themaBKA: robuust ?n energiezuinig1 42011 | onlinethemaBKA: robuust?n energiezuinigE?n van de innovatieve concepten waarmee aan de vraag naar duurzaam bouwen kanworden voldaan is Betonkernactivering (BKA), een thermisch actieve constructie, gecom-bineerd met warmte-koudeopslag. Dit robuuste concept is energiezuinig, levert eenbehaaglijk binnenklimaat ? ??k bij toekomstige klimaatverandering ? en heeft een korteterugverdientijd. Ofwel: het is een concept met toekomstwaarde. In dit artikel wordt inge-gaan op een aantal onderzoeken die deze stelling verder onderschrijven.1Robuust concept met lage milieubelasting en hoog comfortMet duurzaam bouwen wordt beoogd het milieu nu en in detoekomst zo min mogelijk te belasten tijdens de levensduur vaneen gebouw: van ontwerp t.m. sloop. Als uitgangspunt geldteen lange levensduur, aandacht voor kosten en een hoge kwali-teit van woningen en utiliteitsgebouwen.Duurzaam bouwen is niet langer een modewoord. Milieube-wust en energie-effici?nt bouwen is steeds vaker een vanzelf-sprekend onderdeel in het ontwerpproces. Voor opdrachtge-vers, ontwikkelaars, maar ook ontwerpende partijen en zelfshuurders is duurzaam bouwen en beheren onderdeel van maat-schappelijk verantwoord ondernemen.Wat is betonkernactivering (BKA)?Betonkernactivering is een thermisch actieve constructie, waarbij door middelvan een in het beton ingestort leidingsysteem de massa wordt verwarmd ofgekoeld. De watervoerende leidingen liggen niet aan de oppervlakte, maardieper in de betonconstructie. Doordat de totale betonmassa hierdoor wordtopgewarmd of gekoeld, vindt afgifte van warmte- en koude plaats via de vloer,het plafond of de wand. De hoeveelheid warmte- en koudeafgifte is afhankelijkvan de plaats van de leidingenregisters in het beton, de leidingdiameters en deonderlinge afstand van de leidingen.BKA: robuust ?n energiezuinig 242011 | onlineintegratie van disciplinesgebouwarchitectuurbouwtechniekconstructieintegraal doordenkenvan het ontwerpin alle fasen vanhet (ontwerp)procestechnischeinstallatiesgebruikerfunctionelegebruikerseisenprogrammavaneisenvoorlopigontwerpdefinitiefontwerpbestekuitvoeringgebruikVerdergaande duurzaamheidseisenOok de overheid heeft vergaande duurzaamheidsambities. In2020 moet Nederland 20% CO2-reductie ten opzichte van 1990hebben bereikt, waarvan een groot deel in de gebouwde omge-ving. Dit in het kader van de Europese klimaatdoelstellingen.Met gangbare energiebesparingstechnieken zal deze beleids-doelstelling niet worden gehaald. Verdere ontwikkeling entoepassing van zeer energie-effici?nte en duurzame techniekenis noodzakelijk. Om dit proces te versnellen is verdereaanscherping van de energieprestatie-eisen voor nieuwbouwaangekondigd. Voor woningbouw is de volgende aanscherpingvan EPC 0,6 naar 0,4 in 2015 en in 2020 naar energieneutraal.Waar de stap van EPC 0,8 naar 0,6 per 1 januari 2011 nog rede-lijk eenvoudig ging, met gangbare technieken en gedetailleer-der rekenen, zijn bij de stap naar 0,4 innovatieve techniekennoodzakelijk.Voor in de utiliteitsbouw geldt dat in 2017 de nieuwbouw 50%energiezuiniger moet worden ten opzichte van de huidigeeisen. Ook dit zal forse consequenties voor toegepaste bouw-en installatietechnieken hebben. Dit vergt meer dan ooit eengoede afstemming tussen bouwkundige en installatietechnischemaatregelen. Deze innovatieve technieken zijn doorgaans kost-baarder, hoewel de prijs zal dalen bij een grotere marktomzet.Een goed voorbeeld hiervan is de dalende prijs van warmte-pompen, vanwege de stijgende omzet in de gebouwde omge-ving. Ook zijn er nieuwe technieken ontwikkeld die minderkostbaar zijn.Integraal duurzaamOm optimaal duurzaam resultaat te bereiken, is het integraaldoordenken van een ontwerp en het maken