thema Bouwbesluit huidig (2003) Bouwbesluit nieuw (2012) PVE Frisse Scholen energieprestatiecoefficient kwaliteit thermische schil

Transcriptie

1 Bouwfysica Frisse Scholen Aandacht voor het ambitieniveau Het binnenklimaat in scholen staat al geruime tijd in de belangstelling. Onderzoeken hebben aangetoond dat het slecht gesteld is met binnenklimaat in scholen: te weinig ventilatie, teveel lawaai, tocht, te koud of juist te warm. Dit is niet alleen het geval voor bestaande, oudere scholen, maar helaas ook voor scholen die in de afgelopen jaren gebouwd zijn. Een slecht binnenmilieu is niet goed voor de schoolprestaties, gezondheid en functioneren van leerlingen en leerkrachten. Als reactie daarop is door Agentschap NL het Programma van Eisen voor Frisse Scholen opgesteld. De praktijk wijst echter uit dat de eisen uit het PvE Frisse Scholen niet altijd met elkaar verenigbaar zijn en/of leiden tot dure oplossingen. ir. V. (Vivian) Timmermans, DHV, Eindhoven Inleiding De huidige bouwregelgeving (Bouwbesluit 2003) biedt onvoldoende basis voor een goed en gezond binnenklimaat in scholen. In 2008 (vernieuwd in 2010) is daarom door Agentschap NL (voorheen SenterNovem) het Programma van Eisen voor Frisse Scholen opgesteld. Dit Programma van Eisen (PvE) Frisse Scholen stelt eisen aan het binnenklimaat en het energieverbruik van scholen, verdeeld in de vijf thema s: thermisch comfort, luchtkwaliteit, akoestisch comfort, visueel comfort en energieverbruik. De eisen zijn per thema verdeeld over drie prestatieniveaus: A (zeer goed), B (goed), C (acceptabel). Klasse C vertegenwoordigd het basisniveau en is geënt op de geldende bouwregelgeving. Omdat technisch inhoudelijke kennis bij opdrachtgevers vaak ontbreekt, biedt het PvE Frisse Scholen een goede leidraad, waarmee de kwaliteit van het binnenklimaat kan worden geborgd. Door het PvE Frisse Scholen mee te nemen in de programmafase voor een nieuw te bouwen school, kan de gewenste kwaliteit van het binnenklimaat veilig worden gesteld. Het PvE wordt inmiddels veelvuldig ingezet bij de bouw van nieuwe scholen of de renovatie van bestaande scholen. Ten onrechte wordt vaak verondersteld dat de kwaliteit van onderwijsgebouwen wordt gewaarborgd door de bouwregelgeving. In tabel 1 kan worden afgelezen dat zowel in de huidige als in de nieuwe bouwregelgeving Tabel 1: Overzicht eisen Bouwbesluit en PvE Frisse Scholen thema Bouwbesluit huidig (2003) Bouwbesluit nieuw (2012) PVE Frisse Scholen energieprestatie energieprestatiecoefficient kwaliteit thermische schil luchtverversing ventilatiecapaciteit / regelbaarheid thermisch comfort energieprestatiecoefficient kwaliteit thermische schil ventilatiecapaciteit / regelbaarheid / kwaliteit luchttoevoer / te openen ramen (spuien) energieprestatiecoëfficiënt / kwaliteit thermische schil / energiezuinige ventilatie / energiezuinige verwarming / energiezuinige koeling / energiezuinige verlichting ventilatiecapaciteit / CO 2 concentratie kwaliteit luchttoevoer / regelbaarheid ventilatievoorziening / te openen ramen (spuien) / ruimtevolume / ventilatie-effectiviteit / emissies uit materialen en apparatuur / schoonmaakbaarheid / tabaksrook / toiletventilatie tocht tocht operatieve temperatuur / zonwering / tocht / individuele regelbaarheid / vloertemperatuur / temperatuurgradient en stralingsassymetrie visueel comfort daglichttoetreding daglichttoetreding kunstlicht / daglichtfactor / helderheidswering / individuele regelbaarheid akoestisch comfort geluidwering van de gevel installatiegeluid / geluidwering van de gevel installatiegeluid / nagalmtijd / luchtgeluidisolatie / contactgeluidisolatie / geluidwering van de gevel 24_28_Timmermans.indd :18:21

