TM februari 2011

Tel. 078 615 00 00 | Fax 078 641 41 02 | [email protected] | www.ecodan.nl

+ 60°C warmtapwater

+ Monovalent systeem, geen elektrische naverwarmer of CV ketel benodigd

+ Tot -15°C buitentemperaturen geen verlies in verwarmingscapaciteit

(Mitsubishi Electric Zubadan technologie)

+ Warmtapwater en vloerverwarming in één systeem

+ CO2 neutraal, dus zeer milieuvriendelijk

+ Geen gasaansluiting nodig

+ Mogelijkheid tot comfortverkoeling via radiatoren of het vloer

afgiftesysteem

+ Mogelijkheid tot zwembad- of vijververwarming

+ Energiebewuste klimaatoplossing zonder concessies te doen aan comfort

+ Forse verlaging EPC

+ Komt in aanmerking voor de subsidieregeling ‘Duurzame warmte voor

bestaande woningen’

+ Komt in aanmerking voor de EIA subsidieregeling voor bedrijven

www.ecodan.nl

douche

buitenunit

radiator

vloerverwarming

boiler

De Ecodan Combiwarmtepomp Het energiezuinige alternatief voor de traditionele CV ketel

vloerverwarming/koeling en/of radiatoren

bereiding van warmtapwater

verwarming of verkoeling

de verwarming van uw vijver of zwembadvloerverwarming/koeling en/of radiatoren



de verwarming van uw vijver of zwembad

vloerverwarming/koeling en/of radiatoren



de verwarming van uw vijver of zwembad

Ecodan adv A4.indd 1 11-05-2010 15:13:25

Februari 2011 | Jaargang 40 | Nr 2

Adaptieve gevels

Evalueren van zomercomfort

Gedetailleerd gebruikersgedrag

JAA

RGA

NG

40 N

R. 2 TV

VL M

AG

AZIN

E fEbRuA

RI 2011

Thema:

Gebouwsimulatie

TM0211_cover.indd 1 31-1-2011 18:45:46

3

Inhoudsopgave

TVVL MAGAZINE

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door gelijken’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vak-gebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

56

52

12

Project: DUo &

BelastIngDIenst

IntervIew:

jaaP wIeDenhof

sImUlatIe aDaPtIeve

gevels

hyBrIDe aDaPtIeve thermIsche energIeoPslag

Ir. P. (Pieter-Jan) Hoes, dr.dipl.-ing. M. (Marija) Trčka,

prof.dr.ir. J.L.M. (Jan) Hensen en drs.ir. B. (Bauke) Hoekstra

Bonnema 6

PrestatIesImUlatIe van aDaPtIeve gevels

Ir. R.C.G.M. (Roel) Loonen, dr.dipl-ing. M. (Marija) Trčka, D.

(Daniel) Cóstola, MSc. en prof.dr.ir. J.L.M. (Jan) Hensen 12

PIekvermogens voor verwarmIng met

BetonkernactIverIng

Dr.ir. C.J. (Kees) Wisse, ir. D.O. (Rick) Rijksen, drs. H. (Henk)

Stijnen, dr.ir. T. (Teunis) van Woudenbergh en ing. P. (Peter)

Pieper 18

In welke mate kan zonne-energIe BIjDragen?

Dr. H. (Henk) Polinder, ir. A. (Arie) Kalkman, ing. A. (Ad) van

der Aa 22

Pv-systemen: De oPlossIng voor nUl-energIe

wonIngen?

Ir.-arch. R. (Ruben) Baetens, Dr.ir.-arch. D. (Dirk) Saelens,

ir. R. (Roel) de Coninck, dr.ir. L. (Lieve) Helsen, ir. B. (Bart)

Verbruggen en dr.ir. J. (Johan) Driesen 28

geDetaIlleerD geBrUIkersgeDrag In

geBoUwsImUlatIe

Ir. W. (Wout) Parys, prof.dr.ir.-arch. D. (Dirk) Saelens en

prof.dr.ir.-arch. H. (Hugo) Hens 34

QUasI-steaDy-state BePalIngsmethoDe

Ir.-Arch. K. (Kim) Goethals en prof.dr.ir.-Arch. A. (Arnold)

Janssens 40

eenvoUDIg evalUeren van zomercomfort

L. (Lieve) Weytjens en dr.ir-arch. G. (Griet) Verbeeck 46

Februari 2011

eDItorIal 5IntervIew 52ProjectBeschrIjvIng 56actUeel 61UItgelIcht 65regelgevIng 67InternatIonaal 69nIeUws 70sUmmary 72voorBeschoUwIng 73agenDa 74

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 111,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

RedactieRaad: drs.ir. P.M.d. (Martijn) Kruijsse (voorzitter)ir. J. (Jan) aufderheijdeMw. dr. L.c.M. (Laure) itardH. (Henk) LodderG.J. (Geert) LugtMw. drs. c. (carina) Muldering. O.W.W. (Oscar) NuijtenMw. drs.ir. i. (ineke) thieraufing. J. (Jaap) Veermaning. R (Rienk) Vissering. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur)

Redactie: drs.ir. P.M.d. (Martijn) Kruijsse (voorzitter)ir. J. (Jan) aufderheijdeMw. drs. c. (carina) Muldering. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur)

Redactie-adReS: tVVL: de Mulderij 12, 3831 NV LeusdenPostbus 311, 3830 aJ Leusdentelefoon redactie (033) 434 57 50Fax redactie (033) 432 15 81 email [email protected]

UitGaVe: Merlijn Media BVZuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 aG Waddinxveentelefoon (0182) 631717 email [email protected]

SecRetaRiaat:email [email protected]

aBONNeMeNteN: Merlijn Media BVPostbus 275, 2740 aG Waddinxveentelefoon (0182) 631717email [email protected] Benelux € 107,- Buitenland € 210,- Studenten € 85,- Losse nummers € 18,- extra bewijsexemplaren € 13,-

Het abonnement wordt geacht gecon-tinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd.

adVeRteNtie-exPLOitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk telefoon (0182) 631717 email [email protected]

PRePReSS: Yolanda van der Neut

dRUK: ten Brink, Meppel

iSSN 0165-5523

© tVVL, 2011

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. de auteurs kunnen echter geen verantwoordelijk-heid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

TM0211_inhoud.indd 3 31-1-2011 13:20:10

Warmtekracht-koppeling

Zonne-energie HR-ketels Utiliteit& Industrie

Gasabsorptie-warmtepompen

Buderus Blauw is een gevestigd begrip in de utiliteitsmarkt en in de industrie. Buderus staat

voor hoogwaardige en innovatieve verwarmingssystemen. Met jarenlange ervaring in vrijwel

alle landen van Europa. Met een krachtige kennis- en serviceorganisatie voor de juiste onder-

steuning. En met steeds meer focus op toepassing van energiezuinige en duurzame techno-

logie. Meer weten? Ga naar de nieuwe website of bel de Buderus Infolijn: 0570 602200.

Vertrouw op blauw en kies voor de absolute zekerheid van Buderus.

Vertrouw op blauw

www.buderus.nl

47200140 Adv TVVL 210x297.indd 1 20-01-11 09:49TM0211_04.indd 4 31-1-2011 10:41:44

Het ontwerpen van energie-efficiëntere of energieprodu-

cerende gebouwen is een ontwikkeling die hoe dan ook zal

plaatsvinden. Duidelijk is dat integraal denken vereist is om tot

energie-efficiëntie dan wel -productie te komen. De complexiteit

die hiermee gepaard gaat, noodzaakt vaak de inzet van gebouwsi-

mulatie om een oordeel te kunnen vellen over de energieprestatie.

5TVVL Magazine | 02 | 2011 EDITORIAL

Simulatie: efficiëntén producerend

Bij de eerste versie van het Ibpsa-NVL Event in 2008 stond de betekenis van gebouwsimulatie in de praktijk centraal. Op 14 oktober jl. werd het tweede Event gehouden aan de Technische Universiteit Eindhoven. Nu ging de aandacht vooral uit naar de betekenis van simulatie in de nabije toekomst.