van bewustekeuzes daarbij, in alle fasen van het (ontwerp)proces noodzake-lijk (fig. 1). Het gaat om people-, planet- ?n profit-aspecten.Het ontwikkelen van een duurzaam gebouw is daarmee meerdan alleen een energiezuinig gebouw of een gebouw met eengroene uitstraling door zijn materiaalgebruik, zonnepanelen ofeen groen grasdak. Betaalbaar, comfortabel en toekomstwaardezijn eveneens belangrijke beslispunten.Bouwkundige en installatietechnische maatregelen moetengoed op elkaar worden afgestemd. Het gebruik van het gebouwen de eisen die de gebruiker aan het gebouw stelt, geldendaarbij als uitgangspunt. In een gebouw met een hoge automa-tiseringsgraad, is de interne warmtelast hoog. Stelt een gebrui-ker zware eisen aan het thermisch binnenklimaat, dan moet deklimaatinstallatie fors kunnen koelen. In dat geval komeneerder systemen met water als drager van warmte/koude inbeeld dan de luchtgedragen systemen. Worden hoge eisengesteld aan energie-effici?ntie, dan komen eveneens de water-gedragen systemen in beeld en dan met name de systemen diegebaseerd zijn op lagetemperatuurverwarming en hogetempe-ratuurkoeling. Warmtepompen al dan niet in combinatie metwarmte-koudeopslag zijn effici?nte opwekkingssystemen diedaar goed bij passen.Is er een sterk fluctuerende interne warmtelast door steedswijzigende bezettingsgraden aan personen (bijv. bij bijeen-komstgebouwen), dan ligt een snel reagerend klimaatsysteemmet luchtkoeling, hogetemperatuurverwarming en luchtver-warming voor de hand. Is daarentegen de interne warmtelaststabiel, dan zijn trager werkende systemen die zorgen voor eenstabiel binnenklimaat voor de hand liggend. De inzet vanbetonkernactivering is dan een goede optie.ir. Annemarie Weersink 1)Nieman Consultancy B.V.1 Om optimaal duurzaamresultaat te bereiken is hetintegraal doordenken vaneen ontwerp in alle fasenvan het (ontwerp)procesnoodzakelijk1) ir. A.M.S. Weersink was betrokken bij een studie die NiemanConsultancy uitvoerde naar de CO2-milieubelasting gedurendede gehele levenscyclus van een referentie rij-/hoekwoning vanSenterNovem. In opdracht van Agentschap-NL voerde NiemanConsultancy een onderzoek uit naar de robuustheid vanverschillende klimaatsystemen.1themaBKA: robuust ?n energiezuinig3 42011 | online12528550350250285125340-Popen stootvoegt.b.v. vochtafvoerMAAIVELD 125-P400-PPEIL=0eventueelwaterwerende laag60410675350400 275410 -P100 40 240 150380 150PEIL =0MAAIVELD 125-PEPS funderingskistopen stootvoegt.b.v. vochtafvoerhoogwaardige isolatie(reken= 0,023 W/(m.K))speciaal cellulair glasisolatie met gesloten cellen100 100dekvloerribcassettevloerisolatie met gesloten cellen( reken ?0,030 W/(m.K))inzet van BKA in combinatie met een warmtepomp en warmte/koudeopslag wordt mede bepaald door de thermische eigen-schappen van de gebouwschil en de gebouwvorm en -grootte.In het algemeen kan worden gesteld dat 30 - 50% op het ener-giegebruik voor verwarming en koeling kan worden bespaardten opzichte van een gebouw met een HR-ketel en eencompressiekoelmachine. Juist door de combinatie van hetwarmtepompsysteem en de warmte/koudeopslag en de inzetvan (zeer)lagetemperatuurverwarming en (zeer)hogetempera-tuurkoeling zijn deze forse besparingspercentages haalbaar.Een nieuwe energieprestatienorm is uitgebracht (NEN 7120).Deze wordt voor nieuwbouw per 1 januari 2012 van kracht envervangt de huidige energieprestatienormen. Hoe groot deverbetering op de energieprestatiecoeffici?nt van een kantoormet de nieuwe norm gaat worden, is nu nog niet bekend. In dehuidige energieprestatienorm heeft de toepassing van beton-kernactivering een positief effect van circa 0,04 op de EPC.Maar in combinatie met warmtepompen kan dit verder verbe-teren tot 0,15 ? 