Met zonwering en koeling door ventileren een goed thermische

Met zonwering en koeling door ventileren een goed thermische
binnenklimaat creëren in een Active House
Om het thermische comfort van de Active House woning Home for Life te beoordelen,
wordt speciaal gelet op de strategieën die worden gebruikt om een dit te creëren,
waarbij een belangrijke rol is weggelegd voor zonwering en koeling door natuurlijke
ventilatie. Home for Life is in 2009 opgeleverd als één van de zes gebouwen in het
Model Home 2020 project van de VELUX Groep. De woning heeft een royale
daglichttoetreding en is zo ontworpen dat hij energieneutraal is én een goed
binnenklimaat heeft.
De thermische omgeving is geëvalueerd volgens de Active House specificaties en hieruit blijkt dat
het huis niveau 1 bereikt in de zomersituatie. Een te lage temperatuur kan in de winter wat te
wijten is aan de voorkeur van de bewoners in de balans tussen binnentemperatuur en het
energieverbruik voor verwarming. Verder is gebleken dat koelen door geopende ramen een
bijzonder belangrijke rol speelt bij het handhaven van het thermische comfort.
Het Model Home project
Tussen 2009 en 2011 zijn vijf eengezinswoningen in vijf Europese landen gebouwd als onderdeel
van het Model Home 2020 project van de VELUX Groep. Het eerste huis (Home for Life, Aarhus
Denemarken), werd in het voorjaar van 2009 opgeleverd en is inmiddels bewoond geweest door
twee verschillende gezinnen waarvan het laatste gezin het huis heeft gekocht. De metingen
werden twee jaar lang uitgevoerd terwijl de twee gezinnen in het huis leefden. Home for Life is
een 1½ verdieping tellend huis met een totaal vloeroppervlak van 190 m². De fundamentele
klimatologische gegevens zijn weergegeven in figuur 1.
40
200
Temperature [°C]
150
20
10
100
0
50
Solar radiation [kWh/m²]
30
‐10
‐20
0
Nov '10
Dec '10
Jan '11
Total solar radiation
Feb '11
Mar '11
Apr '11
Maximum temperature
May '11
Jun '11
Jul '11
Minimum temperature
Aug '11
Sep '11
Oct '11
Average temperature
Figuur 1. Buitencondities gedurende de meetperiode. The pyranometer is pas geïnstalleerd in januari 2011, daarom is er
geen data beschikbaar voor november en december 2010.
Naast de vijf woningen is ook één utiliteitsgebouw Green Lighthouse gebouwd. Green Lighthouse
was daarmee het eerste openbare CO2 neutrale gebouw in Denemarken met tegelijkertijd
voldoende daglichttoetreding, natuurlijke ventilatie en een prettig binnenklimaat. Het gebouw
toont aan dat het mogelijk is dat een milieuvriendelijk gebouw voldoet aan de doelstellingen van
2020 met de beschikbare bouwmaterialen van vandaag. Alle zes de gebouwen zijn volgen de
principes van Active House (www.activehousenl.info) gebouwd, wat betekent dat er een
evenwichtige prioriteit moet zijn tussen het energieverbruik, het binnenklimaat en de binding van
het gebouw met de externe omgeving. In de praktijk betekent dit dat de gebouwen zowel een
goed binnenklimaat als een zeer laag energieverbruik moeten hebben. Daarnaast is er bijzonder
veel aandacht besteed aan goede daglichtcondities en frisse lucht door natuurlijke ventilatie. De
belangrijkste ruimtes hebben daglichtfactoren boven 5%.
In de meeste gebouwen is natuurlijke ventilatie het uitgangspunt, aangevuld door mechanische
ventilatie met warmteterugwinning. In een aantal gebouwen is daarom gekozen voor een hybride
ventilatiesysteem, waarbij ‘s zomers gebruik wordt gemaakt van natuurlijke ventilatie, in de
winter van mechanische ventilatie met warmteterugwinning en waarbij de hybride ventilatie wordt
gebruikt in het voor- en najaar. De verandering van mechanische naar natuurlijke ventilatie wordt
geregeld op basis van de buitentemperatuur. Het omslagpunt is 12,5°C met een 0,5°C hysteresis.
Onder het omslagpunt staat de ventilatie in de mechanische stand, boven het omslagpunt in de
natuurlijke stand. In zowel de natuurlijke als mechanische stand is het ventilatie debiet
vraagafhankelijk. De hoeveelheid CO2 wordt gebruikt als indicator voor de kwaliteit van de
binnenlucht, waarbij 850 ppm CO2 wordt gebruikt als omslagpunt. Daarnaast wordt ook de
relatieve vochtigheid (RV) gebruikt als indicator. Als deze RV hoger is dan 60%, wordt de
ventilatie stapsgewijze verhoogd naar de maximale ventilatie, die wordt gebruikt als de RV 80%
of hoger is.