Het blijkt dat de interactie tussen gebruiker en gebouw steeds belangrij-ker wordt. Ook is er de wens om eenvoudige simulatietools steeds beter beschikbaar te maken voor een grotere groep (denk aan de architecten). Zo kunnen al vroeg in het ontwerpproces goede keuzes gemaakt worden. Een andere trend is het introduceren van nieuwe technieken en ontwerp-oplossingen in gebouwen en het verwerken ervan in simulaties. Dit om met name ook de potentie van nieuwe technieken en ontwerpoplossing-en helder te krijgen.

Ibpsa-NVL 2010 Event bestond, evenals in 2008, uit een conferentie- en symposiumdeel. Het symposium bood een goed overzicht van ontwikke-lingen op het gebied van energie-efficiënte gebouwen en de rol die simu-latie hierin speelt dan wel kan gaan spelen. Deze ontwikkelingen werden beschouwd vanuit zowel een nationale als internationale context. De presentaties zijn beschikbaar op www.ibpsa-nvl.org.

De conferentie liet met twintig papers en bijbehorende presentaties zien dat er in Nederland en Vlaanderen veel aandacht is voor gebouwsi-mulatie; enerzijds voor het gebruik bij het bepalen van prestaties en de beperkingen en mogelijkheden hiervan; anderzijds voor onderzoek naar een betere verwerking van nieuwe technieken, uitgangspunten etc. in

gebouwsimulatie om nog betere uitspraken te kunnen doen.

In deze speciale uitgave van TVVL Magazine zijn acht artikelen opgeno-men. Ze beschrijven resultaten die zijn gepresenteerd op het Event. De artikelen geven een goed overzicht van de dag. Ze laten zien dat gebouw-simulatie een positie heeft verworven in het proces om meer energie-efficiënte dan wel energieproducerende gebouwen te realiseren. Ibpsa-NVL (www.ibpsa-nvl.org) is dank verschuldigd aan TVVL om gebouwsimulatie op deze manier aan een breder publiek kenbaar te kunnen maken. Dit is één van de kerntaken waar Ibpsa-NVL voor staat.

M.G.L.C. (Marcel) Loomans, prof.dr.ir. J.L.M. ( Jan) Hensen en ir. P. (Pieter-Jan) Hoes, Technische Universiteit Eindhoven

VoorafIn verschillende artikelen komt het simulatieprogramma Trnsys ter sprake. Trnsys (uitgesproken als ‘tran-sis’) is een programma voor het simuleren van transiënte prestaties van thermische energie-systemen. Het is gebaseerd op een bibliotheek van componenten, waarmee complexe energiesystemen kunnen worden opgebouwd. Denk bijvoorbeeld aan een gebouw met actieve systemen. De ont-wikkeling van Trnsys is gestart in 1970 in de Verenigde Staten. Door zijn opzet is het mogelijk om relatief eenvoudig nieuwe componen-ten (technologieën) toe te voegen aan de bibliotheek en daarmee innovatieve energiesystemen te onderzoeken. Meer informatie: www.trnsys.com.

TM0211_editorial.indd 5 27-1-2011 10:46:37

6 TVVL Magazine | 02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

In conventionele gebouwen is de thermische massa een permanente

gebouweigenschap die afhankelijk is van het gebouwontwerp. Maar gebouwen

met een permanente thermische massa zullen niet onder alle omstandigheden

optimaal presteren. Dit artikel introduceert een gebouwconcept dat de voordelen

benut van zowel een thermisch licht als thermisch zwaar gebouw. Het concept

bestaat uit een lichtgewicht constructie met een hybride adaptieve thermische

energieopslagcapaciteit. Dit concept verbetert de gebouwprestaties en vergroot

de robuustheid voor veranderend gebruikersgedrag, seizoenswisselingen en

klimaatveranderingen. Met behulp van gebouwsimulatie is het potentieel van het

concept onderzocht en gekwantificeerd.

Hybride adaptieve thermische energieopslag

Ir. P. (Pieter-Jan) Hoes, Materials innovation institute (M2i) en Technische Universiteit Eindhoven; dr.dipl.-ing. M. (Marija) Trcka, prof.dr.ir. J.L.M. ( Jan) Hensen, Technische Universiteit Eindhoven; drs.ir. B. (Bauke) Hoekstra Bonnema, Tata Steel Construction Centre

INLEIDINGIn de komende jaren wordt de energiepres-tatie-eis voor woningbouw steeds verder aangescherpt. Daarnaast zullen er nieuwe eisen worden gesteld aan de woningbouw. Zo leidt de groeiende vraag naar gebouwen met een duurzaamheidcertificaat (bijvoor-beeld Breeam of LEED) ertoe dat tijdens het ontwerpen van een gebouw ook eisen worden gesteld aan bijvoorbeeld het materiaalgebruik. Samen zorgen deze strengere en nieuwe eisen ervoor dat ontwerpers gedwongen worden om niet zondermeer voor een conventionele manier van bouwen te kiezen. Om te kunnen blijven voldoen aan de eisen moeten nieuwe gebouwconcepten worden ontwikkeld (een samenspel van gebouwvorm, bouwmethode en gebouwinstallatie).

Dit artikel presenteert het potentieel van een nieuw lichtgewicht gebouwconcept. Dit concept verlaagt de warmtevraag en verhoogt tegelijkertijd het thermische comfort. Verder vergroot het concept de robuustheid voor ver-anderd gebruikersgedrag (bijvoorbeeld door veranderingen in aanwezigheidspatronen), seizoenswisselingen en klimaatveranderingen.

LICHT EN ZWAARLichtgewicht gebouwconstructies (bij-voorbeeld hout of staal) bieden voordelen vergeleken met zwaargewicht construc-ties (bijvoorbeeld baksteen of beton). Een belangrijk voordeel is de vermindering van het materiaalgebruik en daardoor afnemende milieubelasting van het gebouw. Een vermin-dering van het materiaalgebruik leidt namelijk

tot een vermindering van het bouwafval (nu wordt een derde van de totale Nederlandse afvalberg toegeschreven aan de bouw), vermindering van grondstofwinning, verlaging van de energiebehoefte voor de productie van bouwmaterialen en lichter transport [1]. Verder zijn lichtgewicht constructies geschikt voor ‘top-up’ renovaties van bestaande gebouwen. Door de hoge prijzen voor bouwgrond in Nederland staan dit soort renovatiemethoden in de belangstelling. Staalskeletbouw is een bekende lichtgewicht constructiemethode. Naast de bovengenoemde voordelen leidt staalskeletbouw bovendien tot een kortere bouwtijd en daardoor lagere bouwkosten dan de in Nederland conventionele constructie-methoden die gebruik maken van baksteen of beton. Een nadeel van lichtgewicht gebouw-

TM1201_hoes_2025b.indd 6 27-1-2011 10:49:17

7TVVL Magazine | 02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

constucties is echter dat het leidt tot gebou-wen met een lage thermische massa, waardoor de kans op comfortproblemen (oververhitting) toeneemt.

THERMISCHE MASSADe thermische massa geeft aan in welke mate een materiaal energie kan opslaan en afgeven. Materialen met een hoge specifieke warmte-capaciteit, een gemiddelde warmtegeleiding en een hoge infrarood emissiecoëfficiënt hebben een geschikte thermische massa om te gebruiken in gebouwen [2]. Om effectief gebruik te kunnen maken van de thermische massa moet de massa (thermisch) gekoppeld zijn aan de ruimten in het gebouw. De massa moet bijvoorbeeld niet bedekt worden met warmte-isolerende materialen. Over het alge-meen zorgen betonnen gebouwconstructies (muren, vloeren) voor zware gebouwen met een hoge thermische massa.In Nederland denken gebouwontwerpers veelal dat gebouwen met een hoge thermische massa altijd leiden tot een lager energiege-bruik en een hoger thermisch comfort dan gebouwen met een lage thermische massa. Enkele studies laten dit soort resultaten inder-daad zien [2, 3, 4]. Andere studies laten echter zien dat de positieve invloed van de thermische massa niet moet worden overschat [5]. Onder bepaalde omstandigheden kan de traagheid van de thermische massa er bijvoorbeeld voor zorgen dat een snel reagerend gebouw met een lage thermische massa energie-efficiënter is dan een traag reagerend gebouw met een hoge thermische massa.In conventionele gebouwen is de thermische massa een permanente gebouweigenschap die afhankelijk is van het gebouwontwerp. Maar gebouwen met een permanente thermische massa zullen niet onder alle omstandigheden optimaal kunnen presteren, zoals hiervoor al beschreven. Dit artikel introduceert daarom een gebouwconcept dat de voordelen benut van zowel een thermisch licht als een ther-misch zwaar gebouw. Dit gebouwconcept wordt hierna beschreven.

