij een uitzondering, dit valt toe te schrijven aan de grote hoeveelheid vocht die vrijkomt tijdens de opwarming. Orgelconcert

Figuur 61: Temperatuurverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011


75

Figuur 62: Verloop van absolute vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011

Figuur 63: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011

Het orgelconcert op 22 december begon om 19:00 en eindigde om 21:00. Op de grafieken is de duur van het orgelconcert aangeduid. Net zoals bij een gewone misviering zijn er bij het temperatuursverloop verschillende zones te zien. Het schip is wel duidelijker als een aparte zone te zien. De kleine piekjes in de zone rond het inblaasrooster zijn het gevolg van het aan- en afslaan van het verwarmingssysteem. Het absolute vochtigheidsverloop toont na afloop van het concert een kleine directe val. Vervolgens wordt het vocht in de binnenlucht geleidelijk aan opnieuw geabsorbeerd door het kerkinterieur.

Effecten van de verwarming in de kerk Warmteverdeling Omdat er in de kerk maar één inblaasrooster is voor de luchtverwarming is een volledige verspreiding van de warmte quasi onmogelijk. Als de verwarming opstaat kunnen vier zones onderscheiden worden:


76

-

De zone rond het aanvoer- en extractierooster Het koor vanaf de viering tot het obsternakel Het schip De inkomsas

± 20°C ± 16°C ± 14°C ± θe

Figuur 64: Het temperatuursverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 1 december 2011

Het huidige verwarmingssysteem is duidelijk niet efficiënt. Enkel rond de roosters is er een grote temperatuurstijging. Door de oriëntatie van de roosters wordt het koor beter verwarmd dan het schip, terwijl om comfortredenen eerder andersom verwacht wordt. De plaats waar het Nood Gods momenteel hangt was gekozen uit de verwachting dat daar de minste temperatuurvariaties zouden optreden vanwege de verwarming. Dit blijkt echter een foute veronderstelling te zijn. In onderstaande figuur zijn de verschillende zones schematisch weergegeven.

Figuur 65: De verschillende temperatuurzones in de kerk


77

Hieruit kan afgeleid worden dat de relatieve vochtigheid in het schip het minst lage waarde zal bereiken als de verwarming wordt opgezet. De kunstwerken in het koor zullen dus onderhevig zijn aan grotere relatieve vochtigheidsfluctuaties dan deze in het schip. Stratificatie Op 6 maart 2012 zijn er 10 loggers onder elkaar in de viering opgehangen. Deze loggers hangen allemaal op een afstand van 1,5 meter van elkaar (Figuur 66). Gedurende twee weken zijn deze loggers blijven hangen. Tijdens deze periode hebben er twee vieringen in de kerk, namelijk op 11 en 25 maart. Hieronder wordt de gemeten stratificatie van 11 maart besproken.

Figuur 66: Dwarse snede en aanduiding van de tijdelijke loggers die tussen 6 en 22 maart 2012 de stratificatie in de kerk hebben gemeten

Zoals verwacht treedt er een duidelijke stratificatie op. Per 1,5m stijgt de temperatuur bijna 1°C. Enkel de laatste 4 loggers nemen ongeveer dezelfde temperaturen waar. Dit wordt verklaard door het hoogteverschil tussen het gewelf van het transept en van het schip (Figuur 66). De rode pijl geeft de vermoedelijke warmtestroom weer.

Figuur 67: Temperatuurstratificatie op 11 maart 2012

Het huidig verwarmingssysteem is echter ook op gebied van stratificatie weinig efficiënt. Terwijl de temperatuur in de zone waar de mensen zich bevinden 16°C bereikt, is de lucht tegen het plafond opgewarmd tot 24°C. Het is ook om deze reden dat de kerk voor het orgelconcert enkele uren op Tim Gavel, Hannes Oppeel

78

voorhand wordt opgewarmd: de lucht zal uniformer opgewarmd zijn, en zo ook het orgel. Dit wordt gedaan omdat orgels vrij gevoelig zijn voor temperatuurfluctuaties en vals klinken indien ze niet uniform zijn opgewarmd [47].

Figuur 68: Variatie van de absolute vochtigheid op 11 maart 2012

De variaties in absolute vochtigheid hebben geen schijnbaar verband met de hoogte waarop gemeten wordt. Ze volgen allemaal hetzelfde patroon als weergegeven in Figuur 59. Het verschil tussen de hoogst gemeten waarde voor absolute vochtigheid en de laagste is 2 g/kg.

Figuur 69: Variatie van de relatieve vochtigheid op 11 maart 2012

Aangezien de absolute vochtigheid relatief uniform is over de hoogte, is er bij de relatieve vochtigheid opnieuw duidelijk een verband te zien met de hoogte. Hoe hoger de meting, hoe lager de piek van relatieve vochtigheid ligt. Vanaf een hoogte van 9m zakt de relatieve vochtigheid zelfs onder 40%. De top van het orgel rijkt tot ongeveer 13.5m; er zou gesteld kunnen worden dat door deze opwarming grote inwendige spanningen optreden. Maar aangezien die warme lucht een redelijke afstand moet afleggen van de viering tot het orgel en aangezien het orgel zich in de koudste zone bevindt, zal de lucht aan het orgel niet zoveel opwarmen. Verder zal bij het opwarmen van het orgel een grote hoeveelheid vocht vrijkomen (zoals bij de preekstoel) waardoor de absolute vochtigheid toeneemt, en de relatieve minder sterk daalt. Het orgel zal dus net als de preekstoel de fluctuaties zelf opvangen en tegelijk beschadigd geraken. Tim Gavel, Hannes Oppeel

79

Vloertemperatuur Om een idee te hebben wat de luchttemperatuur is aan de grond in vergelijking met de zone in het midden van het schip werd een logger geplaatst onder het altaar in de viering (niet in het schip zelf om schade aan de logger of diefstal ervan te voorkomen). Te verwachten was dat de temperatuur aan de grond zonder verwarming iets kouder zou zijn dan de temperatuur in het schip. De metingen tonen nochtans aan dat dit niet klopt (Figuur 70). De temperatuur loopt zo goed als gelijk met de luchttemperatuur, al is de temperatuur aan de grond veel constanter (17-feb). Wanneer de kerk vervolgens verwarmd wordt (18-feb) stijgt de luchttemperatuur nog net tot 11,0°C terwijl het schip 15,3°C bereikt.

Figuur 70: Vergelijking tussen de temperatuur aan de grond en de temperatuur in het midden van de kerk op basis van metingen om de 10 minuten op 17 en 18 februari 2012

Klimaat aan het Nood Gods Vergelijking verschillende loggers aan het Nood Gods Om een idee te krijgen hoe het klimaat rond het schilderij is, zijn zoals eerder gezegd drie loggers geplaatst aan het schilderij. Met logger schilderij links wordt de temperatuur en relatieve vochtigheid aan de wand direct achter het schilderij gemeten terwijl schilderij midden en schilderij rechts de temperatuur en relatieve vochtigheid vlak voor het schilderij meten. De logger schilderij rechts is uitgerust met een extra temperatuursensor die de wandtemperatuur meet.

Figuur 71: De draadloze logger schilderij rechts [6] met extra temperatuursensor


80

Zoals te verwachten zijn er maar minimale verschillen bij de niet-verwarmingsdagen op vlak van temperatuur en relatieve vochtigheid tussen de loggers schilderij links, schilderij midden en schilderij rechts aangezien deze zich slechts op iets meer dan een meter afstand bevinden. De temperatuur van de wand daarentegen ligt duidelijk lager. Hieronder is ingezoomd op de verschillen in temperatuur van de verschillende loggers en aan de wand op 23 november 2011.

Figuur 72: Temperatuurverschillen tussen de verschillende meetpunten aan het schilderij op basis van metingen om de 10 minuten op 23 november 2011

De logger schilderij links geeft een ietwat lager temperatuur weer als schilderij midden en schilderij rechts. Dit is te verklaren omdat de laatste twee de temperatuur en relatieve vochtigheid meten vlak voor het schilderij terwijl de eerste de temperatuur meten achter het schilderij. Enkel de logger schilderij links wordt namelijk beïnvloed door de koelte die afgestraald wordt door de wand. Omdat de temperatuur, absolute en relatieve vochtigheid van de drie loggers op een verwarmingsdag zich lichtjes anders gedragen worden deze op onderstaande grafieken uitgelicht. Op deze dag, 18 december 2011, werd de kerk tweemaal verwarmd.

Figuur 73: Temperatuursverloop aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011

Voor en na de opwarming is het temperatuurverschil tussen schilderij midden en schilderij links uit Figuur 72 te zien, terwijl tussen schilderij rechts en schilderij midden zo goed als geen verschil te zien is. Wanneer de verwarming wordt opgezet, zullen ze alle drie hetzelfde maximum bereiken. Dit komt Tim Gavel, Hannes Oppeel

81

omdat het drieluik op een voldoende afstand van de muur hangt waardoor een goede ventilatie achter het schilderij mogelijk is. Hierdoor warmt het zowel aan de voorkant als de achterkant even snel op. Erna zal de temperatuur aan de wand iets sneller afnemen dan de binnenlucht vanwege het koude vlak van de wand.

Figuur 74: Verloop absolute vochtigheid aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011

De absolute vochtigheid bij de wand wijkt af van de absolute vochtigheid voor het schilderij. Dit wil zeggen dat terwijl de lucht rondom het schilderij opwarmt, er evenveel vocht verdampt van het schilderij aan de voorkant, als aan de achterkant. Door de uniforme opwarming aan de voor- en achterkant is het te verwachten dat het drieluik uniform uitdroogt en er dus overal evenveel vocht vrijkomt.

Figuur 75: Verloop relatieve vochtigheid aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011

In het stookseizoen is de relatieve vochtigheid achter het schilderij hoger dan aan de voorkant, op het moment dat de verwarming aanstaat, zal daar dus een grotere verandering ontstaan dan aan de voorkant. Dit betekent dat de inwendige spanningen ten gevolge van het hygrisch werken van het hout het grootst zullen zijn aan de achterkant van de panelen.


82

Bepaling klimaatklasse aan het Nood Gods De eenvoudigste manier om een idee te krijgen van het klimaat aan het schilderij is door gebruik te maken van een cumulatieve distributiefunctie. Er vooral moet nagekeken worden of de relatieve vochtigheid tussen 25 en 75% gelegen is, aangezien de temperatuur altijd onder 25°C ligt.

Figuur 76: Cumulatieve distributiefunctie van relatieve vochtigheid aan het Nood Gods op basis van daggemiddelde waarden aan het schilderij

De grafiek toont aan dat de zone rond het schilderij voor 66,5% van de tijd aan klimaatklasse C voldoet, dit komt overeen met 240 van de 361 gemeten dagen. Wordt deze figuur vergeleken met Figuur 55 dan kan vastgesteld worden dat de zone rond het schilderij vochtiger is dan in het midden van de kerk. Temperatuur

Relatieve vochtigheid

1

Gemiddelde ± standaardafwijking Max dagelijkse fluctuatie1 Dagelijkse fluctuaties² Gemiddelde ± standaardafwijking Max dagelijkse fluctuatie1 Dagelijkse fluctuaties²

13,5 ± 4,0°C 2,0°C 2,6 - 14,0°C 73,0 ± 8,4% 22,7% 8,8 – 34,9%³

Niet rekening houdend met verwarmingsdagen ² Fluctuaties ten gevolge van verwarming ³ De verandering in RV aan het schilderij op 12 februari bedroeg 72,1% Tabel 13: Bepaling klimaatklasse van de kerk van Watervliet

Het klimaat rond het schilderij kan ook met de ‘omgekeerde ASHRAE’ methode van M.H.J. Martens, H.L. Schellen en H.A. Ankersmit [48] bepaald worden. Met deze methode wordt klimaatklasse B geanalyseerd op logger schilderij midden, voor de bepaling van klimaatklasse C is de omgekeerde ASHRAE niet toepasbaar omdat deze klasse geen fluctuaties of seizoenaanpassing oplegt. Voor deze klasse zijn de maximale toegestane dagelijkse fluctuaties ±10% RV en ±5°C. Ook seizoenaanpassingen zijn toegestaan voor de temperatuur, +10°C met een maximale waarde van 30°C, en relatieve vochtigheid, ±10%, op basis van het jaarlijks gemiddelde volgens Tabel 4: ASHRAE klimaatklassen.


83

Figuur 77: De omgekeerde ASHRAE methode toegepast op de temperatuur van schilderij midden

Op deze figuur zijn veel verschillende gegevens weergegeven. De maximale en minimale gemeten dagtemperatuur en het lopend gemiddelde over een periode van drie maanden (1,5 maand vooruit en 1,5 maand terug) geeft het temperatuursverloop over de ganse periode weer. Daarrond is de zone weergegeven waartussen maximale dagelijkse fluctuaties mogen optreden om aan een bepaalde klimaatklasse te voldoen, in dit geval is dit ±5°C. In dit geval is het niet nodig om een correctie toe te passen op het lopend gemiddelde aangezien deze geen waarden boven de seizoenaanpassing, +10°C en max 30°C voor klimaatklasse B, bereikt. Tenslotte wordt het percentage berekend hoeveel procent van de meetwaarden binnen de juiste bandbreedte (grijze zone) vallen. In het geval van temperatuur voor klimaatklasse B is dit 99,72% wat een uitstekend resultaat is. Voor de relatieve vochtigheid rond het schilderij werd ook de omgekeerde ASHRAE methode toegepast (Figuur 78). Net als de temperatuur wordt de relatieve vochtigheid geanalyseerd voor klimaatklasse B.

Figuur 78: De omgekeerde ASHRAE methode toegepast op de relatieve vochtigheid

Voor klimaatklasse B worden volgens Tabel 4: ASHRAE klimaatklassen korte fluctuaties toegestaan van ±10% en ook een seizoenaanpassing van ±10%. Het percentage waarbinnen de meetwaarden zich in de juiste bandbreedte bevinden voor klimaatklasse B is 71,19%. Dit is tevens ook het Tim Gavel, Hannes Oppeel

84

percentage waarbij zowel voor de temperatuur als voor de relatieve vochtigheid de meetwaarden binnen de correcte bandbreedtes vallen. In Figuur 76 wordt daarentegen aangetoond dat het klimaat slechts voor 66,5% van de tijd aan klimaatklasse C voldoet. Hieruit moet geconcludeerd worden dat de omgekeerde ASHRAE methode de klimaatklasse beter voorstelt dan de klassieke methode. Een extra opmerking die moet worden gemaakt bij deze methode is dat hoewel er een maximum grens wordt voorgeschreven van 75% RV, waarden boven deze grens als voldoende worden beschouwd zolang ze niet boven de maximum dagelijkse fluctuatie stijgen. Dit is dan ook deels de oorzaak dat er een zodanig positief resultaat bekomen wordt. Om te weten hoe vaak aan elke klimaatklasse voldaan wordt, is de omgekeerde ASHRAE methode en de klassieke methode op elke klimaatklasse toegepast. Bij klimaatklasse C en D is het niet mogelijk om de omgekeerde ASHRAE methode toe te passen, dus is er enkel met de klassieke methode gewerkt. Voor klasse AA tot B is tevens een correctie toegepast op de omgekeerde ASHRAE methode op de waarden waarbij de gemeten temperatuur tot 25°C en de relatieve vochtigheid tot 75% begrensd wordt. De percentages waarbij aan de verschillende klassen voldaan is lijken na de correctie beter, bijvoorbeeld, 57,9% voldaan aan klasse B < 66,5% voldaan aan klasse C. Klimaatklasse

AA AA correctie A A correctie As As correctie B B correctie C D 1

Temperatuur Omgekeerde Klassieke ASHRAE methode methode 1 85,9% 18,6/0,0/16,6% 85,9% 85,9% 18,6/0,0/16% 85,9% 85,9% 84,8/25,6/78,4% 85,9% 99,7% 99,1/25,6/91,1% 99,7% 100% 100%

Relatieve vochtigheid Omgekeerde Klassieke ASHRAE methode methode 1 51,8% 4,7/0,0/4,2% 46,8% 50,4% 48,4/0,0/43,2% 45,4% 87,3% 7,5/0,0/6,6% 58,7% 82,8% 48,4/0,0/43,2% 57,9% 66,5% 66,5%

exclusief verwarmingsdagen / enkel verwarmingsdagen / combinatie temperatuur lager dan 25°C 3 volgens de klassieke ASHRAE methode 2

Tabel 14: Vergelijking van de verschillende klimaatklassen volgens de omgekeerde ASHRAE en de klassieke methode, door te na te gaan hoe vaak aan de voorwaarden voldaan wordt

De grootste verschillen tussen de omgekeerde ASHRAE en de klassieke methode zijn te wijten aan de strenge begrenzing door de seizoenaanpassing bij de klassieke methode, terwijl dit bij de omgekeerde ASHRAE methode dubieus gebeurt: zolang aan de dagelijkse fluctuaties wordt voldaan, kan de minimum- en maximumgrens van de seizoenaanpassing overschreden worden. Volgens de omgekeerde ASHRAE methode voldoet het klimaat daarenboven meer aan klasse As dan aan klasse B voor de relatieve vochtigheid, dit komt omdat bij As gebruik wordt gemaakt van het jaargemiddelde (lopend gemiddelde tussen RVgem ± 0%), terwijl bij klasse B wel van het lopend gemiddelde wordt gebruik gemaakt (lopend gemiddelde tussen RVgem ± 10%). Dit is ook het geval tussen klasse AA en A.


85

Schimmelvorming op het Nood Gods en de preekstoel Omwille van de grote vochtlast aan het schilderij is aan de hand van WUFI Bio een analyse gedaan op de groei van schimmels op het eikenhout. WUFI Bio berekent volgens de methode van Sedlbauer [8] de schimmelindex. Het watergehalte van de schimmel wordt vergeleken met het kritisch watergehalte voor de schimmel. Indien het watergehalte stijgt boven het kritische watergehalte ontstaat er ontkieming of groei van de schimmel. In de eerste plaats wordt schimmelgroei aan het Nood Gods bekeken. Op Figuur 79 valt het op dat het watergehalte in de schimmels vooral in de maand mei en juni hoog boven het kritisch watergehalte uitsteekt. Het is dan ook te verwachten dat de schimmelindex vooral op het einde van de analyse veel zal stijgen.

Figuur 79: Het watergehalte en het kritisch watergehalte van schimmels op het Nood Gods

Figuur 80: De schimmelindex aan het Nood Gods

Hoewel de materialen waaruit het schilderij zijn opgebouwd in materiaalklasse 1 kunnen onderverdeeld worden, wordt toch een analyse gemaakt voor de drie materiaalklassen omdat extra factoren, zoals stof, aanleiding geven tot een andere materiaalklasse. In geval van stofophoping moet materiaalklasse 0 gebruikt worden, want stof is een ideale kiemondergrond.


86

Materiaalklasse 0 1 2

Schimmelindex [-] 1,52 0,034 0,0042

Schimmelgroei [mm/jaar] 152 18,5 2,58

Tabel 15: Schimmelindex en schimmelgroei per materiaalklasse in het klimaat aan het Nood Gods

De schimmelindex lijkt toch lager dan verwacht, want er is meer schimmelgroei te zien dan wat er volgens Tabel 1: Beschrijving van de schimmelindices zou zijn. Dit kan enerzijds verklaard worden doordat de berekening ervan slechts gebaseerd is op metingen gedurende 12 maanden. Het schilderij hangt echter al sinds de laatste restauratie van 1968 in het klimaat van de kerk, waardoor de echte schimmelindex waarschijnlijk hoger zal zijn. Een andere verklaring kan volgen uit het buitenklimaat: het laatste jaar kwam de relatieve en absolute vochtigheid, behalve in juni, nooit boven gemiddelde waarden uit. Wordt de schimmelvorming aan het Nood Gods vergeleken met de preekstoel, dan kan opgemerkt worden dat het watergehalte in de schimmels ter plaatse van de preekstoel meestal hoger is, maar in tegenstelling tot het schilderij, is er geen grote piek in de maand mei en juni, zoals in Figuur 81 zichtbaar is 2.

Figuur 81: Het watergehalte en het kritisch watergehalte van schimmels op de preekstoel

2

Omdat de logger preekstoel maar actief was vanaf 1 september, is voor de maanden juli en augustus gebruik gemaakt van de metingen van de logger kerk midden zodat het mogelijk was een volledig jaar te berekenen.


87

Figuur 82: De schimmelindex aan de preekstoel

Materiaalklasse 0 1 2

Schimmelindex [-] 2,37 0,0097 0

Schimmelgroei [mm/jaar] 169 5,79 0

Tabel 16: Schimmelindex en schimmelgroei per materiaalklasse in het klimaat aan de preekstoel

Voor materiaalklasse 0 is de schimmelindex duidelijk groter dan deze bij het Nood Gods, de andere materiaalklassen zijn lager dan bij het Nood Gods. Hieruit kan afgeleid worden dat de preekstoel veel gevoeliger zal zijn voor stofophoping en andere materialen die voor een goede kiemondergrond zorgen. Net als bij het Nood Gods is de schimmelindex aan de lage kant, aangezien de schimmelgroei op de preekstoel al duidelijker zichtbaar is dan wat de schimmelindex aanduidt volgens Tabel 1: Beschrijving van de schimmelindices. Het is niet mogelijk volledige conclusies te vormen over de problematiek van schimmelvorming enkel op basis van deze grafieken. Er dient verder onderzoek te worden verricht met eventueel bijkomende plaatselijke metingen. Enkele plaatselijke bepalende oorzaken van schimmelgroei kunnen zijn: -

Oppervlakteschimmel op delen die minder goed verlucht worden, Plaatselijke vochtplekken/vochtindringing, Stofophoping of polluentenafzetting, ….


88

Conclusies Uit archieven is gebleken dat de vochtproblemen in de kerk geen recent probleem zijn: de kunstwerken werden al regelmatig gerestaureerd en de vloer meermaals vervangen [42]. Tijdens de gemeten periode was het klimaat stabiel, maar duidelijk aan de vochtige kant. Met een gemiddelde waarde van 73,0% (kerk midden) is het dan ook niet verwonderlijk dat er schimmelvorming is op de preekstoel en verschillende schilderijen, oxidatie van de glas-in-loodramen etc. Aangezien de vochtigheid van de binnenlucht voornamelijk beïnvloed wordt door de fluctuerende vochtigheid van de buitenlucht, kan het verlagen van het grote infiltratievoud door het dichten van spleten en openingen en het plaatsen van voor- of achterzetbeglazing [1] ervoor zorgen dat een stabieler vochtprofiel ontstaat in de kerk. Als vervolgens de problemen van opstijgend vocht en regendoorslag, die een grotere impact zullen hebben als het infiltratievoud daalt, worden behandeld kan een lagere relatieve vochtigheid verkregen worden in de kerk. Het huidig verwarmingssysteem met enkel een toevoer- en afvoerrooster is weinig efficiënt en om conservatieredenen voor het kerkinterieur aan vervanging toe. Door de manier waarop dit systeem geregeld wordt gaat een groot deel van de warmte verloren aan stratificatie. Dit is onder andere zeer schadelijk is voor het orgel. Door zijn opstelling blijft het grootste deel van de warmte hangen waar geen mensen zitten, namelijk het koor en de rondgang. Hierdoor worden de schilderijen in de rondgang en het altaar onnodig aan grote fluctuaties in temperatuur en relatieve vochtigheid blootgesteld. Bij het ontwerp van een nieuw verwarmingssysteem moet er aan drie vereisten voldaan worden: -

Betere verdeling van de warmte Efficiënter energieverbruik Betere regeling

De verdeling is vooral gericht op de conservatie van het kerkinterieur. Door enkel de plaatsen te gaan verwarmen waar effectief verwarming nodig is, blijft het microklimaat rond de kunstwerken quasi ongewijzigd. Hierdoor zal ook het energieverbruik dalen. Vanwege het grote volume van het gebouw is het beperken van de stratificatie tevens ook een belangrijke factor in het beperken van het energieverbruik. Een goede regeling kan verder ook bijdragen aan het verlagen van het energieverbruik en aan een goede conservering van de kunstwerken door strikte regels aan het verwarmen te koppelen zoals de temperatuur maximaal 1°C per uur te laten toenemen. Een automatische regeling voorkomt ook menselijke fouten zoals het vergeten afzetten van de verwarming of het te hoog zetten ervan.


