Bouwfysica. bouwfysica. voor vandaag en overmorgen. themanummer. Kennisdag Bouwfysica 2007

Transcriptie

1 bouwfysica Kwartaalblad van de Nederlands Vlaamse Bouwfysica vereniging themanummer Bouwfysica voor vandaag en overmorgen Kennisdag Bouwfysica jrg 18

2 Bouwfysica BOUWFYSICA VAN MONUMENTEN INLEIDING Dr.ir. H.L. Schellen Technische Universiteit Eindhoven De meeste oude, monumentale gebouwen onderscheiden zich naar constructie en bouwfysische eigenschappen sterk van hedendaagse gebouwen. De beschikbare constructieve materialen waren meestal beperkt tot hout, gebakken steen en natuursteen. Buitenwanden waren dik en massief in steen uitgevoerd. Oorspronkelijk was in deze gebouwen geen, of hooguit een lokale verwarming aanwezig. Door de massieve wanden en ook wel grote volumes, relatief kleine ramen en een vaak beperkte ventilatie, was het binnenklimaat er vaak stabieler dan het buitenklimaat. In de zomer was het er koeler dan buiten, in de winter warmer. De monumentale inrichting van deze gebouwen heeft in de meeste gevallen de eeuwen redelijk doorstaan; blijkbaar was het klimaat in de gebouwen niet zo ongunstig voor het behoud van de inrichting. Het gebruik van veel van deze gebouwen is in de loop der jaren sterk veranderd. Ze zijn dikwijls aangepast aan de hogere eisen van onze tijd en ook de functies zijn veranderd. Vele zijn herbestemd en hebben bijvoorbeeld een museumfunctie gekregen. Een groot aantal monumentale gebouwen is later geïsoleerd, van een verwarmings- en ook wel koelsysteem voorzien. Daarbij komen fysische aspecten aan de orde, welke belangrijk zijn voor het behoud van zowel gebouw als inrichting. Binnen de unit BPS, Building Physics and Systems, het oude FAGO, werden monumenten op deze wijze steeds belangrijker en al snel ontstond er binnen de leerstoel Bouwfysica van prof. Martin de Wit een groepje van mensen die zich meer met bouwfysica van monumenten gingen bezighouden. Inmiddels heeft deze groep aan meer dan 30 verschillende kerken onderzoek verricht en werd onderzoek gedaan aan andere spraakmakende monumenten, zoals het Rembrandthuis, het Anne Frank Huis, Fort aan de Hoek van Holland, het Mauritshuis, De Gevangenpoort, het Scheepvaartmuseumdepot Jachthuis St. Hubertus en vele andere. De staf wijdt samen met promovendi, afstudeerders en masterstudenten artikelen aan dit soort onderzoek in het bouwfysica blad en daarbuiten. We hebben ondermeer een speciaal themanummer van het Bouwfysica tijdschrift ingericht, gewijd aan Bouwfysica van Monumenten. Binnen de unit werd het onderzoek aan monumenten uiteindelijk zo belangrijk en specifiek geacht, dat er in 2004 een apart competentiegebied voor werd ingericht: het UHD competentiegebied Bouwfysica van Monumenten. Het UHD-gebied omvat het kennisgebied van de fysische aspecten die samenhangen met het behoud van monumentale gebouwen en hun inrichting. Het richt zich op de theorie, methoden en technieken met betrekking tot het binnenklimaat en de fysische transportverschijnselen in monumentale gebouwen. n Doelstellingen binnen het competentie gebied Kennis vergroten op het gebied van de fysische aspecten van het culturele erfgoed Bovengenoemde kennis toe te passen ten behoeve van het beheer en het behoud van het culturele erfgoed Deze kennis over te dragen door educatie en uit te dragen door lezingen op congressen, symposia, lezingendagen en door wetenschappelijke artikelen Het bevorderen en uitvoeren van (wetenschappelijk) onderzoek op bovengenoemd gebied Het bevorderen van afstudeer- en promotieonderzoek Het werven van fondsen voor onderzoek Ervaring opbouwen door