0,25.Inbreng adviseurs en constructeurBetonkernactivering is bij uitstek een concept waarbij in devroegste ontwerpfase actieve inbreng van diverse adviseurs enexperts nodig is. Ook de constructeur kan niet afwachten tothet ontwerp zijn kant op komt. Omdat adviseurs van verschil-lende disciplines wensen hebben ten aanzien van elementen diein het beton moeten worden opgenomen, spreken we dan ookliever van een thermisch actieve betonconstructie dan overthermisch actief beton.Het goed toepassen van betonkernactivering is een complexeopgave. We noemen een aantal belangrijke punten. Zoontbreekt het verlaagde plafond grotendeels. Dan rijzen vragenals: Hoe wordt een goede ruimteakoestiek gewaarborgd? Hoewordt de ruimte verlicht? Als voor algemene verlichting wordtgekozen, zullen leidingen in het betonplafond moeten wordeningestort. Een alternatief is indirecte verlichting eventueel incombinatie met algemene verlichting. Hoe worden (ventilatie)leidingen weggewerkt nu het verlaagde plafond ontbreekt? Ofworden ze juist in het zicht gehouden?Onontbeerlijk is een goede afstemming tussen de adviseurtechnische installaties en de constructeur om al die extra tech-niek in de vloer op te nemen, met inachtname van de construc-tieve (on)mogelijkheden. Tel daar het streven naar minimaalmateriaalgebruik (cement/beton) bij, en je hebt een complexoptimaliseringsvraagstuk waarbij alle ontwerpdisciplinesbetrokken zijn.Hoe energiezuinig is betonkernactivering?De werking van betonkernactivering is gebaseerd op stralings-warmte. Hierdoor kan met een lagere luchttemperatuur wordenvolstaan. Dit geeft minder warmteverlies. Omdat tevens vaneen lage watertemperatuur gebruik wordt gemaakt voorverwarming en een hoge temperatuur voor koeling, wordt eengunstig systeemrendement voor de installatie bereikt (mini-maal 10% gunstiger dan conventionele systemen met radiato-ren). Daarnaast wordt minimaal geventileerd. Dit samen leidttot een forse energiebesparing op de energiepost verwarming.Op het energiegebruik voor koeling kan door de inzet van BKAongeveer 50% tot zelfs 80% worden bespaard.Dat forse besparingen kunnen worden bereikt, komt vooraldoor de inzet van warmtepompen in combinatie met dewarmte/koudeopslag. Hoeveel energie wordt bespaard door de2BKA: robuust ?n energiezuinig 442011 | onlineEPC 0,80,670,60,5 0,450,4 0,4 0,3705001000150020002500energieconceptaenergieconceptbenergieconceptcenergieconceptdenergieconcepteenergieconceptfenergieconceptgenergieconcepthgebouwgebonden energiegebruikmateriaalEPCgebruiksgebonden energiegebruikmilieubelasting(kgCO2/jaar)2 Door meer isolatie wordt de energiepresta-tie van een woning beter, maar door meerisolatiemateriaal en verbreding van debetonfundering zal de milieubelasting doormaterialen hoger worden bron: SBR3 Jaargemiddelde milieubelasting doorgebouwgebonden energiegebruik en mate-riaal (gebouw incl. installaties)slag en zeer energie-effici?nte ventilatie met weinig materiaal-gebruik (CO2-gestuurde ventilatie, concept h) als gunstigstesysteem naar voren.Overigens waren tussen de bouwsystemen de verschillen inmilieubelasting niet groot omdat rekening werd gehouden metcompenserende maatregelen (airco) om oververhitting tegen tegaan. Deze benaderingswijze is conform de systematiek uit deenergieprestatienorm NEN 5128.Ook kwam uit het onderzoek naar voren dat voor veel wonin-gen met een lagere EPC de milieubelasting als gevolg van meermateriaalgebruik toenam. Extra isolatie betekent immers nietalleen meer isolatiemateriaal, maar ook een bredere fundering(fig. 2). Ook meer installatietechniek, zoals PV-cellen, zonne-boilers en ventilatiekanalen voor luchttoevoer en -afvoerzorgen voor extra milieubelasting (zie energieconcepten e enf). Door verzwaring van de EPC-eis van woningen zal gemid-deld