89

Simulaties Inleiding Om de prestaties van verschillende verwarmingssystemen te voorspellen is een simulatietool aangewezen. Op deze manier kan de impact van deze systemen op het thermische en hygrische microklimaat van de kerk op korte en lange termijn ingeschat en geëvalueerd worden. Ook de impact van het huidige systeem op dit klimaat is van cruciaal belang om de voorwaarden te bepalen voor het conserveren van het kerkinterieur en het thermische comfort van de kerkgangers. In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de bestaande simulatietools met het oog op het verduidelijken van hun toepassingen en beperkingen. Voor dit onderzoek wordt het pakket TRNSYS aangewend voor het simuleren en evalueren van de thermische en hygrische condities van het huidige systeem en de impact van de te onderzoeken verwarmingssystemen. Verder worden de prestaties met betrekking tot conservatie van het interieur, thermisch comfort en energieverbruik van het huidige systeem geëvalueerd met verschillende nieuwe regeltechnieken.

Soorten simulatietools Gebouwen zijn complexe systemen die op verschillende schalen kunnen bestudeerd worden (het hele gebouw, gebouwelementen). Bijgevolg kunnen verschillende aspecten van het gebouw bestudeerd worden met een variërende graad van detail naargelang het doel van het onderzoek. In het geval van warmte- en vochttransport kunnen de numerieke modellen in vier categorieën onderverdeeld worden op gebaseerd op hun toepassing [49]: -

‘Transient building energy’ simulaties Airflow simulaties Ventilatie- en infiltratiesimulaties Simulaties van warmte-, vocht- en luchttransport in constructieonderdelen

De eerste categorie van modellen wordt Building Energy Simulation (BES) genoemd en wordt gebruikt om allerlei verschillende processen gerelateerd met energieconsumptie in gebouwen te simuleren. Deze processen bevatten warmteverliezen of –winsten doorheen de gebouwenveloppe, zonnelasten, interactie tussen het gebouw en de technische installaties (HVAC),… Omdat deze tools zich vooral richten op energie gerelateerde processen, zijn ze niet echt geschikt om de combinatie van warmte- en vochttransport in gebouwen te simuleren. Sommige van deze modellen houden echter wel rekening met een vochtbuffer in de gebouwenveloppe om de interne relatieve vochtigheid beter te voorspellen, zoals bijvoorbeeld het geval is in het vochtmodel van TRNSYS. Deze interne relatieve vochtigheid kan ook gelinkt worden aan de energieconsumptie in gebouwen als bevochtiging of ontvochtiging van de lucht wordt toegepast. Vochtsimulaties zijn niet de hoofdtoepassing van de BES-tools, dus maken deze gebruik van vereenvoudigde modellen om de interne relatieve vochtigheid en vochtbuffering te simuleren. De BES-tools kunnen ook gebruikt worden om de binnentemperatuur te controleren en, in sommige gevallen, ook de relatieve vochtigheid voor het evalueren van de Indoor Air Quality (IAQ). Om een goed thermisch comfort te garanderen en bovendien een optimaal klimaat te creëren voor de conservatie van het interieur, moeten de binnentemperatuur en de relatieve vochtigheid binnen bepaalde grenzen blijven (zie Ontwerpparameters voor comfort en conservatie). De temperatuur en de relatieve vochtigheid Tim Gavel, Hannes Oppeel

90

hebben een grote impact op de perceptie van luchtkwaliteit [50] en moeten dus steeds beschouwd worden bij de evaluatie van IAQ. In de tweede categorie van modellen, de zogenaamde air flow models, kan het warmte- en vochttransport gemodelleerd worden gerelateerd aan de luchtstromingen in en rond gebouwen. Dit kan echter verder gekoppeld worden aan vocht- en thermische modellen zodat ook vocht en warmte in acht kunnen genomen worden. Twee verschillende types luchtstromingsmodellen kunnen beschouwd worden: de Computational Fluid Dynamics (CFD) modellen en de zonale modellen. Deze twee types zijn gebaseerd op het niveau van modellering, namelijk micro- en macromodellering. CFD modellen verwerken de volledige conservatievergelijkingen (massa, energie en impuls) van de lucht in het luchtstromingsmodel, terwijl zonale modellen vereenvoudigde vergelijkingen oplossen in een begrensd aantal cellen. CFD heeft het voordeel veel nauwkeuriger te zijn dan zonale modellen, maar de zonale modellen hebben een veel kortere berekeningsduur nodig. De toepassing van de luchtstromingsmodellen in het evalueren van gebouwen kan gevonden worden voor zowel exterieur als interieur. De buitenluchtstroming kan gesimuleerd worden om windcomfort te voorspellen [51], regeninslag op de façade [52], verspreiding van contaminanten. In het interieur van het gebouw zijn luchtstromingsmodellen zeer geschikt om de IAQ te evalueren omdat zij niet enkel informatie verschaffen omtrent de gemiddelde luchttemperatuur en relatieve vochtigheid zoals BES doet, maar ook de distributies van deze eigenschappen kunnen voorspellen [53]. Bovendien kunnen luchtstromingsmodellen informatie verschaffen omtrent luchtsnelheden (tocht), contaminanten en, in het geval van CFD, turbulentie intensiteit [54]. Dit laat een zeer complete evaluatie van de IAQ toe. De tweede hoofdtoepassing van de luchtstromingsmodellen in het interieur van gebouwen is de simulatie van distributies gegenereerd door verwarmings- en ventilatiesystemen, zodat hun effecten bestudeerd kunnen worden onder verschillende scenario’s [54], [55]. Terwijl de tweede categorie van modellen zich vooral concentreert op luchtstromingen binnen een enkele kamer, worden de ventilatie- en infiltratiemodellen van de derde categorie, ook multi-zonale modellen genoemd, gebruikt om de luchtstromingen en contaminantenverspreiding tussen verschillende kamers/zones van het gebouw te simuleren. Net zoals bij de luchtstromingsmodellen wordt deze categorie van modellen gebruikt om de IAQ en de ventilatiesystemen te evalueren. Het verschil tussen beide categorieën is dat de ventilatie- en infiltratiemodellen de stromingspaden in het hele gebouw beschouwen in plaats van in een enkele zone. Zo wordt een zone beschouwd als constant in temperatuur, druk, vochtigheid, terwijl bij een zonaal model de zone onderverdeeld wordt in zeer grove cellen. Deze modellen beschrijven dus de problemen op een grotere schaal. Twee ventilatie- en infiltratiemodellen die vaak gebruikt worden zijn COMIS [56] en CONTAM [57]. De modellen van de vierde en laatste categorie zijn de zogenaamde HAM modellen (Heat, Air and Moisture models). Deze modellen verschaffen gedetailleerde analyses van de hygrothermische reactie in constructieonderdelen, wanneer het effect van vocht op het warmtetransport een significante rol speelt [58] en analyses van schademechanismen gerelateerd met vocht, zoals schimmelgroei [59]. Veel HAM modellen houden rekening met het effect van luchttransport door de poreuze structuur van de constructie. Hoewel de vier verschillende categorieën modellen zich op verschillende domeinen concentreren, is er toch een zekere overlapping tussen. Zo wordt bijvoorbeeld in BES modellen de temperatuur en de relatieve vochtigheid van de binnenlucht op een vereenvoudigde manier geëvalueerd op jaarbasis, Tim Gavel, Hannes Oppeel

91

terwijl deze bij luchtstromingsmodellen op een enkel moment op een zeer gedetailleerde manier worden berekend. Deze twee modellen laten dus toe om verschillende aspecten van de IAQ te evalueren. De overlappingsgebieden worden dus beschouwd op verschillende graden van detail. Door het combineren van modellen uit verschillende categorieën wordt het dus mogelijk om nauwkeurigheid toe te voegen bij het bestuderen van een bepaald probleem. Om te bepalen welke categorie van modellen of welke combinatie van modellen het meest geschikt is voor deze studie, is het noodzakelijk om de vereisten van het model te bepalen.

Modelvereisten Een kennis van de korte- en lange termijnparameters van het microklimaat van de kerk is van groot belang om de conservatie van kerk en interieur en de voorwaarden voor thermisch comfort te voorspellen. Zowel lucht- en oppervlaktetemperaturen als relatieve vochtigheid moeten gekend zijn in functie van de tijd. Ook de benodigde warmtecapaciteit en het energieverbruik van de geselecteerde verwarmingssystemen moeten bepaald zijn om de prestaties van deze systemen te evalueren. Om de impact van de systemen op het klimaat van de kerk op lange termijn te onderzoeken is het wenselijk om over langere periodes (enkele maanden tot een jaar) te simuleren. In dit geval wordt het model opgebouwd met een beperkte hoeveelheid aan data. Informatie over het infiltratievoud en over de thermische prestaties van de gebouwschil ontbreekt, waardoor het noodzakelijk wordt de berekeningsduur in te perken wordt zodat het model met trial-&-error kan scherp gesteld worden. Omdat de meeste kerken niet uit een groot aantal verschillende kamers bestaan, zijn er maar een beperkt aantal zones nodig om deze te beschrijven. Hoewel de geometrie van deze monumentale gebouwen vrij complex is, zijn zij opgebouwd uit niet-geïsoleerde, uniforme en dikke wanden, vloeren, plafonds en constructie-elementen die meestal tot relatief uniforme oppervlaktetemperaturen leiden. Daarom kunnen we de gebouwschil als eendimensionaal beschouwen betreffende het binnenklimaat en de warmteverliezen. De constructie-elementen zelf moeten daarentegen nauwkeurig gemodelleerd worden omdat deze muren, vloeren en gewelven een aanzienlijke dikte hebben. Hierbij moet rekening gehouden worden met de faseovergangen bij temperatuur en vochtigheid. De dikke muren hebben bovendien als gevolg dat er een sterke koudeval zal plaatsvinden ter plaatse van de muren, waardoor daar lokaal het thermisch comfort in het gedrang komt. Bovendien wordt het thermisch comfort niet enkel door de luchttemperatuur bepaald, maar ook door het gehalte aan stralingswarmte zoals bijvoorbeeld bij vloerverwarming. Het is wenselijk dat het model rekening houdt met lokale stralingsverschijnselen zodat, het thermisch comfort van de gebruikers kan bepaald worden naargelang hun locatie in de kerk. Als laatste moet het model een idee geven van de luchtstromingen in een grote ruimte, met andere woorden de stratificatie. Dit is een belangrijke voorwaarde voor het evalueren van de energieefficiëntie van het systeem.


92

Keuze van simulatietool Het meest ruwe type van modellen zijn de zogenaamde enkelzone modellen (Figuur 83 links). In deze modellen wordt het gehele gebouw als een perfect gemengde zone beschouwd, gerepresenteerd door één berekeningsnode. Dit betekent dat temperatuur en vochtigheid hetzelfde zijn voor het hele gebouw. Deze modellen zijn bruikbaar voor kerken aangezien deze uit één grote ruimte bestaan. De distributies van de binnenlucht worden echter niet in rekening gebracht waardoor stratificatie niet kan geëvalueerd worden.

Figuur 83: Schematische representatie van gebouwsimulatiemodellen, links: enkelzone model, rechts: multizonaal model

Multizone modellen (Figuur 83 rechts) verdelen het gebouw in verschillende zones. Delen van het gebouw met een andere oriëntatie of verwarming kunnen in een aparte zone geplaatst worden, m.a.w. elke kamer kan worden gerepresenteerd door een berekeningsnode (of airnode). In deze benadering wordt de aanname van perfect gemengde lucht toegepast op elke zone. Er zijn een opmerkelijk aantal tools die gebruik maken van deze benadering, waaronder TRNSYS [60] en EnergyPlus. De modellen kunnen uitgebreid worden met luchtstromingsberekeningsmodellen, zoals CONTAM en COMIS, die toelaten de luchtstromen tussen de zones te voorspellen rekening houdend met het buitenklimaat d.m.v. deuren, ramen, spleten, leidingen. Op deze manier kan door temperatuur en vocht het ontstane luchttransport en de verspreiding van contaminanten berekend worden. Sinds enkele jaren is een uitgebreide versie van TRNSYS beschikbaar, nl. TRNFlow [61], waarin de COMIS software direct geïntegreerd is, waardoor de berekening veel duidelijker kan worden uitgevoerd. TRNSYS gekoppeld met TRNFlow lijkt een interessante tool voor deze studie, aangezien hiermee (vereenvoudigde) simulaties over een lange periode (enkele maanden tot jaren) kunnen worden uitgevoerd met een beperkte berekeningsduur. Bovendien kan er rekening gehouden worden met buitenluchtstromingen door het invoeren van de lokale windrichtingen en snelheden. TRNSYS 16 biedt echter geen mogelijkheden aan betreffende luchtstromingen binnen eenzelfde zone (stratificatie) en houdt ook geen rekening met lokale stralingsverschijnselen. Sinds juli 2010 is de nieuwe TRNSYS 17 uitgebracht waar men zich vooral heeft gericht op het verbeteren van het simuleren van sterk beglaasde grote ruimtes zoals hoge atria, terwijl rekening gehouden wordt met nauwkeurigheid, gebruiksvriendelijkheid en gevoeligheid voor fouten. Zo is het bestaande multizone gebouwmodel uitgebreid tot een gedetailleerde modellerinh van een 3Tim Gavel, Hannes Oppeel

93

dimensionaal energietransport door straling en thermische stratificatie. Hierdoor wordt het tevens mogelijk de geometrie van de kerk nauwkeurig in te geven via een plug-in met SketchUp: Trnsys3d. De Trnsys3d plug-in is gebaseerd op het open source programma OpenStudio™ [62]. Deze plug-in is echter geen volledige interface zodat niet-geometrische data zoals materialen, constructies, regelingen, interne warmtewinsten, HVAC, etc…, nog steeds moeten ingegeven worden in TRNbuild, de standaard bouwinterface van TRNSYS. Door de integratie van het nieuwe gedetailleerde model kan een stralingszone uit meer dan één airnode bestaan zoals getoond in Figuur 84 [63]. In TRNbuild kan een zone verschillende airnodes bevatten. Het is echter aangeraden om elke airnode als een zone te definiëren in Trnsys3d. In een atrium wordt de stratificatie bijvoorbeeld meestal gerepresenteerd door verschillende airnodes. In Trnsys3d wordt elke airnode gedefinieerd door een aparte zone en de aangrenzende oppervlakken tussen de zones worden als ‘Virtual Surface’ bestempeld. Deze oppervlakken worden automatisch verwijderd wanneer het model wordt geïmporteerd in TRNbuild, waardoor een nauwkeurig model ontstaat voor de stralingszone. Hierdoor is het convectief modelleren van stratificatie sterk verbeterd.

Figuur 84: Stralingszone met 3 airnodes

Gebouwoppervlakken en regime gegevens (verwarming, koeling, infiltratie, ventilatie, etc.) worden in TRNbuild toegewezen aan een airnode. De warmte-uitwisseling tussen gebouwoppervlakken en de airnode is enkel gebaseerd op convectie, terwijl de kortgolvige stralingsdistributie en de langgolvige stralingsuitwisseling uitgevoerd worden over de hele stralingszone. Airnodes van één stralingszone kunnen een convectieve koppeling hebben met twee andere airnodes van dezelfde zone. Deze uitbreiding maakt het mogelijk om gedetailleerde comfortsimulaties uit te voeren naargelang de locatie in de kerk en er wordt bovendien rekening gehouden met de thermische stratificatie. Deze simulatietool zal gebruikt worden doorheen de rest van deze studie aangezien de CFD-tools een veel te grote berekeningsduur hebben. Naast stratificatie – en comfortberekeningen is het ook noodzakelijk om het buffereffect met betrekking tot vocht in de dikke muren en het interieur van de kerk te beschouwen. In TRNSYS is het Tim Gavel, Hannes Oppeel

94

Effective Moisture Penetration Depth (EMPD) model inbegrepen om de effecten van vochtbuffering in de constructieve elementen op de relatieve vochtigheid in een ruimte in rekening te brengen. In het EMPD model wordt enkel het vochttransport in een kleine laag dichtbij het reactieoppervlak met lucht beschouwd. De dikte van deze laag hangt af van grootte van de fluctuaties in relatieve vochtigheid en de geassocieerde vochtpenetratiediepte in het materiaal. Er verondersteld dat op een diepte van drie maal de penetratiediepte, de reactie van het materiaal op een fluctuatie in relatieve vochtigheid reeds tot 5% gedaald is. Dit vereenvoudigd vochtmodel beschouwt slechts één virtuele laag die al de verschillende muren representeert. Met de invloed van variaties in de muurtemperatuur op de relatieve vochtigheid in het materiaal wordt geen rekening gehouden. Er kan geconcludeerd worden dat het EMPD model niet gebruikt kan worden wanneer men het effect van fluctuaties in de lucht op het hygrothermisch gedrag van het materiaal correct wil voorspellen. Aangezien het vochtbuffermodel de invloed van variaties in buffertemperatuur niet in rekening brengt, is een correcte voorspelling van het effect van vochtbuffering op de relatieve vochtigheid in onverwarmde gebouwen niet mogelijk.


95

TRNSYS Opbouw van het model Zoals bij veel kerken het geval is, zijn er weinig gegevens bekend betreffende de precieze eigenschappen van de gebouwschil zodat een simulatiemodel opbouwen gepaard gaat met veel onzekerheden en aannames. Hierbij moet er gebaseerd worden op de uitgebreide literatuur over materiaaleigenschappen zodat het model stapsgewijs opgebouwd kan worden. De aannames worden gevalideerd door het model regelmatig naast de meetresultaten te leggen en deze te vergelijken. Dit is een lang proces van trial-&-error. De metingen die uitgevoerd zijn, beperken zich tot temperatuur- en relatieve vochtigheidsmetingen in de kerk. Om het model te valideren, is het noodzakelijk om over gegevens van het buitenklimaat te beschikken zodat het model zich in dezelfde omstandigheden als de kerk bevindt. Uitgebreide klimaatgegevens zijn verkregen van het weerstation te Oostburg [64], dat zich slechts op 13km afstand van de kerk in Watervliet bevindt. Op basis van deze meetgegevens is een klimaatbestand aangemaakt die gebruikt wordt in de simulaties. Dit bestand bevat temperatuur, relatieve vochtigheid, zonne- en hemelstralingsgegevens. Het eerste model is een vereenvoudigde versie, aangemaakt met TRNSYS 16 zonder TRNFlow. Dit betekent dus dat geen rekening is gehouden met de interne luchtstromingen en er nog geen mogelijkheid bestaat om het thermisch comfort te bepalen naargelang de locatie met het stralingsmodel. Dit model is echter wel nuttig om de eigenschappen van de bouwenveloppe te bepalen alsook een idee te geven van het infiltratievoud, omdat het model vrij eenvoudig blijft en zo de simulatieduur beperkt blijft, wat zeker een voordeel is bij dit trial-&-error-proces. Materiaaleigenschappen Eerst en vooral worden de materiaaleigenschappen bepaald met behulp van de uitgebreide bestaande literatuur die deze eigenschappen beschrijft. Er wordt verder ook een beroep gedaan op de case studies in de doctoraatsthesis van Henk Schellen [1], waar een groot aantal materiaaleigenschappen van gelijkaardige kerken beschreven staan, om een plausibele schatting te maken van de thermische eigenschappen van de gebouwschil van de kerk in Watervliet. Alle aangenomen waardes voor geleidbaarheid, warmtedoorgangscoëfficiënten en diktes zijn samengevat in Bijlage 5: Kerkdata. De warmtedoorgangscoëfficiënt U van een wand is de hoeveelheid warmte die elke seconde per vierkante meter oppervlakte door een wand gaat bij een temperatuurverschil van 1 °C tussen de omgevingen aan beide zijden van die wand, in W/m²K. De materiaaleigenschappen van de muren kunnen echter niet zomaar overgenomen worden uit de literatuur omdat de muren in de kerk zeer dik en massief zijn, wat een aanzienlijke invloed zal hebben op het thermische gedrag van de gebouwschil. Dit betekent dat om de U-waarde van deze muren te bepalen, rekening gehouden moet worden met de warmtegeleidbaarheid van zowel de bakstenen en de voegen. De warmtegeleidbaarheid λ van een materiaal is de hoeveelheid warmte die in stationaire toestand door het materiaal gaat, per eenheid van oppervlakte per tijdseenheid en per eenheid temperatuurgradiënt in dit materiaal, in W/mK. Bovendien kunnen deze dikke muren na neerslagperiodes ook zeer veel vocht bevatten, wat een niet onbelangrijke impact zal hebben op de prestaties van de gebouwschil. Tim Gavel, Hannes Oppeel

96

Om deze effecten in rekening te brengen wordt, gebruikt gemaakt van de norm prNBN B 62-301 die opgesteld is in het kader van het vereenvoudigen van de berekeningen voor het warmtebehoud van woongebouwen, afhankelijk van de netto-energiebehoefte, de oriëntatie van het gebouw, het silhouet, het totaal raamoppervlak, warmtewinsten, en winter- of zomerregime. Deze berekeningen houden rekening met de 3 vormen van warmtetransport: geleiding door een materiaal, convectie of transport van warmte door verplaatsing van warme en koude lucht, en tenslotte warmtestraling van een wand naar de ruimte. Omdat deze berekeningen heel ingewikkeld en omslachtig zijn, heeft men deze norm ontwikkeld met een vereenvoudigde methode op basis van de stationaire isolatieprestatie van de bouwdelen (ramen, muren, daken en vloeren). Samen met de norm prNBN B62-002 (2007), geeft deze aan op welke manier de warmtedoorgangscoëfficiënt U van een wand en het globale Kpeil van een gebouw moeten bepaald worden, rekening houdend met de compactheid van de woning en het voorkomen van koudebruggen. De norm definieert volgende begrippen: λUe:

de rekenwaarde van de warmtegeleidbaarheid van een materiaal in een buitenwand, die door regeninslag, door oppervlakte- en blijvende inwendige condensatie of door opstijgend vocht nat kan worden.

λUi:

de rekenwaarde van de warmtegeleidbaarheid in een buitenwand, beschermd tegen vocht en condensatie, en in een binnenwand.

In het geval van de OLV-Hemelvaartkerk zal dus moeten gebruik gemaakt worden van λUe. De λU-waarde van de wand in metselwerk (bestaande uit de bakstenen en de mortelvoegen) wordt bepaald als volgt: λ𝑈 =

λ𝑈𝑠𝑡𝑒𝑒𝑛 𝐴𝑠𝑡𝑒𝑒𝑛

𝐴𝑠𝑡𝑒𝑒𝑛 +𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑙𝑣𝑜𝑒𝑔

+

λ𝑈𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑙𝑣𝑜𝑒𝑔 𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑙𝑣𝑜𝑒𝑔 𝐴𝑠𝑡𝑒𝑒𝑛 +𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑙𝑣𝑜𝑒𝑔

(W/ m.K)

(10)

Met: λUsteen en λUmortelvoeg de warmtegeleidingscoëfficiënt van respectievelijk de baksteen en de mortelvoeg Asteen het zichtoppervlak van de baksteen Amortelvoeg het zichtoppervlak van de mortelvoeg

Figuur 85: Aanduiding van termen [65]

De verhouding van de oppervlakte van de steen op de totale oppervlakte van steen en mortelvoeg (Asteen/(Asteen+Amortelvoeg)) en de verhouding van de oppervlakte van de mortelvoeg op de totale Tim Gavel, Hannes Oppeel

97

oppervlakte van steen en mortelvoeg (Amortelvoeg/(Asteen+Amortelvoeg)) worden gegeven in Bijlage 4: Tabellen voor gecorrigeerde U-waarde berekening van bakstenen en mortelBijlage 4: Tabellen. Voor de λU-waarde van de mortelvoeg kan de waarde voor courante cementmortel gebruikt worden die in de norm prNBN B 62-002 gegeven wordt: Volumegewicht ρ (kg/m³) 1800

λUi (W/mK) 1.0

λUe (W/mK) 1.5

Tabel 17: Warmtegeleidbaarheid voor cementmortel

Voor de λU-waarde van de baksteen wordt een onderscheid gemaakt tussen gecertificeerde stenen en niet-gecertificeerde stenen. De λU-waarden van de gecertificeerde stenen worden opgegeven in de technische documentatie van de fabrikant, of indien deze niet voorhanden is, kunnen tabelwaarden uit de norm prNBN B 62-002 (Bijlage 4: Tabellen) gehanteerd worden. Ook de λUwaarden van de niet-gecertificeerde bakstenen worden weergegeven. Vervolgens moet de invloed van vochtopname door de dikke muren in rekening gebracht worden. Hiervoor wordt het begrip evenwichtsvochtgehalte gedefinieerd: het evenwichtsvochtgehalte is het percentage water dat door het materiaal in evenwichtstoestand vastgehouden wordt bij een bepaalde relatieve luchtvochtigheid. Deze waarde heeft zijn belang voor het thermisch gedrag van metselwerk aangezien water een goede warmtegeleider is. Hoe minder water in de steen, hoe beter zijn thermische eigenschappen. Baksteen heeft door zijn specifieke poriënstructuur het laagste evenwichtsvochtgehalte van alle metselstenen.