de inzet van afstudeerders en promovendi bv in deelopdrachten van derden Het vormen van duale leerplekken voor HBO zij-instromers Het vormen van een kweekvijver voor jong talent (Kennis) samenwerkingsverbanden aan te gaan met instellingen en instituten, werkzaam op bovengenoemd gebied Utiliseren van kennis op dit gebied Thema s van onderzoek Gebouwniveau Bijzondere gebouwen Kerken Kerkbankverwarmingssystemen (EC) Lokaal comfort en modelvorming Modelvorming CFD en validatie Typologie van gebouw en installaties Forten Kastelen Watertorens Jonge (Industriële) monumenten Beeldbepalende monumenten Klimaatbeheersing van musea Lokale installatiecomponenten versus centrale klimatisering of luchtbehandeling (Oud) gebouw en installatie Conflicterende randvoorwaarden gebouw en museale collectie Typologie van monumentale gebouwen en hun installaties Herbestemming van monumentale gebouwen Meten van luchtuitwisseling tussen vertrekken in monumenten Meetopstelling laboratorium Meten in situ Materiaalniveau Materialen en collecties Binnenklimaat en eisen Verandering klimaat in de tijd Fysisch gedrag van (oud) hout Warmtebehandelingsmethoden Monumentale orgels Relatie binnenklimaat, installaties en houten interieurdelen Watertransport in steenachtige materialen Optrekkend vocht Relatie met grondwaterstanden Kwaliteit van steen en voeg Detectiemethoden Doorslaand vocht Zouten in oud metselwerk Isolatie van monumenten Literatuuronderzoek naar schadegevallen mbt isolatie van monumenten Gewelfisolatie en kans op inwendige condensatie Binnenisolatie van monumenten Koudebrugoplossingen door lokale verwarming Oppervlaktevervuiling door depositie Modellering depositiemechanismen, bv in CFD Gewelfvervuiling en type verwarming, bv vloerverwarming Laboratoriumopstelling vervuiling Onderzoek vervuilingsbronnen Deeltjes distributie en grootte Analysemethoden Vervuiling kaarsen, wierook en vervangers Biologische agentia Schimmelvorming Algenvorming Houtborende insecten Meer informatie is te vinden op onze website over Bouwfysica van Monumenten:

3 bouwfysica van monumenten Bouwfysica Binnenklimaat in monumenten met een museale functie ir. M.H.J. (Marco) Martens promovendus, Technische Universiteit Eindhoven Inleiding en doel In Nederland is ongeveer 90% van de musea gevestigd in monumentale panden. Deze monumentale panden zijn niet ontworpen om een strikt binnenklimaat te hebben. De meeste museale objecten hebben echter een bepaald klimaat nodig om beschadiging te voorkomen. Hiervoor zijn diverse eisen opgesteld [1 en 2]. Museale objecten kunnen degraderen als het binnenklimaat met name temperatuur en relatieve vochtigheid niet binnen bepaalde grenzen valt of als de fluctuaties te groot zijn. Het doel van dit promotieonderzoek, dat eind 2010 wordt afgerond, is het analyseren van meerdere typen musea. Er wordt onderzocht hoe bepaalde gebouwtypen het beste kunnen worden geklimatiseerd om het binnenklimaat geschikt te maken voor zowel het behoud van de museale objecten als het comfort van bezoekers en het behoud van het gebouw. Methode Voor dit onderzoek worden ongeveer 15 Nederlandse musea geanalyseerd. Deze musea zijn gekozen volgens een typologie, opdat verschillende gebouwtypen met diverse soorten klimaatinstallaties worden onderzocht. Bij elk museum wordt bekeken of het binnenklimaat voldoet aan de door het museum gestelde klimaateisen. Tevens worden de musea onderling vergeleken. Zo kan beoordeeld worden hoe de verschillende installatietypen presteren. Ook kan worden bepaald hoe groot de invloed van bezoekers is en hoe stabiel de regeling is. Voorbeeld