f t s e u tgevers Maatschapp

Transcriptie

1 f t s e u tgevers Maatschapp

2

3 Lz.. BOUWFYSICA 1 Vakgroep Bouwfysica TU-Delft ' I Bibliotheek TU Delft C ). oei rtse~oltgevets~aatschappij '

4 t gegevens Koninklijke Bibliotheek,. Den Haag,wfysica rlouwfysica / Vakgroep Bouwfysica Technische Universiteit Delft. - Deift : Delftse Uitg. Maatschappij 1. ~ 111. Ie dr.: 1984 Met lit. opg., reg., ISBN SISO UDC Trefw.: bouwfysica. "'... "....., VSSD Eerste druk 1984 Tweede druk 1990 './ Delftse Uitgevers Maatschappij b.v. P.O. Box 2851,2601 CW Delft, The Netherlands Tel Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. All rights reserved. No part of this pub/ication may be reproduced, stored, in a retrieval syslem, or transmitted, in atly form or by any means, electronze, mechanical, photo-copying, recording, or otherwise, w,ithout the.prior written permission of the publisher. ISBN ,6 cip_

5 Voorwoord In de voortreffelijke VSSD-handleiding 'Bouwfysica' uit het begin der zestiger jaren, geschreven door wijlen prof.dr.ir. C.W. Kosten, werde~ de voornaamste gebieden van de bouwfysica, te weten verlichting, warmte en vocht en akoestie~ puntig beschréven.' In de laatste 20 jaar is het vakgebied echter zo sterk uitgegroeid dat deze hand-, leiding als collegedictaat bij.het bouwfysica-onderwijs aan de afdelingen der Civiele Techniek en Bouwkunde niet meer toereikend was. Het uitgroeien van het vakgebied is enerzijds toe te schrijven aan de gevolgen van de 'energiecrisis met de daaruit volgende noodzaak tot beperking van energieverliezen bij gebouwen én de wens tot benuttirig van 'gratis' zonnewarmte middel~ actieve en passieve. zonne-enérgiesystemen, anderzijds is op basis van nieuw ontwikkelde beoordelfugscfiteria onder aîidere tot invoering van de Wet Geluidhinder overgegaan, hetgeen ookeiseij. stelt aan de toelaatbaar geachte geluidnivèaus in de gebouwde omgeving. Bij de vakgroep Bouwfysica van de afdelingen Civiele Techniek en Bouwkunde zijn in de afgelopen 15 jaar een aantal collegedictaten uitgekristalliseerd waarvan deze nieuwe handleiding in feite het eerste deel is. De bedoeling van dit boek is inzicht te verschaffen ir). de grondregels,. die bij het ontwerpen van ruimte-omsluitende constructies bepalend zijn voot het te verwachten leefklimaat en het daarbij ku'nnen hanteren van de elementaire ' basisbegrippen op het gebied van warmte, vocht, ventilatie, akoesiiek en licht. ' Naast het gebruik als collegedictaat bij het bouwfysica-onderwijs aan de TH Delft is deze handleiding ook zeer geschikt voor gebruik op HTS.~en, waar de laatste jaren een sterk toenemende belangstelling voor dit vakgebied valt te signaleren. Ik hoop dat dit boekje een bijdrage zal mogen le~eren in het wekken van de belangstelling voor de bouwfysica en het zodoende een uitnodiging tot verdere " verd~eping iîl en toepa.ssing van het vakgebied mag vormen. Rest mij nog slechts een woord van dank u.it te spreken aan allemedewerker~ van de va,kgroep Bouwfysica die aan de totstandkoming van dit boek een bijdrage hebben geleverd en aan de VSSD voor de 'keurige verzorgin~ van deze uitgave. Î 3 Delft, juli 1984 prof.ir. A.C. Verhoeven. Voorwoord bij de tweede druk Naast enkele correcties bleek bij deze tweede druk,een aanpassing op het gebied van de nachtelijke uitstraling noodzakelijk. Delft, april 1990.'. ir. E.H. ::rum buan