Figuur 86: Evenwichtsvochtgehalte (vol%) voor relatieve vochtigheidswaardes [65]


98

Figuur 87: Invloed van het evenwichtsvochtgehalte (vol%) op de geleidbaarheid van het materiaal [65]

Als deze methode gevolgd wordt, wordt een gecorrigeerde λ-waarde bekomen: Type steen Niet-gecertificeerde kalkzandsteen type M65

Volumegewicht ρ (kg/m³)

λ gecorigeerd (W/mK)

2100

1.587

Tabel 18: Gecorrigeerde λ-waarde

Rekening houdend met alle bovenstaande data wordt het nu mogelijk de warmtedoorgangscoëfficiënt U te bepalen voor de dikke massieve muren. Deze wordt berekend met volgende formules: 𝑈=

1

𝑅𝑇

𝑅𝑇 = 𝑅𝑒 + 𝑅=

𝑑

(11) 𝑑𝑚𝑢𝑢𝑟 λ𝑚𝑢𝑢𝑟

(12)

+ 𝑅𝑖

(13)

λ

Met U = warmtedoorgangscoëfficiënt [W/m²K] RT = totale warmteweerstand is van een wand van omgeving tot omgeving [m²K/W] Re = warmteovergangsweerstand binnenconditie [m²K/W] Voor verticale wanden is Re = 0,04 m²K/W (prNBN B62-002 tabel 1) Ri = warmteovergangsweerstand binnenconditie [m²K/W] Voor verticale wanden is Ri = 0,13 m²K/W (prNBN B62-002 tabel 1) R = warmteweerstand [m²K/W] d = dikte van het materiaal [m] λ = warmtegeleidbaarheid van het materiaal [W/mK] De resultaten worden samengevat in de volgende tabel:


99

Materiaal Metselwerk Binnenpleister

d (m) 0,73 0.02

λ (W/mK) 1.587 0,8 U = 1,527 W/m²K Tabel 19: U-waarde van de muren

Thermische traagheid In de hierboven beschreven berekeningen is steeds verondersteld dat de temperaturen en warmtestromen niet veranderen in de tijd. In werkelijkheid zal echter de buitentemperatuur in ons klimaat fluctueren. Voorbeelden zijn dagen nachtregime en tussen zomer en winter, … De warmteweerstand R is niet de enige grootheid die het energieverbruik van een gebouw bepaalt. Vergelijken we bijvoorbeeld een niet-geïsoleerde kerk in natuursteen met een industriehal, beide gebouwen met wanden met dezelfde warmteweerstand. Hoewel de warmteweerstand gelijk is, zal het in de zomer behaaglijk koeler zijn in de kerk. De massieve wanden zullen de warmte opslaan om deze ’s avonds terug af te geven. Dit verschijnsel neemt toe naarmate de capaciteit van de wand verhoogt. (14)

C = ρ.c.V Met C = capaciteit [J/K] ρ = soortelijk gewicht [kg/m³] c = specifieke warmtecapaciteit [J/kgK] V = volume [m³]

Een grote warmtecapaciteit wordt bekomen door zware bouwelementen te gebruiken die de warmte gemakkelijk opnemen en een hoge warmtegeleiding hebben. Hieruit volgt onmiddellijk de praktische beperking, een hoge warmtegeleiding betekent grote warmteverliezen. De kerk zal in de zomer aangenaam koel zijn, maar in de winter te kil omdat de isolatie te laag is of met andere woorden de warmtegeleiding te groot. Om capacitief te bouwen is er nood aan een materiaal met voldoende massa waarbij de warmtegeleiding niet te hoog mag oplopen. Door de massiviteit van kerkgebouwen is het een specifieke eigenschap dat deze korte weersfluctuaties dempen. Anders is het gesteld met de lichte industriehal, die onmiddellijk zal reageren op de straling en de zonnewarmte binnenlaat. De industriehal wordt oververhit. Een dynamische warmteweerstand geeft aan in welke mate warmte door een wand gaat ten gevolge van veranderende temperaturen. Hoe groter deze dynamische weerstand, des te kleiner deze warmtestroom en des te kleiner ook de warmteverliezen in de winter. Een kerk heeft dus een grote dynamische weerstand. Uit ondervinding is geweten dat temperatuurverschillen buiten, bijvoorbeeld tussen het middaguur en de avond, aanleiding geven tot duidelijk voelbare temperatuurverschillen in de industriehal. Deze verschillen worden gedempt door de massa van de kerk. Deze eigenschap wordt de temperatuuramplitudodemping genoemd. Een temperatuuramplitudodemping van 15 zorgt, zonder dat verwarming nodig is, dat een temperatuurverschil buiten van 45°C (bvb. 50°C op een donkere gevel ’s middags en afkoeling tot 5°C ‘s nachts) gedempt wordt tot een fluctuatie van 3°C. De Tim Gavel, Hannes Oppeel

100

binnentemperaturen zullen in de kerk dus ook wijzigen, maar gedempt en met een zekere vertraging. Massieve wanden bezitten een thermische traagheid, zodat de stijging van de buitentemperatuur op het middaguur zich met een tijdsverschuiving van tien tot twaalf uur voordoet, wanneer zij niet meer hinderlijk is.

Figuur 88: Effect van thermische traagheid op het binnenklimaat [65]

Het is mogelijk om in TRNSYS deze traagheid in rekening te brengen door middel van de zogenaamde Wall Timebase. De formules die gebruikt worden zijn gebaseerd op een aantal tijdseries die de muren karakteriseren d.m.v. warmtedoorgangsfuncties en relateren naar een tijdsinterval gelijk aan deze gespecifieerd in de timebase. Deze formules trachten de ‘thermische geschiedenis’ van de muren te beschrijven waarbij een muur wordt beschouwd als een zwarte doos. Het aantal tijdstappen (k) gerelateerd tot de timebase tonen enerzijds aan dat het al dan niet om een zware muur met een hoge thermische massa (k < 20) gaat en dat anderzijds slechts enkele tijdstappen beschouwd moeten worden om het thermisch gedrag van deze muur te beschrijven. Als de timebase van de beschouwde muur hoger is dan de tijdsconstante, wordt de berekening van warmtedoorgangscoëfficiënten stopgezet. Bijgevolg beveelt ASHRAE waardes tussen 2 en 4 aan voor dikke muren. Aangezien de kerk in Watervliet uit zeer dikke muren opgebouwd is(ongeveer 0.75 m) wordt in het model een waarde van 5 aangenomen om de warmtedoorgangsfuncties te berekenen. Modellering van het huidige verwarmingssysteem Het huidige luchtverwarmingssysteem wordt aan het model toegevoegd zodat een nauwkeurige vergelijking tussen simulatie- en meetresultaten mogelijk wordt. TRNSYS laat toe het systeem op een eenvoudige manier te modelleren d.m.v. een Ventilation in te voegen waarbij het mogelijk is het massadebiet, de absolute vochtigheid en de temperatuur van de toevoerlucht te specifiëren. Uit de simulaties blijkt dat een debiet van 5500 kg/h de beste resultaten oplevert wanneer deze naast de meetdata gelegd worden. Verder wordt een inblaastemperatuur van 21°C gebruikt (zie meetdata) en de absolute vochtigheid van de toevoerlucht wordt gelijk gesteld aan deze van de lucht in de kerk aangezien het systeem gebruik maakt van 100% gerecirculeerde lucht. Het model beschikt echter nog steeds niet over data betreffende het infiltratievoud van de kerk. Uit de case studies van Schellen blijkt dat het infiltratievoud van kerken met een stenen gewelf (zoals ook in Watervliet het geval is) overeenkomt met waardes tussen 0.2 en 0.8 1/h. Daarom wordt in volgende figuren een vergelijking gemaakt tussen deze verschillende waardes om te evalueren welke waarde een binnenklimaat oplevert die het dichtst aanleunt bij het gemeten binnenklimaat.


101

Figuur 89: Gesimuleerd temperatuursverloop met variërend infiltratievoud, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten

Figuur 90: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërend infiltratievoud, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten

Het infiltratievoud in dit model kan nog niet duidelijk bepaald worden aangezien de temperatuur en relatieve vochtigheid uit de simulaties nog te sterk verschillen met de werkelijke waardes. De relatieve vochtigheid van het binnenklimaat wordt lager naargelang het infiltratievoud wordt verlaagd. Hieruit kan ook afgeleid worden dat het verder verlagen van het infiltratievoud van de gehele kerk ervoor kan zorgen dat de relatieve vochtigheid van de kerk daalt. Een infiltratievoud van 0,3 1/h levert curves op die vormelijk het best overeenkomen met de curves van de meetwaardes. Thermische massa van het gebouw We merken op dat de temperatuurwaardes in het model te snel afkoelen in vergelijking met de realiteit. Dit kan het gevolg zijn van het gebrek aan thermische massa in het interieur van het model. De kerk in Watervliet is namelijk gevuld met een rijk interieur aan houten banken, een preekstoel, een orgel, schilderijen, maar vooral ook stenen zuilen. Deze zullen voor een niet onbelangrijke vertraging zorgen in temperatuurschommelingen waardoor het klimaat in de kerk zal worden uitgemiddeld. Het is mogelijk de thermische massa van het gebouw en het interieur in rekening te brengen in TRNSYS d.m.v. interne wanden, die de grote zuilen representeren, toe te voegen. Ook het interieur kan in rekenening gebracht worden door de capacitance van de lucht te verhogen. Tim Gavel, Hannes Oppeel

102

De capacitance is de totale thermische capaciteit van de lucht per berekeningsnode plus deze van alle massa die niet wordt beschouwd als muren (vb. meubels). De standaardcapaciteit wordt berekend als 1,2 maal het volume van een zone en houdt enkel rekening met de capaciteit van de lucht in die zone. TRNSYS beveelt aan om waardes te kiezen die niet hoger zijn dan 50 maal het volume voor ruimtes met zeer veel meubels. In volgende figuren zijn de resultaten te zien van de simulaties van het model waaraan deze verschillende manieren om traagheid en thermische massa in rekening te brengen, toegevoegd worden en wordt er geëvalueerd welke impact deze hebben op het binnenklimaat.

Figuur 91: Gesimuleerd temperatuursverloop met variërende luchtcapaciteit, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten

Figuur 92: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërende luchtcapaciteit, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten

Op de figuren is te zien dat de traagheid en de capaciteit een zeer grote invloed hebben op de fluctuaties in temperatuur en relatieve vochtigheid. Er wordt naar een evenwicht gezocht tussen de capaciteit van het interieur en de thermische massa zodat een gesimuleerd klimaat bereikt wordt dat sterk aanleunt bij de gemeten waardes. Een capaciteit van 25 komt het best overeen met de werkelijke situatie, in combinatie met het infiltratievoud van 0,3 1/h.


103

Vochtbuffering van het interieur Tenslotte wordt er getracht om de relatieve vochtigheid in het model te laten stroken met de gemeten waardes in de kerk. Dit kan gedaan worden door de waarde van de Humidity Capacitance Ratio van het eerder besproken vochtbuffermodel te laten variëren binnen het door TRNSYS aangeraden interval 1 tot 15. Deze factor weegt door in de formule van het buffermodel waar de absorberende materialen (zoals schilderijen en houten meubels) worden beschouwd door een effectieve vochtigheidscapaciteit dewelke gedefinieerd is als het product van de luchtmassa en de vochtcapaciteitsratio: (15)

𝑀𝑒𝑓𝑓,𝑖 = 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 𝑀𝑎𝑖𝑟,𝑖

Met: Meff,i = effectieve vochtcapaciteit Mair,i = massa van lucht Ratio = multiplicatiefactor (meestal tussen 1 en 15) In Figuur 93 wordt de impact van de vochtbufferfactor op de relatieve vochtigheid in de kerk weergegeven. Het is duidelijk dat een kleine factor resulteert in grotere fluctuaties in relatieve vochtigheid terwijl deze in realiteit worden uitgemiddeld in de kerk. Daarom wordt er gekozen voor een vrij hoge vochtbufferingsfactor gelijk aan 13.

Figuur 93: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërende vochtbufferingsfacor, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten

Resultaten van het vereenvoudigd model Alle bovenstaande parameters worden geïntegreerd in het vereenvoudigde model en vervolgens met de meetdata vergeleken. Op deze manier wordt een model verkregen dat al de bovenstaande effecten in rekening brengt. In Figuur 94 en Figuur 95 zijn de simulatieresultaten van dit model en meetresultaten voor zowel temperatuur als relatieve vochtigheid uitgezet.


104

Figuur 94: Vergelijking van het temperatuursverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS-model

Figuur 95: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS-model

Op de figuur is te zien dat de simulatieresultaten nu vrij goed overeenkomen met de meetresultaten. Dit toont aan dat de eigenschappen van de bouwschil van de kerk goed geschat zijn. De materiaaleigenschappen en basisgegevens zijn terug te vinden in Bijlage 5: Kerkdata. Men kan zien dat het klimaat in de kerk sneller afkoelt en opwarmt in de simulaties dan in werkelijkheid gemeten is. Deze afwijking zou verklaard kunnen worden door het nog niet bereiken van een goed evenwicht tussen de thermische massa van de kerk (zuilen, interieur, kunstwerken,…) en het infiltratievoud. In dit model is het verwarmingssysteem nog niet geïntegreerd.

Uitbreiding van het model met TRNFlow Vervolgens wordt TRNFlow ingeschakeld om het infiltratievoud, dat grof bepaald werd met het eenvoudige model, nauwkeuriger te modelleren. TRNFlow houdt namelijk rekening met windrichtingen en –snelheden en met verschillende luchtdrukken op verschillende hoogtes in de kerk. Het grote kerkvolume wordt daarom opgedeeld in een aantal luchtlagen, zodat reeds een idee kan verkregen worden van de luchtstromingen tussen deze verschillende lagen in de hoogte. Deze data wordt allemaal toegevoegd aan het eerder aangemaakte klimaatbestand om een nauwkeuriger beeld te krijgen van de luchtstromingen rond de kerk. De koppeling tussen de verschillende lagen is Tim Gavel, Hannes Oppeel

105

echter geen eenvoudige kwestie; de soorten die in TRNFlow gebruikt worden zijn namelijk gebaseerd op vergelijkingen voor spleten en leidingen, met andere woorden kleine openingen. De koppelingen tussen de virtuele luchtlagen eisen echter zeer grote openingen waardoor de luchtstromen tussen deze luchtlagen niet nauwkeurig kunnen gemodelleerd worden. Infiltratievoud Om de infiltratie te modelleren, wordt er in TRNFlow gebruik gemaakt van spleten in de bouwschil van de kerk waardoor de buitenlucht naargelang de windsnelheid en –richting binnendringt. Deze koppelingen tussen buiten- en binnenklimaat worden gedefinieerd door volgende formule om de mate van lekkage te duiden: 𝑚̇ = 𝐶𝑠 . (∆𝑝)𝑛

(16)

Met ṁ = massadebiet van luchtstroom Cs = luchtmassa stromingscoëfficiënt [kg/s op 1 Pa] n = luchtstromingsexponent [-] De stromingskarakteristieken van alle spleten worden zodanig bepaald dat een totale infiltratie verkregen wordt die ongeveer gelijk is aan deze bepaald in het eenvoudige model. Zo worden alle ramen en deuren in dit model beschouwd als een spleet waarbij blijkt dat een stromingscoëfficiënt Cs van 0,0002 kg/s/m bij 1 Pa en een stromingsexponent n van 0.66 leiden tot een infiltratie van ongeveer 0,3 1/h. De impact van de winddruk op het infiltratievoud mag ook niet verwaarloosd worden. De winddruk op een gevel wordt gedefinieerd als het verschil tussen de lokale druk op het oppervlak en de statische druk in de ongestoorde wind op dezelfde hoogte. De relatiefactor tussen dit drukverschil en de dynamische druk van de referentie windsnelheid v0 wordt de winddrukcoëfficiënt genoemd, ofwel de Cp waarde. De winddruk kan dan met de Cp waarde worden berekend volgens de volgende formule: 𝜌

∆𝑝𝑤 = 𝐶𝑝 (𝑣0 )2

(17)

2

Met Δpw = winddruk [Pa] Cp = winddrukcoëfficiënt [-] v0 = referentie windsnelheid aan gebouwlocatie en referentiehoogte [m/s] ρ = luchtdichtheid [kg/m3] Dezelfde referentiewindsnelheid v0 aan de referentiehoogte h0 van het gebouw wordt gebruikt voor alle externe berekeningsnodes, die de winddruk op de buitenkant van het gebouw representeren. Nu kunnen aan deze nodes de winddrukcoëfficiënten (Cp-waardes) toegewezen worden voor verschillende windrichtingen. Cp-waardes refereren altijd naar een windsnelheid op een zekere hoogte waarvoor meestal de kroonlijsthoogte wordt gebruikt. Voor lage gebouwen (tot drie verdiepingen) met eenvoudige geometrie en uniforme omgeving zijn gemiddelde Cp-waardes voldoende nauwkeurig. In ASHRAE 2001 kunnen ook Cp-waardes voor hogere gebouwen gevonden worden. Tim Gavel, Hannes Oppeel

106

Figuur 96: Overgang van de windsnelheid van weerstation naar gebouwlocatie [66]

Modellering van het huidig verwarmingssysteem Het luchtverwarmingssysteem zelf is tenslotte eenvoudig gemodelleerd als een ‘Fan’, een ventilator die in verbinding staat met een ‘auxiliary node’. Deze node stelt een fictieve leiding voor waar de temperatuur en vochtigheid van de lucht vast kunnen bepaald worden. De verwarmde lucht wordt dan via de ventilator het kerkvolume ingeblazen. Het eenvoudige model wordt aangevuld met bovenstaande data waardoor een model verkregen wordt waar de infiltratie afhangt van de windrichting en –snelheid. In Figuur 96 wordt een overzicht gegeven van de opbouw van de kerk met het huidige verwarmingssysteem waarbij Type56 de gemodelleerde kerk in TRNbuild gekoppeld met TRNflow voorstelt. De data van de klimaatfile wordt verwerkt in een aantal berekeningen die de straling van de zon, de hemelkoepeltemperatuur en de relatieve vochtigheid in rekening brengen en vervolgens wordt deze geïntegreerd in het model. Een rechtstreekse link tussen het klimaatbestand en het kerkmodel brengt de data over i.v.m. de windsnelheid en –richting en de heersende atmosferische druk. Linksonderaan zijn twee bijkomende inputbestanden te zien die enerzijds het aan-en-uit zetten van het verwarmingssysteem en anderzijds de grondtemperatuur bepalen. Deze laatste is gekwantificeerd d.m.v. ISO 13370 waarbij maandgemiddelde grondtemperaturen worden gebruikt. Vervolgens is een vergelijking toegevoegd die dienst doet als thermostaat. Deze zorgt ervoor dat het verwarmingssysteem tijdig afslaat als het te warm wordt en houdt bovendien een minimumtemperatuur aan van 5°C in de koude wintermaanden, wat in de OLV-Hemelvaartkerk ook het geval is. Een andere vergelijking die in verbinding staat met het kerkmodel bepaalt het debiet van de toevoerlucht van het luchtverwarmingssysteem. Deze zet het aan-of-uit signaal van de thermostaat om in een massadebiet dat hier ook makkelijk kan gevarieerd worden.


107

Figuur 97: Structuur modellering van de kerk en het huidige systeem

Een beperking van dit model is dat de stralingswinsten door ramen enkel in rekening gebracht worden in die lagen waar daadwerkelijk de ramen terug te vinden zijn. Een tweede probleem is dat TRNFlow moeilijkheden ondervindt bij het berekenen van de luchtstromen tussen de luchtlagen omdat deze zo groot zijn. De vergelijkingen die gebruikt worden zijn gebaseerd op deze voor spleten en leidingen waardoor deze fysisch niet correct zijn voor luchtstromingen in één grote ruimte. In Figuur 98 zijn de temperaturen van de verschillende lagen uitgezet voor een gemiddelde verwarmingsdag.

Figuur 98: Gesimuleerd stratificatiepatroon in de kerk, simulatie op een tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012


108

Figuur 99: Verandering van relatieve vochtigheid in de verschillende luchtlagen door stratificatie, simulatie op een tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012

De figuur toont aan dat tijdens verwarmingsdagen de stratificatie niet juist gesimuleerd wordt. Dit is het gevolg van het feit dat in TRNSYS de lucht per berekeningsnode als perfect gemengd wordt beschouwd. Er wordt namelijk ingeblazen in de onderste laag van de kerk, waar de luchttemperatuur van die laag snel stijgt. Pas daarna wordt de luchtkoppeling met de laag erboven in rekening gebracht en zal de temperatuur van die laag ook stijgen, echter in mindere mate dan de onderste laag. Dit fenomeen wordt getoond in Figuur 98, waar de luchttemperaturen van de lagen stapsgewijs dalen naargelang de hoogte toeneemt. Dit verklaart dan ook de vreemde vorm van de relatieve vochtigheidscurve op Figuur 95. Resultaten van het uitgebreide model De resultaten van het model, uitgebreid met bovenstaande eigenschappen en effecten, worden hieronder weergegeven en vergeleken met het vereenvoudigde model. De resultaten worden over de gehele meetperiode getoond voor de luchtlaag 1.5m – 3m.

Figuur 100: Vergelijking van het temperatuursverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS-model zonder TRNFlow en het TRNSYS 17-model met TRNFlow


109

Figuur 101: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS-model zonder TRNFlow en het TRNSYS 17-model met TRNFlow

We zien dat de uitbreiding met TRNFlow niet meteen een verbetering van de simulatieresultaten tot gevolg heeft. Dit is het gevolg van het hierboven besproken probleem om de interne luchtstromingen te simuleren tussen verschillende luchtlagen in één groot volume.

Testcase Een mogelijke manier om dit probleem te omzeilen is het model niet louter op te delen in horizontale lagen, maar verder te fragmenteren in verschillende cellen, zoals ook bij de zonale modellen het geval is. Op deze manier zouden in theorie de luchtstromingen meer gedetailleerd kunnen opgevolgd worden. Om deze stelling te testen is in TRNSYS 17, waarbij de geometrie van de kerk nauwkeurig kan ingegeven worden via een plug-in met SketchUp: Trnsys3d [67], een eenvoudige case opgesteld waar een aantal kubussen aan elkaar gelinkt worden d.m.v. openingen. De verticale verbindingen worden gemodelleerd als virtuele oppervlakken zodat de drie opeengestapelde blokken als stratificatiezone kunnen geëvalueerd worden terwijl de horizontale verbindingen als volledig open, zeer grote ramen gemodelleerd zijn. In deze testcase wordt in blok 0_A ingeblazen op 21°C en wordt er afgezogen in blok 1_A (Figuur 102a).

Figuur 102: Opstelling test case(a) en verwacht luchtstromingspatroon(b)


110

Als de TRNFlow berekeningen correct verlopen zou theoretisch een luchtstroming verwacht worden die lijkt op deze beschreven in Figuur 102b. De warme lucht wordt namelijk de ruimte ingeblazen en stijgen. Die zal vervolgens afkoelen wanneer deze langs de wanden en het plafond stroomt en precies daar beginnen dalen aangezien koude lucht zwaarder is dan warme lucht. Wanneer echter de simulatie wordt uitgevoerd, worden heel verschillende resultaten verkregen. De luchttemperaturen van de verschillende blokken in de test case worden uitgezet in Figuur 103.