Alle ramen die op het Zuiden gericht zijn hebben externe automatische zonwering gekregen en
overstekken zijn waar nodig toegepast.
Thermische comfort scores zoals gedefinieerd in de Active House specificaties, sectie
1.2 voor natuurlijk geventileerde gebouwen
De limiet voor de maximale binnentemperatuur geldt in perioden met een externe Trm van 12°C of meer. Trm
is de gemiddelde buitentemperatuur zoals gedefinieerd in 'hoofdstuk 3.11 Externe temperatuur, lopend
gemiddelde van EN 15251:2007'. De limieten gelden voor woonkamers, keukens, studeerkamers,
slaapkamers etc. in woningen zonder mechanische airconditioning en met voldoende mogelijkheden voor
natuurlijke (kruis of stack) ventilatie.
De belangrijkste maximale binnentemperaturen zijn:
1. Ti,o < 0.33 x Trm + 20.8°C, voor Trm van 12°C of meer
2. Ti,o < 0.33 x Trm + 21.8°C, voor Trm van 12°C of meer
3. Ti,o < 0.33 x Trm + 22.8°C, voor Trm van 12°C of meer
4. Ti,o < 0.33 x Trm + 23.8°C, voor Trm van 12°C of meer
”Te hoog” gebruikt in deze paper is van toepassing op Ti,o > 0.33 x Trm + 23.8°C, voor Trm van 12°C of meer
De belangrijkste minimumtemperaturen zijn:
1. Ti,o > 21°C, voor Trm of 12°C of minder
2. Ti,o > 20°C, voor Trm of 12°C of minder
3. Ti,o > 19°C, voor Trm of 12°C of minder
4. Ti,o > 18°C, voor Trm of 12°C of minder
”Te laag” gebruikt in deze paper is van toepassing op Ti,o < 18°C, voor Trm van 12°C of meer
Meer informatie kan worden gevonden in de specificatie op www.activehousenl.info.
Figuur 2. Home for Life, Zuid en Oost gevels
Figuur 3. Home for Life, concept voor daglicht, ventilatie en energie
Resultaten
Figuur 4 toont aan dat vijf kamers in Home for Life Active House niveau 2 bereiken, terwijl zes
kamers niveau 4 bereiken. Uit het figuur blijkt ook dat de meerderheid van de uren met niveau 2,
3 en 4 worden veroorzaakt door lage temperaturen, zoals onderkoeling door oververhitting.
Wanneer onderkoeling wordt genegeerd dan bereiken alle kamers met uitzondering van de
slaapkamer en bijkeuken niveau 1.
Bathroom 1
2
Bathroom 2
2
Bedroom
2
Entrance
4
Guest room
4
Kitchen
2
Livingroom A
4
Livingroom B
4
Office
4
Scullery
2
Upstairs hall
4
0%
10%
20%
Too low
30%
4 low
3 low
40%
2 low
50%
1
60%
2 high
70%
3 high
80%
4 high
90%
Too high
100%
Figuur 4. Thermisch comfort voor alle kamers geëvalueerd volgens Active House specificaties paragraaf 1.2. De niveaus
worden onderscheiden tussen hoge en lage temperaturen. Het getal aan de rechterzijde van het diagram geeft het niveau
voor elke kamer aan (1 tot 4). Om een score van bijv. "2" te bereiken moet het niveau ten minste 95% van de tijd op dat
niveau of beter zitten, zoals omschreven in EN 15251.
In dit artikel willen we focussen op de prestaties van koeling door ventileren en mogelijke
oververhitting. De verdere analyses zullen zich als voorbeeld alleen richten op de prestaties van
de gecombineerde keuken/eetkamer met een groot raam op het zuiden, zie figuur 2.
De verdeling van de thermische comfort categorieën tussen de maanden is te zien in figuur 5.
Zoals verwacht uit figuur 4, is onderkoeling een probleem in de vier wintermaanden van
november tot februari. Van april tot oktober wordt niveau 1 bereikt.
