Ontwerpen voor optimaal zomercomfort

Optimaal zomercomfort begint met het buiten houden van de ergste hitte. In Nederland zijn we niet gewend huizen te ontwerpen voor de zomersituatie, met de eerste hete dagen loopt in de meeste gebouwen ook de binnentemperatuur weer op. Met de steeds warmer wordende zomers zijn passieve maatregelen echt de moeite waard. Dit zijn voorzieningen die geen energie gebruiken. Een energieslurpende airco hoeft dan niet de gevel te ontsieren. In dit artikel lees je welke maatregelen effectief zijn om gebouwen in de zomer koel te houden. Ook leggen we uit hoe je dit in een volgens project zelf kan realiseren.

Door Jan Geerts, expert energieneutraal bouwen en docent Kennisinstituut KERN

Wat is optimaal zomercomfort?

Warmte is aangenaam, hitte is dat zeker niet. Als we het te warm hebben, heeft dat invloed op ons dagelijks functioneren, op ons welbevinden of zelfs onze gezondheid. We spreken dan van oververhitting. Mensen kunnen onder andere vermoeidheid ervaren of hebben concentratieverlies, hoofdpijn of last van duizeligheid. Wordt het nog warmer dan kan er sprake zijn van hitte-uitputting en hitteberoerte. Een hitteberoerte is levensbedreigend.

In de ISO 7730 staat een temperatuurbereik aangegeven waarbinnen de meeste personen zich comfortabel voelen. Dit loopt ongeveer van 20 tot 25 graden. Als de lucht droog is, dan zullen de meeste personen temperaturen tot 27.5 nog als comfortabel ervaren. Warme, vochtige lucht wordt over het algemeen als minder prettig ervaren dan warme, droge lucht. Met ons zeeklimaat en ligging in een rivierdelta zijn Nederlandse zomers vochtig te noemen.

Hoe krijgen we comfortabele zomerse binnentemperaturen

Een aangenamere temperatuur in gebouwen kan worden bereikt door in te zetten op drie factoren: passieve maatregelen, actieve maatregelen en bewonersgedrag. Door alle drie de factoren op de juiste wijze te combineren, kunnen we toekomstbestendige gebouwen realiseren. Daarnaast speelt de klimaatverandering uiteraard ook een belangrijke rol. Daarover later meer.

Niet alleen actieve maatregelen

Onder actieve maatregelen verstaan we installatietechnische voorzieningen die een gebouw kunnen koelen. De meest bekende is de airconditioning (airco), maar ook het koelvermogen van een warmtepomp valt hieronder. Al deze installaties zijn afhankelijk van energie om te kunnen koelen. Door (vrijwel) alleen op actieve maatregelen te vertrouwen heb je grote installaties nodig met een hoog koelvermogen, ergo met een hoge piek energievraag en een hoog energiegebruik. De energierekening zal dus stijgen maar ook het landelijke elektriciteitsnet wordt hierdoor extra belast.

Verschil in pieklast voor koeling tussen een bestaande woning (links) en een passiefhuis (rechts). Bron afbeelding: PassiveHouse institute.

Optimaal zomercomfort met passieve maatregelen

Passieve maatregelen zijn onderdelen van een gebouw die het binnenklimaat beïnvloeden, zonder dat daar operationele energie voor nodig is. Veelal zijn dit bouwkundige maatregelen, maar er zijn ook installatietechnische mogelijkheden. Sommige passieve maatregelen vergen wel actieve bewoners.

Weren van de zon

De meest effectieve maatregel om de zomerse warmte buiten te houden is door beschaduwing toe te passen. Door vaste overstekken boven, of beweegbare zonwering voor de ramen op te nemen, voorkom je directe zontoetreding door het glas.

Door de lagere zonnestand zijn overstekken aan de west- en oostgevel veel minder effectief dan op de zuidgevel, terwijl de zon daar vrijwel net zo krachtig op de gevel schijnt. De keuze voor de juiste preventieve, passieve maatregelen is dus maatwerk.