2 Binnenmilieu en gezondheid Bouwfysica relevante aspecten niet aan de orde komen, zoals thermisch comfort, installatiegeluid, geluidisolatie en ruimteakoestiek. De bouwregelgeving legt slechts een minimum prestatieniveau vast. Ambitieniveau Ondanks deze goede ontwikkeling ondervindt onder andere de bouwfysisch adviseur in de praktijk problemen met het toepassen van het PvE. Enerzijds omdat de financiële middelen om de ambitieuze plannen van de opdrachtgever te realiseren onvoldoende beschikbaar zijn de eisen van het PvE Frisse Scholen gaan veel verder gaan dan de regelgeving (zelfs in geval van klasse C) en anderzijds door conflicterende eisen binnen het PvE. In dit artikel willen we aandacht besteden aan het feit dat de eisen uit het PvE Frisse Scholen niet altijd met elkaar verenigbaar zijn en/of leiden tot dure oplossingen, hetgeen bij opdrachtgever niet of onvoldoende bekend is. Of eisen al dan niet haalbaar zijn is vaak afhankelijk van de specifieke situatie. Een schoolgebouw realiseren waar op alle vlakken klasse A wordt gerealiseerd is feitelijk een utopie. Ook zien we in de adviespraktijk de wens voor natuurlijke ventilatie in scholen steeds weer terugkeren. Deze wens strookt op vele fronten niet met het comfortniveau en de energiebesparing die door het PvE Frisse Scholen wordt geambieerd. Ondersteuning vanuit de adviespraktijk aan schoolbesturen of gemeenten is dan ook noodzakelijk, zodat een evenwichtig eisenpakket in de programmafase tot stand komt. Hierna volgt een beknopte opsomming van bouwfysische aspecten waarbij tegenstrijdige eisen aan de orde kunnen zijn. Natuurlijk ventileren In de adviespraktijk merken we dat opdrachtgevers gevoelsmatig vaak een voorkeur hebben voor natuurlijke ventilatie boven een volledig gebalanceerd mechanisch ventilatiesysteem. De keuze voor natuurlijk ventileren heeft belangrijke invloed op het thermisch binnenklimaat, de geluidwering van de gevel en het energieverbruik. 1 Thermisch comfort en thermisch comfort Natuurlijke luchttoevoer via de gevel leidt onder winterse buitencondities tot tocht, zelfs in combinatie met voorverwarming van de lucht en toepassing van koven of verlaagde plafonds om de lucht te geleiden. Dit blijkt onder andere uit metingen van TNO [6]. Tochtvrij lucht inblazen is niet mogelijk voor de basis luchttoevoer zoals vereist conform Bouwbesluit 2003, laat staan voor de grotere luchtdebieten die gewenst zijn conform het PvE Frisse Scholen. Volgens het Bouwbesluit mag de luchtsnelheid op 1 m van de gevel op slechts 10% van de posities meer dan 0,20 m/s bedragen met een maximum van 0,24 m/s. In de zomer is het risico op oververhitting van klaslokalen groot. Zelfs bij beperking van de zonbelasting zal in geval van natuurlijke ventilatie de binnenkomende lucht te warm zijn om de interne warmteproductie efficiënt af te voeren. Een gecombineerd gebruik van het verwarmingselement als koelingselement lijkt voor de hand te liggen, echter het risico op oppervlaktecondensatie op het koelelement is groot. Om zomercomfort te waarborgen is een aanvullend koelsysteem wenselijk. Ook merken we op dat door toepassing van twee systemen voor verwarming de temperatuurregeling van een ruimte complexer worden (preferent / niet-preferent systeem). Het benodigde ventilatiedebiet wordt enerzijds bepaald door de hoeveelheid verse lucht die nodig is om de CO 2 - concentratie in de ruimte voldoende laag te houden. Anderzijds wordt deze bepaald door de benodigde warmteafvoer om oververhitting te voorkomen. Al vanaf buitentemperaturen van circa 5 C is koeling van leslokalen nodig. De interne warmtelast in onderwijsruimten is hoog vanwege de hoge bezettingsgraad, hoge mate van zontoetreding door grote glasvlakken (ten behoeve van eis daglichtfactor), aanwezigheid van veelal platte daken en aanwezigheid van verlichting (ten behoeve van eis verlichtingsniveau) en apparatuur (pc s, digitale schoolborden). Het is dan ook uitermate belangrijk om de koelbehoefte zo laag mogelijk te houden door toepassing van (buiten)zonwering, apparatuur met een lage warmteemissie, energiezuinige verlichting en toepassing van zomernachtventilatie. Al met al is de benodigde hoeveelheid luchtverversing in onderwijsruimten hoog. 2 3D akoestisch rekenmodel van schoolplein 24_28_Timmermans.indd :18:23