6 ... 4 Iflhoud pag. ' O. INLEIDING Doel 'van de bouwfysica Buitenklimaat WARMTE Warmtetransportmechanismen De analogonmethode Warmte-overgangscoëfficiënt en warmtedoorgangscoëfficiënt Stationair temperatuurverloop in een constructie. 39 l.s.. Eenvoudige koudebruggen Warmte-isolatie en warmte-accu~ulatie van dak~ en gevelconstructies Plaats van de isolatie in 'verband met mogelijk optredende. temperatuurspanningen 1.8. Nachtelijke uitstraling, Zonbestraling op betonvlakken (daken) Temperatuur-ämplitude demping VOCHT EN VENTILA TIE Inleiding vocht Basisbegrippen vocht Ventilatie AKOESTIEK Golven, geluid Effectieve geluid druk, gehoorgrenzen Hoorbereik, octaven Golfbronnen, obstakel&, gehiidveld Akoestisch vermogen, intensiteit De db-schaal, geluiddruk-, intensiteit- en vermogenniveau Resulterend geluiddrukniveau, samehgesteld geluid, maskering Absorptie, nagalmtijd, galmstraal Isofonen, luidheid Gewogen niveau's NR-krommen Het equivalent geluiddrukniveau Geluidisolatie Appendix 3A. Differentiaalvergelijking voor vlakke goiven Appendix 3B. Intensiteit van een diffuus veld lo'5 107

7 5 4. LICHT Inleiding 4.2. Relatieve spectrale ooggevoeligheid' V(À) 4.3. Spectraal vermogen, het vermogenspectrum 4.4. Lichtstroom ei> in lumen 4.5. Rendement van' een lamp 4.6. Lichtsterkte in candela 4.7. Luminantie en helderheid 4.8. Verlichtingsterkte E 4.9. Reflectiefactor Diffuus reflectere~de en diffuus stralende oppervlakken ' FQ~ometri~che grondwet Verlichting door een oneindig lange cy1iilderbron Algemene verlichtingsformule Appendix 4A. Afleiding van de formule <I> = 1TLS voor een diffuus stralend oppervlak Literatuur Trefwoordenlijst , \, \

8 Uitgaven van ~e Delftse Uitgevers Maatschappij, die met 'het bouwen 'in verband staan: Toegepaste Mechanica I, door prof.dr.ir. A. Verruijt (208 pag.) Toegepaste Mechanica /I,door prof.dr.ir. A. Verruijt (224 pag.) Grondlllechanica,door prof.dr.ir. A. Verruijt -(248 pag.) BOllwfysica, door de Vakgroep Bouwfysica (128 pag.) Inleidillg Landmeetkunde, door prof.ir. J. Albcrda (520 pag.) Vastgoedinformatie, deel 1 (inleiding), door prof.dr.ir. M.J.M. Bogaerts (144 pag.)

9 o. Inleiding 0.1. Doel van debouwfysica Onder de bouwfysica wordt verstaan het vakgeb~ed ~it de fysica, dat zith b'ezighoudt' met alle fysische verschijnselen die van invloed zijn op: de behaaglijkheid in de gebouwde omgeving in de meest algemene zin, de energiehuishouding, de bewoonbaarheid van gebouwen uit gezondheidstechnisch oogpunt, de duurzaamheid van het gebouw (investerings- en onderhou~skosteri).," Behaaglijkheid Een goede definitie van het begrip 'behaaglijkheid' is moeilijk.te geven. Men zou kunnen zeggen; dat de mens zich behaaglijk voelt, indien het complex van omgevingscondities zodanig is, dat hij daardoor niet gehinderd wordt bij het uitoefenen van zijn dagelijkse bezigheden. Onder 'dagelijkse bezigheden' moet daarbij worden, verstaan zowel het verrichten van de dagelijkse arbeid, als de perioden van ontspanningbinnenshuis of recreatie buitenshuis, alsmede de noodzakelijke perioden van nachtrust. Een aantal voorbeelden van bouwfysischeeiseri die door de mens ten aanzien van,,, de behaaglijkheid_ in het algemeen worden gesteld zijn: bescherming tegen winterse kou en zomerse 'hitte (warmteprobleem). het voorkómen van tochtyerschijnselen (stromings-temperatuurprobleem). het weren, van hinderlijke geluiden afkomstig van buren of van buitèn (akoes-,, tisch probleem). het voorkómen van oppervlakte condensatie op muren en ruiten (vocht-temperatuurprobleem). het bevorderen van een goede ventilatie met verse en frisse.lucht, waarmee tevens het optreden van stank moet 'Worden voorkomen (warmte-vocht~ stromingsprobleem). Hierin kan eventueel de luchtverontreiniging worden betrokken. het optimaal bènutten van de mogelijkheden van het buitenklimaat ten aanzien van bezonning, wind, etc. (speelplaatsen in de_zon, prettig winkelen, etc.). het bevorderen van een doelmatige en comfortabele verlichting. het voorkomen van verblinding. Uit deze voorbeelden vólgt direct dat het complex van omgevingscondities, die bepalend zijn voor de behaaglijkheid, bestaat uit,een wisselwerking van een aantal fysische grootheden, zoals: binnenshuis: de luchttemperatuur ineen ruimte T~. de oppervlaktetempe'ratuur van de omgevende wanden, plafond en vloer; waarvoor een stralingstemperatuur T s als maat kan worden gedefinieerd. de vochtigheidsgraad van de lucht. ' de luchtbeweging in het vertrek, zowel naar ruimtelijk patroon als naar snelheid. het geluidnivyau ter plaatse. 'het verlichtingsniveau ter plaatse door daglicht en/of kunstlicht. 7