Figuur 103: Simulatieresultaten test case

De figuur toont dat de luchttemperatuur van het blok waar wordt ingeblazen, nl. blok 0_A, de hoogste temperatuur heeft en dat de temperatuur van de bovenliggende blokken geleidelijk daalt. Dit betekent dat TRNFlow de warme stijgende lucht niet juist simuleert aangezien de warme lucht die wordt ingeblazen in blok 0_A perfect gemengd wordt met de aanwezige koude lucht waardoor de temperatuur in de ruime stijgt maar geen 21°C bereikt. De warme lucht zal dan door de koppeling tussen beide blokken naar blok 1_A stromen en zal daar ook perfect gemengd worden met de aanwezige koude lucht zodat daar ook een temperatuurstijging plaatsvindt, maar niet zo groot als in blok 0_A. Hetzelfde gebeurt bij de koppeling naar blok 2_A. Dit patroon wordt ook gevolgd door de aangrenzende blokken maar er kan gezien worden dat hoe verder de blokken verwijderd zijn van het inblaaspunt, hoe lager de temperatuur ligt. Hieruit kunnen we twee dingen afleiden. Ten eerste merken we op dat de koppeling door openstaande ramen een grotere daling in temperatuur teweegbrengt dan de virtuele oppervlakken en dus fysisch niet te gebruiken zijn in het opdelen van een grote ruimte. Ten tweede zorgt de aanname van perfect gemengde lucht ervoor dat de temperatuurstijging door verwarming wordt uitgemiddeld naarmate de afstand van de berekeningsnode tot de warmtebron . Deze test case toont aan dat de berekeningen die uitgevoerd worden door TRNFlow niet overeen komen met de te verwachten stromingspatronen. Hieruit kan geconcludeerd worden dat het simulatie pakket TRNSYS gekoppeld met TRNFlow nog niet geschikt is om het correct modelleren en evalueren van thermische stratificatie bij het verwarmen van de kerk.


111

TRNSYS 17 Opbouw van het model De nieuwe TRNSYS 17 biedt een aantal opties die in TRNSYS 16 niet mogelijk zijn. De mogelijkheid om de geometrie nauwkeurig in te geven via de nieuwe plug-in zorgt ervoor dat de verschillende virtuele lagen toch de stralingswinsten van de andere lagen ontvangen wat fysisch correct is in een grote ruimte. De voorwaarde om deze stralingswinsten in rekening te kunnen brengen is dat de geometrie van het volume convex is, m.a.w. dat alle oppervlakken elkaar kunnen ’zien’, zodat het mogelijk wordt een zicht factor matrix op te stellen die dan in de simulatie gebruikt wordt.

Figuur 104: convex en concaaf volume [67]

Deze beperking zorgt ervoor dat de geometrie van de kerk vereenvoudigd moet worden om aan de voorwaarde te voldoen. Deze vereenvoudiging houdt in dat de transepten van de kerk verwijderd worden en vervangen worden door beschaduwingsobjecten zoals getoond op Figuur 105. Dit heeft als gevolg dat het intern volume van de kerk convex blijft en bovendien evenveel zonlicht binnenvalt als met de transepten.

Figuur 105: 3D model van kerk met de Trnsys3D plug-in

De aard van de grens tussen de beschaduwingsobjecten (de paarse volumes) en het kerkvolume wordt bepaald door middel van de warmteverliescoëfficiënten van het nieuwe model gelijk te stellen aan deze bepaald in het eenvoudige model. Op deze manier kan er bepaald worden hoe groot het Tim Gavel, Hannes Oppeel

112

raam moet zijn in de muur tussen het kerkvolume en de transepten bij het nieuwe model om dezelfde warmteverliezen en gelijkaardige zon inval te verkrijgen als in de realiteit. Een andere beperking is dat het in TRNSYS 17 niet mogelijk is om interne wanden toe te voegen waardoor een andere manier moet gezocht worden om de thermische massa van de kolommen in de kerk in rekening te brengen. Hiervoor wordt in de TRNSYS Simulation Studio gebruik gemaakt van een tool genaamd: Thermal storage wall. Een Thermal storage wall is niets minder dan een hoge capaciteit zonnecollector, direct gekoppeld met de ruimte. Geabsorbeerde zonnestraling bereikt de kamer door één van de volgende twee paden: geleiding door de muur en convectie door spleten. Het eerste pad houdt in dat vanaf de binnenkant van de muur de energie door convectie en straling naar de kamer getransporteerd wordt. Het tweede pad is convectie van het warme buitenmuuroppervlak naar lucht dat doorheen spleten in de muur de kamer binnendringt. De lucht wordt opgewarmd en vloeit dan de kamer binnen. De tool is in principe enkel bruikbaar voor buitenmuren, maar in het model wordt deze zodanig gedefinieerd dat de zuilen de zonnestralen die binnenvallen door de ramen absorberen en dat de temperatuur in het materiaal zich bovendien ook aanpast aan de binnentemperatuur. Op deze manier verkrijgen we een kleine vertraging van de temperatuurfluctuaties in de kerk waardoor het klimaat uitgemiddeld wordt. De figuur toont ook de verschillende lagen waaruit de kerk is opgebouwd om temperatuurverschillen in de hoogte te kunnen evalueren. Dit model laat bovendien toe om gedetailleerde comfortsimulaties uit te voeren naargelang de positie van de gebruikers in de kerk doordat er rekening gehouden wordt met de straling van de koude, dikke muren. Een nadeel van deze graad van detail is dat de berekeningsduur van de simulaties gevoelig hoger ligt (factor 3 en meer). De simulatieresultaten voor temperatuur en relatieve vochtigheid zijn uitgezet in Figuur 106 en Figuur 107.

Figuur 106: Simulatieresultaten voor de temperatuur met gedetailleerd stralingsmodel


113

Figuur 107: Simulatieresultaten voor de relatieve vochtigheid met gedetailleerd stralingsmodel

De vereenvoudiging van de geometrie heeft een vrij grote impact op de simulatieresultaten. De temperatuurcurve volgt relatief goed de curve van de gemeten temperatuurwaardes maar de vochtigheidscurve toont grote verschillen met de gemeten relatieve vochtigheid in de kerk. Dit kan verklaard worden aan de hand van de moeilijkheid voor TRNFlow om de koppeling tussen de verschillende lagen juist te evalueren. In deze simulaties wordt namelijk enkel de luchtlaag onderzocht waar effectief gebruikers zullen vertoeven. Het is mogelijk dat het vocht de kerk binnendringt in hoger gelegen lagen waarna een menging van het vocht over de verschillende lagen plaatsvindt, waardoor in principe een uitmiddeling van de vochtigheidsgraad zou moeten verkregen worden. In de simulaties wordt deze menging niet goed uitgevoerd waardoor grotere vochtigheidspieken verkregen worden. De vochtigheidscurve mag dan niet volledig overeenkomen met de gemeten waarden, maar dit betekent niet dat dit model niet nuttig kan zijn. De simulatiecurve heeft bij benadering wel een zeer gelijkaardige vorm als de meetdata, dus het verloop van de simulatieresultaten is wel mogelijk. Hierdoor behoort een schatting van de vochtigheidsgraad van het binnenklimaat van de kerk nog steeds tot de mogelijkheden. Comfortberekeningen Het model heeft moeilijkheden met het juist evalueren van vochttransport maar het is wel mogelijk om het thermisch comfort van de gebruikers te bepalen op elke plaats in de kerk. Hiervoor worden in de kerk een aantal comfortberekeningsnodes toegevoegd om na te gaan welke locatie in de kerk het minst comfortabel is voor de gebruikers. Deze nodes berekenen het Percent People Dissatisfied (PPD) waarbij wordt uitgegaan van een aantal randvoorwaarden. Allereerst wordt een clothing factor gedefinieerd dewelke in rekening brengt hoe warm de gebruikers gekleed zijn. Een clothing factor van 1,5 wordt vooropgesteld, wat overeenkomt met een warm gekleed persoon zonder jas. Verder wordt een metabolic rate toegevoegd die de warmteproductie representeert afhankelijk van de mate van activiteit van de gebruiker. Zoals beschreven in de literatuurstudie zal een doorsnee kerkganger ontspannen neerzitten waarbij een waarde van 60 (W/m²) ofwel 1.0 (met) wordt aangenomen. Vervolgens moet ook de luchtsnelheid gedefinieerd worden. De luchtsnelheid in een ruimte beïnvloedt de convectieve warmte-uitwisseling tussen een persoon en de omgeving. Dit beïnvloedt het algemene thermische comfort van het lichaam, uitgedrukt door de PPD index, en resulteert in lokaal discomfort door het ontstaan van tocht. Er is geen minimum luchtsnelheid die noodzakelijk is voor thermisch comfort Tim Gavel, Hannes Oppeel

114

maar een verhoogde luchtsnelheid kan echter zorgen dat het warmtegevoel, gegenereerd door verhoogde temperaturen, teniet gedaan wordt. In de norm EN ISO 7730 wordt een maximum waarde van 0,82 m/s vooropgesteld voor zittende personen in de zomer, uit de literatuurstudie volgt dat lagere waardes gewenst zijn omdat de gebruikers van de kerk hier zullen geconfronteerd worden met de koude temperaturen die heersen in een niet geïsoleerde kerk. Er zal uitgegaan worden van 0,1 m/s om tocht te beperken. Aan de hand van bovenstaande randvoorwaarden kan nu op verschillende plaatsen in de kerk (zie Figuur 108) de graad van comfort van de gebruikers bepaald worden. In Figuur 109 wordt het PPD uitgezet per berekeningsnode voor een gemiddelde verwarmingsdag.

Figuur 108: Locatie van de nodes waar PPD berekend is

Figuur 109: Comfortberekeningsnodes met bijhorende PPD per node, simulatie op 11 maart 2012

Het verschil in thermisch comfort per locatie is miniem bij het huidige luchtverwarmingssysteem. Deze resultaten zijn te verwachten omdat TRNSYS de lucht per luchtlaag als perfect gemengd beschouwt, zodat enkel de straling van de muren lokale variaties kunnen teweegbrengen. Als de situatie vergeleken wordt met die van in Figuur 65 valt het op dat dit niet overeenkomt met de werkelijke situatie. TRNYS geeft een idealer beeld van de verdeling van de temperatuur, maar dit Tim Gavel, Hannes Oppeel

115

model laat wel toe een rudimentair beeld te vormen van de lokale stralingsverschijnselen. We kunnen echter verschillen verwachten als de kerk plaatselijk verwarmd wordt met een vloerverwarmingssysteem.

Conclusies Er is een model gemaakt is dat nuttig kan zijn bij het evalueren van het binnenklimaat in de kerk met het oog op vochtproblemen op lange termijn, maar het blijft echter een zeer ruw model. Hoewel de hygrische eigenschappen van de muren en de bufferwerking van het interieur in zekere mate in rekening worden gebracht, alsook de invloed van wind en luchtdruk op het infiltratievoud van de kerk, zijn deze effecten toch sterk vereenvoudigd in het model. Bovendien kan het model geen stratificatie tijdens verwarmingsdagen simuleren en kunnen geen sluitende conclusies gevormd worden betreffende schadegevallen ten gevolge van temperatuurverschillen in de hoogte. Ook de invloed van natgeregende muren op de relatieve vochtigheid van het binnenklimaat blijkt niet nauwkeurig weergegeven te kunnen worden. Het kan echter wel een goed beeld geven van energetische prestaties van verschillende systemen en kan op een vrij gedetailleerde manier het thermische comfort bepalen van de gebruikers naargelang hun locatie in de kerk. Deze mogelijkheid kan het model nuttig maken in het evalueren van lokale verschijnselen op lange termijn, maar voor gedetailleerde studies betreffende vochtproblemen zal het noodzakelijk zijn om over te stappen naar een meer nauwkeurig model op korte termijn zoals CFD. Bovendien is de nieuwe mogelijkheid om de geometrie nauwkeurig te bepalen in het model zeer arbeidsintensief en vooral zeer gevoelig voor fouten bij het invoeren van de gegevens. Toch kan het afgewerkte en gevalideerde model nuttig blijken in de hierna volgende simulaties van verwarmingssystemen en regelingen.

Verwarmingssystemen De systemen die gesimuleerd zullen worden zijn zodanig geselecteerd om een beeld te geven van de mogelijkheden van het model om lokale stralingsverschijnselen (zoals bij vloerverwarming) weer te geven, maar ook om aan te tonen dat verschillende systemen, zij het vereenvoudigd, kunnen gemodelleerd worden om hun energetische en conserveringsprestaties op voorhand te evalueren. Het bovenstaande model is vooral nuttig om prestaties van systemen te evalueren op lange termijn. Naast de impact op de relatieve vochtigheid in de kerk op lange termijn, zal per systeem een uitspraak gedaan worden over de prestaties op vlak van thermisch comfort tijdens misvieringen.

Goed gedistribueerd luchtinblaassysteem Beschrijving van het systeem Om genoeg inblaaspunten te creëren, zijn er twee types van luchtinblaassystemen. De eerste is wanneer lucht op een centrale plaats wordt opgewarmd en via luchtkanalen wordt gedistribueerd over verschillende inblaaspunten. Het andere type is het Mahrcalorsysteem; hierbij worden verschillende warmtestations of convectoren in de kerk geplaatst waarbij op elke plaats de lucht afzonderlijk wordt opgewarmd. Deze systemen hebben vele voordelen t.o.v. het huidige systeem waarbij slechts op één plaats ingeblazen wordt. De goed gedistribueerde luchtverwarmingssystemen zorgen voor een goede verdeling van de lucht zodat de kerk uniformer opwarmt en dus de kans op schade ten gevolge van belangrijke temperatuurverschillen meer beperkt kan worden. Bovendien bieden deze systemen een beter thermisch comfort voor de gebruikers aangezien de warmte nu over de hele gebruikerszone (de middenbeuk en het koor) verdeeld wordt. Tim Gavel, Hannes Oppeel

116

Het Mahrcalorsysteem maakt gebruik van verschillende warmtestations die koude lucht aanzuigen en warme lucht uitblazen aan ongeveer 60°C, maar doordat de in- en uitblaasrooster naast elkaar liggen, worden beide luchtstromen direct met elkaar gemengd zodat, afhankelijk van de regeling, de inblaastemperatuur ongeveer 20°C bereikt. Door deze menging wordt de inblaastemperatuur plaatselijk bijgeregeld: hoe kouder de binnenlucht is, hoe lager de inblaastemperatuur na de menging. Op deze manier wordt de stratificatie in positieve zin beïnvloed. De lucht wordt opgewarmd door verwarmingswater op het regime 75/50°C. Per warmtestation wordt een luchtfilter voorzien die eenvoudig bereikbaar is voor onderhoud.

Figuur 110: Werkingsprincipe van het Mahrcalor warmtestation

Ten opzichte van het verdelen van de warmte met verdeelkanalen heeft het Mahrcalor systeem verschillende voordelen. Om te beginnen moet er veel minder worden uitgegraven voor het Mahrcalorsysteem dan voor luchtkanalen. Voor de stations moeten putten gemaakt worden die slechts iets groter zijn dan het warmtestation zelf (circa 1m x 2m en 1m hoog) en de sleuven voor de water- en elektrische leidingen beperken zich tot één tegelbreedte. Verder is er ook geen fundering nodig om het warmtestation te dragen; een stabilisatielaag van 10cm is al voldoende. De warmtestations zijn zeer geluidsarm; dit wordt bereikt door dempersystemen en slijtvaste isolatie. Hierdoor kan de verwarming ook opgezet worden tijdens orgelconcerten en misvieringen. Om het systeem met luchtkanalen geluidsarm te doen werken, moet gelet worden dat de maximale luchtsnelheid in de kanalen niet wordt overschreden, wat tot erg grote secties kan leiden voor de luchtkanalen en grote plaatsingskosten tot gevolg heeft. Het voordeel van waterleidingen ten opzichte van luchtkanalen is enerzijds zoals aangehaald de sectie voor het uitgraven; anderzijds is het veel eenvoudiger en goedkoper om waterleidingen thermisch te isoleren zodat er geen warmte verloren gaat bij het transport.


117

Het bedrijf biedt naast de warmtestations ook een regeltechniek aan om de verwarming zo economisch en interieurvriendelijk mogelijk te laten werken. Zo kunnen de vieringen op voorhand ingegeven worden opdat de kerk automatisch opgewarmd wordt. Standaard gebeurt de opwarming van de kerk aan 1°C per uur zodat het interieur tijd krijgt om zich aan te passen. Op 11 april 2012 vond een bezoek van de kerk plaats met Edgard Kniebs, de Belgische vertegenwoordiger van het Mahrcalorsysteem, om een idee te krijgen hoe het systeem voor deze kerk gedimensioneerd zou worden. Tabel 20 toont de aanbevelingen die voldoende zouden zijn om de kerk te verwarmen. Type Verwarmingsvermogen max bij 12°C Max luchtopbrengst Aantal stations Geschatte prijs per station1 1

SC 43 32,7 kW 2500 m³/h 7à8 6000 à 7000 €

Prijs per station exclusief plaatsingskosten en water- en elektrische leidingen

Tabel 20: Gegevens van de mogelijke Mahrcalor-installatie in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet

Vanwege de voordelen van het Mahrcalorsysteem ten opzichte van distributie met luchtkanalen wordt met deze gegevens het goed gedistribueerd inblaassysteem gesimuleerd. Modellering in TRNSYS Het TRNSYS model laat niet toe om de specifieke locatie van de verschillende invoerroosters te definiëren aangezien de lucht als perfect gemengd wordt beschouwd. Dit heeft als gevolg dat het niet nuttig is om comfortanalyses uit te voeren naargelang de locatie van de kerkgebruikers omdat er geen verschil zal zijn in luchttemperatuur en er geen uitgesproken stralingsbronnen aanwezig zijn. Het is echter wel mogelijk om het rendement en de impact van de aangepaste regeling van het Mahrcalorsysteem te testen. Deze regeling is namelijk gebaseerd op een langzame verwarming van de kerkruimte waarbij de snelheid van opwarming ongeveer 1°C per uur bedraagt. Dit zorgt ervoor dat over de hele kerk zo goed als geen stratificatie optreedt en de temperatuurfluctuaties tot een minimum beperkt worden, zodat het interieur van de kerk geen schade kan oplopen ten gevolge van korte temperatuur- of relatieve vochtigheidsfluctuaties. De regeling houdt bovendien rekening met de binnentemperatuur van de kerk om te bepalen wanneer de verwarming moet ingeschakeld worden om de gewenste temperatuur te bereiken op een bepaald tijdstip (Figuur 111).


118

Figuur 111: Mahrcalor regelingstechniek

De regeling wordt in TRNSYS gemodelleerd d.m.v. een zogenaamde Iterative Feedback Controller. Deze controller berekent het controlesignaal (u) dat nodig is om een gecontroleerde variabele (y) op een bepaalde waarde (yset) te houden. Het gebruikt TRNSYS iteraties om deze waarde nauwkeurig te berekenen. Deze controller kan nu gebruikt worden om een echte thermostatische regeling te modelleren dat zijn controlesignaal voortdurend aanpast. De controller heeft bovendien een aan-ofuitsignaal en er kunnen begrenzingen voor het controlesignaal gedefinieerd worden. Zo wordt dan een aan-of-uitsignaal gemodelleerd door middel van vergelijkingen die zowel de huidige binnentemperatuur als een databestand, dat weergeeft wanneer het systeem wordt aangezet, als input hebben. Op deze manier zal het systeem enkel in werking treden als het wordt aangezet en zal het bovendien afslaan als de binnentemperatuur een bepaalde waarde bereikt. Deze regeling kan enkel geloofwaardige resultaten voortbrengen als rekening gehouden wordt met de perfect gemengde lucht die gebruikt wordt in de berekeningen van TRNSYS. De aanname van perfect gemengde lucht in het model benadert slechts de situatie in de kerk als de inblaasroosters van het Mahrcalorsysteem zodanig opgesteld zijn dat er kan uitgegaan worden van een zeer goede verdeling van de lucht, zodat de simulaties dicht aanleunen bij de realiteit. In de simulaties wordt gestreefd naar een minimumgraad van stratificatie, met andere woorden een zo klein mogelijk Archimedesgetal Vervolgens wordt de regeling uitgebreid met een controller die ervoor zorgt dat het binnenklimaat in de kerk met maximaal 1°C per uur opwarmt. Dit wordt bereikt door een Input Value Recall in te voegen die de gemeten temperaturen gedurende een uur opslaat en vervolgens de laatste gemeten temperatuur te vermeerderen met 1. Het resultaat wordt als input gebruikt voor de bepaalde waarde (yset) zodat het controlesignaal ervoor zal zorgen dat het systeem afslaat zodra de temperatuur sneller stijgt dan 1°C/h. Een overzicht van de regeling wordt gegeven in Figuur 112 Tim Gavel, Hannes Oppeel

119

waarbij Type56 opnieuw de kerk representeert die opgebouwd is in TRNbuild, Type 93 de Input Value Recall is die de regeling voor trage opwarming voorstelt en Type 22 de Iterative Feedback Controller die dienst doet als thermostaat. Het icoon ‘REGELING’ bepaalt wanneer het systeem handmatig door de gebruikers wordt ingeschakeld, namelijk een bepaalde tijd voor de start van de misvieringen.

Figuur 112: Structuur gemodelleerde Mahrcalor-regeling

Er worden bijgevolg verschillende opstellingen gemaakt waarbij de inblaastemperatuur en de inblaassnelheid variëren om een zo klein mogelijk Archimedesgetal te verkrijgen. Ook het energieverbruik wordt geëvalueerd: hiervoor zal de impact van het aantal stations (7 of 8 stations) bekeken worden rekening houdend met de maximale luchtsnelheid van 2 m/s en het thermisch comfort van de gebruikers. De resultaten worden ten slotte vergeleken met de comfort- en conservatie eisen die samengevat worden in Tabel 21.

Binnenluchttemperatuur Korte tijd fluctuatie RV Verwarmingssnelheid Luchtsnelheid binnenlucht Temperatuurstratificatie Temperatuursverschil binnenlucht – inblaaslucht Lucht inblaassnelheid 1

Richtlijnen warmeluchtverwarming Symbool Eenheid Onderwaarde θi °C 15 ΔRV % Δ°C/Δt °C/h u m/s Δθ/Δh °C/m Δθmax °C ∆θ0

°C

u0

m/s

Bovenwaarde 20 10 1 0.15 0.1 21 25

Ar < 0.05

2

Over de hoogte van de kerk Tabel 21: Aanbevelingen voor conservatie van monumentale kerken en hun interieur in het geval van luchtverwarming [1]


120

Resultaten Het Archimedesgetal hangt onder meer af van de inblaassnelheid en –temperatuur waarbij de stratificatie beperkt wordt als de snelheid wordt verhoogt en de temperatuur verlaagt. Als eerste opstelling wordt de gemiddelde inblaastemperatuur van 20°C van het Mahrcalorsyteem behouden en wordt de inblaassnelheid verhoogt tot de maximum snelheid van 2 m/s wat resulteert in een totaal debiet van 50400 m³/h voor 7 stations en 57600 m³/h voor 8 stations. In Figuur 113 worden de simulatieresultaten gedurende een verwarmingsdag en de dag ervoor uitgezet voor zowel 7 als 8 stations. Hierbij is gekozen voor een gemiddelde verwarmingsdag waarvan metingen beschikbaar zijn van de stratificatie tijdens het gebruik van het huidige luchtverwarmingssysteem, namelijk 11 maart.