3 Bouwfysica de situatie dat 30 kinderen gebruik maken van het speelplein (spreiding geluidniveau is het gevolg van de positie van de kinderen). 3a 3b Vervuiling van ventilatievoorzieningen Tabel 2: Geluidvermogen spelende kinderen [8] octaafband met middenfrequentie db(a) kind op speelplaats (L wa ) en geluidwering Gevel geluidniveaus als gevolg van het gebruik van (aangrenzende) speelpleinen kunnen aardig oplopen. Als kinderen niet gelijktijdig pauze hebben, of als speelterreinen grote delen van de dag gebruikt worden door bijvoorbeeld een kinderdagverblijf, is het zinvol de geluidwering van de gevel hierop af te stemmen. Het is immers niet wenselijk dat lessen worden verstoord door buitengeluid. Met behulp van een 3D akoestisch rekenmodel is door DHV indicatief bepaald wat het geluidniveau op de gevel van een gebouw is ten gevolge van spelende kinderen. De geluidbelasting op de gevel van de lokalen varieert afhankelijk van de situatie tussen db(a) voor Om bij dergelijke geluidbelastingen aan een acceptabel binnenniveau te kunnen voldoen zijn forse geluidwerende voorzieningen nodig. De ventilatievoorzieningen in de gevel zijn maatgevend voor de te behalen geluidwerend van de gevel. De luchttoevoervoorzieningen moeten worden uitgevoerd als suskasten. Verder dient uitgegaan te worden van gelamineerde akoestische beglazing. Om te kunnen voldoen aan de wettelijk vereiste minimale ventilatie van een klaslokaal dient indicatief circa 20 m suskast van de hoogste dempingkwaliteit te worden toegepast. Dit betekent voor een lokaal van 8 bij 7 m, dat in de gevel minimaal 2 rijen ventilatieopeningen moeten worden aangebracht over de volledige breedte van het lokaal. Met deze oplossing is bij een geluidbelasting van maximaal 68 db(a) een geluidniveau in de lokalen te realiseren van circa 36 db(a). De eis van maximaal 30 db(a) binnenniveau (klasse A PvE Frisse Scholen) is bij natuurlijke ventilatie vrijwel niet realiseerbaar voor lokalen die uitkijken op een speelplaats. en energieprestatie Ventileren met natuurlijke luchttoevoer staat op gespannen voet met het realiseren van een energie-efficiënt gebouw. Dit komt niet tot uitdrukking in de EPC-berekening (NPR 2917). Natuurlijk ventileren leidt in de huidige rekenmethodiek voor de energieprestatiecoëfficiënt tot een onecht gunstig beeld. De EPC rekenmethodiek is zodanig opgesteld dat in geval van natuurlijke ventilatie gerekend wordt met standaard ventilatiecapaciteiten. In geval gekozen wordt voor mechanische ventilatie dienen echter wel de werkelijke ventilatiecapaciteiten te worden ingevoerd. Omdat bij Frisse Scholen gestreefd wordt naar een ventilatiecapaciteit groter dan vereist volgens de bouwregelgeving, leidt dit ertoe dat natuurlijk ventileren (op basis van wettelijke minima) energetisch gunstiger lijkt dan mechanisch ventileren. Het gevolg is dat de EPC-berekening de fout in gaat voor het berekenen van de benodigde verwarmingscapaciteit. In geval van natuurlijke ventilatie wordt verwarmde lucht direct naar buiten afgevoerd (of eventueel gebruikt voor het voorverwarmen van water (verwarming of tapwater)). In geval van mechanische ventilatie kan met een WTWunit efficiënter gebruik worden gemaakt van deze warmte (voor de opwarming van toevoerlucht). Het is dus aannemelijk dat op het gebied van verwarming mechanisch ventileren te prefereren is boven natuurlijk ventileren. Een herberekening voor natuurlijke ventilatie geeft aan dat indicatief de EPC-verslechtering tot 0,3 punten kan oplopen (Q pres /Q toel ). Omdat voor scholen de energierekening een belangrijke kostenpost is, is het verstandig deze onderbouwing mee te nemen in het advies aan scholen. en onderhoud Uit onze adviespraktijk blijkt dat de wens voor natuurlijke ventilatie vaak voortkomt uit de achterliggende wens 24_28_Timmermans.indd :18:26