de milieubelasting voor de energiecomponent afnemen,maar toenemen voor de materiaalcomponent.BKA: robuust klimaatsysteemBetonkernactivering wordt veel toegepast in gezondheidszorg,scholen en kantoren. Meer en meer wordt BKA ook in wonin-gen toegepast. Steeds vaker wordt gekozen voor BKA vanwegehet comfortabele klimaat dat met het systeem kan wordenbereikt in de winter en zomer.In opdracht van Agentschap-NL voerde Nieman Consultancyeen onderzoek uit naar de robuustheid van verschillendeklimaatsystemen. Een installatiesysteem is robuuster naarmatehet een beter vermogen heeft om klimaatsveranderingen op tekunnen vangen. Als in de toekomst het klimaat wijzigt, is hetwenselijk dat een klimaatsysteem ook dan nog effectief kanverwarmen en koelen, om ook dan een behaaglijk binnenkli-maat in de zomer en winter te krijgen. In de modelstudie werdeen vergelijking gemaakt hoe behaaglijk het in een vertrek zouEen gunstige CO2-footprintMet BKA kan een zeer gunstige CO2-footprint voor een woningworden verkregen. In een studie die Nieman Consultancyuitvoerde in opdracht van het Betonplatform werd deCO2-milieubelasting gedurende de gehele levenscyclus van eenreferentie rij-/hoekwoning van Agentschap NL onderzocht. Hetging hierbij om de miliebelasting van de materialen en hetgebouwgebonden energiegebruik (verwarmen, koelen, verlich-ten en ventileren). Het gebruiksgebonden gedeelte is nietmeegenomen (computers, printers of laboratoriumapparatuur).Vier verschillende bouwconcepten (stapelbouw, houtskelet-bouw, gietbouw en prefab beton) werden onderzocht engecombineerd met acht pakketten met energiebesparendemaatregelen (tabel 1, fig. 3) die leidden tot een EPC vari?rendvan 0,4 tot 0,8. Voor deze woningen werd een LCA (LevensCyclus Analyse) uitgevoerd om de milieubelasting van materia-len te bepalen. De milieubelasting door het gebouwgebondenenergiegebruik is bepaald op basis van de energieprestatienormNEN 5128 over een periode van 75 jaar.De milieubelasting is uitgedrukt als equivalente CO2-uitstoot.De conclusie van het onderzoek was dat het aandeel van dematerialisatie op de totale CO2-uitstoot van een woning veelminder groot was dan CO2-uitstoot als gevolg van het jaarlijksterugkerende energiegebruik. Hoe beter de EPC, hoe lager hetenergiegebruik, hoe gunstiger de CO2-footprint. Van de onder-zochte systemen kwamen betonkernactivering en vloerverwar-ming in combinatie met warmtepompen en warmte-koudeop-Tabel 1 Energieconcepten die zijn betrokken in de CO2-footprint studieconcept installaties Rcgevel/dak/vloer EPCa HR-ketel, zelfregelende ventilatieroosters 3,5/4,0/3,5 0,8b HR-ketel, gebalanceerde ventilatie met wtw (rendement 95%) 3,0/3,0/3,0 0,67c HR-ketel, CO2-gestuurde ventilatie 4,0/4,5/3,5 0,6d HR-ketel, gebalanceerde ventilatie met wtw (rendement 95%) 10/10/6,5 0,5e HR-ketel, gebalanceerde ventilatie met wtw (rendement 95%),zonneboilercombi10/10/6,5 0,45f warmtepomp, betonkernactivering/vloerverwarming, zonneboiler-combi, gebalanceerde ventilatie met wtw (rendement 95%)5,0/6,0/4,0 0,4g warmtepomp, betonkernactivering / vloerverwarming, lage COPinstallaties, gebalanceerde ventilatie met wtw (rendement 95%)5,0/6,0/4,0 0,4h warmtepomp, betonkernactivering/ vloerverwarming, douche-wtw, vraaggestuurde ventilatie5,0/6,0/4,0 0,373themaBKA: robuust ?n energiezuinig5 42011 | onlineinstallatiesystemengeen koelingbeperkte koeling + gemiddelde thermische massabeperkte koeling + lage thermische massaVAV-systeem + gemiddelde thermische massaVAV-systeem + lage thermische massakoelplafondbetonkernactiveringpercentagevandetijddatermeerdan10%ontevredenenzijnbijhetklimaatjaarKNMIW2020aantal gewogen temperatuuroverschrijdingsuren GTO(referenrieklimaatjaar 1964)(GTO = 150 is de behaaglijkheidsgrenswaarde