Figuur 113: Luchttemperatuur en relatieve vochtigheid voor 7 en 8 stations met inblaastemperatuur van 20°C, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012

De figuur toont dat de curve van de temperatuurstijging sterk gekarteld verloopt. Dit wijst erop dat de inblaastemperatuur van 20°C te hoog is, aangezien de regeling ervoor zorgt dat het systeem vrij veel afslaat om de snelle stijgingen te compenseren. De hoge pieken zijn eveneens een gevolg van een vrij grote tijdsinterval van 10 minuten dat in de simulaties gebruikt wordt, waardoor de regeling zich slechts om de 10 minuten kan aanpassen aan het gemeten binnenklimaat. Verder worden waardes bekomen tussen 0,1 en 0,2 voor het Archimedesgetal terwijl in de eisen een waarde kleiner dan 0,05 wordt vooropgesteld. Hieruit kan er afgeleid worden dat de inblaastemperatuur voor deze opstelling te hoog is. Het blijkt ook dat het verschil tussen 7 en 8 stations een minieme impact heeft op de temperatuur en de relatieve vochtigheid in de kerk. Daarom zal in verdere simulaties uitgegaan worden van 7 stations om het energieverbruik te beperken. Vervolgens wordt een systeem gesimuleerd dat nog steeds werkt aan de maximum inblaassnelheid maar waarbij de inblaastemperatuur wordt verlaagd tot 18°C en 16°C, zodat lagere waardes voor het Archimedesgetal te verwachten zijn. Figuur 114 en Figuur 115 tonen de resultaten voor 7 stations.


121

Figuur 114: Temperatuurverloop bij verschillende temperaturen van de inblaaslucht, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten van 11 maart 2012

Figuur 115: Relatieve vochtigheidsverloop bij verschillende temperaturen van de inblaaslucht, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten van 11 maart 2012

Men kan zien dat bij een inblaastemperatuur van 18°C de luchttemperatuur geleidelijker stijgt tot de ingestelde comforttemperatuur van 15°C. Het Archimedesgetal varieert echter nog steeds tussen de 0,1 en 0,15 , met andere woorden er is nog een zekere graad van stratificatie hoewel deze al vrij beperkt is. Om nog lagere waardes van het Archimedesgetal te bekomen wordt gebruik gemaakt van een inblaastemperatuur van 16°C. Figuur 114 toont dat de temperatuurstijging voor deze inblaastemperatuur zeer geleidelijk verloopt. Bovendien worden voor deze opstelling waardes verkregen van 0,05 tot 0,1 voor het Archimedesgetal, wat dus dichtbij de optimale waarde aanleunt. Deze opstelling heeft echter moeite om de luchttemperatuur in de kerk tot de gevraagde 15°C te brengen. Op koudere dagen zal deze variant bijgevolg niet voldoen en daarom wordt gekozen om de inblaastemperatuur op 18°C te houden. Verder valt op te merken dat de relatieve vochtigheid in de kerk tijdens de misviering vrij grote korte tijd fluctuaties ondervindt. Deze fluctuaties bereiken waardes van ongeveer 30% over een interval van 5 uren en ongeveer 10% over een interval van 1 uur. Volgens de conservatie-eisen is een variatie in RH van 10% het maximum, de luchtverwarmingssystemen die hier getest zijn blijken nipt te voldoen aan deze eis.


122

In alle bovenstaande simulaties is uitgegaan van de minimum comforttemperatuur van 15°C. Dit blijkt niet voldoende te zijn voor het thermisch comfort van de gebruikers. Uit de simulaties volgt namelijk dat dit resulteert in een PPD van 40 tot 60% tijdens een misviering (Figuur 116).

Figuur 116: PPD gedurende een misviering met inblaastemperatuur van 18°C met clothing factor 1,5 en 2,0

Dit kan het gevolg zijn van een te lage comforttemperatuur of een te lage clothing factor. Daarom wordt in Figuur 116 ook de impact geëvalueerd van een verhoging van de clothing factor tot 2,0, wat komt overeenkomt met een warm gekleed persoon met een jas. Dit valt te verantwoorden aangezien de bezoekers van een kerk over het algemeen vrij warm gekleed zijn en hun jas aanhouden door hun verwachtingen van de temperatuur in de kerk. De PPD tijdens een viering is nu verlaagd tot waardes tussen 15 en 20%, waaruit geconcludeerd kan worden dat het thermisch comfort voldoende groot is. Een andere mogelijkheid om deze graad van thermisch comfort te bereiken is de comforttemperatuur verhogen, maar dit is nadeliger voor het energieverbruik. Bovendien bereiken op deze manier de fluctuaties van temperatuur en relatieve vochtigheid grotere waardes wat niet strookt met de conservatie-eisen. Conclusies Luchtverwarmingssystemen gaan meestal gepaard met een hoge graad van stratificatie, dat kan leiden tot schade door temperatuurfluctuaties. Daarom wordt een regeling voorgesteld die het Archimedesgetal doet dalen door onder andere de inblaassnelheid te verhogen tot een maximum van 2m/s en de inblaastemperatuur te verlagen tot 18°C. Deze regeling zorgt voor Archimedesgetallen tussen 0,10 en 0,15 en is bovendien energiezuiniger door de lage inblaastemperatuur. Het blijkt echter dat een aanvaardbaar thermisch comfort pas kan bereikt worden als de gebruikers zich warm kleden. Bovendien blijkt het verwarmen van de kerk met luchtverwarmingssystemen te resulteren in vrij grote korte termijnfluctuaties in relatieve vochtigheid, wat niet optimaal is voor het conserveren van het monumentale kerkinterieur. Deze fluctuaties kunnen echter ook toegeschreven worden aan een beperking in het model. Er is slechts meetdata beschikbaar om de 10 minuten zodat bijgevolg de tijdstap die gehanteerd wordt in de simulaties hieraan gelijk gesteld is. Hierdoor kan de regeling zich slechts om de 10 minuten aanpassen aan de heersende binnentemperatuur zodat niet echt een geleidelijke opwarming bereikt wordt en dus ook pieken en dalen ontstaan in de relatieve vochtigheid van het binnenklimaat. Tim Gavel, Hannes Oppeel

123

Vloerverwarming Beschrijving van het systeem Ten gevolge van het succesvol integreren van vloerverwarmingssystemen in moderne kerkgebouwen met een goede isolatiegraad, worden deze systemen ook toegepast in het verwarmen van monumentale kerken. De omstandigheden in monumentale kerken zijn echter helemaal anders dan in moderne gebouwen. De muren, gewelven en vloeren zijn over het algemeen niet geïsoleerd en de hoogtes van de ruimtes zijn vaak een stuk groter. Bovendien is het vloeroppervlak relatief klein in vergelijking met de warmteverliesoppervlakte van de muren en gewelven. Daarom is de warmtecapaciteit vaak niet voldoende om de kerk te verwarmen waardoor gewoonlijk de vloertemperatuur verhoogd zal worden zo een redelijke graad van thermisch comfort te verkrijgen. Dit kan leiden tot overdreven luchtstromen, versneld door het koelen van lucht nabij koude oppervlakken zoals plafonds, muren en glas in lood ramen met grote hoogtes. Hierdoor wordt vaak een omgekeerd effect bereikt: door de verhoogde luchtsnelheden wordt de totale graad van thermisch comfort verlaagd en worden in de meeste gevallen klachten verkregen gerelateerd met tocht. Bovendien bestaan de monumentale vloeren in de meeste gevallen uit zeer dikke stenen tegels waaronder de leidingen van het systeem geplaatst worden op een isolatielaag. Het resultaat is een zeer inert thermisch systeem met hoge opwarmingstijden. Deze traagheid van opwarmen heeft echter wel het voordeel dat de fluctuaties in temperatuur en relatieve vochtigheid beperkt worden, waardoor er minder kans is op schade ten gevolge van temperatuurverschillen. Dit systeem zal bovendien ook een belangrijke stralingsbron bevatten, waardoor de comfortanalyse naargelang de locatie in de kerk kan getest en geëvalueerd worden. Modellering in TRNSYS Wanneer de kerk verwarmd wordt met een vloerverwarmingssysteem, kan de maximum oppervlaktetemperatuur van de vloer gebaseerd worden op twee aannames: gegenereerde luchtstromingen en thermisch voetcomfort. Het verschil tussen de oppervlaktetemperatuur van de vloer en luchttemperatuur kan leiden tot opmerkelijke luchtstromingen wat op zijn beurt kan leiden tot thermisch discomfort en vervuiling door kaarsroet en stof. In dit geval is het moeilijk om een regeling te concipiëren die rekening houdt met luchtstromingen of –snelheden. Een regeling gebaseerd op de bovenvermelde temperatuurverschillen, of op een maximum luchttemperatuur toegelaten bij winteromstandigheden kan wel overwogen worden. Voor comfortredenen nabij de voeten moeten de oppervlaktetemperaturen van de vloer beperkt worden tot een maximum van 29°C [68]. De toelaatbare ondergrens voor de oppervlaktetemperaturen hangt af van contacttemperatuur aan de voeten en kan verbeterd worden door het vloermateriaal. Voor stenen vloeren is deze temperatuur ongeveer 24°C. Om dit systeem te simuleren is het dus aangeraden om het gedetailleerde stralingsmodel te gebruiken aangezien de graad van thermisch comfort een combinatie zal zijn van lucht- en stralingstemperatuur. Er zullen twee verschillende opstellingen geëvalueerd worden, namelijk enerzijds een vloerverwarmingssysteem over de hele oppervlakte van de kerkvloer en anderzijds een lokaal systeem die enkel de zone waar de bezoekers zitten en het koor verwarmt.


124

Binnenluchttemperatuur Primaire temperatuur Korte tijd fluctuatie RV Luchtsnelheid binnenlucht Vloer contacttemperatuur 1

Richtlijnen vloerverwarming Symbool Eenheid Onderwaarde θi °C 15 θprimair °C 5 ΔRV % u m/s θvloer °C

Bovenwaarde 20 10 10 0.15 25…281

Begrensd om te grote luchtstromingen te vermijden Tabel 22: Aanbevelingen voor conservatie van monumentale kerken en hun interieur in het geval van vloerverwarming [1]

In TRNSYS is er een mogelijkheid om vloerverwarming te modelleren d.m.v. het introduceren van een zogenaamde actieve laag in het vloerpakket. De laag wordt ‘actief’ genoemd omdat het met vloeistof gevulde leidingen bevat die warmte toevoegen aan het oppervlak (Figuur 117).

Figuur 117: Constructieonderdeel met een actieve laag voor vloerverwarming [69]

Hier kan het massadebiet alsook de toevoertemperatuur worden ingesteld zodat het mogelijk wordt om verschillende regimes te simuleren, rekening houdend met de snelheid van opwarming en de maximum oppervlaktetemperatuur van de vloer. Net zoals bij het luchtverwarmingssysteem zal hier uitgegaan worden van een regeling die ervoor zorgt dat de kerk slechts 1°C per uur opwarmt zodat de temperatuurfluctuaties en de stratificatie beperkt blijven. Deze regeling zal dus sterk afhankelijk zijn van het gebruikte debiet in het vloerverwarmingssysteem. Daarom zullen dan ook verschillende regimes gesimuleerd worden zodat de snelheid van opwarming, de oppervlaktetemperatuur van de vloer en het thermisch comfort van de gebruikers kunnen geëvalueerd worden, waarbij ook hier wordt uitgegaan van een clothing factor van 1,5. Bijkomend wordt er ook gekeken naar het energieverbruik per regime. Een overzicht van de modellering wordt gegeven in Figuur 118. Het model van de regeling verschilt niet veel van deze van het luchtverwarmingssysteem behalve dat het debiet dat gebruikt wordt een waterdebiet is en geen luchtdebiet. Dit debiet wordt bepaald aan de hand van voorbereidende simulaties van het gekozen regime waarbij het debiet dan zodanig wordt aangepast zodat de temperatuur van het terugkerende water in de leidingen gelijk is aan de retourtemperatuur van het regime. Zo blijkt bijvoorbeeld voor het regime 40/37 het waterdebiet gelijk te zijn aan 25 000 kg/uur om een retourtemperatuur van 37°C te bereiken. Tim Gavel, Hannes Oppeel

125

Figuur 118: Structuur van de gemodelleerde vloerverwarming

Resultaten Als eerste wordt het vloerverwarmingssysteem over de hele kerkvloeroppervlakte geëvalueerd. Er worden 3 regimes gesimuleerd, namelijk 50/45, 40/37 en 35/33. Deze regimes zijn gekozen uit de Technische Voorlichting 181 van het WTCB voor vereenvoudigde berekening van een vloerverwarmingssysteem, omdat deze vaak gebruikt worden en hierbij uitgegaan wordt van een middelmatige tot lage watertemperatuur, wat zal bijdragen tot een optimaal energiegebruik en een trage opwarmingssnelheid. Bij alle simulaties wordt er verwarmd tot een minimum vloeroppervlaktetemperatuur van 24°C. Op Figuur 119 en Figuur 120 worden de simulatieresultaten voor luchttemperatuur en relatieve vochtigheid van de verschillende regimes voor een dag met een misviering weergegeven. Zoals bij de simulaties voor luchtverwarming is hier ook gekozen voor een gemiddelde verwarmingsdag waarvan er stratificatiemetingen beschikbaar zijn, namelijk 11 maart. Dit maakt het mogelijk om plausibele hypotheses betreffende de thermische stratificatie op te stellen.


126

Figuur 119: Verloop luchttemperatuur tijdens verwarmen met regime 50/45, 40/37 en 35/33, simulatie op 11 maart 2012

Figuur 120: Verloop relatieve vochtigheid tijdens verwarmen met regime 50/45, 40/37 en 35/33, simulatie op 11 maart 2012

Op het temperatuursverloop is te zien dat de temperatuur met regime 50/45 geleidelijk stijgt met ongeveer 1°C/h met de aangepaste regeling. Dit is bijgevolg een voordelig systeem voor de conservatie-eisen aangezien de fluctuaties en de stratificatie op deze manier beperkt worden. De vloertemperatuur bereikt echter waardes hoger dan 28°C wat tot thermisch discomfort kan leiden. Het is dus aangeraden om een systeem met een lager regime te kiezen om de oppervlaktetemperatuur te beperken. De resultaten tonen aan dat regime 40/37 de kerk eveneens geleidelijk opwarmt aan 1°C/h en bovendien blijft hier de vloeroppervlaktetemperatuur tussen de 24°C en 28°C. Er kan gesteld worden dat dit een vrij goed systeem is, zowel voor thermisch comfort als voor de conservatie van het interieur. Ook is te zien dat bij dit regime de kerk na het verwarmen veel minder snel afkoelt doordat de stenen vloer de warmte langer vasthoudt. Dit zorgt ervoor dat de fluctuaties in temperatuur en RH gespreid worden over een langere periode waardoor de kans op schade beperkt wordt. De korte termijnfluctuaties van de relatieve vochtigheid zijn gevoelig verminderd in vergelijking met het luchtverwarmingssysteem aangezien deze laatste waardes bereikt van meer dan 30% over enkele uren terwijl de fluctuaties bij het vloerverwarmingssysteem beperkt blijven tot ongeveer 15% over een interval van 5uur. Dit systeem vereist dat de verwarming om ongeveer 12u ’s nachts in werking treedt om de gewenste temperaturen te behalen. Tenslotte wordt Tim Gavel, Hannes Oppeel

127

ook regime 35/33 geëvalueerd waarbij het systeem ook zeer vroeg in werking moet treden, ongeveer een halve dag op voorhand, om een oppervlaktetemperatuur van 24°C te behalen. Bovendien geraakt de luchttemperatuur niet aan de comforttemperatuur van 15°C waaruit geconcludeerd kan worden dat dit systeem niet voldoet. Uit de simulatieresultaten volgt verder dat regime 35/33 het meest energiezuinige is van de 3 gesimuleerde gevallen. Dit regime geeft namelijk geleidelijk warmte af aan de kerk waardoor het maximum benodigd vermogen in dit geval beperkt blijft tot ongeveer 88,9kW terwijl regimes 40/37 en 50/45 respectievelijk vermogens vereisen van 110,3kW en 151,4kW.

Figuur 121: De vloertemperatuur bij verschillende regimes

De conservatie eisen en het energieverbruik zijn van een zeker belang bij het verantwoord verwarmen van kerken, net als het thermisch comfort van de gebruikers. Om het thermisch comfort te evalueren wordt het PPD bepaald op de hierboven bepaalde locaties in de kerk. Er worden hier minieme verschillen verwacht aangezien in dit geval het gehele kerkvloeroppervlak verwarmd wordt. Daarom worden in Figuur 122 gemiddelde waardes van het berekende PPD per regime weergegeven.

Figuur 122: PPD op bepaalde locaties in de kerk voor regime 35/33, 40/37 en 50/45

Uit de figuur kan geconcludeerd worden dat de graad van discomfort vrij groot is bij de verschillende regimes aangezien het PPD tussen de 20-40% ligt tijdens de viering, wat niet optimaal is. De luchttemperatuur wordt nochtans volgens Tabel 22 op minimum 15°C gehouden tijdens de viering en Tim Gavel, Hannes Oppeel

128

de oppervlaktetemperatuur van de vloer varieert van minimum 24°C voor regime 35/33 tot maximum 28°C voor regime 40/37. Hieruit kan geconcludeerd worden dat een clothing factor van 1,5 mogelijk niet voldoende is voor dit systeem. Daarom worden hieronder de vergelijking gemaakt met de simulatieresultaten van regime 40/37 waarbij een clothing factor van 2,0 voor de gebruikers wordt vooropgesteld.

Figuur 123: PPD voor regime 40/37 met clothing factor 1,5 en 2,0

Het PPD bevindt zich nu in een bereik van 10-20% tijdens de misviering en bovendien blijft de graad van discomfort over een langere periode laag. Dit wordt verklaard doordat de vloer een deel van de warmte blijft vasthouden. Er kan afgeleid worden dat deze variant van het vloerverwarmingssysteem voldoet aan de comfort- en conservatie eisen en bovendien vrij energie-efficiënt is. Een nadeel van deze opstelling is dat er veel energie nodig is om de volledige vloer op te warmen terwijl dit eigenlijk niet noodzakelijk is. De vloerverwarming is enkel nodig in de zones waar daadwerkelijk de gebruikers neerzitten. Daarom wordt vervolgens de opstelling gesimuleerd waarbij enkel het middenschip en het koor verwarmd worden (Figuur 124).

Figuur 124: Aanduiding van vloerverwarmingszone


129

Het modelleren van dit systeem is enkel mogelijk met de nieuwe TRNSYS 17 waarbij het vloeroppervlak opgedeeld kan worden in verschillende zones. De centrale zone wordt gedefinieerd met een actieve laag (zoals hierboven besproken) zodat deze als verwarmde vloer werkt, terwijl de perifere zone gedefinieerd wordt als een gewone vloer (Figuur 124). Het is noodzakelijk om een nieuw model te maken omdat het kerkvolume convex moet zijn voor de stralingsberekeningen. Dit houdt in dat het verwarmd vloeroppervlak een fractie verlaagd wordt zodat deze niet in hetzelfde vlak ligt als de perifere zones.

Figuur 125: Geometrische modellering van lokale vloerverwarming met Trnsys3d

Voor de simulaties wordt er gebruik gemaakt van het regime 40/37 en wordt er verwarmd tot een minimum vloeroppervlaktetemperatuur van 24°C. Aangezien het verwarmde vloeroppervlak nu een stuk kleiner is dan wanneer het totale vloeroppervlak zou verwarmd worden, kan hier bijgevolg gebruik gemaakt worden van een kleiner waterdebiet. Het blijkt dat een debiet van 15 000 kg/uur volstaat. De resultaten worden getoond in Figuur 124. Er kan gezien worden dat de impact van dit systeem op de luchttemperatuur en de relatieve vochtigheid in de kerk miniem is. Dit systeem voldoet dus zeker aan de conservatie eis i.v.m. fluctuaties en is bovendien een stuk energiezuiniger dan het vloerverwarmingssysteem over het gehele vloeroppervlak, er is namelijk slechts een vermogen vereist van ongeveer 40,28 kW. De figuur toont echter aan dat de luchttemperatuur niet de comforttemperatuur bereikt van 15°C. Bovendien kan er tocht ontstaan, wat bijdraagt tot het thermisch discomfort, doordat de vloerverwarming lokaal gebeurt. Dit wordt aangetoond in Figuur 127 waarop de PPD minimumwaardes bereikt van 20% voor een clothing factor van 2. Dit is echter een zeer optimistische waarde aangezien TRNFlow geen rekening houdt met de interne luchtstromingen. Het comfortverschil tussen het verwarmde deel en niet-verwarmde deel ligt rond 5%.


130

Figuur 126: Vergelijking verloop luchttemperatuur met volledig en lokaal verwarmen op regime 40/37, simulatie op 11 maart 2012

Figuur 127: Vergelijking PPD tussen volledige en lokale vloerverwarming op regime 40/37 en clo 2,0, simulatie op 11 maart 1012

Conclusies Uit bovenstaande simulaties kan geconcludeerd worden dat het stralingsmodel zeer geschikt is voor het modelleren van vloerverwarmingssystemen en in het bijzonder plaatselijke vloerverwarming. Zoals te zien is in de vergelijking van het PPD toont de modellering van het lokale vloerverwarmingssysteem duidelijke verschillen zodat het mogelijk wordt gedetailleerde comfortanalyses uit te voeren op verschillende locaties in de kerk. Verder is aangetoond dat een lokale vloerverwarming zeer voordelig is in verband met overwegingen met betrekking tot conservatie, aangezien de impact op de kerk vrij klein blijft. Fluctuaties in relatieve vochtigheid en temperatuur blijven zeer beperkt waardoor schade ten gevolge van temperatuurgradaties kan vermeden worden. Net door deze lokale opwarming is het echter niet het beste systeem voor het thermisch comfort van de gebruikers omdat de verschillen in luchttemperatuur doorheen de kerk tocht kunnen veroorzaken, wat leidt tot thermisch discomfort. Bovendien wordt het gekende probleem van stratificatie verwacht bij vloerverwarming als enige warmtebron in hoge gebouwen. Daarom lijkt het aangewezen de kerk te gaan verwarmen met een


131

combinatie van lucht- en vloerverwarming zodat het mogelijk wordt om de vloertemperatuur geleidelijk tot minimum 24°C te brengen en dan, wanneer nodig, te gaan bijverwarmen met lucht.

Basisvloerverwarming met bijkomende luchtverwarming Beschrijving van het systeem Om het gebrekkige thermisch comfort van een lokaal vloerverwarmingssysteem en de grote relatieve vochtigheid fluctuaties van het luchtverwarmingssysteem tegen te gaan, kan ervoor gekozen worden een basisvloerverwarming te gebruiken die zorgt voor een geleidelijke opwarming van het kerkvolume tot een minimumtemperatuur waarbij vervolgens wordt bijverwarmd met een extra luchtverwarmingssysteem dat zorgt voor een betere verdeling van de warmte in de kerk en een beter thermisch comfort voor de gebruikers. Hiervoor wordt gekozen voor een bijkomend luchtverwarmingssysteem die de lucht tot de comforttemperatuur van 15°C brengt terwijl de vloerverwarming zorgt voor een vloeroppervlaktetemperatuur van 24°C die door straling bijdraagt tot het thermisch comfort. Modellering in TRNSYS De modellering van dit systeem is een eenvoudige combinatie van het lokale vloerverwarmingssysteem en de luchtverwarming met het Mahrcalor systeem waarbij het mogelijk wordt beide systemen op verschillende tijdstippen te activeren. Zoals te zien is op Figuur 128 wordt opnieuw gebruik gemaakt van een Input Value Recall (Type93) gecombineerd met een Iterative Feedback Controller om een regeling te modelleren die een trage opwarming van 1°C per uur verzekert. Het verschil met de vorige simulatiemodellen is dat hier een tweede Iterative Feedback Controller is toegevoegd zodat zowel het vloerverwarmingssysteem als het luchtverwarmingssysteem over een regeling beschikken die de snelheid van opwarming beperken. Deze opstelling heeft een grotere berekeningsduur tijdens de simulaties omdat beide controllers rekening houden met elkaar waardoor TRNSYS een aantal iteraties moet uitvoeren vooraleer een evenwicht wordt bereikt tussen beide controllers. Vervolgens wordt de mogelijkheid toegevoegd om beide systemen op verschillende tijdstippen te activeren zodat het mogelijk wordt een basisvloerverwarming te voorzien waarbij de luchtverwarming voor extra comfort zorgt voor de gebruikers. Dit wordt gerealiseerd door middel van twee verschillende inputbestanden die als aan-en-uit schakelaar dienst doen voor beide systemen afzonderlijk.


