Optimalisatie gevelrenovatie

Architect, Inspiratie, Master among masters

Optimalisatie gevelrenovatie

Door: Redactie ArchitectuurNL | 30-11-2013

Renovatie wordt tegenwoordig door de Nederlandse regering gestimuleerd, met als doel dat in de komende jaren (huur)woningen betere energielabels zullen krijgen. Die certificeringen kijken doorgaans alleen naar gebruiksenergie en niet naar de energie in materialen bij de bouw, renovatie en sloop. Om dit probleem aan te pakken ontwikkelde Paressa Loussos voor haar afstudeeronderzoek in de richting Building Technology van de Faculteit Bouwkunde van de TU Delft, een methodiek waarmee renovatieoplossingen voor naoorlogse woningbouw integraal kunnen worden beoordeeld.

Woongebouwen gebruiken veel energie en in Nederland zijn woningen zelfs verantwoordelijk voor 20% van de totale energieconsumptie. Vooral woningen die vóór 1975 zijn gebouwd hebben een hoog energiegebruik, er valt daarin nog veel te verbeteren. Renovatie wordt tegenwoordig door de Nederlandse regering gestimuleerd, met als doel dat in de komende jaren (huur)woningen betere energielabels zullen krijgen.

Voor architecten kan het lastig zijn om een herontwerp te maken, waarmee een bestaand gebouw gerenoveerd kan worden en het energiegebruik zo laag mogelijk gemaakt wordt. Dit is omdat het moeilijk te bepalen is welke maatregelen genomen moeten worden om het gebouw energetisch te verbeteren. Een ontwerpmethode voor een renovatieproject, die architecten of adviseurs kunnen volgen, zou nuttig zijn om het ontwerpproces te stroomlijnen en de energetische resultaten te verbeteren.

Levenscyclusenergie

Meestal wordt alleen rekening gehouden met de gebruiksenergie van een gebouw; dit is de energie die nodig is voor verwarming, koeling, warm tapwater, verlichting en apparatuur. Als je naar het geheel kijkt, moet echter over de gehele levenscyclus ook de energie-inhoud van materialen meegerekend worden. Dit is de energie die nodig is om de materialen van het gebouw te produceren (onttrekken, fabriceren, transporteren en assembleren). Ook de sloopenergie, voor verwijdering en afvoer van de gebouwmaterialen, telt mee. Deze drie energievormen samen wordt de levenscyclusenergie genoemd. Als alle vormen van energie worden meegerekend, zou men nog wel eens tot andere renovatie keuzes kunnen komen.

Wanneer de gebruiksenergie laag is, wordt het percentage van de levenscyclusenergie dat wordt gerekend onder materiaal energie-inhoud groter. Omdat bij (gebruiks) energiezuinigere gebouwen de materiaalkeuze dus belangrijker wordt, is daarop ook de nadruk gelegd in dit onderzoek.

Herontwerpmethode

Het hoofddoel van het onderzoek was het ontwikkelen van een methode om de levenscyclusenergie zo laag mogelijk te maken voor een bestaand woongebouw. Deze methode is getest door een ontwerp te maken voor een gebouw dat dringend gerenoveerd moest worden, namelijk een naoorlogse flat in de wijk Kanaleneiland in Utrecht. Dit gebouw is niet energetisch verbeterd sinds de realisatie ervan begin jaren ’60 en de appartementen hebben nog steeds energielabel F en G, wat het gebouw een geschikte casestudy maakt. Er is specifiek naar de gevelmaterialen gekeken, maar ook naar de isolatiewaardes en naar welke installaties de gebruiksenergie kunnen verminderen. Ook met de verbetering van het binnenklimaat is rekening gehouden, er waren bijvoorbeeld klachten over tocht, vocht en schimmelvorming.

Het Nederlands Instituut voor Bouwbiologie en Ecologie, NIBE, geeft een uitgebreid overzicht van gevelmaterialen met veel informatie per materiaal, zoals de kgCO2 equivalent. Die is in het onderzoek omgerekend naar materiaal energie-inhoud, om zo de levenscyclusenergie te kunnen berekenen.

