O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 2002 774Eind jaren tachtig is in Zwitser-land, gestimuleerd door de invoe-ring van de nieuwe Zwitsersemilieuwetten, een uiterst zuinigenergieconcept ontwikkeld, datgebruik maakt van de betonmas-sa van gebouwen en met weinigtoegevoegde energie een behaag-lijk en gezond binnenklimaat kangenereren. Vooral de behoefteaankoelingneemttoevanwegedehogere isolatienormen, eisen aande overschrijding van de warmte-belasting in combinatie met eentoenemende interne warmtepro-ductie door het gebruik van com-puters. Traditionele airconditio-ningsystemen bieden niet meervanzelfsprekenddeoplossingvoordeze extra behoefte aan klimaat-beheersing in gebouwen. De sys-temen zijn kostbaar, gebruikenveel energie, veel gebouwvolumeenleidentotgezondheidsklachten.Om een mens- en milieuvriende-lijk alternatief te bieden, ontstondhet idee om met water gevuldekunststofleidingen in de kern vande betonvloeren en -wanden op tenemen. Afhankelijk van de wa-tertemperatuur wordt de beton-massa opgewarmd of afgekoeld.De betonmassa slaat warmte ofkoude op. Afhankelijk van hettemperatuurverschil tussen deruimte en het betonoppervlakstaat het vloer- en/of wandopper-vlaklangzaamwarmteafofneemtjuist warmte op. Dit systeemwordt thermische betonkernacti-vering genoemd. Klimaatbeheer-sing met betonkernactiveringkomt in principe neer op het ver-warmen en koelen met water enventileren met lucht. Natuurlijkventileren met buitenlucht is mo-gelijk en ook de ramen kunnenweer open zonder de energieba-lans direct te verstoren. Immersbij stralingswarmte heeft het ver-dwijnen van lucht veel mindereffect op de ruimtetemperatuurdan bij convectie.A n t i e k e n t o c h m o d e r nHelemaalnieuwishetideevanin-tegratie van verwarming in vloe-ren en wanden overigens niet.Van de `antieken' (Grieken en Ro-meinen) is bekend dat ze huncomfortabele, luxe badruimtenverwarmden via hete-luchtkana-len in de stenen vloeren en wan-den, waarbij de esthetiek vanmoza?ekvloeren en wandschilde-ringen maximaal tot zijn rechtkomt. Nieuw is dat het modernesysteem water als warmtegeleidergebruikt zodat ook op een een-voudige manier gekoeld kan wor-den. Een watertemperatuur van18 ? 20 ?C is voldoende om hetgebouw 's zomers binnen het ac-ceptabele behaaglijkheidsgebiedvan 23 ? 26 ?C te houden. In dewintersituatie levert een aanvoer-temperatuur van 26 ? 28 ?C vol-doende vermogen voor een ruim-tetemperatuur tussen 20 en 24 ?C.Energiezuinige (L)age (T)empera-tuur (V)erwarmingssystemen alswarmtepompen zijn dus bijuitstek geschikt om in combina-tie met betonkernactivering toe tepassen. Bij de relatief lage tempe-raturen voor het verwarmen is hetrendement van een warmtepompextra hoog. Andersom levert hetkoelen eveneens een grote ener-giebesparing op in vergelijkingmet traditionele systemen. Incombinatie met koudewinningvia een grondwaterpomp vraagtkoeling zelfs niet meer energiedan nodig is voor het pompen.E e n v o u d i g m e t e n e nr e g e l e nOok de meet- en regelapparatuurdie nodig is om het systeem tebeheersen is aanzienlijk eenvou-diger dan de complexe en duskostbare regelapparatuur voor tra-ditionele airconditioning. Omdatnietpreciesteberekenenishoedegebouwmassa zich in werkelijk-heid zal gedragen, wordt hetsysteem in de praktijk na proef-Thermisch actief beton wint terrein in NederlandSlimme jongens, dieRomeinen: 1 + 1 = 3Ine ter Borch, archispecials.com, Amsterdam`Thermische betonkernactivering' is de deftige naam voor een intelligente,energiezuinige ontwikkeling die het accumulerend vermogen