HATSMet behulp van thermische energieopslagsy-stemen (TES) en TES-materialen is het moge-lijk om de thermische energieopslagcapaciteit van een gebouw te vergroten. In de literatuur worden verschillende TES-systemen beschre-ven [6]. De TES-systemen kunnen worden ingedeeld naar kortetermijnopslag (uur, dag) en langetermijnopslag (seizoen, jaar). Verder kunnen de systemen worden gecategoriseerd naar de volgende drie groepen:- voelbare energieopslag: energie wordt opge-

slagen of onttrokken aan een medium met

een continue temperatuurverandering in de tijd (bijvoorbeeld energieopslag in water of beton);

- latente energieopslag: energie wordt opgeslagen in een medium door middel van een faseverandering van het medium (energieopslag in zogenaamde Phase Change Materials (PCM’s) zoals paraffine of zouthydraten);

- thermochemische energieopslag: energie wordt opgeslagen in thermochemische reacties.

Twee of meerdere TES-systemen kunnen worden gecombineerd tot een hybride ther-misch energieopslagsysteem, bijvoorbeeld PCM’s in lichtgewicht betonnen wanden: latente energieopslag gecombineerd met voel-bare energieopslag. Door gebruik te maken van dergelijke TES-systemen kan een lichtgewicht gebouw een extra thermische opslagcapaciteit krijgen. Daardoor gedraagt het zich, vanuit thermisch perspectief, als een zwaargewicht gebouw. Om echter gebruik te kunnen maken van de voordelen van zowel een lage als hoge thermische massa, moet de opslagcapaciteit adaptief zijn in de tijd. Dergelijke systemen heten hybride adaptieve thermische energie-opslagsystemen (HATS). Een voorbeeld van een HATS-concept is een ruimte met PCM’s, waarvan de PCM’s op ieder gewenst moment kunnen worden geïsoleerd van de ruimte. Dit zou bijvoorbeeld kunnen door de PCM’s te plaatsen boven een verlaagd plafond dat

(thermisch) geopend en gesloten kan worden (zie figuur 1). Een HATS-concept kan bijvoor-beeld ook bestaan uit zogenaamde thermisch actieve bouwdeelsystemen (TABS).

CASESTUDYIn samenwerking met het Tata Steel Construction Centre is een casestudy gede-finieerd van een woning. Deze casestudy is gebruikt om het potentieel van HATS (verlagen warmtevraag en verhogen comfort) te onderzoeken. De casestudy is gebaseerd op de woningen van het Zonne-entree project in Apeldoorn. De woning is gesimuleerd met behulp van het gebouwsimulatieprogramma ESP-r [7]. De woning bestaat uit vijf ruimten: zone A (zuid georiënteerd) en B (noord geori-enteerd) op de begane grond en zone C en D (zuid georiënteerd) en E (noord georiënteerd) op de eerste verdieping (zie figuur 2). In deze casestudy wordt de woning verwarmd door middel van een all-air systeem. De luchttem-peratuur wordt geregeld op 21 oC wanneer de ruimten worden gebruikt en 14 oC wanneer ze niet worden gebruikt; meer details worden gegeven in tabel 1 en figuur 2. De zuidgevel is voorzien van buitenzonwering (horizontale lamellen). Tijdens de wintermaanden is de zonwering opgetrokken om optimaal gebruik te kunnen maken van de zon. Tijdens de zomer wordt de zonwering neergelaten met de lamel-

-Figuur 1- Voorbeeld van een HATS-concept. De PCM’s kunnen thermisch worden geïsoleerd

van de ruimte

-Figuur 2- Casestudy gebaseerd op de woningen van Zonne-entrée Apeldoorn, aanzicht op de

zuidgevel

TM1201_hoes_2025b.indd 7 27-1-2011 10:49:17


len onder een hoek van nul graden (horizon-taal). Bij een intensiteit van de zonnestraling (irradiantie) hoger dan 300 W/m2 worden de lamellen gedraaid naar tachtig graden. Twee gebruikersprofielen zijn gedefinieerd:- aanwezigheidprofiel ‘avond’: bewoners zijn

aanwezig van 18 uur tot 24 uur;- aanwezigheidsprofiel ‘dag & avond’: bewo-

ners zijn aanwezig van 8 uur tot 24 uur.

Prestatie-indicatorenDe gebouwprestatie is beoordeeld aan de hand van twee prestatie-indicatoren: de warmte-vraag en de gewogen temperatuuronder- en overschrijdingsuren (GTO-uren). De warm-tevraag is berekend in kWh/m2 per jaar. De onder- en overschrijdingsuren zijn gewogen door middel van een functie die afhankelijk is van de PPD [8] en zijn vervolgens gesommeerd voor het hele jaar.

HET POTENTIEELDe potentiële meerwaarde van HATS voor de casestudy is onderzocht door de opti-male hoeveelheid thermische massa van de casestudy te onderzoeken. De optimale hoeveelheid thermische massa is gedefinieerd als de hoeveelheid (permanente) thermische massa die de beste gebouwprestaties levert (gebaseerd op een ‘trade-off’ tussen beide prestatie-indicatoren). De gevoeligheid van

Inputparameters Basiswaarde Gevoeligheidsanalyse Eenheid

Waarde 1 Waarde 21 Aanwezigheidsprofiel avond avond avond -2 Interne warmtelasten 4,0 2,0 6,0 W/m2

3 Glastype (U-waarde) 1,3 0,7 2,7 W/m2K4 Raamgrootte 50 25 90 %5 Warmteweerstand gevel/dak 5 3 8 m2K/W

6 Infiltratie (qinfiltratie;qv10;spec) 0,08 0,03 0,12 dm3/s p.m2

7 Temperatuur aanwezigheid 21 20 22 °C8 Temperatuur afwezigheid 14 13 15 °C9 Ventilatie 1,0 0,8 1,2 dm3/s p.m2

-Tabel 1-

Inputparameters van

de casestudy Zonne-

entrée Apeldoorn

(basiswaarde)

en voor de

gevoeligheidsanalyse

(waarden 1 en 2)

de optimale hoeveelheid thermische massa (in het vervolg van dit artikel: ‘de optimale massa’) voor bijvoorbeeld seizoenswisselingen, betekent dat de gebouwprestatie zal profiteren van de implementatie van HATS.De optimale massa is onderzocht met behulp van het Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) [9]. Dit is een bekend en veel gebruikt optimalisatie algoritme, dat eerder is gebruikt in gebouwprestatiesimu-latie. Het optimalisatie algoritme verandert de thermische massa van het gebouw door de dichtheid van de materialen te variëren die thermisch gekoppeld zijn met het binnenkli-maat. De benodigde dichtheid is berekend aan de hand van de specifiek werkzame massa (SWM). De SWM is een vereenvoudigde methode om de thermische massa te kwantifi-ceren. De SWM is gedefinieerd als het quotiënt van de massa van de thermisch actieve lagen van alle oppervlakken in een ruimte en de som van alle oppervlakken in de ruimte. Een lage thermische massa is bijvoorbeeld een SWM van 5 kg/m2 (lichtgewicht vloeren en muren), een gemiddelde thermische massa is een SWM van 50 kg/m2 (betonnen vloeren en lichtge-wicht wanden) en een hoge thermische massa is een SWM van 100 kg/m2 (zwaar betonnen vloeren en muren).De optimale massa is berekend per oriëntatie en per vloerniveau (m.a.w. voor ruimte ‘A’,

‘B’, ‘C en D’ en ‘E’) voor elk seizoen met het aanwezigheidprofiel ‘avond’. De thermische massa van de ruimten is gevarieerd van 5 kg/m2 tot 100 kg/m2. De ruimten zijn onderling thermisch ontkoppeld door middel van een laag isolatiemateriaal in de ruimtescheidende wanden.