January
2
February
2
March
2
April
1
May
1
June
1
July
1
August
1
September
October
1
November
2
2
December
0%
10%
20%
Too low
30%
4 low
3 low
40%
2 low
50%
1
60%
2 high
70%
3 high
80%
4 high
90%
100%
Too high
Figuur 5. Thermische comfort categorieën voor elke maand van het jaar voor de keuken/eetkamer. Het nummer aan de
rechterzijde van het diagram geeft de score voor elke maand aan (1 tot 4). Om een score van bijv. "2" te bereiken moet
het niveau ten minste 95% van de tijd op dat niveau of beter zitten, zoals omschreven in EN 15251.
Figuur 6 toont de binnentemperatuur op ieder uur van het jaar uitgezet tegen het voortschrijdend
gemiddelde van de buitentemperatuur, zoals gedefinieerd in EN 15251. Je ziet dat temperaturen
onder niveau 1 (21°C) zowel in de winter als in de overgangsperioden optreden, maar dat slechts
een paar uur onder niveau 2 van 20°C komt. Vermoed wordt dat de perioden met temperaturen
onder 21°C worden veroorzaakt door handmatig of automatisch luchten of gewoon door
gebruikersvoorkeuren. De bewoners hebben in hun dagboeken geen ongemak gemeld als gevolg
van onderkoeling.
In de winter en de overgangsperioden worden ook perioden met temperaturen boven de 26°C
gemeten, wat resulteert in grote temperatuurschommelingen in een korte periode. Dit is
vermoedelijk het gevolg van opwarming door de zon. De automatische bediening van
raamopeningen en zonwering is ingesteld om oververhitting te voorkomen, maar vooral in de
winter zal het systeem een hoge opbrengst van zonnewarmte accepteren om de vraag naar
verwarming te verminderen.
Tijdens de zomer geeft het systeem de prioriteit aan het behoud van thermisch comfort. Figuur 6
toont in de zomer dan ook zeer beperkte oververhitting, met slechts een paar perioden met
temperaturen boven niveau 1. Relatief lage temperaturen worden waargenomen tijdens de zomer,
met perioden waarbij de temperatuur daalt tot onder 21°C. Dit wordt vermoedelijk veroorzaakt
door nachtkoeling waarbij de temperatuur ’s nachts daalt om de volgende dag oververhitting te
verminderen, wat in sommige situaties leidt tot ochtendtemperaturen tussen 20°C en 21°C.
34
4
3
2
1
Winter
Spring
Summer
Autumn
Measured air temperature [°C]
32
30
28
26
24
22
20
18
16
‐10
‐5
0
5
10
15
20
25
Running mean temperature [°C]
Figuur 6. Binnentemperaturen in de keuken uitgezet tegen de voortschrijdende gemiddelde temperatuur voor ieder uur
van het jaar inclusief de Active House limieten. De stippen zijn gekleurd per seizoen.
De variaties in de tijd van de dag en tijd van het jaar wordt verder onderzocht in figuur 7. Het valt
op dat de perioden met temperaturen onder niveau 1 ’s winters enkele dagen kunnen duren, maar
dat in veel perioden de temperatuur niveau 1 bereikt tussen 12:00 en 20:00 uur mogelijk als
gevolg van zonnewarmte. ´s Zomers worden slechts enkele perioden met temperaturen boven
niveau 1 waargenomen.
Figuur 7. Het comfortniveau gedurende ieder uur van het jaar (keuken/eetkamer).
Om de rol van de raamopeningen in het behoud van comfort te onderzoeken, wordt figuur 8
gebruikt. Omwille van de analyse (niveau 2 was het ontwerpdoel), is een vrij strikte definitie van
comfort opgelegd, waarbij alleen niveau 1 wordt beschouwd als comfortabel. Het figuur toont ook
aan of ramen tijdens het uur actief waren.
Figuur 8 toont aan dat de ramen tijdens de winterperiode niet open waren bij temperaturen onder
niveau 1 (oranje), wat aangeeft dat deze temperaturen niet werden veroorzaakt door luchten. Het
verwarmingssysteem wordt ‘s winters op een dusdanige wijze geregeld dat het
temperatuuraanbod voor het vloerverwarmingsysteem is ingesteld op de bediening door de
warmtepomp. Hoe lager de aanvoertemperatuur, hoe beter de systeemefficiëntie. De bewoners
hebben gemeld dat zij de aanvoertemperatuur zo instelden dat de kamertemperatuur 20 - 21°C
zou bereiken, om zo kosten voor verwarming te besparen. De perioden met wintertemperaturen
onder niveau 1 kunnen dus worden toegeschreven aan de voorkeuren van de gebruikers.
Tijdens de zomer zijn een paar perioden met rode kleur te zien in de late namiddag, wat aangeeft
dat zich toen oververhitting voordeed en dat de ramen werden geopend, maar dat dit niet
voldoende was om niveau 1 te handhaven.