10 8 buitenshuis: het geluidniveau ter plilatse ten gevolge van verkeers-, vliegtuig- en industrielawaai. de windsnelheid en -richting als maat voor de verstoringen van de heersende wind. fysische factoren waarmee optimale bezonning eventueel beschaduwing is te r~aliseren op plaatsen, waar dat gewenst is, zowel buitenshuis (speelplaatsen) als binnenshuis. Zou men de mate van behaaglijkheid van het binnenklimaat in een getalwaarde willen uitdrukken,: dan zou een grootheid ter beschikking moeten zijn, die alle bovengenoemde factoren in rekening brengt. Zo'n grootheid echter, zal zelf ook weer afhankelijk zijn van' de aard van de bezigheden, (zittend werk, handenarbeid, slapen, lopen, etc.) en de daarbij gedragen kleding en nog van een aantal psychologische effecten (bijvoorbeeld kleuren kunnen een warme of koude indruk geven). Aangezien van de samenhang tussen de thermische behaaglijkheid enerzijds en het welbevinden uit akoestisch en/of lichttechnisch oogpunt anderzijds nog nauwelijks kwantitatief iets te zeggen valt, is het voorlopig zinloos oin te trachten een algemeen belj.aaglijkheidscriterium te definiëren, dat met alle genoemde aspecten rekening houdt. Wel is het reeds mogelijk om criteria voor de thermische behaaglijkheid op.te steilen, waarin de warmte- en vochttechnische parameters alsmede de invloed van de luchtsnelheid zijn verwerkt [I J. Zoals ook uit de opsomming van de van belang zijnde grootheden reeds blijkt, is de bouwfysica op logische wijze in de volgende gebieden in te delen: warmte, vocht, akoestiek; licht. Naast bovengenoemde beschouwingen ten aanzien van de beoordeling van de behaaglijkheid van de mens in het binnenklimaat is een nieuw vakgebied ontstaan dat de fysische beoordeling van het buitenklimaat nastreeft, dat wil zeggen de beoordeling van de bebouwde omgeving ten aanzien van: verkeers-, vliegtuig- en industrielawaai, -; bezonning, windhinder., Ditvakgebied, de stedebouwfysica, staat nationaal en internationaal in de belangstelling. Op dit gebied zal nog veel speurwerk nodig zijn om tot een verantwoorde kwaliteitsaanduiding te komen van een stad of stadsdeel, pitsluitend op grond van bouwfysische maten. Tenslotte bestaat er een steeds. groeiende belangstelling voor he't.gebiedvan de tropische fysica, die beoogt om voor landen met ~xtreme zon~ en lichthoeveelheden l?ij extreme buitenluchttemperafuren zond~ra:ir-conditioning toch een aanvaardbaar binnenkiimaat te verkrijgen (benutten van thermische trek, goede natuurlijke ventilatie, passende warmte-accumulatie, etc.).

11 Vaak komt hierbij nog de eis, dat de uit bouwfysisch oogpunt aan te brengen voorziening~n nauwelijks geld mogen kosten en uitgevoer'd moeten leunnen worden met materialen tèr plaatse (low-cost housing). Energiehuishouding De energie voor ruiritteverwarming wordt doorgaans ontleend aan brandstof (aardgas of olie), soms aan elektriciteit (in ons land uit btandstof opgewekt) en in (nog) sporadische gevallen gedeeltelijk aan directe zonne-energie. " \ De hoeveelheid energie die nodig is om een gepouw te verwarmen hangt aller- -, eerst sterk af van de warmte-isolerende eigenschappen van de ruimte omshiitende constructies en van de mate van ventilatie, waarmee ook warmte wordt afgevoerd, zie figuur 0.1 en W/m 2 enkel gllls dubl»l,gllls Ilecht ger,olurde muur 'prime geisolurde muur Figuur 0.1. Warmteverlies en binnenoppervlaktetemperaturen bij verschillende constructies, (buitenlucjlttempeiatuur Ta = -10 oe, binne~luchhemperatuur Ti = 20 C)., 6m 0 ', ' klasse matig klasse goed***, kw % kw % glas 6,3* 36 3,5** ' 37 ventilatie 3,5 20 2;3 24 vloer 3,4 18 1,5 16 dak 2,2 13 1,3, 14 *) enkel glas' zijmuur 2,2 13 0,9 9 **) dubbel glas \ totaal, 17, ,5 100 ***) NEN 1068 (1964) Figuur 0.2. Warmteverlies, opgesplitst in verschillende componenten bij een, bepaalde woning die matig dan wel goed geïsoleerd is (buitenluchttemperatuur Ta = -looe, binnenluchttemperatuur Ti = 20 oe). ',