132

Figuur 128: Structuur gecombineerd systeem

Resultaten Er wordt gebruik gemaakt van een lage temperatuurregime van 35/33 voor het lokale vloerverwarmingssysteem aangezien hier enkel een vloeroppervlaktetemperatuur van 24°C is gewenst, terwijl de luchtverwarming zorgt voor een comfortluchttemperatuur van 15°C. Uit vorige simulaties blijkt dat een inblaastemperatuur van 16°C voor het luchtverwarmingssysteem de kleinste fluctuaties in relatieve vochtigheid en temperatuur veroorzaakt, daarom wordt deze als bijkomende verwarming aangewend. De resultaten van deze combinatie van systemen wordt uitgezet in Figuur 129 en Figuur 130 waarbij beide systemen op verschillende momenten in werking treden. Er wordt aangetoond dat als beide systemen tegelijkertijd in werking treden, de comfortluchttemperatuur vrij snel bereikt wordt, terwijl de oppervlaktetemperatuur van de vloer pas zijn comforttemperatuur van 24°C bereikt tegen het begin van de viering.


133

Figuur 129: Luchttemperatuur bij gecombineerd systeem met verschillende starttijden

Figuur 130: De relatieve vochtigheid bij gecombineerd systeem met verschillende starttijden

Dit is niet optimaal voor het energieverbruik van de systemen aangezien voor de viering nog geen luchttemperatuur van 15°C gewenst is. Daarom is het aangeraden om het luchtverwarmingssysteem later in werking te zetten zodat deze luchtcomforttemperatuur pas bereikt wordt bij het begin van de viering. Hierbij wordt nog steeds rekening gehouden met een opwarmingstijd van 1°C/h om stratificatie te beperken. Wanneer het luchtsysteem 4 uur later aanslaat, worden de beste resultaten bereikt aangezien de gewenste luchtcomforttemperatuur pas bereikt wordt rond het begin van de misviering. Conclusies De gemodelleerde regeling die ervoor zorgt dat de luchtcomforttemperatuur pas bereikt wordt aan het begin van een gebruiksperiode zorgt ervoor dat dit een zeer energie-efficiënt systeem is dat bovendien een kleine impact heeft op de relatieve vochtigheid in de kerk waardoor het voldoet aan de conservatie-eisen. Het is echter wel een arbeidsintensief systeem op vlak van installatie aangezien gebruik gemaakt wordt van verschillende circuits om de vloer en de lucht op te warmen. Er is bovendien aangetoond dat het model nuttig kan zijn om een idee te krijgen van de prestaties op vlak van comfort, conservatie en energiezuinigheid van verschillende warmtesystemen. Tim Gavel, Hannes Oppeel

134

Aangepaste regelingstechnieken Bovenstaande paragrafen tonen aan dat het model nuttig kan zijn om verwarmingssystemen vereenvoudigd te modelleren om hun prestaties op voorhand te evalueren. Het model kan echter ook gebruikt worden om bestaande systemen te optimaliseren door middel van verschillende regelings-technieken te simuleren die een verbetering voor het systeem inhouden op vlak van comfort, energie of conservatie-overwegingen. In de volgende paragrafen wordt dan ook het huidige systeem in de kerk van Watervliet uitgerust met een aantal verschillende regelingssystemen die trachten de prestaties van het systeem op vlak van comfort, conservatiecondities en energieverbruik te optimaliseren. Hierbij wordt vooral de nadruk gelegd op het verlagen van de relatieve vochtigheid in de kerk aangezien de metingen aantonen dat het binnenklimaat het hele jaar door te vochtig is.

Hygrostatisch geregeld verwarmen Beschrijving van het systeem De metingen in de kerk laten zien dat gedurende het stookseizoen zeer lage relatieve vochtigheden optreden, die beschadigingen aan interieur en objecten kunnen veroorzaken. Buiten het stookseizoen heersen er in de kerk echter hoge relatieve vochtigheden die een risico vormen voor interieur en objecten door het ontstaan van condities voor schimmelgroei. Het principe van hygrostatisch geregeld verwarmen, ook wel conservation heating genoemd, is het regelen van de verwarmingsinstallatie door een hygrostaat waarbij hoge relatieve luchtvochtigheden worden vermeden door te verwarmen. Het bereiken van lage relatieve vochtigheden gedurende de het koude seizoen wordt vermeden door het aanhouden van een bepaalde ondertemperatuur. In de zomer moet er mogelijks worden bijgestookt en in de winter wordt er vaak beperkt verwarmd. Dit kan leiden tot onbehaaglijke situaties voor bezoekers en personeel. Dit is dan ook het grote nadeel van louter hygrostatisch verwarmen en de voornaamste reden waarom dit meestal toegepast wordt in ruimte waar geen bezoekers komen. Door het gebruik van deze regeling kan het vochtgehalte wel in grote mate beperkt worden. Gezien het sporadisch gebruik van de kerk kan deze regeling overwogen worden. Modellering in TRNSYS Net als de Mahrcalor regeling wordt in dit model gebruik gemaakt van een regelaar die het binnenklimaat meet en naargelang de ingestelde waarden aanpassingen zal doen. De gemeten temperaturen en relatieve vochtigheden worden gebruikt als input van de regelaar. Eerst wordt gecontroleerd of de ruimtetemperatuur lager is dan de ingestelde minimumtemperatuur Tmin en wordt de verwarming vrijgegeven indien dit niet het geval is. Dan wordt er nagegaan of de temperatuur hoger is dan de ingestelde maximumtemperatuur. Als dit het geval is blijft de verwarming uit, ongeacht de waarde van de relatieve vochtigheid. Als de temperatuur zich tussen de ingestelde minimum- en maximumtemperatuur bevindt, controleert de regelaar vervolgens of er een correctie van de relatieve vochtigheid nodig is. Allereerst wordt gecontroleerd of de heersende relatieve vochtigheid lager is dan de ingestelde waarde van het minimum, RHmin. Indien dit het geval is, blijft de verwarming uit om een verdere verlaging van de relatieve vochtigheid te voorkomen. Dan wordt gecontroleerd of de heersende relatieve vochtigheid hoger is dan de ingestelde maximum waarde RHmax. Indien dit het geval is wordt de verwarming aangestuurd totdat de relatieve


135

vochtigheid gedaald is tot onder RHmax, of tot de ingestelde maximumtemperatuur Tmax is bereikt. Dit alles wordt in TRNSYS ingevoerd d.m.v. vergelijkingen. Resultaten Om de setpoints voor de parameters in de regelaars te bepalen, wordt uitgegaan van de conservatiegrenzen die opgesteld zijn in de literatuurstudie. In Figuur 131 en Figuur 132 worden de resultaten voor temperatuur en relatieve vochtigheid weergegeven waarbij de primaire temperatuur op 10°C wordt ingesteld.

Figuur 131: Vergelijking van het temperatuursverloop bij hygrostatische regeling met een minimumtemperatuur van 10°C, 5°C en zonder hygrostatische regeling, simulatie weergegeven in daggemiddelde waarden

Figuur 132: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop bij hygrostatische regeling met een minimumtemperatuur van 10°C, 5°C en zonder hygrostatische regeling, simulatie weergegeven in daggemiddelde waarden

In de huidige situatie komt op de momenten dat de verwarming aan staat de relatieve vochtigheid vooral in de winter en de lente onder de 40%. Uit Figuur 132 blijkt dat de relatieve vochtigheid door de hygrostatische regeling het gehele jaar tussen de 40% en 75% kan worden gehouden. De hygrostatische regeling schakelt de verwarming uit op de momenten dat de relatieve vochtigheid onder de 40% komt. In de winter is de binnentemperatuur hierdoor erg laag. Voor de kerkbezoekers zal het dan niet meer aangenaam zijn om in de kerk te verblijven. Op deze momenten zal dus een


136

keuze moeten worden gemaakt tussen het comfort van de kerkbezoekers en het behoud van het monumentale interieur. Verder wordt er opgemerkt dat de verwarming een groot deel van de tijd in werking moet treden om de relatieve vochtigheid onder de maximumgrens van 75% te houden wat bijgevolg resulteert in een vrij groot energieverbruik, maar dit is nog steeds relatief klein in vergelijking met verwarmingsinstallaties die gericht zijn op thermisch comfort. De regeling houdt de relatieve vochtigheidsgraad het hele jaar door binnen de opgestelde grenzen behalve in februari, waarbij het buitenklimaat zeer koud wordt, zodat de verwarming in werking treedt om de primaire temperatuur van 10°C te waarborgen ongeacht de vochtigheidsgraad. Dit zorgt ervoor dat de relatieve vochtigheid zakt tot ongeveer 20%, dewelke een niet onbelangrijke afwijking is van de ondergrens van 40%. Daarom wordt vervolgens de primaire temperatuur verlaagd tot de ondergrens van 5°C [1]. Hetzelfde probleem blijft zich voordoen in februari, zodat er geconcludeerd kan worden dat de ondergrens van 5°C voor de primaire temperatuur niet volstaat om de relatieve vochtigheid in de kerk tijdens koudere perioden boven de 40% te houden. Het is mogelijk de benodigde primaire temperatuur te berekenen volgens formule (8). Deze geeft een waarde van 2°C voor de primaire temperatuur, wat een te grote afwijking is van de opgestelde begrenzing tot minimum 5°C. De regeling zal er tijdens erg koude periodes dus niet in slagen de RH boven 40% te houden. Conclusies Hygrostatisch geregeld verwarmen is een geschikte techniek om conserveringscondities in een monumentale kerk te creëren. Het grootste voordeel is het elimineren van extremen in relatieve vochtigheid. Fluctuaties van de relatieve luchtvochtigheid zijn bovendien lager dan bij een conventioneel gestookte verwarmingsinstallatie met nachtverlaging. Naast verbeterde conserverings-condities is het jaarlijkse energiegebruik significant lager in vergelijking met een conventioneel geregelde verwarmingsinstallatie om thermisch comfort te bieden. Aanvullend comfort kan, in beperkte mate, worden geboden door beperkt bij te stoken, indien de relatieve vochtigheid zich binnen de gewenste grenzen bevindt. Deze mogelijkheid is sterk afhankelijk van het absolute vochtgehalte van de buitenlucht.

Menging met buitenlucht Beschrijving van het systeem Een andere mogelijkheid om te hoge vochtigheidscondities binnen te beperken is een aandeel van de 100% recirculatie van binnenlucht te vervangen door buitenlucht. De binnenlucht, die een hoog absoluut vochtgehalte heeft, wordt dan vervangen door buitenlucht met een lager absoluut vochtgehalte. Het effect hiervan is dat de relatieve vochtigheid zal dalen. Op momenten dat het buiten erg vochtig is, werkt deze regeling echter niet. De vochtige binnenlucht wordt dan namelijk vervangen door nog vochtigere buitenlucht, waardoor de relatieve vochtigheid alleen maar stijgt. Op de momenten dat de kerk verwarmd wordt en het binnen erg droog is, leidt het bijmengen van vochtige buitenlucht ertoe dat de relatieve vochtigheid in de kerk stijgt. Het bijmengen van buitenlucht heeft ook invloed op de benodigde verwarmingscapaciteit van de ketel en het energieverbruik. Als het buiten kouder is dan binnen, zal meer verwarmingscapaciteit en energie nodig zijn om de buitenlucht op te warmen tot de gewenste binnenlucht temperatuur. De ketel zal Tim Gavel, Hannes Oppeel

137

dus een hogere capaciteit moeten hebben. Menging met buitenlucht leidt echter tot grotere fluctuaties in de relatieve vochtigheid, die niet wenselijk zijn voor het behoud van het monumentale interieur. Voor een goed resultaat zal de regeling uitgebreid moeten worden met een buitensensor. Modellering in TRNSYS Er wordt een regeling voorgesteld die ervoor zorgt dat, als de relatieve vochtigheid in de kerk erg laag is en het absoluut vochtgehalte buiten hoger is dan binnen, de buitenlucht naar binnen wordt gehaald waardoor de relatieve vochtigheid in de kerk zal stijgen. Als het absoluut vochtgehalte buiten lager is dan binnen, zal menging met buitenlucht de relatieve vochtigheid in de kerk verder doen dalen. Menging met buitenlucht is dan niet gewenst. Wanneer in de kerk de relatieve vochtigheid erg hoog is, is menging met buitenlucht alleen gewenst als het absoluut vochtgehalte buiten lager is dan binnen. De RH in de kerk zal dan dalen. Allereerst wordt zowel van de binnenlucht als van de buitenlucht het absoluut vochtgehalte bepaald uit de temperatuur en de relatieve vochtigheid. Voor de binnenlucht kan dit berekend worden door TRNSYS zelf, voor de buitenlucht wordt eerst manueel met formule (8) de verzadigingsdampspanning berekend, vervolgens wordt het absoluut vochtgehalte berekend met behulp van formule (9). Daarna wordt in het model de berekende absolute vochtigheid als input gebruikt voor het aantal kg lucht dat per seconde in de kerk wordt geblazen. Hiermee wordt de vochtstroom (kg/s) verkregen die aan de kerk wordt toegevoerd indien de inblaaslucht voor 100% uit buitenlucht bestaat. Door deze vochtstroom te koppelen met een sensor die de absolute vochtigheid van het buitenklimaat meet, kan het percentage buitenlucht dat aan de inblaaslucht wordt toegevoegd, berekend worden. Resultaten Vooraleer de simulaties worden uitgevoerd bij verschillende percentages van menging met buitenlucht wordt eerst gecontroleerd of er een dergelijke regeling nut kan hebben in deze kerk aangezien in Figuur 57 reeds aangetoond wordt dat er een sterke correlatie is tussen binnen- en buitendampdruk. Omdat de relatieve vochtigheid nooit lager is dan 40% (Figuur 53: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012) is het nooit nodig om vochtigere lucht in te blazen. Daarom wordt enkel gekeken naar de eventuele winsten die kunnen gemaakt worden indien de dampdruk binnen lager is dan deze buiten.


138

Figuur 133: Maximale procentuele verlaging van de binnendampdruk indien er bij het inblazen van lucht buitenlucht gemengd wordt

Op Figuur 133 wordt duidelijk aangetoond dat de eventuele impact van het mengen met buitenlucht miniem is. Bijna 40% van de tijd is er geen verlaging van de dampdruk mogelijk omdat de buitendampdruk hoger ligt. Slechts 25% van de tijd is er een verlaging van minstens 10% van de absolute vochtigheid. Conclusies Menging met buitenlucht waarbij rekening gehouden wordt met de vochtigheid van het buitenklimaat kan voordelig zijn om de fluctuaties in relatieve vochtigheid te beperken in de kerk. Er is echter aangetoond dat dit systeem weinig nut zal hebben aangezien de voorwaarden voor het in werking treden van het systeem slechts gedurende een zeer klein deel van het jaar vervuld zijn, waardoor het systeem zeer weinig tot geen impact zal hebben op de vochtigheidsgraad van de kerk.

Algemene besluiten van de simulaties Uit al de voorgaande simulaties blijkt dat er geen perfect verwarmingssysteem bestaat dat zowel optimaal is volgens de conservatie-eisen en tegelijk ook een voldoende thermisch comfort voor de bezoekers kan bieden. Elk systeem heeft zijn voor- en nadelen. Het is wel mogelijk om de schadegevallen drastisch te verminderen door de kerk op een traag tempo te laten opwarmen zodat het binnenklimaat zich geleidelijk kan aanpassen en de stratificatie beperkt wordt. De keuze van het systeem kan dan bepaald worden naargelang het gewenste comfort, de opwarmtijd en het energieverbruik. In Tabel 23 wordt een overzicht gegeven van de simulatieresultaten per systeem. Op lange termijn kan eventueel een hydrostatische regeling overwogen worden die de vochtproblemen in de kerk kunnen beperken. Dit kan gepaard gaan met hoge energiekosten en een beperkt thermisch comfort voor de bezoekers, als ervoor gekozen wordt de conservatiegrenzen te respecteren. In Tabel 24 worden de prestaties en het gebruik van de regeling uitgezet voor de meetperiode.


139


140

Archimedesgetal

Max. vloertemperatuur [°C]

met clothing factor 2

met clothing factor 1,5

Gemiddelde PPD [%]

0,1-0,15

-

0,1-0,2

0,05-0,1

-

-

228,9

18

228,9

228.9

8

55

6.5

5.5

Opwarmduur [h]

1

19

15

16°C

50

1

1

Opwarmsnelheid [°C/h]

50

22,6

25

Fluctuatie in RH [%]

Max. vermogen [kW]

16

18°C

16

20°C

luchtverwarming

Max. luchttemperatuur [°C]

Systemen

-

27,6

10

30

110,3

10

1

34

15

40/37

-

25

-

35

88,9

14.5

1

31

14,27

35/33

Tabel 23: Samenvatting systeemsimulaties

-

33

-

25

151,4

8

1

36

15,8

50/45

gehele vloerverwarming

-

28,8

20

-

54,2

6

1

19

11

50/45

-

25

25

-

40,28

10

1

17

11

40/37

-

24

30

-

33,06

16

1

17

11

35/33

lokale vloerverwarming

0,05-0,1

24

15

-

261,96

10 / 8

1

15

15

∆T = 0h

0,05-0,1

24

15

-

261,96

10 / 6

1

15

15

∆T = 2h

0,05-0,1

24

15

-

261,96

10 / 4

1

15

15

∆T = 4h

lucht- en vloerverwarming

Hydrostatisch verwarmen

Regelingen

1

Menging met buitenlucht

Uit

10°C

5°C

40% < Rhbinnen < 75%

Jaarlijkse fluctuatie in temperatuur [°C]1

12,90

8,00

9,90

-

Max dagelijkse fluctuatie in temperatuur [°C]

6,81

6,80

6,80

-

Max dagelijkse fluctuatie in RH [%]

40,00

40,00

40,00

9,20

Aandeel van de tijd wanneer systeem in werking treedt [%]

0,00

90,96

90,29

9,20

Aandeel van de tijd wanneer systeem niet voldoet [%]

39,95

91,48

92,19

-

Gebaseerd op het lopend gemiddelde over een periode van 1,5 maand Tabel 24: Samenvatting regelingssimulaties

Men moet bovendien ook de impact op het interieur van de kerk en de kosten van de verwarmingssystemen in rekening brengen. Zoals al aangetoond is in Tabel 8 is het ene systeem in deze opzichten wat beter dan het andere. Ook hier zal een systeem gekozen worden naargelang de wensen van gebruikers betreffende budget en impact op het monumentale interieur. De resultaten van alle bovenstaande simulaties mogen niet te strikt geïnterpreteerd worden aangezien het simulatiepakket TRNSYS een aantal beperkingen bevat. Er is namelijk aangetoond dat interne luchtstromingen en stratificatie niet correct kunnen gesimuleerd worden waardoor de conclusies in verband met thermisch comfort en de geleidelijke opwarming van de kerk niet met zekerheid kunnen vooropgesteld worden. Het model is zeer geschikt om het energieverbruik van de systemen te evalueren, alsook de impact van het buitenklimaat op het binnenklimaat van de kerk, maar als men de interne luchtstromingen en lokale fluctuaties correct wil weergeven, zal overgestapt moeten worden op een meer gedetailleerd simulatiepakket zoals CFD. Hierbij wordt er verwezen naar de thesis van Pieter Hauttekeete: Klimatisatie van historische gebouwen: CFD analyse van de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet. In dit werk is een model gemaakt in CFD van het huidige systeem in de kerk.


141

Conclusies Door de maandelijkse metingen in de kerk is een beeld ontstaan van het klimaat van de kerk. Het typische temperatuursverloop, dat elke kerk met een dagelijkse en seizoensattenuatie en een groot ventilatievoud kenmerkt, is ook eigen aan deze kerk. Het huidige klimaat is te vochtig voor de conservatie van het interieur en de kunstwerken die zich in de kerk bevinden. De relatieve vochtigheid heeft een jaargemiddelde van 73,0 ± 8,4%. Deze hoge relatieve vochtigheid is dan ook de grootste oorzaak van de waarneembare schade zoals de verroeste glas-in-loodramen en schimmelgroei van het houten interieur. Naast de klimaatanalyse is ook een duidelijk beeld gegenereerd van het huidige verwarmingssysteem en het effect ervan op de kerk. Het huidig verwarmingssysteem blijkt heel energie-inefficiënt te zijn: tijdens het verwarmen van de kerk gaat de meeste warmte verloren door stratificatie, waardoor de lucht tegen de zoldering tot 8°C warmer wordt dan daar waar de kerkbezoekers zitten. Tevens ontstaan er tijdens het opwarmen van de kerk verschillende temperatuurzones, waarbij een shortcut ontstaat tussen het toevoer- en afvoerrooster. Door de huidige opstelling wordt het koor beter verwarmd dan het schip, zodat het enorm veel energie vraagt om het thermisch comfort van de kerkbezoeker in het schip te kunnen verzekeren. Vanwege deze korte opwarmperiodes, die nodig zijn om een zeker niveau van thermisch comfort te verkrijgen, ontstaan enorme fluctuaties in relatieve vochtigheid. Op de koudste dagen kan dit leiden tot dalingen van 35% en meer op enkele uren tijd. Deze korte fluctuaties dragen bij in het degraderen van het interieur en de kunstwerken in de kerk, aangezien ze aanleiding geven tot grote hygrische spanningen in het hout zodanig dat deze barsten. Het is duidelijk dat het niet evident is om een verwarmingssysteem te implementeren in de OnzeLieve-Vrouw kerk in Watervliet dat zowel voldoet aan de conservatie-eisen voor het interieur en de kunstwerken als aan de hedendaagse comforteisen van de gebruikers. Zo zijn vele kerken bekend waar onherroepelijke schade aan het kunsthistorisch patrimonium vastgesteld wordt na de installatie van een verwarmingssysteem dat zich vooral richt op thermisch comfort. Om de prestaties van verschillende verwarmingssystemen te voorspellen is dus een simulatietool aangewezen. Op deze manier kan de impact van deze systemen op het thermische en hygrische microklimaat van de kerk op korte en lange termijn ingeschat en geëvalueerd worden. Het simulatiepakket TRNSYS wordt hiervoor aangewend. De validatie van het simulatiemodel toont een kleine afwijking van de meetwaarden betreffende de relatieve vochtigheid, maar de temperatuurcurve van het model is bijna gelijk aan de gemeten waardes. Het model is aangewend om verschillende systemen en regelingen te simuleren zodat voor elke variant de voor- en nadelen m.b.t. conservatie, comfort en energieverbruik duidelijk worden. Er moet echter rekening gehouden worden met de beperkingen van het TRNSYS-model, nl. dat interne luchtstromingen en stratificatie niet correct kunnen geëvalueerd worden. Als men de plaatselijke omstandigheden rond specifieke kunstwerken zoals het Nood Gods correct wil evalueren betreffende conservatiecondities, zal overgestapt moeten worden naar een simulatiepakket dat Tim Gavel, Hannes Oppeel

142

hiervoor meer geschikt is, zoals CFD. In CFD kunnen interne luchtstromingen en stratificatie gedetailleerder gesimuleerd worden, waardoor nauwkeurigere resultaten kunnen verkregen worden die een beter zicht geven op de juiste conservatie van het schilderij en het interieur. Hieruit kunnen dan meer aangepaste conserveringsmethodes vooropgesteld worden, zoals het plaatsen in een Klimabox of verwijdering uit de kerk van bepaalde werken.


143

Bijlage 1: Grondplan en snedes


144

Lijst van het kerkmeubilair Vast kerkelijk meubilair 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Preekstoel Orgel Hoofdaltaar Tabernakel Koorgestoelte Noordelijk zijaltaar toegewijd aan de Onze‐Lieve‐Vrouw 7. Zuidelijk zijaltaar toegewijd aan St.‐ Sebastiaan 8. Biechtstoel

24. Processiebaldakijn kast 25. De Gekruisigde Christus 26. De Gekruisigde Christus

Andere voorwerpen 3. 27. 28. 29.