Figuur 8 toont verder dat ’s zomers de ramen tussen 9:00 en 22:00 uur bijna permanent open
stonden en dat niveau 1 tijdens deze uren werd gehandhaafd (groen). Het figuur toont tevens
vele perioden met openstaande ramen tussen 22:00 en 09:00 uur (groen) aan, waarvan kan
worden verondersteld dat deze veroorzaakt wordt door het automatisch openen van ramen voor
nachtkoeling. Ook in de overgangsperioden (van maart tot mei en september tot oktober) worden
ramen vaak gebruikt, waarbij openingen tussen 12:00 en 18:00 uur het meest voorkomen
(groen).
Figuur 8 toont comfort of ongemak (ongemak is hier temperaturen in niveau 2, 3 of 4) en of ramen open of gesloten
waren (actief of niet actief) in de gecombineerde keuken/eetkamer.
Het optreden van de ramen ten opzichte van de buitentemperatuur is verder onderzocht in Figuur
9. Hier is te zien dat ramen over het algemeen gesloten zijn (rode stippen) bij een gemiddelde
temperatuur onder 10°C. Wanneer de gemiddelde temperatuur boven de 12°C uitkomt, worden
ramen geopend wanneer de binnentemperatuur boven de 22 - 23°C uitkomt, wat in
overeenstemming is met de bedieningsstrategie.
34
4
32
3
2
1
Window closed
Window open
Measured air temperature [°C]
30
28
26
24
22
20
18
16
‐10
‐5
0
5
10
Running mean temperature [°C]
15
20
25
Figuur 9. Binnentemperatuur vs. gemiddelde buitentemperatuur. De kleur geeft aan of ramen open (groen) of gesloten
(rood) waren gedurende ieder uur (keuken/eetkamer)
Conclusies
Wanneer Home for Life geëvalueerd wordt volgens de Active House specificaties, die dezelfde
methodologie en criteria gebruiken als de EN 15251 met betrekking tot thermisch comfort, geldt
dat de helft van de kamers onder niveau 2 zit en de andere helft onder niveau 4. De uren die niet
onder niveau 1 vallen zijn voornamelijk uren met te lage temperaturen, terwijl oververhitting
zeldzaam is. Als deze te lage temperaturen buiten beschouwing worden gelaten, bereiken de
belangrijkste kamers van het huis niveau 1. Bij lage energiewoningen moet het voorkomen van
oververhitting gelijk worden in het gebouwontwerp, want om oververhitting tegen te gaan moeten
substantiële maatregelen worden genomen indien dit na oplevering van een gebouw nog moet
worden geregeld. Home for Life voldoet aan niveau 1 met betrekking tot oververhitting, wat zeer
bevredigend is gezien de royale daglichtcondities.
De perioden van te lage temperaturen kunnen worden veroorzaakt door onvoldoende
verwarmingscapaciteit, het luchten door ramen te openen, slechte luchtdichtheid van het gebouw
of bewonersvoorkeuren. Bij Home for Life bleek er geen relatie te zitten tussen raamopeningen en
te lage temperaturen. De luchtdichtheid is geverifieerd middels een BlowerDoor test. Van het
verwarmingssysteem is bekend dat het voldoende capaciteit heeft, maar de aanvoertemperatuur
werd actief verminderd door de bewoners om zo de kosten voor verwarming uit te sparen. Een te
lage temperatuur in Home for Life wordt dus verklaard door bewonersvoorkeuren.
In de keuken/eetkamer werd een relatie tussen raamopeningen en de combinatie van hoge
binnen- en buitentemperatuur gevonden. Verder is een duidelijke correlatie tussen
raamopeningen en aanvaardbaar thermisch comfort gevonden. Dit geeft aan dat de ramen
hebben bijgedragen aan het bereiken en behouden van goede thermische condities.
Er is geen duidelijk verband ontdekt tussen het gebruik van externe zonwering en temperatuur.
Gebruikers kunnen de automatische besturing van zonwering vaak hebben gedeactiveerd, wat het
ontbrekende verband tussen het gebruik van zonwering en de combinatie van hoge binnen- en
buitentemperatuur kan verklaren.
Concluderend, realiseert Home for Life in de praktijk een goede thermische prestatie, die moet
worden gezien in samenhang met de hoge daglichtniveaus van het gebouw. De goede prestatie
wordt bereikt door automatische besturing van de ramen en zonwering, waarbij vooral de Het
koelen door te ventileren en het openen van ramen belangrijk was.

Download Report