12 10 Uit de figuren 0.1 en 0.2 krijgt men een goede indruk van de invloed van de isolerende eigenschappen van de afzonderlijke constru'cties op het totale warmteverlies; bij een goed geïsoleerde woning ongeveer 50% van het verlies bij matige isolatie. Naarmate een constructie beter isoleert en dus minder warmte naar buiten verliest, neemt ook <Je oppervlaktetemperatuur aan de binnenzijde van een constructie toe (zie figuur 0.1). Voor de behaaglijkheid betekent dit dat met een luchttemperatuur kan worden volstaan 'die lager mag zijn dan in net geval van ' een ruimte met lage oppervlaktetemperatuur. Een lagere luchttemperatuur betekent weer minder warmteverlies door venti1~tie naar buiten, dus extra winst. Een I oe lagere luchttemperatuur betekent ruwweg 7% minder warmteverlies per ~aar. Uit deze overwegingen 'volgt reeds het ~ote belang van een optimale isolatie met betrekking tot het actuele probleem van energiebeperking. Sinds de oliecrisis is ook het zoeken naar r~ndabele toepassingsmogeüjkheden om met behulp van directe zonne~energie' het energieverbruik nog verder' terug te, dringen, sterk toegenomen. Het is g~ed hierbij te bedenken dat toepassing van zonnecollectoren in Nederland niet gauw zal betekenen dat de conventionele verwarmingsinstallatie kleiner gedimensioneerd kan worden, aangezien deze installatie in perioden met veel bewolking in staat moet blijven 'de gehele warmtebehoefte te 'leveren. Tenslotte zij er ook vast op gewezen, dat ten aanzien van de energiebeperking niet alleen de warmte-isolatie van de ruimte-omsluitende constructie bepalend is, maar dat ook de vorm van het ~ebouw een belangrijke invloed op het warmte-, verlies heeft. De vorm van het gebouw bepaalt namelijk het totale buitenoppervlak en hoe groter dit oppervlak is des te groter de warmtetransmissie naar buiten. Bij een iglo (met de vorm van een halve bol) is de invloed van de vorm op het warmteverlies door d~ constructie dan ook minimaal; een bol heeft immers van alle lièhamen het kleinste oppervlak bij een bepaalc! volume! In de nieuwe Nederlandse warmtenorm wordt als maatstaf voor het isolatieniveau van een gebouw als totaal de nieuwe grootheid 'thermische-isolatie-index' It geïntroduceerd: waarin A' _ ' 80( ':)(1 - k) + 30 It = A 4 --.,Q. + V Ao = totale buitenoppervlak van het gebouw V = het volume van het gebouw. In figuur 0.3 is het verband weergegeven tussen de gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt k en de verhouding Ao/V voor verschillende waarden van It. ' Hieruit is te zien dat naarmate de verhouding Ao/V voor een gebouw groter wordt, hèt gebouw betér geïsoleerd moet worden.