van een resultaat Figuur 1 laat een Klimaat Evaluatie Kaart [3] zien van het binnenklimaat in een oud 14 e - eeuws gebouw zonder klimaatinstallaties. De temperatuur en de relatieve vochtigheid worden niet geregeld en kennen daardoor een grote spreiding. Gedurende het weergegeven jaar komen temperaturen tussen 3 en 23 ºC voor, terwijl de relatieve vochtigheid tussen 50 en 85% blijft. In figuur 2 is dat wel anders. Dit van volledige luchtbehandeling voorziene monument heeft een strak geregeld klimaat. Dicht bij een koudebrug, een geblindeerd raam, komen echter afwijkende condities voor. De temperatuur begeeft zich tussen 16 en 28 ºC, de RV tussen 30 en 68%. Hiermee lijken de klimaatcondities in figuur 2 misschien beter dan de condities in figuur 1, totdat wanneer gekeken wordt naar de constantheid van temperatuur en relatieve vochtigheid. In figuur 1 is de maximale verandering ongeveer 2 ºC per dag en 10% relatieve vochtigheid per dag. In figuur 2 is dit soms meer dan 10 ºC en 20% per dag. Dit kan schadelijk zijn voor de objecten die zich vlakbij dit geblindeerde raam bevinden. conclusies en Discussie Uit diverse metingen blijkt, dat musea met een klimaatinstallatie veel aandacht vragen. Het binnenklimaat kan, afhankelijk van het type installatie en regeling, voor een heel stabiel klimaat zorgen of juist voor een sterk fluctuerend klimaat. Een juiste inregeling en onafhankelijke monitoring zijn daarom onmisbaar. Ook het gedrag van installaties bij eventuele storingen is belangrijk. Een uitgebreide installatie wil nog niet zeggen, dat een gebouw daarmee geschikter wordt om als museum te dienen. Door bouwkundige factoren kan het klimaat plaatselijk fors afwijken van het klimaat elders in het gebouw. Op dit moment staan de steeds strenger wordende regels en richtlijnen internationaal ter discussie. Hierbij speelt mee, dat museale objecten vaak al eeuwen mee zijn gegaan zonder dat het klimaat geregeld werd. Deze objecten kunnen dus ruimere grenzen aan dan volgens de richtlijnen wenselijk is. n Bronnen [1] Jütte, dr. B.A.H.G., 1994, Passieve conservering; klimaat en licht, Centraal Laboratorium voor Onderzoek van Voorwerpen voor Kunst en Wetenschap, Amsterdam. [2] ASHRAE, 2003, Heating, Ventilating and Air Conditioning applications, Chapter 21, museums, libraries and archives [3] Martens, ir. M.H.J., 2005, Klimaat Evaluatie Kaart: een nieuwe manier voor weergave van het binnenklimaat, Bouwfysica, vol. 18, 2005, no. 3/4 1 2 Klimaat Evaluatie Kaart van het binnenklimaat in een 14e-eeuws monument Klimaat Evaluatie Kaart van het binnenklimaat in een monument met volledige luchtbehandeling, vlakbij een geblindeerd raam

4 Bouwfysica Bouwfysica en klimaatbeheersing in monumentale gebouwen Ir. Marc H.L. Stappers, Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten Inleiding De Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten heeft regelmatig te maken met het vervangen of aanpassen van verwarmingssystemen. Veel van dergelijke ingrepen hebben betrekking op kerkgebouwen. Hiervoor zijn hoofdzakelijk twee oorzaken aan te wijzen: het bestaande systeem heeft zijn technische levensduur bereikt of een op handen zijnde of al afgeronde orgelrestauratie noopt tot een wijziging in het verwarmingsgedrag. In beide gevallen, maar vooral in het laatste geval, moet naast het eventueel vervangen van een ketel altijd aandacht besteedt worden aan de wijze waarop de kerk wordt opgewarmd en afgekoeld. Voor het behoud van monumentaal interieur waaronder ook kerkorgels vallen is het beheersen van de relatieve luchtvochtigheid tussen een bepaalde boven- en