SeizoenswisselingenFiguur 3 laat de optimale thermische massa zien per ruimte en per seizoen. De invloed van seizoenswisselingen op de optimale thermi-sche massa is duidelijk te zien. Een lage thermi-sche massa is vereist in de winter en een hoge thermische massa in de zomer. De invloed kan worden gekwantificeerd met behulp van de gemiddelde relatieve verandering (GRV) van de optimale massa gedurende de seizoenen (een relatieve verandering ten opzichte van de gemiddelde waarde van de thermische massa van de specifieke ruimte). Een hoge GRV betekent een sterke gevoeligheid van de optimale massa voor de seizoenswisselingen. De ruimten in deze casestudy laten hoge GRV’s zien: voor ruimten A, B, C, D en E respectievelijk 83%, 88%, 54%, 54% en 90%.Deze resultaten laten zien dat de optimale massa gevoelig is voor seizoenswisselingen. Dit betekent dat het toepassen van een adaptieve thermische massa of een adaptieve thermische energieopslagcapaciteit potentie heeft om de warmtevraag te verlagen en het aantal GTO-uren te verkleinen. In [8] is de optimalisatie van de thermische massa in detail beschreven. Uit [8] volgt dat de optimale massa ook gevoelig is voor veranderingen in de gebruikersprofielen.

KWANTIFICERENHet potentieel van HATS voor deze case-study is gekwantificeerd door middel van een vereenvoudigd HATS-model. In het HATS-model wordt aangenomen dat het mogelijk is om dagelijks een ‘ideale’ wisseling te hebben tussen een lage thermische massa en een hoge thermische massa. Hiertoe zijn twee simula-ties uitgevoerd: een simulatie met een SWM van 5 kg/m2 (lichtgewicht) en een simulatie met een SWM van 100 kg/m2 (zwaargewicht).

-Figuur 3- Gesimuleerde optimale thermische massa voor de casestudy met aanwezigheids -

profiel ‘avond’

TM1201_hoes_2025b.indd 8 27-1-2011 10:49:18

9TVVL Magazine | 02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

Het HATS-model selecteert de optimale thermische massa per ruimte gebaseerd op de laagste warmtevraag of het hoogste comfort. Op deze manier veronderstelt het model dat er een ideaal geregelde adaptieve thermische massa bestaat. Met andere woorden: er is geen vertraging in de systeemrespons en er worden geen effecten meegenomen van het op- en ontladen van de thermische massa wanneer deze is geïsoleerd van de ruimte. In werkelijkheid zal de invloed van deze effecten afhankelijk zijn van het gekozen HATS-concept en de gekozen regelstrategie.De berekeningen zijn uitgevoerd met een auto-nome adaptieve thermische massa per ruimte. De warmtevraag en het aantal GTO-uren per ruimte zijn gesommeerd om de gebouw-prestatie van het hele gebouw te kunnen analyseren. De resultaten laten zien dat het vereenvoudigde HATS-model de warmtevraag van het hele gebouw verlaagd met 6% tot 27% vergeleken met respectievelijk de lage en hoge thermische massa. Tegelijkertijd wordt het comfortniveau van de hoge thermische massa gehandhaafd (tabel 2). De resultaten laten zien dat in het bijzonder de casestudy met het aan-wezigheidsprofiel ‘avond’ profiteert van HATS. In [10] worden de resultaten uitgebreider besproken. De resultaten van de vorige para-grafen tonen aan dat het aanwezigheidsprofiel een grote invloed heeft op het potentieel van HATS. De invloed van andere parameters wordt onderzocht in de volgende paragraaf.

GEVOELIGHEIDSANALYSEHet potentieel van HATS is gekwantificeerd voor de casestudy, zoals het gebouw is ont-worpen door de architect. Nu onderzoeken we of het mogelijk is om het potentieel te

vergroten door het originele ontwerp aan te passen. Als eerste definiëren we de parameters die het potentieel van HATS beïnvloeden. Deze invloedrijke parameters worden bepaald door het toepassen van een gevoeligheidsanalyse op het vereenvoudigde HATS-model. Als methode voor de gevoeligheidsanalyse wordt een Monte Carlo-analyse met regressieanalyse (MCA) gebruikt. De invloedrijke parameters worden gebruikt om (realistische) varian-ten van de casestudy (basis case) te maken. Vervolgens is het gekwantificeerde potentieel per variant berekend met het vereenvoudigde HATS-model. Ten slotte zijn de resultaten geanalyseerd en is het maximale potentieel bepaald.

InputparametersDe waarden van de inputparameters voor de gevoeligheidsanalyse zijn gebaseerd op waarden gebruikt in de praktijk (zie tabel 1). De ‘basiswaarden’ zijn gebaseerd op het ontwerp van het Zonne-entrée project (tabel 1). De minimale eisen uit de tabel zijn gebaseerd op de eisen uit het Bouwbesluit. De strenge eisen zijn gebaseerd op de waarden die gebruikt worden voor Passief Huizen. In de Monte Carlo-analyse is het ‘avond’-aanwezigheids-profiel gebruikt (dit profiel liet in de vorige paragraaf het hoogste potentieel zien).

ResultatenDe parameters ‘temperatuur aanwezigheid’ en ‘warmteweerstand gevel en dak’ zijn door de gevoeligheidsanalyse geïdentificeerd als de twee invloedrijkste parameters voor de warmtevraag. ‘Raamgrootte’ en ‘ventilatie’ zijn aangewezen als de invloedrijkste parameters voor het aantal GTO-uren.

Deze vier invloedrijkste parameters zijn gebruikt om verschillende casestudy-varianten te definiëren. De niet invloedrijk parameters zijn gefixeerd op de basiswaarden; de invloed-rijke parameters zijn gevarieerd tussen ‘waarde 1’ en ‘waarde 2’ van tabel 1. Om zeker te zijn van een comfortabel bin-nenklimaat worden alleen de varianten beschouwd met een aantal GTO-uren lager dan 200 per jaar. In tabel 3 zijn voor beide prestatie-indicatoren de resultaten te zien voor de varianten met de grootste verbetering door toepassing van HATS. Variant 1 bestaat uit een gebouw met een raamgrootte van 90% (waarde 2), een warm-teweerstand van gevel en dak van 3 m2K/W (waarde 1), een setpoint voor verwarming van 20 °C (waarde 1), een ventilatiehoeveel-heid van 1,2 dm/s per m2 (waarde 2) en met de overige parameters op de basiswaarden. Variant 2 is hetzelfde als variant 1 met uitzon-dering van de warmteweerstand. Deze is 8 m2K/W (waarde 2). De resultaten tonen een maximale verlaging van de warmtevraag van 35% en een maximale vermindering van het aantal GTO-uren van 1.295% (variant 1).

CONCLUSIEDe resultaten van de optimalisatie van de thermische massa laten zien dat de optimale hoeveelheid thermische massa gevoelig is voor seizoenswisselingen en gebruikersgedrag. Dit betekent dat het toepassen van HATS potentie heeft om de warmtevraag van de casestudy te verlagen en het aantal GTO-uren te verkleinen.De resultaten van berekeningen met een vereenvoudigd HATS-model laten zien dat het voor deze casestudy mogelijk is om de warmtevraag maximaal met 35% te verlagen,

-Tabel 2- Warmtevraag (kWh/m2 per jaar) en het aantal GTO-uren (uren per jaar) voor het hele gebouw.