Omliggende bebouwing kan de zon uiteraard ook weren, net als bomen en andere natuurlijke begroeiing. Niet voor niks stonden er vroeger vaak leibomen vlak voor de ramen van boerderijen. Ook de luiken zijn een goed voorbeeld van hoe men vroeger de zon buiten hield.

Door in het voorontwerp gebruik te maken van een SketchUP model in combinatie met DesignPH kun je een goed inzicht krijgen in de schaduwwerking op de diverse glasvlakken. Het ontwerp onderbouwd optimaliseren is daarmee eenvoudig geworden.

SketchUp model van een appartement in Rotterdam, met rechts de schaduwfactoren voor een raam, berekend met DesignPH.

Interne warmtebronnen

In een gebouw zijn altijd bronnen aanwezig die warmte afstralen. In kleinere woningen is deze invloed groter dan in grotere woningen. Iedere woning heeft immers een boiler, koelkast, diepvries e.d.. In utiliteitsgebouwen zijn de interne warmtebronnen vaak nog groter, met alle computers of andere machines die er staan. En wat denk je van kinderen in een klaslokaal. Juist voor scholen is het extra belangrijk met de zomersituatie rekening te houden, ondanks de zes weken zomervakantie.

Daar waar mogelijk is het aan te raden de invloed van interne warmtebronnen te verlagen. Als voorbeeld noemen we de warmtapwater installatie. De boiler, samen met de warmwaterleidingen en alle appendages warmen een woning op. Naarmate woningen energiezuiniger worden, wordt deze invloed steeds groter. Slecht geïsoleerde systemen vragen meer energie en leiden tot hogere percentages aan temperatuuroverschrijdingen, zie onderstaande grafiek.

Warmtevraag voor verwarming (geel) en warm tapwater (blauw) en de frequentie van oververhitting (rood) bij toenemende warmteverliezen in de warm tapwaterinstallatie. Bron afbeelding: Passive House Institute

Zomernachtventilatie

Over het algemeen zijn de Nederlandse nachten een stuk koeler dan de dagperiodes. Deze nachtelijke koele lucht kunnen we prima gebruiken om de woning af te koelen. Dit doen we door middel van zomernachtventilatie. Op verdiepingen kan dit in veel gevallen door een raam open te zetten. Op de begane grond kun je beter speciale luiken toepassen. Veelal zijn bewoners hier aan zet, er bestaan echter ook al geautomatiseerde oplossingen.

Voorbeelden van zomernachtventilatieluiken. Bron: Bouwnext

De bypass in een WTW en het optoeren van het ventilatiedebiet helpen uiteraard ook mee.

Voor alle voorgenoemde maatregelen geldt dat ze alleen effectief zijn wanneer ze gedurende de hele nacht gebruikt kunnen worden.

Thermische massa

De thermische massa van een gebouw is in energiezuinige gebouwen minder relevant dan algemeen aangenomen wordt, zo is uit studies gebleken (zie onder andere deze studie van de TU Eindhoven). De isolatie en kierdichtheid zorgen al voor een vertraging van de verandering van de binnentemperatuur ten opzichte van de buitentemperatuur.

Als thermische massa zonder zomernachtventilatie toegepast wordt, dan werkt het zelfs averechts. Een zwaar gebouw resulteert dan in hogere binnentemperaturen dan een licht gebouw.

Bewonersgedrag

De effectiviteit van veel passieve maatregelen hangt in een energiezuinig, goed geïsoleerd gebouw af van het gedrag van de bewoners. Zonwering die niet omlaag gedaan wordt, de aanschaf van inefficiënte huishoudelijke apparaten of het ’s nachts niet open zetten van ramen, leiden stuk voor stuk tot oplopende zomerse binnentemperaturen.

Onderzoek van het IWU laat zien dat het percentage van temperatuuroverschrijding in een passiefhuis appartementencomplex sterk afhankelijk is van het bewonersgedrag.