ondergrens van belang alsmede het beperken van de variaties daarin. Op basis van verschillende bronnen zijn in het proefschrift Heating Monumental Churches [7] voor verschillende systemen richtlijnen geformuleerd. Ook op monumentale gebouwen met een museumfunctie zijn klimaatrichtlijnen, of beter gezegd klimaateisen, van toepassing. Het Instituut Collectie Nederland heeft daarvoor in het verleden klimaateisen geformuleerd in Passieve conservering; klimaat en licht [3]. Uit tabel 1 blijkt echter dat de eisen voor gebouwen met een museumfunctie veel strenger zijn dan voor een kerkgebouw. Dergelijke strenge eisen kunnen voor monumentale gebouwen grote gevolgen hebben. In dit artikel gaan we nader in op de paradox van het conserveren van een museale collectie en het instandhouden van een monumentaal gebouw. Ook een bijzonder nagelvaste interieur valt hieronder. Een onjuist programma van eisen Bij herbestemmingen, maar ook restauratie- en renovatieprojecten, worden soms aanpassingen aan bestaande, of zelfs geheel nieuwe klimaatinstallaties ingebracht. Voor het bepalen van de capaciteiten van de verschillende onderdelen en de afmetingen van kanalen en leidingen is een programma van eisen een eerste belangrijk document. Bij het schrijven van een dergelijk programma van eisen worden vaak enigszins verouderde bronnen gebruikt. Voor musea is het vertragen van degradatieprocessen een belangrijke reden om een klimaatinstallatie aan te brengen. In het algemeen is een stabiel binnenklimaat gunstig voor het conserveren van een museale collectie. Een klimaatinstallatie lijkt dus een logische keuze. Het is echter de vraag of dit voor elke collectie even wenselijk dan wel noodzakelijk is. Tegenwoordig staan in binnen- en buitenland de strikte klimaateisen voor het conserveren van een museale collectie ter discussie [4, 5, 6]. In het kort komt het er op neer dat niet alle collectieonderdelen even waardevol en/ of gevoelig zijn voor een onjuiste relatieve luchtvochtigheid. Dit betekent dat het klimatiseren van een geheel gebouw op 50%±1,5% niet nodig is en soms zelfs onwenselijk. In samenwerking met het museum kan dan gezocht worden naar andere mogelijkheden om de collectie te klimatiseren, zoals het creëren van klimaatzones waarbij sommige zones een strenger klimaat kennen wanneer dat met minimale bouwfysische ingrepen mogelijk is. Maar ook het gebruik van zogenaamde stand alone vitrines of het gebruik van microklimaatdozen [1] zijn te overwegen opties. Gevolgen voor de cultuurhistorische waarden Het inbrengen van een klimaatinstallatie heeft gevolgen voor de cultuurhistorische waarden van het monumentale gebouw. De mate waarin hangt sterkt af van de grootte van de installatie en de wijze waarop deze is ingebracht. De schade die kan optreden is van esthetische of fysieke aard. Wanneer een klimaatinstallatie met al haar kanalen en leidingen in een monumentaal gebouw of in een monumentale ruimte wordt ingebracht, tast dit het monumentale karakter visueel aan. In de onderstaande afbeeldingen wordt dit geïllustreerd. Voorafgaand aan de restaura- Kerk [1] Museum [2] Ondergrens Bovengrens Ondergrens Bovengrens Basistemperatuur 5 C 10 C n.v.t. n.v.t. Gebruikstemperatuur 15 C 18 C 18 C 25 C Variatie in temperatuur 2K/h 2K/h, 3K/24h Relatieve luchtvochtigheid 45% 75% 48% 55% Variatie in relatieve luchtvochtigheid 10%/24h 2%/h, 3%/24h Tabel 1: beperkt overzicht van klimaatrichtlijnen voor monumentale gebouwen met verschillende functies [1] Voor kerkgebouwen met een luchtverwarmingssysteem. [2] Voor musea met een zogenaamde gemengde collectie volgens [3].

