Bufferend beton heeft meerwaarde in BENG

Door inzet van thermische massa wordt eerder aan BENG-eisen voldaan. Het beperkt de energiebehoefte en draagt bij aan een goed binnenklimaat.

Iedereen weet uit eigen ervaring dat het binnenklimaat stabieler is in een gebouw met veel steenachtige massa. In een warme periode blijft het binnen nog lang aangenaam. Als de warmte eenmaal in het beton zit, duurt het een poos voordat het eruit is. Als de zon in een licht gebouw naar binnen straalt, wordt het daar snel warm. De temperatuur neemt snel toe, maar neemt ook snel af als koudere lucht naar binnen stroomt.

Zomercomfort

Meer massa in een woning en zomernachtventilatie hebben effect op het volgens BENG (Bijna Energie Neutraal Gebouw) te berekenen zomercomfort, TO_juli. In de nieuwe bepalingsmethode voor de energieprestatie/BENG, de NTA8800, staan de rekenregels. TO_juli staat voor de temperatuuroverschrijding in de maand juli. De grenswaarde van TO_juli is 1,2 (deeleis BENG 4). Deze zomercomforteis geldt alleen voor ongekoelde nieuwbouwwoningen. De waarde 1,2 houdt in dat de berekende maandgemiddelde binnentemperatuur 1,2°C hoger mag zijn dan de normatieve maandgemiddelde temperatuur in juli.

Voor een woning wordt per oriëntatie en per zone de gemiddelde temperatuurtoename berekend uit de koelbehoefte en de energieverliezen door ventilatie en transmissie. Grote glazen puien in zongeoriënteerde gevels verhogen de koelbehoefte, waardoor TO_juli flink overschreden kan worden. Veel nieuwbouwwoningen zullen standaard buitenzonwering krijgen. Inzet van thermische massa, steenachtige massa, zoals betonvloeren, betonnen of kalkzandsteen wanden, dragen eveneens bij aan verbetering van het binnenklimaat.

Thermische massa

Meer thermische massa heeft een positief effect op het energiegebruik omdat dit zorgt voor meer warmte bufferend vermogen door een hogere specifieke warmtecapaciteit. Een koudere massa neemt gemakkelijk warmte op uit het vertrek, dankzij temperatuurverschillen. Er wordt meer warmte opgenomen naarmate het temperatuurverschil groter is. Die opgenomen warmte komt later vrij als de temperatuur in het vertrek lager is dan in de constructie. Door tempering van de temperatuurtoename in het vertrek als de zon naar binnen schijnt, zullen bewoners minder snel een raam moeten openen om te koelen. De binnenkomende zonne-energie wordt in de constructie opgeslagen en komt vrij als de zon weg is en de temperatuur in het vertrek daalt. Die passieve zonne-energie kan dan optimaler worden benut in de stookmaanden oktober t/m maart, wat energiebesparing oplevert.

Het warmtebufferende effect van steenachtige massa zorgt voor een lagere warmtebehoefte en een lagere koudebehoefte. BENG 1 beoordeelt dit aspect, en dus scoort een zwaardere woning beter op BENG 1. Omdat ook overmatige opwarming wordt beperkt, wat wordt beoordeeld in TO_juli, scoort ook TO_juli beter.

Starterswoningen

Interessant is de vraag hoe groot de invloed is. Deze vraag is opgepakt naar aanleiding van een studie van WSP in opdracht van Betonhuis. Drie starterswoningen (zie foto’s) zijn onder de loep genomen. De eerste woning met kap heeft twee bouwlagen (grondvlak 5,4 x 8,8 meter), de tweede woning met platdak heeft twee bouwlagen (grondvlak 5,1 x 8,0 meter) en de derde woning met kap heeft drie bouwlagen (grondvlak 5,1 x 8,0 meter). In de rekenstudie is het effect van de specifieke warmte capaciteit (C), de maat voor de warmte bufferende werking, op BENG 1 en TO_juli bestudeerd in tien stappen van elk 5.000 kJ/K. Deze stapgrootte komt bij benadering overeen met 25 m² beton met een laagdikte van 10 cm (maximale indringingsdiepte van de warmte). Tenslotte zijn ook berekeningen gemaakt met de vaste waarden voor lichte, middelzware en zware bouw uit NTA 8800. Gebruik is gemaakt van het rekenprogramma UNIEC3.

De doorgerekende woningen zijn starterswoningen (rij- en hoekwoningen). Ze hebben allemaal een vergelijkbare gevelindeling. Dit maakt onderlinge vergelijking van deze woningen interessant. De oorspronkelijke vormgeving van de woningen is ongewijzigd gebleven. Alle doorgerekende woningen zijn NW-ZO georiënteerd. Ze zijn voorzien van een warmtepomp, gebalanceerde ventilatie met warmteterugwinning en bypass, HR++ glas, grote glazen pui op het zuidoosten en buitenzonwering. De woningen hebben het Rc-niveau conform het Bouwbesluit en tenslotte zomernachtventilatie en een infiltratie van 0,3 dm³/s.m².

