EEN ZOEKTOCHT NAAR PERFECTIE, VOOR DE SCHOOL VAN DE TOEKOMST.

Welk steentje kunnen de gebouwen van morgen bijdrage tot de wereld van onze kinderen? En hoe creëren we hierin de perfecte omgeving voor onze sterren uit de topsport?

De wereldwijde gemiddelde temperatuur stijgt bijna tweemaal zo snel als 50 jaar geleden. Daarom is het broeikaseffect een belangrijk gespreksonderwerp geworden in de wereldwijde politiek. Door de sterke relatie tussen milieuproblematiek en energie, heeft de mens geen andere keus dan zijn energieverbruik te verminderen. Momenteel is ongeveer 40% van het totale energieverbruik in Europa te wijten aan gebouwen. Zuinigere gebouwen zijn dus een absolute noodzaak om de CO2-uitstoot terug te dringen. Om daarbij ons huidig comfort te behouden, zal er toevlucht moeten worden genomen tot passieve gebouwen [1].

Passiefscholen

Het energiezuinig bouwen werd in gang gezet door dwingende maatregelen vastgelegd door Europa. Om te anticiperen op een toekomstige verstrenging van de maatregelen lanceerde de Vlaamse Regering in 2007 het Pilootproject 'Passiefscholen'. Een project dat, enerzijds functioneert als leerproces om het ontwerp van energiezuinige scholen te optimaliseren, en anderzijds energiezuinig bouwen moet promoten in de private sector. Gedurende dit leerproces werd al snel duidelijk dat passiefscholen vaak te warm worden tijdens de zomer. Vergelijk het met een grote thermofles. De beglazing zorgt ervoor dat er veel warmte van de zon binnentreedt, terwijl de isolatie deze niet meer terug naar buiten laat.

Thermisch comfort

De hoofdfuncties die een gebouw moet uitoefenen zijn het bieden van onderdak en het beschermen van inwoners tegen weersinvloeden zoals storm, regen en wind. Aanvullend moet het gebouw zorgen dat de inwoners kunnen genieten van een comfortabel binnenklimaat. De kwaliteit van het binnenklimaat bestaat uit vier categorieën:

1. Thermisch comfort (temperatuur)
2. Luchtkwaliteit
3. Akoestisch comfort (geluid)
4. Visueel comfort (licht)

Deze scriptie richt zich op de eerste categorie, thermisch comfort. Een categorie die steunt op de warmteregeling van ons lichaam. Het lichaam tracht te allen tijden een temperatuur van 37 °C te behouden. Thermoreceptoren meten voortdurend de temperaturen op verschillende plaatsen in ons lichaam. Aan de hand van deze gegevens sturen de hersenen lichaamsreacties aan. Indien het lichaam te veel wordt afgekoeld, verminderd de doorbloeding (bv. koude handen) en verhoogt de spieractiviteit (bv. bibberen). Warmt ons lichaam daarentegen te veel op, dan verhoogt onze doorbloeding en gaan we zweten.

Oververhitting

Oververhitting in gebouwen ligt aan de basis van tal van problemen, gaande van een te warm en slaperig gevoel tot ziekte en overlijden. Naar verwachting zal deze ongewenste toestand van het binnenklimaat meer en meer gaan optreden naarmate de opwarming van de aarde doorgaat. Logischerwijs gaat oververhitting van een gebouw hand in hand met oververhitting van zijn gebruikers.

Het menselijk lichaam raakt oververhit indien het zijn optimale lichaamstemperatuur van 37 °C niet meer kan handhaven. Wanneer de temperatuur van ons lichaam oploopt tot boven de 37 °C, zullen er lichamelijke reacties optreden. Door zweten, stress en dorst zal ons lichaam proberen de 37 °C te behouden. Wanneer het lichaam hier niet in slaagt, kunnen er ernstige gevolgen optreden voor onze gezondheid.