5 bouwfysica van monumenten Bouwfysica Zolder voor restauratie, de kapconstructie wordt volledig ervaren en daglicht kan tot de ruimte toetreden Zolder na restauratie, de kapconstructie wordt niet meer volledig ervaren en daglicht kan niet meer toetreden Doorvoer van verwarmingsleidingen door een houten authentieke lambrisering (boven) en nieuwe(re) plint (onder) Dezelfde doorvoeren als in nevenstaande afbeelding, duidelijk is dat de leidingen versleept moesten worden, dit had ruimte geboden om beide leidingen door de nieuwe(re) plint door te voeren Doorvoer van verwarmingsleidingen door spantbeen, het gebruik van een gebogen leiding om het spantbeen heen had schade kunnen voorkomen tie was de kapconstructie volledig zichtbaar en kon daglicht vrij toetreden (fig. 1). Door de grote installatie was daar na de restauratie weinig meer van over (fig. 2). Daarnaast moeten installatieonderdelen bevestigd en doorgevoerd worden. Dit betekent dat historische materiaal moet worden opgeofferd. Door de waarde van verschillende gebouwonderdelen te kennen kan schade aan historisch materiaal voorkomen worden. In de onderstaand afbeeldingen wordt dit geïllustreerd. Voor het aanleggen van een radiatorenverwarming moeten leiding door een houten binnenwand met betimmering (authentieke lambrisering en nieuwe(re) plint) worden doorgevoerd. De leidingen zijn zoals gebruikelijk boven elkaar aangebracht (fig. 3). Om de authentieke lambrisering te sparen was het misschien ook mogelijk geweest beide leidingen door de nieuwe(re) pint door te voeren. Zeker omdat de leidingen in de ruimte achter de lambrisering toch versleept moesten worden (fig. 4). Gevolgen voor de instandhouding van het gebouw Om een streng programma van eisen te kunnen realiseren, zal het gebouw in veel gevallen aangepast moeten worden in bouwfysische zin om schade door inwendige of oppervlaktecondensatie te voorkomen. Dergelijke aanpassingen betekenen op zichzelf al soms verlies van cultuurhistorische waarden. Een voorbeeld hiervan is het vervangen van getrokken glas door isolerende beglazing om condensatie op het glas te voorkomen. Hiervoor wordt ten eerste het glas zelf opgeofferd, dat visuele sporen bevat van het productieproces. Ten tweede moet, om het isolerend glas te kunnen plaatsen het bestaande kozijnhout aangepast worden. Ook hierdoor gaat informatie over het oorspronkelijke detail en dus waarden verloren. Uit oogpunt van monumentenzorg een groot verlies, zeker wanneer dat het gevolg is van een onjuist programma van eisen. Daarnaast moet, om het nieuwe binnenklimaat beter te kunnen controleren, vaak de luchtdichtheid in het monumentale gebouw vergroot worden. Kierdicht bij ramen en deuren is vaak nog zonder vergaande gevolgen. Anders wordt het wanneer grotere naden en kieren, zoals kieren tussen het dakbeschot en de muurplaat, worden dichtgemaakt. Ter illustratie een museumdepot op een zolder van een monumentaal gebouw. Om de opgeslagen collectie te kunnen klimatiseren was het wenselijk de verstorende