Tabernakel hoofdaltaar Broederschapslijst Grafsteen van Remi Léonard Liturgische gewaden

Paneelschilderijen 9. Nood Gods 10. Drieluik met Taferelen uit het leven van St.‐Sebastiaan 11. Onze‐Lieve‐Vrouwtriptiek

Schilderijen op doek 3. 6. 7. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

De Tenhemelopneming van Maria De Opdracht van Maria in de Tempel De Marteldood van St.‐Sebastiaan Landschap met Bezoek van Maria aan Elisabeth Landschap met de Emmaüsgangers De Heilige Hostie Onze‐Lieve‐Vrouw met kind Jezus en de kleine Johannes in een Bloemenkrans Landschap met St.‐Hiëronymus De Gekruisigde Christus De Marteldood van St.‐Sebastiaan Mystiek huwelijk van St.‐Catharina van Alexandrië De Graflegging van Christus De Barmhartige Samaritaan Landschap met het Kind Jezus en de Kleine Johannes Laad de Kinderen tot Mij komen

Sculpturen 3. Heiligbeelden Johannes Nepomucenus en Carolus Borromaeus 6. St.‐Anna en Maria Tim Gavel, Hannes Oppeel

146

Bijlage 2: Gedetailleerde samenvatting van de metingen


149

Juli

Verwarmingsdagen:

/


150

Augustus

Verwarmingsdagen:

/


151

September

Verwarmingsdagen:

/


152

Oktober

Verwarmingsdagen: -

Kerkdienst: 23 oktober


153

November

Verwarmingsdagen: -

Kerkdienst: 1, 6, 20 november Uitvaart: 19, 23 november Orgelconcert: 18 november Tim Gavel, Hannes Oppeel

154

December

Verwarmingsdagen -

Kerkdienst: 4, 18, 25 december Uitvaart: 27 december Orgelconcert: 1, 22 december Tim Gavel, Hannes Oppeel

155

Januari

Verwarmingsdagen -

Kerkdienst: 1, 15, 29 januari


156

Februari

Verwarmingsdagen: 1

Kerkdienst: 12, 26 februari Uitvaart: 11 1, 13, 18, 25 februari

Op 11 februari is men de verwarming vergeten af te zetten, pas op 12 februari na de kerkdienst is deze uitgezet.


157

-

Stationair: 1 – 11 februari

Maart

Verwarmingdagen: -

Kerkdienst: 11, 25 maart Tim Gavel, Hannes Oppeel

158

April

Verwarmingsdagen: -

Kerkdienst: 8, 22 april Uitvaart: 5 april


159

Mei

Verwarmingsdagen: -

Kerkdienst: 6 mei Uitvaart: 19 mei


160

Juni

Verwarmingsdagen: /


161

Bijlage 3: Vergelijking weerdata Watervliet en Oostburg


162


163

Op bovenstaande grafieken wordt achtereenvolgens de temperatuur, de relatieve en absolute vochtigheid en de neerslaghoeveelheid vergeleken tussen Watervliet en Oostburg gedurende de periode van 1 december 2011 tot 29 maart 2012. De getoonde waarden zijn metingen om de 10 minuten. Het is duidelijk te zien dat de trendlijn (blauwe lijn) niet veel afwijkt van de 45°-lijn (zwarte lijn). Dit is te verwachten omdat de twee weerstations op slechts 10km afstand liggen van elkaar. Ondanks het minimale verschil, is in de metingen en de simulaties gebruik gemaakt van de weerdata van het station in Oostburg omdat deze volledig zijn.


164

Bijlage 4: Tabellen voor gecorrigeerde U-waarde berekening van bakstenen en mortel Voegtype

Formaat 18,8x8,8x5 (M50) 18,8x8,8x6,5 (M65) 18,8x8,8x8,8 (M90) 21x10x5 (WF) 21x10x6,5 (WF) 28,8x8,8x8,8 28,8x8,8x13,8 28,8x8,8x18,8 28,8x8,8x23,8 28,8x13,8x8,8 28,8x13,8x13,8 28,8x13,8x18,8 28,8x13,8x23,8 28,8x18,8x8,8 28,8x18,8x13,8 28,8x18,8x18,8 28,8x18,8x23,8 59,8x13,8x18,8 59,8x18,8x18,8

Bedvoeg 12 mm

Kopse voeg Bedvoeg Kopse voeg Bedvoeg en bedvoeg 6 mm en bedvoeg 3 mm van 12 mm 6 mm steen voeg steen voeg steen voeg steen voeg steen voeg 0.8 0.8 0.9 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9

0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 0.9 0.9 1.0 1.0 0.9 0.9 1.0 1.0 1.0 1.0

0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.1 0.1 0.1 0.0 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Tabel 1: Aandeel van voegen en steen t.o.v. de totale oppervlakte volgens formule 10

Baksteen Volumegewicht ρ (kg/m³) <800 <900 <1000 <1100 <1200 <1300 <1400 <1500 <1600 <1700 <1800 <1900 <2000 <2100

Gecertificeerd λ (W/mK) λ (W/mK) 0.23 0.26 0.29 0.32 0.35 0.39 0.43 0.46 0.50 0.55 0.59 0.64 0.69 0.74

0.45 0.51 0.57 0.64 0.70 0.76 0.85 0.91 0.99 1.08 1.16 1.27 1.35 1.46

Niet-gecertificeerd λ (W/mK) λ (W/mK) 0.25 0.28 0.32 0.35 0.39 0.42 0.47 0.51 0.55 0.60 0.65 0.71 0.76 0.81

0.49 0.56 0.63 0.70 0.77 0.84 0.93 1.00 1.09 1.19 1.28 1.40 1.49 1.61

Tabel 2: Warmtegeleidbaarheid voor gecertificeerde en niet-gecertificeerde bakstenen


165

Volumegewicht ρ (kg/m³) <700 <800 <900 <1000 <1100 <1200

Formaat - lengte x hoogte van de steen in mm 288x88 288x138 288x188 0.313 0.285 0.271 0.339 0.312 0.298 0.364 0.338 0.325 0.389 0.365 0.352 0.415 0.391 0.380 0.440 0.418 0.407

Tabel 3: λUi (W/mK) van metselwerk met gecertificeerde snelbouwsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm (BENOR)

Volumegewicht ρ (kg/m³) <700 <800 <900 <1000 <1100 <1200

Formaat - lengte x hoogte van de steen in mm 288x88 288x138 288x188 0.330 0.303 0.289 0.356 0.329 0.316 0.381 0.356 0.343 0.415 0.391 0.380 0.440 0.418 0.407 0.474 0.453 0.443

Tabel 4: λUi (W/mK) van metselwerk met niet-gecertificeerde snelbouwsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm


<1400 <1500 <1600 <1700 <1800 <1900 <2000 <2100

Formaat - lengte x hoogte van de steen in mm M50 M65 M90 188x50 188x65 188x88 1.007 0.984 0.961 1.053 1.032 1.011 1.113 1.095 1.077 1.182 1.167 1.152 1.242 1.230 1.218 1.362 1.317 1.309 1.386 1.381 1.376 1.470 1.468 1.467

Tabel 5: λUi (W/mK) van metselwerk met gecertificeerde gevelsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm (BENOR)


<1400 <1500 <1600 <1700 <1800 <1900 <2000 <2100

Formaat - lengte x hoogte van de steen in mm M50 M65 M90 188x50 188x65 188x88 1.068 1.048 1.027 1.121 1.103 1.085 1.189 1.175 1.160 1.265 1.254 1.243 1.333 1.325 1.318 1.424 1.421 1.417 1.492 1.492 1.492 1.583 1.587 1.591

Tabel 6: λUi (W/mK) van metselwerk met niet-gecertificeerde gevelsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm


166

Bijlage 5: Kerkdata


167

Afmetingen Totale Dikte van oppervlakte constructie [m²] [m] Buitenmuren Noorden Noordoosten Oosten Zuidoosten Zuiden Zuidwesten Westen Noordwesten

705 70 257 70 732 0 479 0

Totaal

2313

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

Binnenmuren Tussen zones Pilaren en muren Totaal

252

0.75

1056 1308

0.9

Gewelf

900

0.22

Dak Noorden Noordoosten Oosten Zuidoosten Zuiden Zuidwesten Westen Noordwesten Totaal

477 163 234 49 594 0 148 0 1665

0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025

Vloer

950

Volume

[m³]

Kerk Zoldering

8830 1050

Gesloten gevel [m²]

Beglazing [m²]

Percentage glas in gevel [%]

618 56 249 56 660 0 394 0

88 14 8 14 72 0 85 0

12 20 3 20 10 0 18 0

2033

281

12


168

Eigenschappen van materialen Constructiedeel

Materiaal

d [m]

λ [W/mK]

ρ [kg/m³]

c [J/kgK]

Buitenmuur

pleister baksteen

0.02 0.73

0.8 1.587

1900 2100

840 840

Binnenmuur

pleister baksteen pleister

0.02 0.07 0.02

0.8 1.587 0.8

1900 2100 1900

840 840 840

Pilaren

pleister baksteen pleister

0.02 1.00 0.02

0.8 1.587 0.8

1900 2100 1900

840 840 840

Gewelf

pleister baksteen

0.02 0.30

0.8 1.587

1900 2100

840 840

Vloer

natuursteen

0.05

2.9

2750

840

Dak

houtpaneel lei

0.02 0.01

0.14 2.9

550 2750

1880 840

Orgel plateau

hout

0.05

0.14

550

1880

Ramen Glas in lood

Type

Kader

U [W/m²K]

g [%/100]

kleurloos

hout

2.38

0.755


169

Kerkgebruik Eenheid Interieur

schilderijen aan de muren orgel preekstoel Het Nood Gods

Binnenklimaat primaire temperatuur comforttemperatuur

5 15

Kerkgebruik Zondag om de 2 weken

°C °C

9.30 - 11.30

Overige modelgegevens Inputnaam

Interval

Time Base

0.5 - 5

Infiltratievoud Capacitance Factor

Humidity Capacitance Ratio Mass Flow Rate

Beschrijving

Beschrijft de thermische traagheid van een constructiedeel 0.2 - 0.8 Beschrijft de mate van lekkage van het gebouw 1.2 - 50 Totale thermische capaciteit x capaciteit van de lucht plus deze van alle massa dat niet wordt van lucht beschouwd als muren Beschrijft effectieve 1 - 15 vochtigheids capaciteit Beschrijft het massadebiet van de toevoerlucht van het lucht-

Input

Eenheid

5

[-]

0.3

1/h

20

[-]

13

[-]

5500

kg/h

verwarmingssysteem


170

Bibliografie 1. SCHELLEN, H.L., Heating monumental churches: Indoor climate and preservation of cultural heritage, Technische Universiteit Eindhoven, Vakgroep Bouwkunde, doctoraat, 2002. 2. BRATASZ, L.; KOZLOWSKI, R.; CAMUFFO, D.; PAGAN, E., 'Impact of indoor heating on painted wood: monitoring the altarpiece in the church of Santa Maria Maddalena in Rocca Pietore, Italy', Studies in Conservation, Vol 52 : 3, 2007, 199‐210. 3. CAMUFFO, D.; STURARO, G.; VALENTINO, A.; CAMUFFO, M., 'The conservation of Artworks and Hot Air Systems in Churches: Are They Compatible? The Case of Rocca Pietore, Italian Alps', Studies in Conservation, Vol 44 : 3, 1999, 209‐216. 4. CARMELIET, J.; ROELS, S.; BOMBERG, M., 'Chapter 29: Towards development of methods for assessment of moisture‐originated damage.', Moisture Control in Buildings, sl : ASTM International, 2009. 5. ASHRAE, 'Chapter 23: Museums, Galleries, Archives and Libraries', ASHRAE Handbook ‐ HVAC Applications, Atlanta : ASHRAE, 2011. 6. ADAN, O.C.G., On the fungal defacement on interior finishes, Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, doctoraat, 1994. 7. ANKERSMIT, B., Klimaatwerk: Besluitvorming over het binnenklimaat en de risico's voor ons culturele erfgoed, Amsterdam : Amsterdam University Press, 2009. 8. SEDLBAUER, K., Prediction of mould fungus formation on the surface of and inside building components, Universität Stuttgart, doctoraat, 2001. 9. SEDLBAUER, K.; KRUS, M.; BREUER, K., Mould Growth prediction with a new biohygrothermal method and its application in practice, Lodz : Materials Conference, 2003. 10. VIITANEN, H.; RITSCHKOFF, A.C., Mould growth in pine and spruce sapwood in relation to air humidity and temperature, Uppsala : Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Forest Products, 1991. 11. MICHALSKI, S., 'Double the life for each five‐degree drop, more than double the life for each halving of realtive humidity', 13th Trienniel Meeting Rio The Janeiro, Preprints Vol 1 : 2002, 66‐72. 12. MECKLENBURG, M.F.; TUMOSA, C., 'Temperature and Relative Humidity effects on the Mechanical and Chemical Stability of Collections', ASHRAE Journal, 41 : 4, 1999, 69‐74. 13. HUYNH, C.K.; SAVOLAINEN, H.; VU‐DUC, T.; GUILLEMIN, M.; ISELIN, F., 'Impact of thermal proofing of a church on it's indoor air quality: The combustion of candles and inense as a source of pollution', The Science of the Total Environment, Vol 102, 1991, 241‐251 : sn. 14. CAMUFFO, D.; PAGAN, E.; RISSANEN, S.; BRATASZ, L; KOZLOWSKI, R.; CAMUFFO, D.; DELLA VALLE, A., 'An advanced church heating system favourable to artworks: A contribution to European standardisation', Journal of Cultural Heritage, Vol 11 : 2, 2011, 205‐219.


171

15. ASHRAE, ASHRAE Standard 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Atlanta : ASHRAE, 2010. 16. ASHRAE, 'Chapter 9: Thermal Comfort'. ASHRAE Handbook ‐ Fundamentals, Atlanta : ASHRAE, 2009. 17. HANECA, K.; WAZNY, T.; VAN ACKER, J.; BEECKMAN, H., 'Provenancing Baltic timer from art historical objects: succes and limitations', Journal of Archeological Science, Vol 32 : 2, 2005, 261‐271. 18. HANECA, K.; DE BOODT, R.; HERREMANS, V.; DE PAUW, H.; VAN ACKER, J.; VAN DE VELDE, C.; BEECKMAN, H., 'Late gothic altarpieces as sources of information on medieval wood use: A dendrochronological and art historical survey', IAWA Journal, Vol 26 : 3, 2005, 273‐298. 19. SOCIETY OF WOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, Teaching Unit number 2, Slide set 1, [Online] [Citaat van: 5 januari 2012] http://www.swst.org/teach/teach2/properties2.pdf. 20. MECKLENBURG, M.F., Determining the Acceptable Ranges of Relative Humidity And Temperature in Museums and Galleries, Part 1. Structural Response to Relative Humidity, Smithsonian Museum Conservation Institute, 2007. 21. BUDINSKI, M.R.; BUDINSKI, K.G.; KOOIJMAN, M., Materiaalkunde. Amsterdam : Pearson Education Benelux, 2009. 22. VAN SCHIJNDEL, A.W.M.; SCHELLEN, H.L.; DE WIT, M.H., 'Improved HVAC operation to preserve a church organ', Building and Environment, 1, 2009, 156‐168 : sn, Vol 44. 23. MECKLENBURG, M.F., Determining the Acceptable Ranges of Relative Humidity And Temperature in Museums and Galleries. Part 2, Structural Response to Temperature, Smithsonian Museum Conservation Institute, 2007. 24. SCHELLEN, H.L.; VAN SCHIJNDEL, A.M.W.; NEILEN, D.; VAN AARLE, M.A.P., 'Damage to a monumental organ due to wood deformation caused by church heating', Proceedings of the 2nd International Conference on Building Physics, Rotterdam : In‐house publishing, 2003. 25. BOURGEOIS, T., Verwarming in kerken, sl : Monumentenwacht, 2006. 26. PARK, S.C., 'HVAC for historic buildings', ASHRAE Journal, Vol 41 : 4, 1999, 91‐98. 27. CAMUFFO, D.; DELLA VALLE, A., 'Church Heating: A Balance between Conservation and Thermal Comfort. Contributions to the Experts', Roundtable on Sustainable Climate Management Strategies, conferentie : Tenerife, Spanje, 2007. 28. VAN SCHIJNDEL, A.M.W.; SCHELLEN, H.L., 'Optimal setpoint operation of the climate control of a monumental church', The International Journal of Multiphysics, Vol 2 : 1, 2008, 21‐35. 29. SCHELLEN, H.L.; VAN SCHIJNDEL, A.M.W., 'Setpoint control for air heating in a church to minimize moisture related mechanical stress in wooden interior parts', Build Simulation, Vol 4 : 1, 2011, 79‐86.


172

30. UYTTENHOVE, W., CFD‐modellering van de klimatisatie van de Sint‐Pieterskerk, Universiteit Gent, Vakgroep Werktuigkunde, proefschrift, 2004 : sn. 31. SCHELLEN, H.L., 'Klimaatbeheersing in Monumentale Kerken: Conservering en Behoud van het Monumentale Interieur', Bouwfysica, Vol 16 : 3/4, 2005, 8‐20. 32. KNOLL, H., Kerkverwarming en Orgels, Rapport in opdracht van de Vereniging van Kerkvoogdijen in de Nederlandse Hervormde Kerk, 1971. 33. SAMEK, L.; DE MAEYER‐WOROBIEC, A.; SPOLNIK, Z.; BENCS, L.; KONTOZOVA, L.; KOZLOWSKI, R.; VAN GRIEKEN, R., 'The impact of electric overhead radiant heating on the indoor environment of historic churches', Journal of Cultural Heritage, Vol 8 : 4, 2007, 361‐369. 34. HTS EGGER KG, Thermotex Heating Foil, [Online] [Citaat van: 16 oktober 2011] http://www.thermotex.at/english/tt_heizleiter_en.html. 35. Neuhaus, E. en Schellen, H.L., Conservation Heating to Control Relative Humidity and Create Museum Indoor Conditions in a Monumental Building, Nederland : Eindhoven Universtiteit van Technologie. 36. TONDAT, R., 'De haven van Watervliet', Ons Meetjesland, Vol11 : 3, 1978, 100‐104. 37. VERSLUYS, E.;. 'Watervliet ‐ mystiek! Muziekaalerfgoeddag rond unieke antifonaria', Cultureel jaarboek van de provincie Oost‐Vlaanderen, Vol 2010 : 63, 2012, 88‐95. 38. GOOGLE, Maps Google. Maps Google, [Online] [Citaat van: 14 februari 2012] http://maps.google.be/maps/place?ftid=0x47c362be8bb9b9b7:0x1840d7e295775fdd&q=watervliet &hl=nl&ved=0CA0Q‐gswAA&sa=X&ei=Xzo6T5C‐OoXzjAeosMBC&sig2=Cc9QAt3AGBRYY0oh‐Gc0ng. 39. ONROEREND ERFGOED, Databank beschermd erfgoed, [Online] [Citaat van: 11 07 2012] http://onroerenderfgoed.ruimte‐erfgoed.be/Default.aspx?tabid=14603. 40. VLAAMSE OVERHEID, MINISTERIE VAN CULTUUR, JEUGD, SPORT EN MEDIA, 'Definitieve opname van roerende goederen in de lijst van het cultureel erfgoed van de Vlaamse Gemeenschap', Belgisch Staatsblad, Vol 179 : 138, 2009, 103. 41. VERSLUYS, E., gesprek gevoerd in Watervliet, 18 juli 2012. 42. VANAISE, P., 'De Meester van Watervliet en zijn Nood Gods', Bulletin IX, Brussel : Koninklijk Instituut voor Kunstpatrimonium, 1996. 43. VAN DER MALE, J., Watervliet, kathedraal, orgelsite.nl, [Online] 2007, [Citaat van: 25 februari 2012] http://www.orgelsite.nl/kerken32/watervliet.htm. 44. HERTOGH, J., Weerstation Oostburg, [Online] http://oostburg.zeelandweer.info/. 45. KMI, Klimaat van België: voorbije maanden, [Online] [Citaat van: 9 juli 2012] http://www.meteo.be/meteo/view/nl/1124386‐Voorbije+maanden.html. 46. JANSSENS, A., Bouwfysische aspecten van gebouwen, Universiteit Gent, Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, syllabus, 2009. Tim Gavel, Hannes Oppeel

173

47. PITSCH, S.; HOLMBERG, S.; ANGSTER, J., 'Ventilation system design for a church pipe organ using numerical simulation and on‐site measurement', Building and Environment. Vol 45 : 12, 2010, 2629‐ 2643, 45. 48. MARTENS, M.H.J; SCHELLEN, H.L.; ANKERSMIT, H.A., 'Conserverende eigenschappen van museumklimaten, Voorspellen van objectdegradatie uit gemeten binnenklimaten', Bouwfysica, Vol 21 : 2010. 49. STEEMAN, H., Modellering van lokale en hygrothermische interactie tussen luchtstromen en poreuze materialen voor toepassingen in gebouwen, Universiteit Gent, Vakgroep Mechanica en Stroming, doctoraat, 2009. 50. FANG, L.; CLAUSEN, G.; FANGER, P.O., 'Impact of Temperature and Humidity on the Perception of Indoor Air Quality', Indoor Air, Vol 8 : 4, 1998, 276‐284. 51. BLOCKEN, B.; CARMELIET, J., Pedestrian wind conditions at outdoor platforms in a high‐rise apartment building: Generic sub‐configuration validation, wind comfort assessment and uncertainty issues, Wind and Structures, Vol 11 : 1, 2008, 51‐70. 52. BLOCKEN, B., Wind‐driven rain on buildings: measurements, numerical modeling and applications. L,euven : Katholieke Universiteit Leuven, 2004. 53. GHARBI, L., GHRAB‐MORCOS, N. en ROUX, J.J., 'ZAER: A zonal model for large enclosures with combined stratification', International Journal of Ventilation, sl : 1, 2004, 11‐20. 54. ZHAI, Z., 'Application of Computational Fluid Dynamics in Building Design: Aspects and Trends', Indoor and Built Environment, Vol 15 : 4, 2006, 305‐313. 55. GAO, J.; ZHAO, J.N.; LI, X.D.; GAO, F.S., 'A Zonal Model for Large Enclosures With Combined Stratification Cooling and Natural Ventilation: Part 1—Model Generation and its Procedure', Journal of Solar Energy Engineering, Vol 128 : 3, 2006, 367‐376. 56. FEUSTEL, H.E.; RAYNOR‐HOOEN, A., 'Technical note 29', Fundamentals of the Multizone Air Flow Model ‐ COMIS, United Kingdom : Air Infiltration and Ventilation Center, 1990. 57. WALTON, G.N., CONTAM96 User Manual. Gaithersburg, Maryland : National Institute of Standards and Technology: Building and Fire Research Laboratory, 1997. 58. JANSSEN, H., The influence of soil moisture transfer on building heat loss via the ground, Katholieke Universiteit Leuven, proefschrift, 2009. 59. HAUPL, P.; GRUNEWALD, J.; FECHNER, H., 'Coupledheatair and moisturetransfer in building structures', International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 40 : 7, 1997, 1633‐1642. 60. SEL, TRANSSOLAR, CSTB, TESS, Trnsys 16: A TRanSient SYstem Simulation program, Madison, USA : University of Wisconsin, 2004. 61. WEBER, A.; KOSCHENZ, M.; DORER, V.; HILLER, M.; HOLST, S., 'TRNFLOW, A New Tool for the Modelling of Heat, Air and Pollutant Transport in Buildings within TRNSYS', 8th International IBPSA Conference, Preprints Vol 1 : 2003, 1363‐1376. Tim Gavel, Hannes Oppeel

174

62. SOURCEFORGE, Legacy OpenStudio Plug‐in, [Online] [Citaat van: 16 maart 2012] http://sourceforge.net/projects/openstudio/. 63. ASHABER, J.; HILLER, M.; WEBER. A., 'TRNSYS17: New Features of the Multizone Building Model', Preprints 11th International IBPSA Conference, Vol 1 : 2009, 1983‐1988. 64. BAKSTEENFEDERATIE, Muren uit baksteenmetselwerk: bepaling van de thermische isolatie, Brussel: Belgische Baksteenfederatie, 2012. 65. TRANSSOLAR, TRNflow ‐ A module of an air flow network for coupled simulation with TYPE 56 (multi‐zone building of TRNSYS) , Stuttgart: Transsolar Energietecnik, 2004. 66. TRANSSOLAR Energietechnik GmbH, Trnsys3d Tutorial, [Online] februari 2010, [Citaat van: 07 02 2012] https://mailman.cae.wisc.edu/pipermail/trnsys‐ users/attachments/20110307/2f9d357b/attachment‐0001.pdf. 67. LOOMANS, M., The Measurement and Simulation of Indoor Air Flow, Technische Universiteit Eindhoven, doctoraat, 1998. 68. SEL, TRANSSOLAR, CSTB, TS., Multizone Building modeling with Type56 and TRNBuild, [Online] februari 2007, [Citaat van: 07 02 2012] http://web.mit.edu/parmstr/Public/Documentation/06‐ MultizoneBuilding.pdf. 69. BOGAERT, C.; LANCLUS, K., Parochiekerk Onze‐Lieve‐Vrouw Hemelvaart en kerkhoff, De inventaris van het bouwkundig erfgoed, [Online] [Citaat van: 25 2 2012] http://inventaris.vioe.be/dibe/relict/59063. 70. BRONSEMA, B., Vocht ‐ Waar maken we ons druk om? , [Online] 30 oktober 2003, [Citaat van: 13 02 2012] http://homepage.tudelft.nl/f2n51/01_VochtVolgensBronsema.pdf. 71. NEILEN, D.; SCHELLEN, H.L.; VAN AARLE, M.A.P., 'Characterizing and comparing monumental churches and their heating performance', Proceedings 2nd conference on Building Physics. Vol 1 : 2003, 793‐801. 72. SPOLNIK, Z.; WOROBIEC, A.; SAMEK, L.; BENCS, L.; BELIKOV, K.; VAN GRIEKEN, R., 'Influence of different types of heating systems on particulate air pollutant deposition: The case of churches situated in a cold climate', Journal of Cultural Heritage, Vol 8 : 1, 2007, 7‐12. 73. SIMPSON, W.; TENWOLDE, A., Chapter 3: Physical Properties and Properties and Moisture Relations of Wood, Wood handbook, sl : Forest Products Laboratory, 1999. 74. LAMING, B.P.; RIJKSDIJK J.F.; VERWIJS, J.C., Houtsoorten: iinformatie voor de praktijk, sl : Houtinstituut TNO Delft, 1978. 75. BAUCH, J.; ECKSTEIN, D., 'Woodbiological investigations on panels of Rembrandt paintings', Wood Science and Technology, Vol 15 : 4, 1981, 251‐263. 76. THOMSON, G., The Museum Environment, Oxford, UK : Butterworth‐Heinemann, 1994. 77. VERLEYSEN, P., Materiaalkunde, Universiteit Gent, Vakgroep Toegepaste Tim Gavel, Hannes Oppeel

175

78. AVO BVBA, Behandeling van vochtproblemen: opstijgend vocht, [Online] [Citaat van: 11 juli 2012] http://www.avo‐bvba.be/behandeling‐vochtproblemen/behandelen‐opstijgend‐vocht.html.