Bewonersgedrag is van grote invloed op de frequentie dat het in huis te warm wordt. Bron afbeelding: Passive House Institute

Als bouwprofessionals zullen wij dus ook goed moeten communiceren richting bewoners over hoe ze hun woning moeten gebruiken. Dat we tijdens de winter onze deuren en ramen dicht moeten houden, weet iedereen wel. We zullen ‘s zomers echter meer moeten wonen als de Zuid-Europeanen. Overdag alles dicht en gebruik maken van de zonwering. En ’s nachts alles open.

Zeker voor projectontwikkelaars en woningcorporaties ligt hier een uitdaging om dit goed over te brengen.

Klimaatverandering

Door het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) zijn diverse scenario’s doorgerekend voor de mogelijke opwarming van de aarde in deze eeuw. Door het iPHA (international Passive House Association) is voor een appartementengebouw in Berlijn doorgerekend wat het effect is van twee scenario’s op het percentage van de tijd dat het binnen warmer is dan 25 graden. In 2005 was berekend dat dit percentage 2.5% was, wat als goed geclassificeerd wordt. Hiermee zal je ook ruimschoots voldoen aan de TOjuli eis uit de BENG.

Als de opwarming van de aarde beperkt blijft tot 1.5 graden (RCP2.6), dan zal het percentage met binnentemperaturen >25 graden, toenemen tot 5%, wat nog steeds acceptabel is. Krijgen we echter te maken met een gemiddelde opwarming tot 4.0 graden (RCP8.5), dan zal het in 2050 rond 10%, en in het jaar 2100 maar liefst 25% van de tijd in huis veel te warm zijn.

Warmtevraag (rood) en frequentie van oververhitting (zwart) in relatie tot scenaro’s van klimaatverandering. Bron afbeelding: Passive House Institute

Het meest aannemelijk is dat de opwarming van de aarde ergens tussen deze twee scenario’s uitkomt. Omdat de meeste gebouwen die we nu bouwen, er over 50 of 100 jaar ook nog staan, is het van belang bij het ontwerp rekening te houden met deze temperatuurstijgingen. Robuuste passieve maatregelen liggen hiervoor aan de basis, gevolgd door een heldere communicatie richting bewoners hoe zij het beste om kunnen gaan met hun woning.

Optimaal zomercomfort – Hoe pakken we dit goed aan?

Als opdrachtgevers en ontwerpers willen we goede gebouwen opleveren. Hoe ontwerp je een toekomstbestendig gebouw, dat zo min mogelijk leunt op de toepassing van actieve maatregelen?

Door in de VO-fase gebruik te maken van SketchUp in combinatie met DesignPH kun je weloverwogen beslissingen maken ten aanzien van beschaduwing. Als het ontwerp uitgekristalliseerd is en de gegevens van designPH naar de nZEB-tool zijn geëxporteerd, kun je vervolgens de Zomer Stress Test doen.

Vanaf versie 10 van de PHPP (in Nederland de nZEB-tool) kun je nagaan wat de binnentemperaturen zullen gaan doen, afhankelijk van bewonersgedrag en klimaatverandering. Door robuuste gebouwen te ontwerpen kun je hierop anticiperen. Het wooncomfort wordt daardoor verhoogd, terwijl de energielasten voor koeling beperkt zullen blijven.

Zomer Stress Test zoals opgenomen wordt in versie 10 van de nZEB-tool

Meer kennis over ontwerpen voor optimaal zomercomfort

Kom kennis ophalen bij Kennisinstituut KERN! De docenten bij KERN zijn de Nederlandse koplopers in energieneutraal bouwen. De combinatie van hun praktijkervaring en de theoretische kennis van internationale wetenschappelijke ontwikkelingen maakt de cursussen bij KERN uniek voor Nederland. In de cursus Energiebalans met designPH leer je bijvoorbeeld hoe je in een vroeg stadium het ontwerp energetisch kan optimaliseren.