6 Bouwfysica Dakkapel waarvan de wangen zijn voorzien van een PUR-isolatielaag 6 invloeden te elimineren. Alle naden en kieren werden dichtgemaakt met behulp van een laag p u r-schuim (fig. 6). Ongeveer vijftien jaar na aanbrengen bleken echter alle spantbenen welke zich in de p u r-schuim bevonden te zijn weggerot. De precieze oorzaak is nooit onderzocht. Mogelijk waren oppervlakte en inwendige condensatie hier debet aan. De constructie kon in ieder geval onvoldoende drogen waardoor schimmels de kans kregen het hout aan te tasten (fig. 7). Een minder streng programma van eisen of andere bouwfysische maatregelen hadden deze schade kunnen voorkomen. Het opstellen van een programma van eisen Om te komen tot een programma van eisen dat enerzijds recht doet aan de cultuurhistorische waarden van het monumentale gebouw en anderzijds zorgt voor een vertraging van de degradatiemechanismen, is het belangrijk om op voorhand ten minste twee zaken te bepalen: de cultuurhistorische waarde en de gevoeligheid. Door middel van een bouwhistorisch onderzoek aan het gebouw of een culturele waardebepaling van de collectie is het mogelijk vast te stellen in welke mate een gebouw(onderdeel) of collectie(onderdeel) bijzonder is. Dit geeft de mate aan waarin verval of aantasting mag plaats vinden. Bij een recentelijk vernieuwde kapconstructie zal esthetische schade wellicht eerder worden toegestaan dan bij een compleet gave 16e eeuwse kap. En een unieke archeologische vondst zal meer een striktere conservering vragen dan vondsten die veelvuldig en wijdverspreid voorkomen. Het in kaart hebben van dergelijke waarden is van groot belang. Vervolgens is het van belang om aan te geven in hoeverre een gebouw(onderdeel) of collectie(onderdeel) gevoelig is voor, in het kader van dit artikel, een onjuiste temperatuur of relatieve luchtvochtigheid of een te grote variatie daarin. Voor een gebouw is het van belang om door middel van een bouwfysische analyse aan te geven waar de zwakke(re) plekken zitten van een gebouw, zoals bijvoorbeeld koudebruggen, naden en kieren. Bij een collectie zal een soortgelijke analyse plaats moeten vinden met betrekking tot de verschillende materialen waaruit een collectie kan bestaan. Gevolgen voor de klimatisering Wanneer de cultuurhistorische waarde en gevoeligheid objectief zijn vastgesteld, moet deze informatie vertaald worden naar een programma van eisen dat past bij het gebouw en collectie. Dit kan resulteren in een andere oplossing dan het volledig klimatiseren van alle ruimten, waardoor de nodige bouwfysische verbeteringen niet of slechts beperkt nodig zijn en mogelijke gevolgschaden op de langer termijn voorkomen worden. Het toepassen van (nieuwe) klimaatconcepten, passieve of actieve vitrines, microklimaatdozen etc. vergt misschien creativiteit van de ontwerpers en de adviseurs. Verschillende gerealiseerde projecten hebben echter al aangetoond dat deze vernieuwde aanpak succesvol kan zijn. Samenwerken en afwegen Het realiseren van een programma van eisen op basis van de hierboven genoemde stappen vereist samenwerking tussen de bouwfysicus, installatietechnicus, medewerker behoud en beheer en de monumentenzorger. Alle partijen moeten zich verplichten hun expertise met de overige partijen te delen. Zodoende kent iedereen de wensen en voorkeuren van de ander. Technisch is bijna alles mogelijk. Voor bijna elk bouwfysisch probleem is een oplossing te bedenken. In monumentale gebouwen met een museale functie liggen de randvoorwaarden echter anders dan in een nieuwbouw situatie of in een gebouw dat niet monumentaal is. In het programma van eisen, maar ook in het gekozen installatieconcept en bouwfysische aanpassingen moet dit tot uitdrukking komen. Daarbij moeten de nadelige gevolgen van een klimaatinstallatie op de monumentale waarden afgewogen worden tegen het positieve effect voor het behoud van de collectie