voor kantoren)15010030%15%5004 Vergelijking van het aantal GTO-uren vol-gens klimaatjaar 1964 en de toename vancomfortklachten bij het toekomstige kli-maatjaar 2020 (KNMI (W-2020)) voor diverseinstallatiesystemenTen slotteToepassing van betonkernactivering biedt veel kansen voorenergiebesparing en comfort, nu en in de toekomst. Het vergtechter vanaf het begin van het ontwerpstadium een goedeafstemming tussen alle ontwerpende en adviserende partijen.Daar staat een gunstige CO2-footprint tegenover. Want eenuitgekiend ontwerp levert ook nog eens een beperkte materi-aalbelasting. Het achterwege kunnen blijven van verlaagdeplafonds levert beperking van bouwhoogte (en dus bouwkos-ten) op. Neem daarbij de forse energiebesparing als betonkern-activering wordt gecombineerd met een warmtepomp, en ditthermisch actieve systeem kan binnen een termijn van 2 tot 7jaar worden terugverdiend. Tel uit je winst. worden bij dezelfde bouwkundige en installatietechnischeuitgangspunten, maar bij twee verschillende klimaatjaren: eenstandaard referentiejaar (De Bilt 1964) en toekomstig klimaat-jaar (W-2020, samengesteld door het KNMI). Deze vergelijkinggeeft een beeld van de mate van robuustheid (fig. 4).Een belangrijke conclusie is dat bij nieuwe gebouwen het bestkan worden geanticipeerd door niet op de grenswaarden van debehaaglijkheid (150 GTO-uren, zie kader) een gebouw teontwikkelen, maar bijvoorbeeld op 50 GTO-uren. Met syste-men die zijn gebaseerd op water als drager van de koude (o.a.betonkernactivering, maar ook koelplafonds), zal het aantalklachten in een gebouw beperkt blijven. Betonkernactiveringkomt daarbij dan als gunstigste systeem uit de bus met eentoekomstig klachtenpercentage van circa 15 - 20% van de tijdmeer dan 10% klachten. Luchtgedragen systemen kunnen meerdan het dubbele aantal verblijfsuren meer dan 10% klachtenopleveren. Voorzichtigheid met deze conclusie is geboden,aangezien het klimaatjaar 2020 een geprognosticeerd jaar is, enhet percentage van de tijd met meer dan 10% klachten indica-tief is bepaald. Blijft onverlet dat betonkernactivering als meestrobuuste klimaatsysteem naar voren is gekomen. De extrakoelende betonmassa van het systeem die kan worden geladenen ontladen, draagt daar in positieve zin aan bij.GTO, Gewogen TemperatuurOverschrijdingenDe mate van behaaglijkheid van het binnenklimaat wordt vaakuitgedrukt in GTO-uren. GTO staat voor gewogen temperatuur-overschrijding. De mate van overschrijding van de comfortgren-zen waarbij volgens de theorie van Fanger meer dan 10% klach-ten zijn wordt uitgedrukt in een weeggetal. Dit weeggetal wordtvermenigvuldigd met het aantal uren dat die situatie voorkomtin de gebruiksperiode. Door de totale gewogen tijd te sommerenwordt het aantal gewogen temperatuuroverschrijdingsurenverkregen, als maat voor de behaaglijkheid.Voor standaard kantoorsituaties zonder koeling of met beperktekoeling wordt als grenswaarde vaak 150 weeguur aangehouden.Ter vergelijking: in veel situaties waar in 10% van de verblijfstijdin kantoren (ca. 100 uur) gedurende de zomerperiode de tempe-ratuur hoger is dan 25 ?C, is het aantal weeguren circa 150 GTO-uren. Voor situaties met forse koeling en in situaties waar geenramen zijn te openen, wordt vaak van de grenswaarde van 50weeguren uitgegaan. LiterAtuur1 Weersink, A.M.S., Valk, H, Dunnink, M.,Meijer, J., CO2-Footprint Woningbouw? CO2-belasting van woningen vanproductie tot sloop. Rapport Niemanconsultancy & Intron, in opdracht vanBetonplatform, juni 2010.2 Weersink, A.M.S., Evers, J.E.J. en Ansems,E.A., Robuustheid van klimaatsystemen bijklimaatverandering ? een verkenning.Rapport c09003 Nieman Consultancy enAdviesburo Nieman, opgesteld in opdrachtvan Agentschap-NL, februari 2010.4