Berekening

In grafiek 1 zijn de berekeningsresultaten grafisch weergegeven. De berekende energiebehoefte (BENG 1) is uitgezet tegen TO_juli. De tien punten op één lijn zijn de resultaten bij een thermische capaciteit van 5000 t/m 50.000 kJ/K (respectievelijk bovenste en onderste punt in de lijn). Een centimeter beton heeft een specifieke warmtecapaciteit van circa 18-20 kJ/m². Voor een breedplaatvloer van 18 cm is dit 324-360 kJ/K.m². In de grafiek tonen de punten op de korte horizontale lijnen ter hoogte van TO_juli-eis 1,2 de BENG 1 eisen voor de zes woningen. Voor lichte en zware woningen gelden verschillende eisen. De linker punt is de BENG 1-eis voor zware woningen en de rechter voor lichte woningen.  

Grafiek 1: Invloed van de thermische capaciteit op BENG 1 en TO_juli voor drie starterswoningen (hoek- en tussenwoningen). De thermische massa loopt op van 5.000 kJ/K (top van de grafieklijn) tot 50.000 kJ/K (onderste punt in de grafieklijn) in stappen van 5.000 kJ/K. Op de horizontale lijn staat TO_juli-eis. Ook de twee eisen voor de BENG 1 staan op deze hoogte als punten verbonden door een lijn. De hoogste waarde (rechts) is voor lichte en middelzware bouw (tot 500 kg/m²) en de laagste waarde (links) is voor zware bouw.

Grafiek 2: Invloed van de thermische capaciteit op TO_juli voor drie starterswoningen (hoek- en tussenwoningen).

Rekenresultaten

De rekenresultaten in grafieken 1 en 2 laten zien dat de starterswoningen voldoen aan de TO_juli eis als in de woningen betonvloeren aanwezig zijn. Met een zeer lichte bouwwijze met houten vloeren, lichte gevelpanelen en een houten dak voldoen de woningen niet op de kleine hoekwoning na. TO_juli daalt veelal circa 0,6 als in diezelfde woningen een betonnen begane grondvloer komt. Met een betonvloer op de verdieping is additioneel 1,0 reductie op de maandgemiddelde (!) temperatuur haalbaar. Tevens daalt de energiebehoefte BENG 1 circa 5-10 kWh/m² bij deze woningen.

Het verschil reduceert naarmate de woning groter is, maar bij starterswoningen is het effect van thermische massa ronduit groot. Opmerkelijk is dat de kleine woning met kap in vergelijking tot de andere woningen relatief gemakkelijk aan de eis kan voldoen. Dit heeft te maken met de minder strenge eis voor kleine woningen met verhoudingsgewijs veel verliesoppervlak. Dat is gunstig voor deze woning met weinig glas in de gebouwschil.

In de starterswoning met het platdak is het comfort het slechtst. Zoninstraling via wat grotere ramen in de zijgevel zorgt dat in hoekwoningen het comfort nog verder verslechtert. In compacte kleine woningen is het effect van de zoninstraling op TO_juli het grootst omdat er relatief veel glas en dus veel zontoetreding is op relatief weinig volume en ventilatie voor warmteafvoer. De kleine starterswoningen zijn daarom extra gebaat bij meer thermische massa in de woning. Bij grotere rijwoningen van bijvoorbeeld 130 m² zien we een vergelijkbaar effect als bij de woning van 88 m².

Tot slot

Het verschil in gebruiksoppervlakte en werkelijke oppervlakte van de betonvloeren kan flink verschillen. Uit de rekenstudie volgt dat het zeker in kleine woningen met schuine kappen is aan te raden om uit te gaan van de specifieke warmtecapaciteit van de constructie berekend volgens bijlage B van NTA8800 in plaats van de forfaitaire voorkeurswaarden voor lichte, middelzware en zware bouw. Hiervoor is het invoerveld voor de specifieke thermische capaciteit uit UNIEC3 te gebruiken. Wat meer rekenen kan dan zomaar 6000 kJ/K extra specifieke warmtecapaciteit opleveren. Dit komt overeen met ruim één stap in de grafiek BENG 1-TO grafiek. De woning verandert door te rekenen met de werkelijke thermische capaciteit niet, maar scoort al snel een paar tienden beter op TO_juli al snel 2-5 kWh/m² op de energiebehoefte. Tel uit de winst.

Woning met kap en twee bouwlagen (grondvlak 5,4 x 8,8 meter). Afbeelding: Van Wijnen.

Woning met platdak en twee bouwlagen (grondvlak 5,1 x 8,0 meter). Afbeelding: Van Wijnen.

Woning met kap en drie bouwlagen (grondvlak 5,1 x 8,0 meter). Afbeelding: Van Wijnen.

Auteurs: Ir. A.M.S. Weersink WSP, Ing. B. Jacobsen WSP

Samenvatting

Op 1 januari 2021 worden de nieuwe BENG eisen van kracht. Daarin worden energiebehoefte, energiegebruik, inzet duurzame bronnen en het thermisch comfort in de zomer getoetst. WSP onderzocht voor Betonhuis de impact van licht of zwaarder bouwen op de energiebehoefte en het zomercomfort. De conclusie is dat dit meer dan 10% op de volgens BENG berekende energiebehoefte kan bedragen en op TO_juli 0,5 tot meer dan 1°C. Ook concluderen de onderzoekers dat rekenen met de werkelijke thermische capaciteit in plaats van de standaard thermische massa per m² is aan te raden. De woning verandert niet, maar scoort al snel een paar tienden beter op TO_juli en 2-5 kWh/m² op de energiebehoefte. Rekenen met thermische massa loont.