van beton inzetvoor de koeling en verwarming van gebouwen. Het systeem dat constructieen klimaat-installatie integreert, blinkt uit in eenvoud. Bovendien levert deintegratie, naast energiebesparing en comfortverhoging, zoveel meerwaardeop dat van een ware synergie (1 + 1 = 3) sprake is. In een tijd waarin energie-besparing, comfort en gezondheid een steeds hogere prioriteit krijgen, lijktvoor deze innovatieve betontoepassing een gouden toekomst weggelegd.1 | Hypocaustum:Grieks/Hellinistischeuitvinding, 3de tot 2deeeuw v. Chr. Vanaf hetbegin van de jaartellingtoegepast in woonhuizenen badenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 2002 7 75draaien ingeregeld. Eenmaal inbalans, is het meten van de re-tourtemperatuur en de buiten-temperatuur voldoende om deruimtetemperatuur binnen debandbreedte van de behaaglijk-heidstemperatuur te houden.Het systeem is in balans als de re-tourtemperatuur de gewenstegemiddelde ruimtetemperatuurbenadert. Ligt de gemiddelde bui-tentemperatuur boven 18 ?C, danzal de retourtemperatuur rond 21?C moeten zijn. Komt de buiten-temperatuur onder 15 ?C dan ligtde retourtemperatuur rond 23 ?C.Aangezien de gebouwmassa ni-vellerend werkt zullen dramati-sche temperatuurverschillen nietvoorkomen.De ruimtetemperatuur zal gedu-rende een werkdag niet constantzijn, maar wel binnen de band-breedte van de behaaglijkheidblijven. Traditionele airconditio-ning gaat uit van een constanteruimtetemperatuur. Uit onder-zoek blijkt dat als de temperatuureenmeernatuurlijkverloopheeft,er minder klachten optreden.V o o r - e n n a d e l e nNaast voordelen als energiebe-sparing, een aanzienlijke com-fortverbetering en een gezonderebinnenlucht zijn er ook enkelenadelen. Voor architecten bete-kent de integratie van installatieen constructie echter een groteontwerpvrijheid. De grote afme-tingen van traditionele luchtbe-handelingskanalen bezorgen me-nigeen hoofdbrekens, vooral om-dat installatieadviseurs vaak pasin een laat stadium van het ont-werp bij het project worden be-trokken en er altijd meer ruimtenodig is dan is voorzien. Hiertekent zich de hoofdvoorwaardeaf voor het succesvol toepassenvan betonkernactivering. Omdathet systeem in de constructie isopgenomen is het een eerstevereiste dat alle betrokkenen: op-drachtgever, architect, installatie-adviseur, installateur, construc-teur, aannemer en leverancier ineen vroeg stadium bij de plannenbetrokken zijn en mee kunnendenken.Een belangrijke voorwaarde vooreen goede werking van het sys-teem is dat de betonoppervlakkenzoveel mogelijk vrij worden ge-houden. Systeemplafonds kunnendus niet worden toegepast. Echtnadelig is dit niet, want het weg-laten van systeemplafonds levertimmers hoogtewinst in de ruimteop. Voor akoestische voorzienin-gen en verlichting zullen oplos-singen moeten worden gezocht.Nog een veel gehoord nadeel zouzijn dat betonkernactivering eencollectief en traag systeem is datnietopdeindividuelewensvandegebruikerkaningaan.Betonkern-activering realiseert een gelijk-matigebasistemperatuurvoorhethele gebouw die voor het grootstedeel van de omstandigheden vol-doet.Meteenbeperktenaregelingvia de ventilatie met behulp vaneen convector of een klimaat-scherm kan de ruimtetempera-tuur desgewenst eenvoudig wor-den be?nvloed en aan individuelewensen tegemoetkomen.S y n e r g i eAlsdebalansvanvoor-ennadelenmoetwordenopgemaakt,slaatdieduidelijk door naar de voordelen.De synergie die de integratie vanklimaatinstallatie en betoncon-structie oplevert is vergelijkbaarmet de synergie van beton enstaal, die elkaar zo