Het NIBE gaat in hun database uit van een levensduur van 75 jaar voor gebouwen. Maar als je een renovatieproject hebt waarbij de geplande extra levensduur veel korter is, bijvoorbeeld 10, 25 of 35 jaar, is het lastiger om het beste materiaal te bepalen, omdat per materiaal ook de levensduur kan verschillen. In afbeelding 3 is een voorbeeld van een eigen berekening voor metalen geveldelen te zien, waarbij de levensduur veel invloed heeft op het materiaal met de laagste materiaal energieinhoud.

In het onderzoek zijn de beste materiaalkeuzes voor verschillende gevelelementen berekend, bij een verwachte extra levensduur van 35 jaar, voor onder andere een houten gevel, een stenen gevel, isolatie, deuren en ramen. De beste keuze per gevelelement is gebruikt voor het herontwerp.

Optimalisatie van het ontwerp

Om de informatie van NIBE te verwerken en toepasbaar te maken voor het specifieke gebouw, is gebruik gemaakt van Excel. Daarnaast is het rekenprogramma ENORM gebruikt voor de EPC, waardoor gekeken kan worden of de energieprestatie vergelijkbaar is met een nieuw woongebouw.

Bij het onderzoek zijn variatiestudies toegepast om de beste renovatiestrategie te bepalen, voor de gevel en de installaties. Hierbij zijn een aantal variaties gemaakt van een gevel- of installatieontwerp en met elkaar vergeleken. Bij de beste gevelkeuze is rekening gehouden met de gebruiksenergie, maar ook de invloed van de keuzes op de materiaal energie-inhoud. Wat betreft gevelstrategieën zijn verschillende renovatiemogelijkheden onderzocht. Zo is er bijvoorbeeld gekeken of het beter is om binnenisolatie toe te passen, of buitenisolatie met nieuwe gevelafwerking, of de gehele gevel te vervangen. De beste optie bleek bij de casestudy een combinatie van de verschillende strategieën, per geveldeel afhankelijk van de detaillering en huidige gevelopbouw.

Vervolgens is een gevel variatiestudie gemaakt voor het glaspercentage, isolatiedikte, glastype, thermische massa, infiltratie en compactheid van het gebouw. Op deze manier kunnen nog een aantal ontwerpbeslissingen gemaakt worden voor het gebouw, bijvoorbeeld het gebruik van driedubbel glas en het creëren van nieuwe zonwerende balkons.

De ontwikkelde herontwerpmethode heeft geresulteerd in een herontwerp van de portiekflat, waar voor de appartementen de materiaal energie-inhoud en gebruiksenergie precies berekend zijn. Hierbij zijn een aantal aanbevelingen om de levenscyclusenergie te verlagen, welke ook toepasbaar zijn op andere renovatieprojecten van woongebouwen.

Ten eerste kan de gevel verbeterd worden. Hierbij moet gekozen worden voor de gevelstrategie die resulteert in de laagste gebruiksenergie en materiaal energie-inhoud. Een optimum vinden tussen deze twee waarden, waarbij ook rekening gehouden wordt met de levensduur, is de uitdaging.

Ten tweede kunnen de gebouwinstallaties verbeterd worden. De beste keuze is erg afhankelijk van het gebouw, en de uiteindelijke keuzes per onderdeel (bijvoorbeeld ventilatie, verwarming, koeling, warm tapwater) moeten goed op elkaar aansluiten.

De derde aanbeveling is het gebruiken van duurzame energie. PV-cellen gebruiken is een goede keus, maar dit is vaak gebonden aan een maximum, afhankelijk van het beschikbare dakoppervlak. Ondanks dat PV-cellen een hoge materiaal energie-inhoud hebben, resulteert het gebruik hiervan in een veel lagere gebruiksenergie.