-Tabel 3- Warmtevraag (kWh/m2 per jaar) en het aantal GTO-uren (uren per jaar) voor het hele gebouw; tussen de haakjes is het verschil met het

vereenvoudigde HATS-model weergegeven

Warmtevraag GTO-uren

Aanwezigheids-Profiel

Lage thermische massa

(5 kg/m2)

Hoge thermische massa

(100 kg/m2)

Vereen-voudigde

HATS-model


(5 kg/m2)


(100 kg/m2)

Vereenvoudigde HATS-model

Avond 15.9 (+7%) 18.5 (+25%) 14.8 699 (+10325%) 7 (+0%) 7

Dag & avond 25.0 (+27%) 20.9 (+6%) 19.7 2850 (+1358%) 196 (+0%) 196

Warmtevraag GTO-uren


(5 kg/m2)


(100 kg/m2)



(5 kg/m2)

Hoge thermi-sche massa(100 kg/m2)


Variant 1 14.1 (+9%) 17.4 (+35%) 12.9 2059 (+1295%) 149 (+1%) 148

Variant 2 8.5 (+15%) 9.7 (+31%) 7.4 1844 (+1076%) 157 (+0%) 157

TM1201_hoes_2025b.indd 9 27-1-2011 10:49:18


vergeleken met een conventioneel gebouw met hoge thermische massa. Verder is het HATS-concept in staat om het aantal GTO-uren te verminderen met maximaal 1.295% vergeleken met een conventioneel gebouw met lage thermische massa. In het verdere verloop van dit project zullen verschillende HATS-concepten worden gedefinieerd en gemodelleerd. De prestaties van deze concep-ten zullen sterk afhangen van de toegepaste regelsystemen. Om de HATS-concepten optimaal te laten presteren zullen daarom nieuwe regelmethoden moeten worden ont-wikkeld. Deze methoden zullen de optimale regelstrategie bepalen door gebruik te maken van modellen die het thermisch gedrag van het gebouw en relevante verstoringen (bijv. gebruikersgedrag) kunnen voorspellen, zoge-naamde Model Predictive Controls (MPC).

DANKbETUIGINGDit artikel beschrijft enkele resultaten van een lopend promotieonderzoek. Dit onderzoek is uitgevoerd onder projectnummer M81.1.08319 in het kader van het onderzoeksprogramma

van het Materials innovation institute M2i (www.m2i.nl).

LITERATUUR1. Lichtenberg, J.J.N. (2009) – Nieuwe benade-

ring van bouwen: duurzaam en economisch tegelijk – Facility Management Magazine, vol. 173, pp. 29-33.

2. Walsh R., Kenny, P., Brophy, V. (2006) – Thermal mass & sustainable building – Irish concrete federation, UCD Energy Research Group, University College Dublin.

3. Balaras, C.A. (1995) – The role of thermal mass on the cooling load of buildings – Energy and Buildings, vol. 24, pp. 1-10.

4. Kosny, J., Petrie, T., Gawin, D., Childs, P., Desjarlais, A., Christian, J. (2001) – Thermal storage Energy savings potential in resi-dential buildings – Buildings Technology Center, ORNL.

5. Vaan de, C.F.M., Wiedenhoff, F.J.M., Hensen, J.L.M. (2009) - Massa is genuanceerde ballast - Bouwen met Staal, Vol. 42, No. 211, p. 42-46.

6. Dincer, I. (2002) – On thermal energy

storage systems and applications in buil-dings – Energy and Buildings, vol. 34, pp. 377-388.

7. Clarke, J.A. (2001) – Energy simulation in building design – second edition, Oxford, Butterworth-Heinemann.

8. Hoes, P., Trcka, M., Hensen, J.L.M., B. Hoekstra Bonnema (2010) – Exploring the optimal thermal mass to investigate the potential of a novel low-energy house concept – Proceedings 10th International Conference for Enhanced Building Operations (ICEBO).

9. Deb, K., Meyarivan, T., Pratap, A., Agarwal, S. (2002) - A Fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm: NSGA-II - IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 6, no. 2, pp. 182-197.

10. Hoes, P., Trcka, M., Hensen, J.L.M., B. Hoekstra Bonnema (2010) – Investigating the potential of a novel low-energy house concept with hybrid adaptable thermal storage – Proceedings 9th International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET).

In het kader van het Europese project Officair zal het binnenmilieu van twintig kantoorge-bouwen in acht Europese landen onderzocht worden. Dit gebeurt met behulp van een vra-genlijst en een inspectie tijdens de winter van 2011-2012. In vijf van die twintig gebouwen zal vervolgens een aantal chemische en fysische metingen op de werkplek plaatsvinden. Maar er zullen ook fysiologische metingen (medisch onderzoek) worden verricht bij een aantal kantoormedewerkers, zowel in de winter als de zomer van 2012. Met de verkregen gegevens zal strikt vertrouwelijk worden omgegaan. Het betreft een onderzoek dat past in de nieuwe opzet van TVVL en zich richt op de driehoek Mens – Omgeving – Techniek. TNO zal over de resultaten van dit onderzoek t.z.t. publiceren in TVVL Magazine.Waarom zou u zich aanmelden? Behalve dat

de uitkomst zal worden gebruikt om Europese regelgeving over bronbeheersing in het bin-nenmilieu te verbeteren, zullen de resultaten ook voor uw eigen gebruik inzichtelijk worden gemaakt. Dit betekent dus een gratis onder-zoek naar hoe uw gebouw door uw medewer-kers wordt ervaren.Het moderne kantoorgebouw waar Officair in is geïnteresseerd, zal aan de volgende eisen moeten voldoen:- toegang tot informatie over gebouw, instal-laties en services, etc.;

- voldoende medewerkers ( liefst meer dan 75);- gebouwen verkeren tot het moment van het onderzoek ten minste één jaar, liefst twee jaar, in dezelfde hoedanigheid (geen verande-ringen van organisatie, indeling of services);

- niet ouder dan tien jaar (tenzij het gaat om een gerenoveerd gebouw);

- bereidheid van de werknemers tot het invul-len van een toestemmingsformulier voor de enquête en het eventueel ondergaan van het fysiologische onderzoek;

- toegang tot internet voor het invullen van de digitale vragenlijst;

- er zijn geen belangrijke renovatieactiviteiten gepland voor de herfst van 2012.

Indien u geïnteresseerd bent om mee te doen, als gebouweigenaar, gebouwbeheerder of als huurder van een kantoorgebouw, dan kunt u uw gebouw aanmelden via onderstaand mailadres. U kunt zich aanmelden tot medio april 2011.

Aanmelding Modern kantoorgebouw: [email protected]. H.J.M. (Eric) Cornelissen TNO Bouw en Ondergrond Bouw en Installaties Afdeling Energie Comfort en Binnenmilieu Van Mourik Broekmanweg 6 Postbus 49 2600 AA Delft Tel. 0888663307 Fax. 015 2763023

TNO zoekt moderne kantoorgebouwen voor EU onderzoek!Bij TNO vindt onderzoek plaats naar het binnenmilieu (klimaat,

comfort en luchtkwaliteit) in kantoorgebouwen. Voor een EU-

onderzoek is TNO op zoek naar twintig moderne kantoorgebouwen

in Delft en omgeving.

-Oproep-

TM1201_hoes_2025b.indd 10 27-1-2011 10:49:18

65°C65°C65°C

Bezoek onze stand op de Klimaatvak Gorinchem en maak kennis met onze andere warmtepompen, standnummer 131

Aquasnap Heating:Verwarmen uit betrouwbare bron

Een hoge-temperatuur warmtepomp met verwarmingscapaciteiten

van 13 tot 105 kW. De Aquasnap® Heating 61AF serie is speci� ek ont-

worpen voor het verwarmen van met name commerciële gebouwen.

Voor verwarmingsbedrijf bij zeer lage buitentemperaturen tot -20°C

en geschikt voor het maken van 65°C water. De 61AF bevat de genen

van het succesvolle Aquasnap-concept waardoor deze niet alleen

betrouwbaar en compact is, maar ook “easy to install”. De units

hebben hoge rendementen conform de ECO-label condities, zijn

kostenbesparend en milieuverantwoord. Carrier heeft van woonhuis

tot utiliteit complete verwarmingssystemen. Dus, voor élke klimaat-

oplossing: turn to the experts. Carrier Airconditioning. Do you turn?