176

Overzicht van de figuren Figuur 1: Daggemiddelde waarden van temperatuur en relatieve vochtigheid van binnen en buiten de Santa Maria Maddalena in Rocca Pietore, Italië [2] .............................................................................. 15 Figuur 2: Temperatuur en vochtigheid voor zichtbare schimmelgroei in 100 tot 200 dagen [5] ......... 16 Figuur 3: Isopleet diagrammen voor drie klassen van materialen (links) en het isopleetdiagram voor de kritische schimmels (rechts) [9] ....................................................................................................... 17 Figuur 4: Loodconcentraties in gesedimenteerd stof dat verzameld is binnen de kerk en vergeleken met stalen van buiten ............................................................................................................................ 20 Figuur 5: Concentratie luchtpolluenten gedurende 4 dagen; de maximumconcentratie correspondeert met het verbranden van wierook tijdens de dienst .................................................... 21 Figuur 6: Semi‐logaritmische grafiek van de concentratie polluenten in de kerk voor verschillende ventilatiesystemen (statisch met deur open/gesloten en mechanische ventilatie). ............................ 22 Figuur 7: Comfortzones voor zomer‐ en wintersituatie. Gebaseerd op ASHRAE Standard 55 en aangepast [15] ....................................................................................................................................... 24 Figuur 8: De grote rivieren van Noord‐Europa. De grote bossen langs deze rivieren zijn mogelijk historische bronnen voor hout [17] ...................................................................................................... 26 Figuur 9: Bevochtiging van hout: a. monomoleculaire adsorptie; b. meerlagige adsorptie; c. capillaire condensatie (meniscuswerking) ............................................................................................................ 28 Figuur 10: Het evenwichtsvochtgehalte dat hout wil bereiken bij overeenkomstige waarden voor relatieve vochtigheid en temperatuur [19] ........................................................................................... 28 Figuur 11: Hygrische uitzetting van de verschillende vezelrichtingen van de moderne Schotse den [20] ............................................................................................................................................................... 29 Figuur 12: Vochttransport in hout en de gevolgen hiervan op krimp bij droging ................................. 29 Figuur 13: Meting en simulatie (volgens de 1D‐methode van Schellen [22]) van het vochtgehalte in het geval van een drogende cilinder hout (diameter 25mm) bij een overgang van RV van 85% naar 35%. ....................................................................................................................................................... 30 Figuur 14: Detail van Madonna and Child Enthroned, ca. 1420, Washington National Gallery of Art. De barsten zijn duidelijk te zien .................................................................................................................. 32 Figuur 15: De combinatie van barsten ten gevolge van de uitzetting van het spieraam en fluctuaties in relatieve vochtigheid ............................................................................................................................. 33 Figuur 16: George Parker, Geen titel, 1991. Dit canvasschilderij vertoont barsten ten gevolge van grote fluctuaties in relatieve vochtigheid in combinatie met een lage temperatuur ........................... 33 Figuur 17: Conclusie van Comfort en Conservatie‐grenzen .................................................................. 35 Figuur 18: Temperatuur en RV profielen, gemeten 4,5m boven het altaar in de kerk in Rocca Pietore, Italië in 2003. De pieken in T en RV zijn te wijten aan het met tussenpozen verwarmen van de kerk door warmeluchtverwarming voor dagelijkse diensten. [27] ............................................................... 37 Figuur 19: Tangentiële spanningen in een houten cilinder in twee gevallen: geen verwarming (streeplijn) en verwarming op volle capaciteit (volle lijn) [29] ............................................................. 38 Figuur 20: Effecten van het niet verwarmen van de kerk ..................................................................... 39 Figuur 21: Effecten van het stationair verwarmen van kerk ................................................................. 40 Figuur 22: Vergelijking van verschillende Archimedesnummers: Ar = 0.29 (linksboven), Ar = 0.17 (rechtsboven), Ar= 0.05 (linksonder), Ar = 0.01 ‐ 0.5 (rechtsonder) [1] ................................................ 42 Figuur 23: Principe van plafondventilatoren: warme lucht stijgt en wordt door de ventilator terug omlaag gestuwd .................................................................................................................................... 43 Tim Gavel, Hannes Oppeel

177

Figuur 24: Op de plattegronden is de plafondtemperatuur voor (links) en na (rechts) de warmeluchtverwarming 30 minuten heeft opgestaan. Het profiel rechts toont duidelijk de stratificatie [3] ....................................................................................................................................... 44 Figuur 25: Een typische quartz halogeen straler. Een deel van de ruimtehoek heeft een snelle temperatuursstijging (20°C) in slechts enkele minuten. In deze zone is het niet mogelijk om thermisch comfort te bereiken, noch is het goed voor het behoud van kunstwerken [33]. ................................. 46 Figuur 26: De drie infraroodstralers op de zitbank: a. onder de voetsteun; b. onder het zitvlak; c. tegen de rugleuning om de handen te warmen [14] ............................................................................ 47 Figuur 27: Voorbeeld van IR stralingsmatten van het merk Thermotex [34] ....................................... 47 Figuur 28: Op de platte gronden is de plafondtemperatuur voor (links) en nadat (rechts) de warmeluchtverwarming 30 minuten heeft opgestaan. Duidelijk is te zien dat er quasi geen verschillen zijn. Op het profiel van de kerk rechts wordt aangetoond dat de warmte goed ter plaatse blijft [14] 48 Figuur 29: Situering van Watervliet [38] ............................................................................................... 52 Figuur 30: De Onze‐Lieve‐Vrouw‐Hemelvaartkerk................................................................................ 53 Figuur 31: Het Nood Gods, Meester van Frankfurt, omstreeks 1520 ................................................... 54 Figuur 32: Het hoofdaltaar van Lucas Faydherbe ................................................................................. 56 Figuur 33: Het orgel en inkomportaal van de OLV‐Hemelvaartkerk te Watervliet ............................... 57 Figuur 34: De preekstoel in de OLV‐Hemelvaartkerk te Watervliet, Hendrik Pulinx ............................ 58 Figuur 35: Het huidig verwarmingssysteem .......................................................................................... 58 Figuur 36: Luchttoevoer en ‐afvoer van het verwarmingssysteem ...................................................... 59 Figuur 37: Regenpijp aan het zuidtransept ........................................................................................... 59 Figuur 38: Close‐up van de zuidwesthoek van het zuidtransept .......................................................... 59 Figuur 39: Afbladerend verf en pleister boven de lambrisering ........................................................... 60 Figuur 40: Schade door opstijgend vocht .............................................................................................. 60 Figuur 41: Het offerblok ........................................................................................................................ 61 Figuur 42: Close‐up van een glas‐in‐lood raam ..................................................................................... 61 Figuur 43: Barsten in verf‐ en onderlagen van het Nood Gods ............................................................. 62 Figuur 44: Blaasvorming in de verflagen van paneelschilderijen .......................................................... 62 Figuur 45: Het schilderij boven het altaar in het noordtransept .......................................................... 63 Figuur 46: Detail van het orgel .............................................................................................................. 63 Figuur 47: Close‐up van schimmel op de preekstoel ............................................................................ 64 Figuur 48: Plaatsing van de loggers ....................................................................................................... 67 Figuur 49: Temperatuursverloop op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012 ....................................................................................................................................................... 68 Figuur 50: Het verschil van de maximale en minimale temperatuur in de kerk en het buitenklimaat 68 Figuur 51: Verloop van absolute vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012, met als aanvulling de gevallen neerslag per dag ............................................................. 69 Figuur 52: Het verschil van de maximale en minimale absolute vochtigheid in de kerk en het buitenklimaat ........................................................................................................................................ 70 Figuur 53: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden van 1 juli 2011 tot 27 juni 2012 ........................................................................................................................................... 70 Figuur 54: Het verschil van de maximale en minimale absolute vochtigheid in de kerk en het buitenklimaat ........................................................................................................................................ 71 Figuur 55: Een cumulatieve distributie functie van de relatieve vochtigheid op basis van daggemiddelde waarden in de kerk ...................................................................................................... 71 Tim Gavel, Hannes Oppeel

178

Figuur 56: Bepalen van de binnenklimaatklasse van de OLV‐Hemelvaartkerk op basis van weekgemiddelde waarden .................................................................................................................... 72 Figuur 57: Correlatie tussen buiten‐ en binnenklimaat op basis van daggemiddelde waarden ........... 73 Figuur 58: Temperatuursverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011 .. 74 Figuur 59: Verloop van absolute vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011 ..................................................................................................................................... 74 Figuur 60: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 20 november 2011 ..................................................................................................................................... 74 Figuur 61: Temperatuurverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011 .... 75 Figuur 62: Verloop van absolute vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011 ..................................................................................................................................... 76 Figuur 63: Verloop van relatieve vochtigheid op basis van metingen om de 10 minuten op 22 december 2011 ..................................................................................................................................... 76 Figuur 64: Het temperatuursverloop op basis van metingen om de 10 minuten op 1 december 2011 ............................................................................................................................................................... 77 Figuur 65: De verschillende temperatuurzones in de kerk ................................................................... 77 Figuur 66: Dwarse snede en aanduiding van de tijdelijke loggers die tussen 6 en 22 maart 2012 de stratificatie in de kerk hebben gemeten ............................................................................................... 78 Figuur 67: Temperatuurstratificatie op 11 maart 2012 ........................................................................ 78 Figuur 68: Variatie van de absolute vochtigheid op 11 maart 2012 ..................................................... 79 Figuur 69: Variatie van de relatieve vochtigheid op 11 maart 2012 ..................................................... 79 Figuur 70: Vergelijking tussen de temperatuur aan de grond en de temperatuur in het midden van de kerk op basis van metingen om de 10 minuten op 17 en 18 februari 2012 ......................................... 80 Figuur 71: De draadloze logger schilderij rechts [6] met extra temperatuursensor ............................. 80 Figuur 72: Temperatuurverschillen tussen de verschillende meetpunten aan het schilderij op basis van metingen om de 10 minuten op 23 november 2011 ..................................................................... 81 Figuur 73: Temperatuursverloop aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011 ..................................................................................................................................... 81 Figuur 74: Verloop absolute vochtigheid aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011 ............................................................................................................. 82 Figuur 75: Verloop relatieve vochtigheid aan het Nood Gods op basis van metingen om de 10 minuten op 18 december 2011 ............................................................................................................. 82 Figuur 76: Cumulatieve distributiefunctie van relatieve vochtigheid aan het Nood Gods op basis van daggemiddelde waarden aan het schilderij .......................................................................................... 83 Figuur 77: De omgekeerde ASHRAE methode toegepast op de temperatuur van schilderij midden ... 84 Figuur 78: De omgekeerde ASHRAE methode toegepast op de relatieve vochtigheid ........................ 84 Figuur 79: Het watergehalte en het kritisch watergehalte van schimmels op het Nood Gods ............ 86 Figuur 80: De schimmelindex aan het Nood Gods ................................................................................ 86 Figuur 81: Het watergehalte en het kritisch watergehalte van schimmels op de preekstoel .............. 87 Figuur 82: De schimmelindex aan de preekstoel .................................................................................. 88 Figuur 83: Schematische representatie van gebouwsimulatiemodellen, links: enkelzone model, rechts: multizonaal model ..................................................................................................................... 93 Figuur 84: Stralingszone met 3 airnodes ............................................................................................... 94 Figuur 85: Aanduiding van termen [65] ................................................................................................ 97 Figuur 86: Evenwichtsvochtgehalte (vol%) voor relatieve vochtigheidswaardes [65] .......................... 98 Tim Gavel, Hannes Oppeel

179

Figuur 87: Invloed van het evenwichtsvochtgehalte (vol%) op de geleidbaarheid van het materiaal [65] ........................................................................................................................................................ 99 Figuur 88: Effect van thermische traagheid op het binnenklimaat [65] ............................................. 101 Figuur 89: Gesimuleerd temperatuursverloop met variërend infiltratievoud, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten .............................................................................................................. 102 Figuur 90: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërend infiltratievoud, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten .............................................................................................. 102 Figuur 91: Gesimuleerd temperatuursverloop met variërende luchtcapaciteit, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten .............................................................................................................. 103 Figuur 92: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërende luchtcapaciteit, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten .............................................................................................. 103 Figuur 93: Gesimuleerd verloop van relatieve vochtigheid met variërende vochtbufferingsfacor, grafiek op basis van simulaties om de 10 minuten ............................................................................. 104 Figuur 94: Vergelijking van het temperatuursverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS‐model ..................................................................................................................................... 105 Figuur 95: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS‐model .......................................................................................................... 105 Figuur 96: Overgang van de windsnelheid van weerstation naar gebouwlocatie [66] ....................... 107 Figuur 97: Structuur modellering van de kerk en het huidige systeem .............................................. 108 Figuur 98: Gesimuleerd stratificatiepatroon in de kerk, simulatie op een tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012 ..................................................................................................................................... 108 Figuur 99: Verandering van relatieve vochtigheid in de verschillende luchtlagen door stratificatie, simulatie op een tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012 .......................................................... 109 Figuur 100: Vergelijking van het temperatuursverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS‐model zonder TRNFlow en het TRNSYS 17‐model met TRNFlow .......................................... 109 Figuur 101: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop van de metingen met het vereenvoudigde TRNSYS‐model zonder TRNFlow en het TRNSYS 17‐model met TRNFlow ............... 110 Figuur 102: Opstelling test case(a) en verwacht luchtstromingspatroon(b) ...................................... 110 Figuur 103: Simulatieresultaten test case ........................................................................................... 111 Figuur 104: Convex en concaaf volume [67] ....................................................................................... 112 Figuur 105: 3D model van kerk met de Trnsys3D plug‐in ................................................................... 112 Figuur 106: Simulatieresultaten voor de temperatuur met gedetailleerd stralingsmodel ................. 113 Figuur 107: Simulatieresultaten voor de relatieve vochtigheid met gedetailleerd stralingsmodel ... 114 Figuur 108: Locatie van de nodes waar PPD berekend is .................................................................... 115 Figuur 109: Comfortberekeningsnodes met bijhorende PPD per node, simulatie op 11 maart 2012 115 Figuur 110: Werkingsprincipe van het Mahrcalor warmtestation ...................................................... 117 Figuur 111: Mahrcalor regelingstechniek............................................................................................ 119 Figuur 112: Structuur gemodelleerde Mahrcalor‐regeling ................................................................. 120 Figuur 113: Luchttemperatuur en relatieve vochtigheid voor 7 en 8 stations met inblaastemperatuur van 20°C, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten op 11 maart 2012 ................................................. 121 Figuur 114: Temperatuurverloop bij verschillende temperaturen van de inblaaslucht, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten van 11 maart 2012 .................................................................................... 122 Figuur 115: Relatieve vochtigheidsverloop bij verschillende temperaturen van de inblaaslucht, simulatie op tijdsbasis van 10 minuten van 11 maart 2012 ................................................................ 122


180

Figuur 116: PPD gedurende een misviering met inblaastemperatuur van 18°C met clothing factor 1,5 en 2,0 ................................................................................................................................................... 123 Figuur 117: Constructieonderdeel met een actieve laag voor vloerverwarming [69] ........................ 125 Figuur 118: Structuur van de gemodelleerde vloerverwarming ......................................................... 126 Figuur 119: Verloop luchttemperatuur tijdens verwarmen met regime 50/45, 40/37 en 35/33, simulatie op 11 maart 2012 ................................................................................................................ 127 Figuur 120: Verloop relatieve vochtigheid tijdens verwarmen met regime 50/45, 40/37 en 35/33, simulatie op 11 maart 2012 ................................................................................................................ 127 Figuur 121: De vloertemperatuur bij verschillende regimes .............................................................. 128 Figuur 122: PPD op bepaalde locaties in de kerk voor regime 35/33, 40/37 en 50/45 ...................... 128 Figuur 123: PPD voor regime 40/37 met clothing factor 1,5 en 2,0 ................................................... 129 Figuur 124: Aanduiding van vloerverwarmingszone ........................................................................... 129 Figuur 125: Geometrische modellering van lokale vloerverwarming met Trnsys3d .......................... 130 Figuur 126: Vergelijking verloop luchttemperatuur met volledig en lokaal verwarmen op regime 40/37, simulatie op 11 maart 2012 ..................................................................................................... 131 Figuur 127: Vergelijking PPD tussen volledige en lokale vloerverwarming op regime 40/37 en clo 2,0, simulatie op 11 maart 1012 ................................................................................................................ 131 Figuur 128: Structuur gecombineerd systeem .................................................................................... 133 Figuur 129: Luchttemperatuur bij gecombineerd systeem met verschillende starttijden ................. 134 Figuur 130: De relatieve vochtigheid bij gecombineerd systeem met verschillende starttijden ....... 134 Figuur 131: Vergelijking van het temperatuursverloop bij hygrostatische regeling met een minimumtemperatuur van 10°C, 5°C en zonder hygrostatische regeling, simulatie weergegeven in daggemiddelde waarden ..................................................................................................................... 136 Figuur 132: Vergelijking van het relatieve vochtigheidsverloop bij hygrostatische regeling met een minimumtemperatuur van 10°C, 5°C en zonder hygrostatische regeling, simulatie weergegeven in daggemiddelde waarden ..................................................................................................................... 136 Figuur 133: Maximale procentuele verlaging van de binnendampdruk indien er bij het inblazen van lucht buitenlucht gemengd wordt....................................................................................................... 139


181

Overzicht van de tabellen Tabel 1: Beschrijving van de schimmelindices ...................................................................................... 18 Tabel 2: De tijdschaal waarin verschillende objecten zich aanpassen aan een verandering in relatieve vochtigheid [5], [11] .............................................................................................................................. 20 Tabel 3: Clothing factors van verschillende kledijsamenstellingen volgens EN ISO 7730 ..................... 23 Tabel 4: ASHRAE klimaatklassen ........................................................................................................... 26 Tabel 5: Maximale variaties in relatieve vochtigheid voor de verschillende materialen van een paneelschilderij [20] .............................................................................................................................. 31 Tabel 6: De glastransitietemperatuur van verschillende verfsoorten [23] ........................................... 31 Tabel 7: Aanbevelingen van internationale literatuur ter conservatie van monumentale kerken en hun interieur [1] .................................................................................................................................... 34 Tabel 8: Samenvatting van voor – en nadelen van de verschillende verwarmingssystemen. Gebaseerd op H.L. Schellen [1] en aangevuld. ........................................................................................................ 49 Tabel 9: Gegevens van de huidige installatie ........................................................................................ 58 Tabel 10: Samenvatting van de belangrijkste parameters van het buitenklimaat van juli 2011 tot april 2012 [45] ............................................................................................................................................... 67 Tabel 11: Definities van de graad van abnormaliteit bij Tabel 10 ......................................................... 67 Tabel 12: Binnenklimaatklassen ............................................................................................................ 72 Tabel 13: Bepaling klimaatklasse van de kerk van Watervliet .............................................................. 83 Tabel 14: Vergelijking van de verschillende klimaatklassen volgens de omgekeerde ASHRAE en de klassieke methode, door te na te gaan hoe vaak aan de voorwaarden voldaan wordt ....................... 85 Tabel 15: Schimmelindex en schimmelgroei per materiaalklasse in het klimaat aan het Nood Gods . 87 Tabel 16: Schimmelindex en schimmelgroei per materiaalklasse in het klimaat aan de preekstoel ... 88 Tabel 17: Warmtegeleidbaarheid voor cementmortel ......................................................................... 98 Tabel 18: Gecorrigeerde λ‐waarde ........................................................................................................ 99 Tabel 19: U‐waarde van de muren ...................................................................................................... 100 Tabel 20: Gegevens van de mogelijke Mahrcalor‐installatie in de OLV‐Hemelvaartkerk te Watervliet ............................................................................................................................................................. 118 Tabel 21: Aanbevelingen voor conservatie van monumentale kerken en hun interieur in het geval van luchtverwarming [1] ............................................................................................................................ 120 Tabel 22: Aanbevelingen voor conservatie van monumentale kerken en hun interieur in het geval van vloerverwarming [1] ............................................................................................................................ 125 Tabel 23: Samenvatting systeemsimulaties ........................................................................................ 140 Tabel 24: Samenvatting regelingssimulaties ....................................................................................... 141 Tabel 25: Aandeel van voegen en steen t.o.v. de totale oppervlakte volgens formule 10 ................. 165 Tabel 26: Warmtegeleidbaarheid voor gecertificeerde en niet‐gecertificeerde bakstenen .............. 165 Tabel 27: λUi (W/mK) van metselwerk met gecertificeerde snelbouwsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm (BENOR) ............................................................................................................. 166 Tabel 28: λUi (W/mK) van metselwerk met niet‐gecertificeerde snelbouwsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm ............................................................................................................................ 166 Tabel 29: λUi (W/mK) van metselwerk met gecertificeerde gevelsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm (BENOR) ............................................................................................................................ 166 Tabel 30: λUi (W/mK) van metselwerk met niet‐gecertificeerde gevelsteen met kopse voeg en bedvoeg van 12 mm ............................................................................................................................ 166 Tim Gavel, Hannes Oppeel

182

Vochtproblemen in historische gebouwen: klimaatanalyse en retrofitting in de OLV-Hemelvaartkerk te Watervliet

Recommend Documents