13 11 1 k,1w/m 2 KJ 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 ~ hoogbouw... 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 'AaN [m- 1 J Figuur 0.3. Verband tussen de gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt k en de verhouding Ao/V voor verschillende waarden' van k Het gearceerde gebied geeft globaal het gebied van het huidige woningbestand aan.. Bewoonbaarheid én duurzaamheid Naast de eisen dü~ aan de behaaglijkh:eid worden gesteld ~estaan ook eisen uit gezondheidstechnisch oogpunt (bijv. schirnmelvorming,uitdrogen van de slijmvliezen bij een te lage vochtigheidsgraad, voldoende afv~er van geproduceerd CÓ 2, etè.) en fysische ' eisen die aan de constructie gesteld worden uit overwegrngen van duurzaamheid. Voorbeelden van dergel~jke eisen zijn: - het voorkómen van scheuren in constructies door temperatuurspanningen, -. het voorkómen van afvriezing en rotting doof inwendige condensatie, het voorkómen van muffe (grond)lucht doór op.voldoende ventilatie van kruipruimten, het 'voorkómen van bouwschade in het algemeen. In tegenstelling tot de tegenwoordig wel eens verkondigde béwering dat de bouwfysica een tijdverschijnsel zou zijn, is Ze een logisch gevolg van d.e principiële wijzigingen die zich na de Tweede Wereldoorlog in het bouwproces hebben voltrokken. Zij wordt beheer~d door 'keiharde' fysische,wetten die niet veronachtzaamd

14 12 mogen worden. Hoewel in feite het gehele bouwproces geëvolueerd is (zie tabel 0.1), zijn het vooral de gevels die grote veranderingen hebben ondergaan. Uit tabel 0.2 blijkt dit overduidelijk, wanneer men de glasoppervlakken vroeger en nu vergelijkt. Uit deze versçhillen volgt voor vele gepouwen de noodzaak van 'air-cönditioning', daar deze bou~werken and~rs in de zomer vrijwel onbewoonbaar zijn. functionele eisen aan bouwwerken gesteld materialen en constructies vroeger van eeuw tot. eeuw vrijwel ongewijzigd grote continuiteit (zware materialen, klassieke constructies) produ ktietechnieken grote continuiteit (handwerk met eenvoudig gereedschap herhaling geen massaproduktie (éénmalige bouwopgave), bij schade geen calam.iteit Tabel 0.1. Principiële wijzigingen in het bouwproces. nu verhoging van de eisen: extra comfort eisende, bewoners verlichting en klimatisering van bedrijven specifiek nieuwe eisen (TV-studio) nieuwe, lichte en handzame materialen (belangrijk i.v.m. warmtedoorgang en tevens voor de akoestische isolatie nieuwe produktieinethoden (prefabricage) '. zeer grote bouwopgaven massaproduktie van woningen en scholen glasoppervlak bescherming tegen zon beschaduvliing bouwconstructie blootstelling aan wind veritilatiemogel ij kheden verlichting blootstelling aan lawaai vroeger ' 25-40% markiezen (buiten) veel zwaar weinig ru im voldoendé weinig (400 lux) weinig, bovendien door toepassing van zware ~aterialen: goede geluidisolatie! nu % Venetian blinds (binnen) weinig (hogere bouwen meer open stadsaanleg) licht (weinig warmteaccumulatie) veel (als bij beschaduwing) wernig veel (800 lux of meer) veel, verke-ers-, vliegtuig" en i,ndustrielawaai. Boven-' dien vergt toepassing van lichtè constructies een zorgvuldige overweging om goede geluidisolatie te halen I Tabel 0.2. Bouwfysische gevolgen van -de wijzigingen in de bouw. Van oudsher werd gebouwd volgens het 'trial and error'-syste~m. Dit betekende dat als ba~is van vakmanschap de ervaring diende, dat wil zeggen de empirisch verworven kennis van wat wel 'en niet kon. Deze ervaring werd van generatie op