T (071) 341 71 11, www.carrier.nl /61AF

013car adv210x297.indd 1 18-01-11 14:30TM0211_11.indd 11 31-1-2011 10:43:00


Adaptieve gevels bieden de mogelijkheid om slim in te spelen op veranderende

binnen- en buitenomstandigheden. Dit in tegenstelling tot traditionele gevels.

Maar toepassing in de praktijk blijft vooralsnog beperkt, ondanks het beloftevolle

concept. Dit artikel gaat in op de rol die gebouwsimulatie kan spelen in het

ontwerpproces van adaptieve façades en illustreert dit aan de hand van Smart

Energy Glass. De conclusie is dat adaptieve gevels kunnen bijdragen aan het

bereiken van de steeds scherpere energiedoelstellingen, zonder te hoeven tornen

aan comfortbeleving. Gebouwsimulatie vormt daarbij een belangrijke schakel.

Prestatiesimulatie van adaptieve gevels

Ir. R.C.G.M. (Roel) Loonen, dr.dipl-ing. M. (Marija) Trčka, D. (Daniel) Cóstola, MSc. en prof.dr.ir. J.L.M. ( Jan) Hensen, Unit Building Physics and Systems, Technische Universiteit Eindhoven

INTRODUCTIEHistorisch gezien is het altijd de gebouwschil geweest die ons beschermde tegen de grillen van het buitenklimaat. Maar de opkomst van systemen voor verwarming, koeling, ventilatie en kunstlicht in de twintigste eeuw heeft ervoor gezorgd dat deze belangrijke taak nu voor een groot deel is overgenomen door gebouwinstallaties. Hierdoor heeft de gebouwschil zijn rol als ‘bemiddelaar’ tussen energie en comfort overgedragen. Het is nu min of meer geaccepteerd dat de gebouwde omgeving één van de hoofdverantwoordelij-ken is van de huidige milieu- en energieproble-matiek.Geïnspireerd door de natuur om ons heen en gedreven door de aanhoudende vraag naar verduurzaming in de samenleving, is het zinvol om onze visie op de rol van de gevel opnieuw te beschouwen. De gevel is niet alleen van belang voor het aanzicht maar kan ook een aantal functies krijgen die bepalend zijn voor energieconsumptie en de perceptie van het binnenklimaat. De meeste hedendaagse gevels

zijn statisch, terwijl de klimatologische rand-condities en gebruikersbehoeften voortdurend veranderen. Het gevolg is dat een reguliere gevel geen mogelijkheid heeft om in te spelen op de veranderingen waaraan zij onderhevig is. Dit is een gemiste kans om zowel energie te besparen als het binnenklimaat te verbeteren. Adaptieve gevels daarentegen, staan op prin-cipieel andere wijze in contact met hun omge-ving. Een dergelijke gevel heeft het vermogen om herhaaldelijk en omkeerbaar functies, eigenschappen of gedrag te veranderen. Dit gebeurt door te anticiperen op veranderende prestatie-eisen en wisselende randvoorwaar-den. Mits adequaat ontworpen en geregeld kan dit leiden tot positieve bijdragen voor zowel energie als comfort. Toepassing van adaptieve gevels biedt de gelegenheid om terug te keren van een kunstmatig geproduceerd naar een selectief gecreëerd binnenmilieu.

HET GEBOUWONTWERPEr bestaat tegenwoordig een breed scala aan technologische mogelijkheden om de

gebouwschil adaptief te maken, dankzij ontwikkelingen in materiaalkunde en door algemene beschikbaarheid van sensoren en actuatoren [1,2]. De toepassing in de praktijk blijft vooralsnog beperkt [3]. Voordat de toe-passing van adaptieve gevels op grote schaal kan plaatsvinden, zijn er enkele obstakels die overwonnen moeten worden. Sterker dan bij de conventionele gevel dient het ontwerp van adaptieve gevels rekening te houden met: (1) invloed van onderhoud en slijtage, (2) inter-actie van een dynamische gevel met de mens, en (3) de manier waarop de nieuwe techno-logie samenvloeit met de ‘conservatieve’ bouwsector. Het toevoegen van adaptieve eigenschappen is ook niet direct een garantie voor succesvol gedrag van de gevel. Om de gewenste doelen te bereiken dient de gevel verstandig en momentaan te kunnen reageren op veranderende omstandigheden. Bovendien is teamwork vereist: de verschillende compo-nenten in de gevel moeten samenwerken; met elkaar en met overige gebouwinstallaties. Het doel hiervan is synergie te bereiken door het

TM0211_loonen_2025c.indd 12 27-1-2011 10:52:21

13TVVL Magazine |02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

voorkomen van conflicterend gedrag en het sluiten van verstandige compromissen. De meeste van de genoemde belemmeringen en uitdagingen vinden hun oorsprong in een gebrek aan bewustzijn en goed onderbouwd inzicht in de prestaties van adaptieve gevels. Dit heeft geleid tot de vraag naar effectieve instrumenten voor ondersteuning van het ontwerpproces. Deze instrumenten moeten voldoen aan de volgende voorwaarden:- kwantificeren van de dynamische effecten van adaptieve gevels op gebouwprestaties;

- inzichtelijk maken hoe voordelen tijdens exploitatie opwegen tegen mogelijk hogere investeringen;

- meer duidelijkheid bieden over de onzeker-heid en mogelijke risico’s.

Voor een succesvol ontwerp van adaptieve gevels is het niet langer afdoende om enkel te vertrouwen op ervaring, intuïtie en andere traditionele methoden, zoals analytische bere-keningen, empirische relaties, nomogrammen en selectieschema’s. Door gebruik te maken van gebouwsimulatie kan voorspeld worden wanneer, hoe en waarom een gebouw energie gebruikt bij verschillende regelstrategieën. Gebouwsimulatie legt verbanden tussen de dynamica van het gebouw en installaties. Maar ook tussen de buitenomgeving en het gedrag van mensen. Daardoor kan gebouwsimulatie gebruikt worden voor het voorspellen van gebouwprestaties bij toepassing van adaptieve gevels. De meeste hedendaagse ‘simulatietools’ hebben een geschiedenis van geleidelijke ontwikkeling en uitbreiding van functionalitei-ten. Ten tijde van het ontstaan van deze tools werden ontwikkelaars niet aangezet tot het opnemen van adaptief gedrag in de gebouw-schilmodellen. Deze nalatenschap is nu de reden dat het in de meeste tools ontbreekt aan mogelijkheden voor prestatiesimulatie van adaptieve gevels. In tegenstelling tot de dynamiek van randvoorwaarden zijn de eigenschappen van de gevel geprogrammeerd als constante parameters die niet veranderen gedurende de simulatie [4]. Toch is er een aantal opties voor het modelleren van adaptief gedrag, dat zijn weg gevonden heeft in de tools. Voor een overzicht wordt verwezen naar [5]. Bovendien spreidt het gedrag van adaptieve gevels zich in de meeste gevallen uit over meerde fysische domeinen (figuur 1). Dit vraagt veelal om een integrale benadering, waarbij het gebruik van monodisciplinaire simulatietools niet voldoet.

SMART ENERGY GLASSDit artikel verkent de potentiële rol die gebouwsimulatie kan spelen in het ontwerp

van gebouwen met adaptieve gevels door het beschouwen van de casestudy smart energy glass (SEG). SEG is een innovatief type beglazing dat momenteel ontwikkeld wordt door een spin-off bedrijf van de TU Eindhoven (www.peerplus.nl). Het werkingsprincipe van SEG is gebaseerd op een polymere coating, geplaatst tussen twee lagen glas, die samen de buitenste laag van een dubbele beglazing vormen. De optische eigenschappen van het glas kunnen adaptief gewijzigd worden door het aanbrengen van een elektrische spanning. SEG kan geschakeld worden in drie standen: donker, licht en translucent (figuur 2). De coating in SEG werkt daarnaast als zonne-energiecollector. Het mechanisme zorgt ervoor dat een deel van het inkomend licht wordt afgevangen en getransporteerd naar de zijkanten van het glas. Daar wordt het door zonnecellen omgezet in elektriciteit, op dezelfde wijze als in een luminescent solar concentrator (LSC) [6]. Dit maakt SEG tot een autonoom ‘product’; doordat externe bedrading niet noodzakelijk is, is de technolo-gie uitermate geschikt voor renovatieprojecten [7]. SEG is nog geen marktrijp product, maar bevindt zich momenteel in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase. Het eerste pilotproject is

onlangs afgerond. Daarnaast is er aandacht voor optimalisatie van: absorptie- en emis-siespectra, thermische prestaties van het glas, optische verliezen, elektrische circuits, stabiliteit van de coating etc. Het werk dat in dit artikel wordt beschreven draagt bij aan dit innovatieproces, door het bieden van compu-tationele ondersteuning, en is uitgevoerd met experimentele productsamples.