aanvullen dateen wereld aan mogelijkheden isontstaan.InDuitslandenZwitserlandwordtzichtbaar waar thermische beton-kernactivering al tien jaar succes-vol is toegepast, zoals in kantoor-gebouwen en gebouwen in degezondheidszorg.Zelfsinmusea,waar aan de klimaatbeheersingtoch zeer hoge eisen wordengesteld, komt betonkernactive-ring voor. Evenals de Romeinenzag architect Peter Zumthor deesthetische meerwaarde van eenslimme, onzichtbare installatievoor zijn museumontwerp inBregenz. Het project is bezochttijdens de ENCI-studiereis in juni2002. Inmiddels zijn in Neder-land de eerste projecten gereali-seerd, waaronder enkele scholen2 | Interieur KunsthausBregenz, architect PeterZumthor.De waterleidingen die detentoonstellingsruimtenop temperatuur houden,zijn in de vloeren enwanden gestort.Hierdoor kan zuiver dag-licht binnentreden viahet plafond van ge?tsteglasplaten zonder hindervan de silhouetten vanluchtbehandelings-kanalenfoto: Klaus Kinold3 | Schema EnergieconceptBerkelschool te Zutphen,architect Rau & partners,AmsterdamO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 2002 776engemeentehuizennaarontwerpvanarchitectenbureauRau&part-ners (zie de voorbeelden). Ook denieuwe Nederlandse Ambassadein Berlijn, naar ontwerp vanOMA, zal voorzien zijn van be-tonkernactivering.O n t w i k k e l i n g e n i n d eb e t o n i n d u s t r i eOndertussen doet ook de Neder-landse betonindustrie volop meeaan de nieuwe ontwikkelingen.Betonproducenten en leveran-ciers van vloerverwarmingssyste-6 | Schematische werking systeem Schouwen-Duiveland4 | Klaslokaal Berkelschoolfoto's: Herman H. van Doorn5 | Gemeentehuis in Schouwen-Duiveland (ontwerp Rau & part-ners) combineert betonkernactivering met plafondklimaat-schermen om aan individuele regelwensen tegemoet te komenB e r k e l s c h o o l Z u t p h e nThomas Rau: "Wij zijn altijd bezig met het ontwik-kelen van innovatieve energiesystemen die een bij-drage leveren aan een mens- en milieuvriendelijkmilieu. Voor scholen en de zorgsector bestaan in Ne-derlandgeenbehaaglijkheidsnormenendusgeenbud-getten voor een comfortabele klimatisering. Omdatwij vinden dat mensen recht hebben op een gezond encomfortabel werkklimaat, zijn wij op zoek gegaannaar alternatieven en vonden in Zwitserland het be-tonkernactiveringssysteem."In de Berkelschool is het systeem, in een zeer eenvou-dige vorm, voor het eerst toegepast in Nederland.Kunststofleidingen zijn op het werk aan de wape-ningsnettenvandebreedplaatvloerenvastgeknoopteningestort. Een warmtepomp zorgt voor de energietoe-voer en voor koeling biedt een grondwaterpomp hulp.Ventilatielucht komt van buiten de ruimte binnen viahandmatig bediende roosters in de gevel. De gebruik-te lucht wordt mechanisch afgezogen.Ondanks de sobere uitvoering van het systeem is hetrendement hoog. In de eerste zomer bleek dat constantkoelen veel teveel is, de temperatuur in de school bleefonder de 20?C bij buitentemperaturen van 25?C. Nuwordt `ritmisch' gekoeld en de pomp slechts enkeleuren per etmaal in werking gezet. In de winter is hetoveral in de school aangenaam warm. Ook in dezesituatieishetnietnodigcontinuenergieaantevoeren.Naarmate de betonkerntemperatuur in de buurtkomt van de temperatuur van het aanvoerwaterneemt de massa minder op.