4 Binnenmilieu en gezondheid Bouwfysica om het klimaat zelf te kunnen beïnvloeden én om het buitenklimaat (temperatuur, lucht, wind, geur) te kunnen ervaren. Deze wens kan ook ingevuld worden door te openen ramen op te nemen in de gevel en het mechanisch ventilatiesysteem hybride uit te voeren (zodat het openen van ramen het functioneren van het ventilatiesysteem niet beïnvloedt). Ten onrechte wordt vaak gedacht dat bij een systeem van mechanische ventilatie het toepassen van te openen ramen niet meer mogelijk is. Ook speelt vervuiling een belangrijke rol. Het idee bestaat dat de kosten voor het onderhoud van een mechanisch ventilatiesysteem hoog zijn. Wat men echter vergeet is dat ook natuurlijke ventilatievoorzieningen vervuilen. Vanwege het veelal ontbreken van onderhoudscontracten voor gevelroosters, zal de kwaliteit van de luchttoevoer in de loop der tijd aanzienlijk verslechteren. Conclusie is dat zowel natuurlijke ventilatievoorzieningen (roosters, koof, plafond) als mechanische ventilatievoorzieningen regelmatig schoongemaakt dienen te worden. Daglichttoetreding De daglichttoetreding die conform Bouwbesluit wordt vereist voor onderwijsruimten is minimaal. De eisen conform PvE Frisse Scholen zijn echter ambitieus. Het PvE Frisse Scholen stelt dat de daglichtfactor op het werkvlak in het midden van de ruimte minimaal 3% (klasse C), 5% (klasse B) of 8% (klasse A) is. Toepassing van veel glas in de gevel is noodzakelijk om te kunnen voldoen aan de eisen die het PvE Frisse Scholen stelt aan de daglichttoetreding (met name voor klasse B en A). Dit heeft gevolgen voor de geluidwering van de gevel, het thermische comfort direct aan de gevel, de zonwering en de maximaal toelaatbare ruimtediepte. en ruimtediepte De zone die effectief profiteert van het gevelglaspercentage, uitgedrukt in de daglichtfactor, ligt in de zone tot 3 m van de gevel. Dit houdt in dat de diepte van een ruimte van belang wordt ten aanzien van de eis aan de daglichtfactor in het midden van de ruimte. Berekeningen tonen aan dat de daglichtfactor in gevaar komt bij ruimtediepten vanaf 6 m. Voor klasse A dient dan eveneens uitgegaan te worden van glaspercentages tot 80 á 90%. en geluidwering In klaslokalen met een hoge geluidbelasting als gevolg van uitzicht op speelterreinen bij grote glaspercentages (> 75%) het glas zal moeten worden uitgevoerd met geluidisolatiewaarden van 45 tot 50 db(a). Dit houdt in dat rekening gehouden moet worden met dubbel gelamineerd akoestische beglazing of voorzetconstructies. en zonwering Zoals reeds eerder geconstateerd is oververhitting in klaslokalen een belangrijk aandachtspunt. Opwarming ten gevolge van zonbelasting op de gevel dient dus tot een minimum te worden beperkt. Het advies voor toepassing van buitenzonwering is dan ook stringent, zeker als ten behoeve van de daglichtfactor veel glas in de gevel moet worden toegepast. 