15 generatie overgedragen, waarbij iedere generatie het hare aan de bestaande kennis toevoegde. Wanneer er mislukkingen waren bleyen deze, zelfs in belangrijke gevallen, beperkt in omvang. De pr~duktie was in die tijd dermate laag, dat fouten,niet tot calamiteiten leidden. I. Zoals uit tabel 0.1 blijkt, is de situatie thans duidelijk anders. Voordat met een nieuw bouwmatèriaal of met een nieuwe bouwtekening ervaring is opgedaan zal ' er al zoveel mee zijn gebouwd, dat fouten wel degelijk tot calamiteiten zullen leiden. Dit betekent dat door de sterk verhoogde ptoduktiesnelheld het thans onmogelijk is, uitsluiténd op grond van ervaring te' weten of een bepaald materiaal of een bepaalde constructie ~ de p~aktijkalof niet zàl voldoen. De tijd als middel voor het opdoen van kennis is. dus niet meer beschikbaar. Het logische gevolg is dat de wetenschap te hulp moet komen om voldoende theore-. \. tische kennis in te brengen om goede -ontwerpcriteria te kunnen formuleren. Tevens moet het bouwfysisch gedrag van ontworpen constructies en bepaalde materialen voorspeld kunnen worden. Dit is vooral yan belang bij warmte- en vochtproblemen, omdat hie~ een eventueel gemaakte fout pas na lange tijd (soms jaren) ontdekt wordt. Fouten op het gebied van de akoestiek en verlichting treden direct aan het licht, omdat de kwaliteit hiervan onniiddellijk is te beoordelen. In dit boek wordt getracht zowel de bouwkundig~ als de civiel-ingenieur vertrouwd te makel'l: met de noodzakelijke basisbegrippen van de hiervoor genoemde vier vakgebieden. Zowel op de' architect als op de constructeur rust een grote verantwoordelijkheid: zij zullen ervoor moeten zorgen dat bij het ontwerpen van gébouwe~de bewoonbaarheid en' de duurzaamheid op economisch verantwoorde wijze zo optimaal mogelijk gerealiseerd kan worden.. Hiertoe zullen zij inzicht in de. materie moet~n hebben, de problemen die zich kunnen voordoen. ~oeten kunnen onderkennen' en ~eze zo goed mogelijk moeten oplossen en bij ingewikkelde problemen weten, wanneer zij zich tot specia1iste~ moete~ wenden Buitenklimaat Het ' optreden van een bepaalde temp.eratuur binnenshuis (en daarmee de eventueel toe of af te voeren hoeveelheid ~armte om die temperatuur in st~d te houden) wordt direct bepaald door het buitenklimaat en de aard van de constructie,. ' ~. die buiten' en binnen van elkaar scheidt. Stelt men zich een vertrek in een gebouw voor, waarbij geen warmte-uitwisseling met andere vertrekken plaatsvindt, zodat er alleen via de ' gevel een èontact met. buiten bestaat, dan zal.hetduidelijk zijn dat men om een te plaatsen radiator te dimensioneren, uitgebreide gegevens over het heersende buitenklimaat moet kennen alsmede nauwkeurig de samenstelling van de gevelconstructie. De voornaamsteklimaatfactoren die van invloed zijn op het binnenklimaat zijn: - de temperatuur van de buitenlucht, - de wind, de vochtigheid van de lucht en de bodem, de zonneschijnduur, de hoeveelheid regen. 13

16 14 Nergens op aarde is het klimaat volkomen gelijkmatig; het is áltijd aan wisselingen onderhevig. Zo kent men het verschil tussen dag en nacht, zomer en winter, droge en natte periode, etc. Bovendien varieert het klimaat nog sterk met de plaats op aarde. Uitgaande van uitgebreide gegevens, die,gedurende 3Q jaar door meteorologische ' instituttm (voor Nederland het KNMI te De Bilt) zijn vastgelegd, zijn de in tabel 0.3 gegeven vijf klimaafsoorten te onderscheiden [7]. T gemiddeld (~C) neerslag warmste / koudste jaar maand maand mm/jaar 1. warm en vochtig (Paramaribo) 2. warm en droog 19, (Cairo) 3. gematigd (Nederland) (JO) 4. boreaal 1~ (Siberië) 5. ' ijsklimaat (Groenland),, Tabel 0.3. Overzicht van verschillende klimaatsoorten. Temperatuur van de buitenluch t Van alle klimaatfactoren speelt de buitenluchttemperatuur wel de grootste rol. Op alle waarnemingsstations wordt deze buitenluchttemperatuur geregistreerd, en uit de gegevens over een groot aantal jaren (meestal 30) kunnen op verschillende manieren overzichten en gemiddelden worden afgeleid. Van belang hierbij zijn vooral (zie figuur 0.4): de zgn. 'ware' temperatuur, die het gemiddelde is van de temperaturen op elk uur van de, dag over een langere periode, de gemiddelde dagelijkse max~a en minima, de ábsolute maxima en minima. Er is geen groot verschil tussen de 'ware' temperatuur in het centrum van ons land en bijvoorbeeld langs de kust. Wel bestaat er een groot verschil in dedage-.' lijkse schommeling van de temperatuur, die aan de kust door de ' nivellering van, de zee aanzienlijk minder is dan meer landinwaarts (zie figuur 0.5). Interessant is nog te vermelden, dat het in het tijdvak tussen 1931 en ' 1960 los-maal is voorgekomen dat de temperatuur meer dan twee uur achtereen lager dan -10 C was. Ofschoon deze temperatuur dus niet vaak voorkomt, moet de capaciteit van de verwarmingsinstallatie erop berekend zijn deze buitentemperaturen te kuimen opvangen.