SIMULATIESTRATEGIEOp basis van de systeembeschrijving kan SEG worden ingedeeld in vlak O van figuur 1. Deze voorwaarde vereist een gelijktijdige analyse van de drie aspecten. Hierdoor is een combi-natie van ‘stand alone’-applicaties voor elk van de domeinen afzonderlijk niet mogelijk. Trnsys Type 56 biedt de mogelijkheid om gedurende de simulatie glaseigenschappen te wijzigen en voorziet in componenten voor het modelleren van elektriciteitsopwekking. Trnsys kent echter geen daglichtmodule en wordt om deze reden gekoppeld aan de resultaten van daglichtsimu-laties uit Daysim. De thermische en optische eigenschappen van SEG die benodigd zijn voor de simulaties, zijn na uitvoering van labora-toriumproeven verkregen met behulp van de Window- en Optics-software, ontwikkeld door

-Figuur 1- Iedere adaptieve gevel kan

worden gekarakteriseerd door één van

de vijftien overlappende vlakken [3]

-Figuur 2- Smart Energy Glass

TM0211_loonen_2025c.indd 13 27-1-2011 10:52:24

-Figuur 3- Simulatie strategie voor het SEG model


Lawrence Berkeley National Laboratory.

Figuur 3 geeft een schematische weergave van de strategie die gebruikt is bij het simuleren van de prestaties van SEG. Allereerst zijn afzon-derlijk voor iedere stand van het raam dag-lichtsimulaties uitgevoerd in een preprocessing stap. Trnsys leest vervolgens deze data in en selecteert tijdens de simulatie de juiste gege-vens die horen bij de toegepaste regelstrategie. Deze ontkoppelde aanpak wordt gerechtvaar-digd door de instantane schakelbaarheid van SEG en de korte tijdconstante van daglicht waarbij traagheidseffecten geen rol spelen.De ‘Control’-component speelt een belang-rijke rol in de simulatiestrategie. Ruwe uitvoer van Daysim wordt eerst bewerkt in een spread-sheetprogramma en daarna geïmporteerd in Trnsys via datareaders in expertmodus. De regelstrategie is vervolgens geïmplementeerd via equation-types. Die vergelijken op basis van booleaanse uitdrukkingen simulatie-uitvoer

(bijvoorbeeld temperatuur of verlichtings-sterkte) met setpoints en geven de stand van het raam (window ID) in de volgende tijdstap als output. Deze stand van het raam dient vervolgens als input voor de berekeningen van het thermische gebouwmodel (Type 56) en het elektrische model, dat is gemodelleerd met behulp van equations (voor collectie en con-centratie van fotonen) en PV-Type 180 voor de omzetting naar elektriciteit.De hoeveelheid kunstlicht, en dus interne warmtelast, is afhankelijk van de stand van het raam en wordt daarom adaptief ingelezen vanuit Daysim. Dit geldt ook voor de aanwe-zigheid van personen die wordt bepaald door middel van het stochastische gebruikersmodel van Daysim.

VALIDATIETot op heden zijn de eigenschappen en presta-ties van SEG enkel getest als kleine ‘samples’, onder geconditioneerde laboratoriumom-

standigheden. Voor het verkrijgen van het benodigde vertrouwen in de uitkomsten van het model is daarom een empirische validatie-studie opgezet. Hiertoe is een prototype SEG (35 x 40 cm) geïnstalleerd in de testgevel van de faculteit bouwkunde van de TU Eindhoven.Op basis van de vergelijking tussen gemeten en gesimuleerde waarden, kan worden gecon-cludeerd dat de voorspellingen van het model voldoende betrouwbaar zijn binnen de grenzen en doelstellingen van de huidige studie. Voor meer details en informatie wordt verwezen naar [5].

OPZET CASESTUDYIn de hier gepresenteerde simulaties is gekeken naar de toepasbaarheid van SEG in een renovatieproject in Nederland. De analyse gaat uit van een tweepersoons standaard kantoorvertrek, georiënteerd op het zuiden met een glaspercentage van 30%. Om gepaste vergelijkingen te maken is uitgegaan van een

TM0211_loonen_2025c.indd 14 27-1-2011 10:52:26

0

400

800

1200

1600

2000

Ener

gy d

eman

d (k

Wh)

0

150

300

450

600

750

Ove

rhea

ting

(ho

urs

per

year

), G

lare

(ti

mes

per

yea

r)

A B C D E F

Lighting

Cooling

Heating

Overheating

Glare

Energy Comfort-Figuur 5-

Vergelijking tussen

prestaties op het

gebied van energie

en comfort voor de

referentie (A) en

SEG (B tot F) in een

renovatieproject;

op de linkeras:

energievraag

voor verwarming,

koeling en kunstlicht

(kWh); op de

rechteras: risico

van oververhitting

(uren) en

verblinding (keren)

15TVVL Magazine |02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

referentiecase die representatief is voor het jaar 1975 [8]. Dit komt tot uiting in o.a. stan-daard dubbele beglazing en een Rc-waarde van 0,67 m2.K/W. Zon- en helderheidswering vindt plaats door middel van verticale lamellen aan de binnenzijde, die geregeld worden via het Active users profiel in Daysim.

Prestatie indicatorenHet energiebesparingspotentieel van SEG is beoordeeld door te kijken naar de totale jaarlijkse energievraag. Onderscheid is hierin gemaakt tussen de posten verwarming, koeling en verlichting. Ook is gekeken naar de waarde van de piekbelasting. Thermisch comfort is beoordeeld door te kijken naar het risico op temperatuuroverschrijding. Het aantal uren dat de grens van 25 °C overschreden wordt geldt hierbij als indicator. Visueel comfort ten slotte, is beoordeeld door te kijken naar de kans op verblinding. Hierbij is het aantal keren per jaar geteld dat de verhou-

ding tussen de luminantie van het raam en de luminantie van het werkvlak groter is dan 10:1 zoals aanbevolen door Iesna.

RegelstrategieHet adaptieve gedrag van SEG kan op vele manieren geregeld worden. De focus in dit onderzoek ligt op het verkennen van de mogelijkheden en het verkrijgen van inzicht in de oorzaak/gevolg-relaties van de verschil-lende opties. Het doel hierbij is niet om op

zoek te gaan naar de best mogelijke optie en ook niet om beperkt te worden door praktische implementatie-aspecten. Tabel 1 geeft een overzicht van de bestudeerde strategieën.