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 2002 7 77men hebben op verzoek van in-novatieve architecten als Rau &partners de handen ineengesla-gen en van nieuwe producten alsde `Wingvloer' versies ontwikkeldwaarbij het leidingsysteem al inde fabriek is ingestort. Zelfs denieuwe BubbleDeckvloer is voorhet eerst in combinatie met be-tonkernactiveringtoegepast.Beidesystemenzijnontwikkeldomgro-te overspanningen met een mini-mum aan betonmassa te kunnenrealiseren. Ondanks de massare-ductie blijkt het beton nog vol-doende accumulerend vermogente hebben om de vereiste behaag-lijkheidstemperaturen te kunnenrealiseren.C o l l e c t i e f k o e l e n i n d ew o n i n g b o u wNiet alleen in de utiliteitsbouw,ook in de woningbouw wordt ge-zocht naar energiezuinige, com-fortverhogende alternatieven voorde traditionele verwarmingsin-stallatie.Vloerverwarmingenvoor-al wandverwarming, die door ge-bruikers als zeer comfortabelworden gewaardeerd, zijn in op-mars zoals lage-temperatuur ver-warmingssystemen.Onlangszijnde eerste experimenten met pre-fab wandverwarmingsmodulenin de tunnelgietbouw*) succesvolafgesloten. Hoewel deze syste-men gericht zijn op individuelewoningen, zijn er in de toekomstzekermogelijkhedenvoorbijvoor-beeld een collectieve basisverwar-ming en koeling in appartemen-tencomplexen. De steeds betereisolatie van woningen brengt debehoefte aan koeling met zichmee, want in de zomersituatieraakt een eenmaal opgewarmdemoderne woning zijn warmteniet gemakkelijk kwijt.C o m f o r t i n o n d e r w i j s - e nz o r g g e b o u w e nIs betonkernactivering voor degrote woningbouw nog verre toe-komst, het systeem kan nu al eenbelangrijke bijdrage leveren aanhet verbeteren van de werk- enleefomstandigheden in gebou-wenvooronderwijsenzorg,waar-voor in Nederland merkwaardiggenoeg geen warmte-overschrij-dingsnormen gelden. In de krap-pe budgetten voor zorg en onder-wijs is geen ruimte voor comfort.Klimaatsystemen die met eenminimum aan investering eenmaximumaancomfortleverenenbovendien de exploitatielastenaanzienlijk drukken, zijn vooraldaar een welkome ontwikkeling.L i t e r a t u u r`Betonkernaktivierung', Meier-hans, Olesen, Velta Productions,Norderstedt, 1999.*) In vijf woningen in de wijk Zenderparkin IJsselstein (ontwerp van architect DickPouderoyen) zijn voorgefabriceerde draad-netten met horizontale kunststofleidingen? 16 mm; wanddikte 2 mm) van Velta, opde bouw bevestigd aan de wapening van dewoningscheidende wanden. De betondek-king op de leidingen is ca. 73 mm aan dewoonzijde.7 | Doorsnede Wingvloer, de ruimte bovende vleugels biedt mogelijkheden omventilatiekanalen, electriciteitsleidin-gen, sprinklers of akoestische voorzie-ningen op te nemen8 | Doorsnede BubbleDeckvloer met kunst-stofleidingen van Velta in hetEmelwerda College te Emmeloord; deleidingen bevinden zich niet in de kernvan de doorsnede, maar dicht onder hetvloeroppervlak. Berekeningen hebbenuitgewezen dat het accumulerend ver-mogen van het beton ondanks de mas-sareductie door de bollen, voldoende isom een behaaglijke ruimtetemperatuurte genereren9 | Schema temperatuurverloop zonder betonkernactivering is de massatelkens na een productiedag en afkoeling 1,5? warmer. met betonkern-activering 24 uur in bedrijf constant 20? C, na 24 uur is het startpuntweer bereikt. met betonkernactivering alleen in werking buiten debelastingsperiode, ook dan is na 24 uur het startpunt bereikt. Na 6 uur isde ruimtetemperatuur slechts iets hoger dan bij constante werking282022temperatuur[?C]tijd[h]?velta1999?velta1999?velta1999182426282022182426282022182426tlucht teffectief tvloer tplafond tmassa tkern24 h24 h24 htemperatuur[?C]tijd[h]tlucht teffectief tvloer tplafond tmassa tkerntemperatuur[?C]tijd[h]tlucht teffectief tvloer tplafond tmassa tkern6 120 18 4 6 12 18 46 120 18 4 6 12 18 46 120 18 4 6 12 18 4