17 ~-- r 30 T. 28, (ocl / /' F- r- r\ 1 / " I\. - \ / 1\ V '\ /,- ~~ \,,. 1/, ", ' j, I, \ ' '", " " I r--; absolute maxima 'V, t\.., I 1 -,, r-, ",, ' v,, ';, I I /, I \, - ~,, I -~ gem. van de dagmax Ima...,. >-- " 1\,, r--.:. 'gem. temperatuur, V \. " gem. van de dagminima -. / \. 1/ \ \ 1/ \ j / - \ \ /!'... absolute minima Figuur 0.4. Temperatuurgrafiek voor Nederland, gemeten inde Bilt [2] T 8 (ocl 2 0 I,. '" 1 1 juli I- I\~I---- I- \ /,.f-, [J 1\ i;)! "'-, / 1\\ ' I \ J V I, I" r , j 1\ IT " -2 januari f\ juli I"- -l. I'- I, 11 i'--~li " j8n,:,~!i I, " IJ DE BILT DEN HELDER '" o 4,8 _ B uren Figuur 0.5. De dagelijkse schommeling,van de buit,enluchttempèratuur [2 ]. Op grond van de optredende minimale etmaaltemperatuur is het mogelijk Nederlànct in drie temperatuurzones van respectievelijk -8, - 10 en -12 oe te verdelen. Zoals in figuur 0.6 te zien is, ligt Nederland voor het grootst~ gedeelte in de zone' van -10 C. Dit is de reden dat voor státionaire (= ti;idsonafhankelijke) warmtebe-

18 16 \.. rekeningen een buitentemperatuur Ta van -10 C wordt aangehouden. Wanneer met een wisselende buitentemperatuur wordt gerekend of met andere met de tijd veranderende grootheden, spreekt men van niet-stationaire verschijnselen. 6 e O oe., c Figuur 0.6. Indeling van Nederland in stroken van gelijke minima [3 J. Tegenover de genoemde bultenluchttemperatuur Ta van -10 C wordt in stationaire gevallen vaak gerekend met een binnenluchttemperatuur van +20 oe. Dit is als volgt aannemelijk te maken. De mens staat warmte aan zijn omgeving af door: straling naar koudere vlakken (~40%), convectie aan de lucht (~30%), geleiding via grond en meubels (zeer weinig), ademhaling (~8%), verdamping aan het huidoppervlak (~20%). Indien er arbeid wordt verricht komt er nog een (kleine) term bij voor de mechanische energie. De gegeven globale getallen gelden voor normale kameromstandigheden, normale kleding en geringe activiteit.

19 , 17. Voor het. behoud v~n het leven is het noodzakelijk dat er een evenwicht bestaat tussen de energieproduktie van het lichaam (metabolisme) en de som van warmte, afgifte naar buiten en mechanische energie. De warmte-afgifte door verdamping is hierbij de sluitpost op deze energiebalans van het iichaam. Binnen zekere grenzen vmm e; een automatische regeling plaats, waarbij de 1ichaámstemperatuu~ binnen zeer nauwe grenzen (36 oe < T kem < 37 oe) zo goed mogelijk constant wordt gehouden (warmteregulatie). De uiterste grenzen waartussen de kerntemperatuur van het lichaam mag variëren zijn 35 C en 42 C. In tegenstelling tot de nauwe grenzen voor de kerntemperatuur, kan de oppervlaktetemperatuur (voor koi:te tijdsduur!) waarden aannemen in h'et temperatuurtraject van 15 oe tot 44 oe, zonder dat. dit ernstige consequenties zal hebben voor de gezondheid (sauna, zonnebad, etc.). ' Indien de warmte-afgifte' kleiner is dan de warmteproduktie zal de huidtemperatuur stijgen en daarmee de warmte-afgifte. Tevens zal de mens in dat geval de neiging hebben zich rustig te houden, waardoor de warmteproduktie minimaal wordt. Is de warmte-afgifte te 'groot dan zal ~en daling van de huidtemperatuur hiervan het gevolg zijn (rillen). De mens zal zijn oppervlak zo klein mogelijk m~en (in elkaar kruipen) of tot grotere activiteit geneigd zijn om de warmteproduktie zodoende op te voeren. Een te koude huid betekent een onaangenaam gevoèl met hogere vatbaarheid voor infectieziekten, daling van geestelijke en lichamelijke vermogens. In extreme gevallen leidt dit tot daling van de lichaamstemperatuur en verstoring van de warmteregulatie. Een te warme huid betekent een benauwd gevoel, zweten enaalingvan geestelijke en lichamelijke vermogens. In extreme gevallen weer verstoring' van de warmteregulatie. Bij een rustig leven (lichte lichamelijke arbeid) blijkt nu dat weliswaar afhankelijk van alle andere factoren die de behaaglijkheid beïnvloeden in het algemeen de mens een luchttemperatuur van C als behaaglijk beoordeelt (onder voorwaarde dat geen extreem koude wanden aanwezig zijn; terwijl ook aan de vochtigheid en luchtsnelh~id bepaalde eisen zijn gesteld). Wordt een mens namelijk omringd door koude 'vlakken (iglo) dan moet om toch een redelijke behaaglijkheid te verkrijgen, een hogere luchttemperatuur wörden aangehouden of dient men zich (veel) dikker te kleden. 0' Wind en neerslag De wfud is voor het binnenklimaat vooral van invloed op de hoeveelheid buitenlucht die door de kieren naar binnen.komt en zodoende voor een 'natuurlijke' ventilatie zorg draagt. Hoewel de schaal van Beaufort nog steeds in het spraakgebruik wordt gehanteerd (zie bouwfysisch tabellarium); wordt de windsterkte tegenwoordig aangegeven door de windsnelheid in mis, De meest voorkomende windsnelheid in ons land is 4 mis. Naast de windsnelheid is ook,de windrichting van belang. De frequentie van ' vóórkomen van de windr~chting (windroos) is voor Nederland zo, dat het zuid-