RESULTATENIn figuur 5 zijn de jaarlijkse energievraag en comfortprestaties voor elk van de zes strate-gieën in tabel 1 weergegeven. De resultaten laten zien dat energievraag voor koeling na vervanging met SEG gereduceerd wordt met

-Figuur 4- Impressie van de experimentele opzet van de validatiestudie

A Referentiecase

B SEG continu in lichte stand

C SEG continu in donkere stand

D SEG in donkere stand als binnentemperatuur (Ti) ≥ 21 ºC

E SEG in donkere stand als verlichtingssterkte van daglicht op het werkvlak (Eh) ≥ 700lx

F SEG in donkere stand als luminantie in raamvlak (Lv) ≥ 1500 cd/m2

-Tabel 1- Overzicht van de zes onderzochte cases

TM0211_loonen_2025c.indd 15 27-1-2011 10:52:28

16 TVVL Magazine |02 | 2011 GEBOUWSIMULATIE

meer dan een factor twee. Daarnaast blijkt de geïnstalleerde koelcapaciteit met 30% verkleind te kunnen worden zonder daarbij het thermisch comfort aan te tasten (niet zichtbaar in de figuur).Figuur 5 laat bovendien zien dat energievraag voor verwarming in de referentiecase gelijk-waardig is aan die voor SEG. Dit ondanks dat de U-waarde bij SEG lager is als gevolg van een low-E coating. Nadere inspectie van de ener-giebalans laat zien dat transmissieverliezen na renovatie inderdaad lager zijn, maar dat dit verschil nagenoeg gecompenseerd wordt door de vermindering van passieve zonnewinst. De relatief lage transmissie in het zichtbare spectrum draagt bij aan een toename van de elektriciteitsvraag voor kunstlicht.De grootste voordelen bij de toepassing van SEG zijn te behalen op het gebied van visueel comfort. Hierbij blijkt dat een regelstrategie die schakelt op basis van daglichtcondities (case E of case F) tot de meest gunstige pres-taties leidt.

DISCUSSIEDeze studie is de eerste die een poging doet de kloof te dichten tussen fundamenteel onderzoek in LSC’s en de toepassing ervan in de gebouwde omgeving. Gevolg hiervan is dat uitkomsten van een experimentele validatie-studie nodig bleken om de betrouwbaarheid van resultaten te waarborgen. Er dient te worden opgemerkt dat zulke voorzieningen doorgaans niet beschikbaar en inspanningen niet te rechtvaardigen zijn in de dagelijkse advies- en ontwerppraktijk. Op basis van de gepresenteerde simulaties is het nog niet mogelijk om een sluitend oordeel te vellen over het energiebesparingspotentieel van SEG. Een meer uitgebreide parametrische studie is vereist om een algemeen geldend beeld van de prestaties te verkrijgen. Het concept lijkt echter veelbelovend, doordat energiebesparing haalbaar is en tegelijkertijd de kwaliteit van het binnenklimaat toeneemt. De resultaten laten ook zien dat er nog wel ruimte voor verbetering bestaat in vergelijking tot andere recente studies met schakelbaar glas (e.g. [9,10]). De verschillen kunnen als volgt worden verklaard:- De vergelijkbare studies zijn gebaseerd op enkel thermische of lichttechnische prestaties terwijl deze studie beide aspecten integraal analyseert. Hierdoor wordt de wisselwerking daadwerkelijk meegenomen in de afwegin-gen, waardoor de tendens naar oplossingen die in onbalans zijn verdwijnt.

- Het schakelen bij dit experimentele SEG vindt met name plaats in het zichtbare golflengte gebied. Het weren van zoninstraling gaat hierdoor in veel gevallen gepaard met een

proportionele toename van energie voor kunstlicht. De resultante is dat warmtelast van de zon wordt vervangen door interne warmte waardoor een deel van de energiebe-sparing verdwijnt. De LSC-technologie maakt het echter mogelijk om de schakelbare range te verschuiven naar het infrarode gebied. Onderzoeksinspanningen zijn gaande om dit gunstigere gedrag te bewerkstelligen. Bovendien vind op dit moment gebruikers-onderzoek plaats, waarbij de tolerantie van lagere verlichtingsterkten bij gebruik van enkel daglicht nader bekeken wordt.

- De schakelbare bandbreedte (verschil tussen lichte en donkere stand) van de gebruikte SEG-samples is relatief klein vergeleken met ander schakelbaar glas. Daarnaast was het in dit experiment slechts mogelijk om SEG te schakelen in één van de drie standen, zonder de mogelijkheid van geleidelijke transities in transmissie.

Uiteindelijk spelen meer aspecten dan enkel energie een rol in de overwegingen bij de toepassing van SEG . Een van de voordelen van SEG is het feit dat zonwering niet langer noodzakelijk is. Dit verzekert de mogelijkheid tot uitzicht, vermindert onderhoudskosten en zorgt voor betere benutting van de gunstige psychologische en fysiologische aspecten van daglicht. SEG bevind zich momenteel midden in het traject van onderzoek en ontwikkeling. Verdere inspanningen zijn noodzakelijk in het streven naar optimalisatie van de productspecifica-ties. De hier gepresenteerde resultaten zijn gebaseerd op één van de eerste protypen en dienen als startpunt voor vervolgonderzoek op productniveau. Simulaties zullen onder-deel blijven uitmaken van de zoektocht naar glaseigenschappen en een regelstrategie die uiteindelijk resulteren in de ideale balans tussen comfortbeleving en totale energievraag voor verwarming, koeling en verlichting.

CONCLUSIESOndanks de veelbelovende vooruitzichten van adaptieve gevels blijft toepassing in de praktijk vooralsnog beperkt. Omdat het ontwerpen van adaptieve gevels een complexe opgave blijkt, zijn opdrachtgevers vaak nog terughou-dend met het nemen van het risico. Dit heeft echter tot gevolg dat ook de potentiële kansen onbenut blijven.Gebouwsimulatie biedt de mogelijkheid tot het verschaffen van inzichten in de systeem-dynamica van adaptieve gevels en maakt het ook mogelijk de integrale effecten van verschillende operationele strategieën op gebouwprestaties te voorspellen. Gebruik van gebouwsimulatie kan dus bijdragen aan het nemen van goed onderbouwde ontwerpbeslis-

singen. Op deze manier kunnen simulaties dienen als katalysator om de verdere ontwik-keling van adaptieve gevels te bevorderen. Zo kan optimaal worden geprofiteerd van de geboden voordelen op het gebied van comfort en energie.De aanname dat gebouwsimulatie een waardevol gereedschap is voor ontwerp van adaptieve gevels is bevestigd in de casestudy van SEG. De traditionele rol van simulatie als ondersteuning in het ontwerpproces is bevestigd. Daarnaast heeft gebouwsimulatie bewezen waardevol te zijn als actief gereed-schap in innovatie en productontwikkeling.

REFERENTIES1. Klooster, T. (2009) Smart Surfaces - and

their Application in Architecture and Design. Basel: Birkhäuser.

2. Schumacher, M., Schaeffer, O. en Vogt, M. (2010) Move: architecture in motion - dynamic components and elements. Basel: Birkhaüser.

3. Loonen, R. (2010) Overview of 100 Climate Adaptive Building Shells, onderdeel van afstudeerrapport: ‘Climate Adaptive Building Shells – What can we simulate?’, Technische Universiteit Eindhoven.

4. Crawley, D., Hand, J., Kummert, M. en Griffith, B. (2008) ‘Contrasting the capabili-ties of building energy performance simula-tion programs’. Building and Environment, 43(4):661-673.

5. Loonen, R. (2010) Climate Adaptive Building Shells – What can we simulate?, Afstudeerrapport, Technische Universiteit Eindhoven.

6. Goetzberger, A. en Greube, W. (1977) ‘Solar energy conversion with fluorescent collec-tors’. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 14(2):123-139.

7. Benson, D. en Branz, H. (1995) ‘Design goals and challenges for a photovoltaic-powered electrochromic window covering’. Solar Energy Materials and Solar Cells, 39(2-4):203-211.

8. Petersdorff, C., Boermans, T. en Harnisch, J. (2006) ‘Mitigation of CO2 Emissions from the EU-15 Building Stock. Beyond the EU Directive on the Energy Performance of Buildings’. Environmental Science and Pollution Research, 13(15):350-358.

9. Lee, E. en Tavil, A. (2007) ‘Energy and visual comfort performance of electrochromic windows with overhangs’. Building and Environment, 42(6):2439-2449.

10. Mardaljevic, J. en Nabil, A. (2010) ‘Electrochromic glazing and facade pho-tovoltaic panels: a strategic assessment of the potential energy benefits’. Lighting Research and Technology, 40(1):55-76.

TM0211_loonen_2025c.indd 16 27-1-2011 10:52:28

TM februari 2011

Documents

Transcript of TM februari 2011