4 Resultaten daglichtfactor leslokaal Om te voorkomen dat de zonwering te vaak gesloten moet worden (dit belemmert immers ook de daglichttoetreding) wordt aangestuurd op toepassing van zonwerende beglazing (ZTA 0,40). Dergelijke zonwerende beglazing strookt niet meer met de eis voor de lichttoetredingsfactor (LTA 0,75 voor PvE Frisse Scholen, klasse B). Tussen daglichttoetreding en zontoetreding zal dan ook een optimum moeten worden gezocht in het ontwerp, hetgeen betekent dat klasse A of B voor een van beide aspecten niet haalbaar zal zijn. en thermisch comfort Veel glas en hoge lokalen leiden tot koudeval, ook bij toepassing van HR ++ glas en zeker in geval de koudeval onvoldoende wordt opgevangen door het verwarmingssysteem, waarbij vanuit energetisch oogpunt toepassing van laagtemperatuurverwarming wenselijk is. Voor klasse A zijn glaspercentages tot 90% nodig. In combinatie met hoge ruimten en LTV verwarmingssystemen zoals vloerverwarming ontstaat koudeval aan de gevel tot niveaus die niet toelaatbaar zijn. Dit heeft gevolgen voor de leefzone van een lokaal. Leerlingen en leraren dienen niet te dicht bij de gevel gepositioneerd te worden. Een alternatief is toepassing van drievoudige beglazing in thermisch onderbroken (passiefhuis) kozijnen. Koeling, ruimtehoogte en ruimteakoestiek Ruimtekoeling met lucht is in klaslokalen zowel mechanisch als natuurlijk vrijwel niet zonder tocht te realiseren. Keuze voor een energiezuinig koelsysteem als betonkernactivering ligt voor de hand. Dit houdt in dat circa 50 tot 60% van het plafondoppervlak in het zicht dient te blijven en voor toepassing van akoestische absorptie tegen het plafond beperkt ruimte is. Ook sluit dit aan bij de wens van het PvE Frisse Scholen voor het gebruik van gebouwmassa ten behoeve van warmteaccumulatie. Het PvE Frisse Scholen stuurt eveneens aan op grotere ruimtehoogte (tot 3,5 m), waardoor de ruimtevolumes toenemen 24_28_Timmermans.indd :18:27

5 Bouwfysica en de hoeveelheid benodigde geluidabsorptie voor een goede nagalmtijd en spraakverstaanbaarheid groter is dan men doorgaans gewend is. Zelfs als gekeken wordt naar oplossingen waarbij ook de bovenzijde van plafondeilanden nuttig gebruikt kunnen worden voor de ruimteakoestiek, blijkt dat toepassing van geluidabsorptie op wanden noodzakelijk is. Het is van belang in het ontwerpstadium rekening te houden met wandoppervlak dat geschikt is voor het aanbrengen van deze absorptie (orde grootte 5 15 m²). Belangrijk is daarbij te realiseren dat de meeste geluidabsorberende materialen kwetsbaar zijn en gevoelig voor beschadiging. conclusie Het vaststellen van een ambitieniveau voor een nieuw te bouwen of te renoveren school verdient speciale aandacht bij de start van het project. Vooraf zal in overleg met de gebruikers goed moeten worden afgestemd welke aspecten het belangrijkste zijn, het binnenklimaat of energie. Bepaalde combinaties van maatregelen zijn nou eenmaal niet technisch en/of budgettair mogelijk. Het realiseren van een schoolgebouw dat op alle fronten voldoet aan klasse A volgens het PvE Frisse Scholen blijkt in praktijk helaas niet mogelijk. bronnen [1] Programma van Eisen Frisse Scholen, versie september 2010 door Agentschap NL, september 2010 [2] Programma van Eisen Frisse Scholen, versie november 2008 door SenterNovem, november 2008 [3] Integrale tekst van het Bouwbesluit 2003, Bris bv [4] ISSO publicatie 89 Binnenklimaat in scholen, Stichting ISSO Rotterdam, juli 2008 [5] Vakblad Bouwfysica blad , Luchtverversing en temperatuurbeheersing in scholen tochtvrije natuurlijke toevoer in klaslokalen vanaf 180 cm hoogte?, P. Jacobs, B. Knoll, H. Phaff, TNO Bouw en Ondergrond [6] TVVL Magazine 10/2008, Het Frissescholenconcept, voldoende en tochtvrij ventileren via het plafond [7] Integrale tekst Bouwbesluit 2012, staatsblad van het Koninkrijk der Nederlanden, nummer 416, jaargang 2011 [8] Bronvermogenniveaus op het speelplein conform Journaal Geluid december 2009, nr 10 ADvErtErEN in bouwfysica? NEEm contact OP met DE redactie voor DE ScHErPE tarieven. 24_28_Timmermans.indd :18:29