Oplossingen

In deze scriptie werd, aan de hand van een energetisch model [2], onderzocht of een nieuwe topsportschool in Wilrijk voldoet aan de eisen omtrent oververhitting. Vervolgens werden er verschillende maatregelen zoals zonweringen, andere beglazingen en nachtventilatie (openen van ramen of roosters gedurende de nacht) uitgetest om hun invloed op het binnenklimaat in kaart te brengen.

Figuur 1: Energetisch model

Zonwering

Het plaatsen van zonwering kan op verschillende manieren gebeuren. Zo kan zonwering aan de binnenzijde en de buitenzijde worden geplaatst. Verder bestaat er zowel vaste zonwering die men niet kan sluiten of openen (bv. een afdak) en dynamische zonwering die men kan openen en sluiten indien gewenst (bv. een zonnetent).

Beglazing

Elke soort beglazing wordt gekenmerkt door een zonnetoetredingsfactor. Dit getal < 1, duidt op de hoeveelheid zonnestraling die de beglazing binnenlaat in de ruimte. Hoe dichter dat het getal bij 0 ligt, hoe minder warmte er toetreedt via de beglazing.

Nachtventilatie

Naast het hinderen van zonnewinsten blijft koelen erg belangrijk om oververhitting te vermijden. Nachtventilatie blijft hiervoor de goedkoopst en meest efficiënte oplossing. Gedurende de nacht, wanneer de buitentemperatuur lager ligt dan de binnentemperatuur, wordt het gebouw gekoeld met een onverwarmde buitenlucht. Hierbij wordt niet enkel de lucht, maar eveneens de opgewarmde materialen van het gebouw (bv. beton) afgekoeld.

Spitstechnologie

Om een blik te werpen op innovatie binnen de bouwsector werden tot slot de slimme ramen van Khandelwal nog besproken. De ramen kunnen licht met een golflengte van 700 tot 1400 nm tegenhouden. Deze golflengten bevinden zich in het onzichtbare infraroodspectrum en bevatten 50% van de warmte afkomstig uit zonlicht. Vernieuwend aan de ramen is dat ze aan- en uit kunnen worden geschakeld. Hierdoor kunnen de warmtewinsten via zonnestraling tijdens de winter worden gemaximaliseerd waardoor er minder moet worden verwarmd, terwijl deze tijdens de zomer tot een minimum worden beperkt en oververhitting kan worden vermeden.

Het selectief tegenhouden van bepaalde golflengten uit licht werd mogelijk gemaakt door de verwerking van organische vloeibare kristallen, afkomstig uit smartphones, in de zonwerende laag. De kristallen worden, na het aanbrengen van een elektrische spanning, georiënteerd volgens een bepaald patroon zodat ze bepaalde golflengten van het zonlicht reflecteren. Door een mengeling aan kristallen toe te voegen is Khandelwal erin geslaagd om bijna 100% van het infraroodspectrum tegen te houden, terwijl circa 90% van het zichtbaar licht wordt doorgelaten.

Conclusie

De resultaten uit het onderzoek geven aan dat de hedendaagse eisen inzake oververhitting voor topsportscholen moeten worden bijgestuurd. Verder werd duidelijk dat de instellingen van het ventilatiesysteem moeten worden geoptimaliseerd en de installatie van dynamische buitenzonwering, los van de kostprijs, het beste resultaat boekt op het gebied van energiebesparing. Tot slot werden er als bijkomstig advies nog enkele sturingsparameters voor de dynamische zonwering meegegeven.

[1] Een sterk geïsoleerd gebouw dat optimaal gebruik maakt van warmtewinsten via de zon om het energieverbruik te minimaliseren en een optimaal binnenklimaat te behouden.

[2] Een computermodel waarbij het binnenklimaat in een gebouw waaronder temperatuur, vochtigheid, CO2-gehalte, etc. wordt nagebootst gedurende een geheel jaar per tijdstap van 5 minuten.