De toepassing van de ontwerpmethode en aanbevelingen op de casestudy, resulteert in een totale energiebesparing van 90% voor dit herontwerp vergeleken met de oude situatie, tot een totaal energiegebruik van 23,3 kWh/m2 per jaar. Een samenvatting van de methode en de ontwerpkeuzes zijn te zien in afbeelding 1.

Vervolg onderzoek

In het afstudeerproject is veel onderzoek gedaan om tot de conclusies te komen die leidden tot het ontwerp. Een uiteindelijk ontwerp maken is moeilijk, omdat het lastig is de energetische gevolgen te zien van (architectonische) ontwerpbeslissingen. Een ontwerptool zou de ontwerper kunnen ondersteunen in het ontwerpproces, doordat hij direct kan zien welke invloed keuzes voor bepaalde renovatiestrategieën hebben op de levenscyclusenergie. Daardoor zou het ook daadwerkelijk in bijvoorbeeld een voorlopige ontwerpfase gebruikt kunnen worden.

Samen met verschillende partijen kan kennis over energetische gevolgen en kosten samengebracht worden in een tool. Een voorbeeld van de mogelijke software gebruikersinterface is te zien in afbeelding 7.

Belangrijke bijdrage aan integrale milieuafwegingen bij renovatie – commentaar mentoren

Het onderzoek van Paressa Loussos is bijzonder relevant, omdat renovatie van de bestaande bouw een noodzakelijke maar ook uitdagende opgave is om het Europese doel van 90% energiebesparing in 2050 te bereiken. Aanpak van de bestaande woningvoorraad is daarin wellicht nog het lastigst.

Bij energieafwegingen wordt doorgaans alleen gekeken naar de gebruiksenergie, de energie die nodig is voor klimaatinstallaties en technische apparaten. Als men het in de praktijk heeft over energieneutraliteit wordt meestal ook alleen deze vorm van energiegebruik bedoeld. De levenscyclus van een gebouw begint echter met het gebruik van grondstoffen, die worden gefabriceerd tot bouwproducten, die vervolgens worden gemonteerd, gebruikt en onderhouden en uiteindelijk, aan het levenseinde, worden gesloopt of gedemonteerd en verwerkt als afval of nieuwe grondstof. Tijdens al deze levensfasen is energie nodig, de zogenaamde energie-inhoud, die meestal niet wordt meegenomen bij afwegingen van energiebesparing.

Energiecertificeringsprocessen gaan ook alleen over gebruiksenergie en negeren de energieinhoud van materialen die besparingen in gebruiksenergie mogelijk maken. Dit kan leiden tot een gunstige energiebeoordeling terwijl er feitelijk in totaal meer energie wordt gebruikt. Om dit probleem aan te pakken ontwikkelde Paressa een methodiek waarmee renovatieoplossingen integraal worden beoordeeld. Zij vergeleek verschillende materiaal- en bouwmogelijkheden op basis van gegevens van de energie-inhoud.

Vervolgens ontwierp ze voor een woningcomplex in Utrecht renovatiestrategieën waarmee de energievraag kan worden gereduceerd. Haar methodiek resulteerde in een hoge energieprestatiescore bij gebruik van materialen met een lage energieinhoud. Paressa leverde een belangrijke bijdrage door besluitvormingsstappen te verhelderen bij de integrale milieuprestatie van een renovatieoplossing. Zulke complete afwegingen worden steeds belangrijker nu we het energieneutraal maken van het gebruik van gebouwen steeds meer onder de knie krijgen. De energie-inhoud van onze materialen, bouwproducten en luxeproducten wordt dan de volgende uitdaging.

Met haar excellente onderzoek toonde Paressa dat ze een nieuwe-generatie ingenieur is, die integraal kan denken, die techniek met ontwerp verbindt en duurzaamheid als leidraad heeft.

Ir. Arie Bergsma, prof.dr.ir. Andy van den Dobbelsteen en Dipl.-Ing.MSc Thaleia Konstantinou, afstudeerbegeleiders van de afdeling Architectural Engineering & Technology, TU Delft.

Tekst en beeld: Paressa Loussos

Gerelateerd

Tags: , , , , , ,

    Schrijf een reactie