20 18 westen de overheersende windrichting is, terwijl zuid-oost maar weinig voorkomt.. Zie voor meer documentatie [4]. Bij het ontwerpen van gevels speelt de luchtdoorlatendheid ten gevolge van. windaanval een grote rol. Daarmee hangt nauw samen de hoeveelheid regen die binnen kan komen. Het is de combinatie van sterke wind en regen die bij het beoordelen van gevelconstructies van groot belang is. Vochtigheid van de lucht. en de bodem De vochtigheidsgraad van de lucht wordt beschreven met de, relatieve vochtigheid, gedefinieerd als het percentage dat de aanwezige waterdampspanning bedraagt van de maximale dampspanning die aanwezig zou kunnen zijn. Gegevens over de gemiddelde relatieve vochtigheid in Nederland zijn opgenomen in [4]. In hoofdstuk 2 (Vocht en ventilatie) zal op het begrip relatieve vochtigheid nader word'en. ingegaan. Ook de bodemvochtigheid speelt in een ~antal gevallen een belangrijke rol. Dit.. is vooral het geval bij oude bouwwerken (kerken, etc.) waar door capillaire invloeden bodemvocht wordt opgetrokken tot boven het maaiveld. Hierdoor kunnen schimmels aan de binnenzijde van een constructie ontstaan en zal in ongunstige gevallen erosie optreden. Mede door dit soort invloeden worden vele beroemde gebouwen 'in Venetië 'met de ondergang bedreigd. Zonneschijn De invloed vap, de zon op het binnenklimaat is tweeledig. Enerzijds wordt binnentredend zonlicht in een vertrèk als plezierig ervaren en' brengt tevens veel licht in het vertrek, hetgeen ook qit gezondheidstechnisch oogpunt gewenst is. Bovendien zal in de winter de.binnenkomende zonnewarmte het warmteverlies naar buiten voor een gedeelte kunnen compenseren. Aan de andere kant kan in de zomer veel en langdurige zontoetreding tot te hoge. binnentemp eraturen leiden en is om deze reden weer minder gewenst.. Bij de bezonning van gebouwen zijn vooral twee factoren van belang: - de bezonningsduur, - de intensiteit van de zonnewarmte. De oriëntatie van de gevels is op beide factoren van invloed. In figuur 0.7 is gedurende een etmaal in juli.0p 50 N.B. de zon belasting gegeven op horizontale vlakken, op verticále vlakken met verschillende oriëntatie en op' een vlak loodrecht op de richting van de zon (normaalvlak). Er wordt hierbij ondersclieid gemaakt tussen' directe en indirecte straling. De som van directe en. indirecte straling wordt 'globale'straling genoemd. Uit figuur 0.7 is te zien dat de zonbestraling op een oostgevel ongeveer even. groot is als die op een westgevel. Het tijdstip waarop de maximale zonbelasting plaatsvindt verschilt echter: oostgevel : ca. ~ uur 's morgens (luchttemperatuur laag) westgevel: ca. 5 uur 's middags (luéhttemperatuur hoog).