7 bouwfysica van monumenten Bouwfysica De ruimte tussen dakbeschot en muurplaat opgevuld met PUR-isolatieschuim, door ophoping van vocht in de muurspanten en wellicht ook het dakbeschot zijn de spantbenen weggerot 7 en omgekeerd. Door een zorgvuldig proces zal meer dan eens blijken dat deze afwegingen elkaar in het geheel niet hoeven te bijten. Nieuwe richtlijnen Zoals reeds eerder vermeld vindt internationaal een verandering plaats met betrekking tot richtlijnen. Niet langer worden eisen gesteld op basis van strikte conservering. Meer nog zal gekeken worden naar de cultuurhistorische waarden en gevoeligheden van gebouw en collectie. In het Applications Handbook 2003 van de American Society of Heating, Regrigerating and Airconditioning Engineers (ASHRAE) [2] wordt hiermee in hoofdstuk 21 een eerste aanvang gemaakt. Daarin wordt in tabel 4 verschillende klimaatklassen (van AA: complete, strikte klimaatbeheersing tot D: weinig tot niets) gekoppeld aan risico s voor de collectie en de gevoeligheid daarvan. In tabel 5 wordt vervolgens ook nog gekeken naar de verschillende gebouwklassen (van I: geheel open tot VI: volledig ingesloten ruimte) en de mogelijke klimaatklassen. Hieruit is af te lezen dat in een gebouw met gebouwklasse III: ongeïsoleerde muren en enkel glas ten hoogste een klimaatklasse C is te realiseren. Indien een hogere klimaatklasse is gewenst, houdt dit automatisch in dat bouwkundige maatregelen nodig zijn welke in een monumentaal pand niet mogelijk of wenselijk zijn. Hoewel deze twee tabellen niet direct op de Nederlandse situatie van toepassing zijn geeft het wel aan hoe met klimaatbeheersing ten behoeve van een museale collectie in monumentale gebouwen kan worden omgegaan. Voor Nederland is een dergelijk document echter nog niet voor handen. Er wordt echter door het Instituut Collectie Nederland in samenwerking met verschillende partijen, zoals de Technische Universiteit Eindhoven, Erfgoedinspectie Cultuur, Rijksgebouwendienst, Landelijk Contact Museumconsulenten en de Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten gewerkt aan nieuwe richtlijnen en het implementeren daarvan in het museale veld. Besluit Wanneer bij aanvang van een restauratie of renovatie de juiste partijen zijn betrokken bij het opstellen van een programma van eisen leidt dit tot wederzijds begrip en tot een compromis waarbij een klimaatinstallatie wordt ontworpen die inpasbaar is in het monumentale gebouw en de museale collectie voldoende behoed voor degradatie. Anders dan vaak wordt gedacht hoeft in dat geval het bewaren van het een niet ten koste te gaan van het andere, één van de uitgangspunten in het New Orleans Charter for Joint Preservation of Historic Structures and Artifacts uit Hoofdstuk 21 van het Appliction Handbook van de ASHRAE is daarbij voorlopig een belangrijk hulpmiddel. n bronnen [1] Anonymus, De microklimaatdoos, Amsterdam, Instituut Collectie Nederland, 2004, ICN-informatie, nummer 12 [2] Diversen, Heating, ventilating and air-conditioning applications si edition, 2003 a s h r a e handbook, Atlanta, American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers, 2003 [3] Jütte, B.A.H.G., Passieve conservering; klimaat en licht, Amsterdam, Centraal Laboratorium voor Onderzoek van Voorwerpen van Kunst en Wetenschap, 1994 [4] Kotterer, Micheal, Standardklimawerte für Museen?, Ergebnisse eines Projekts, uit: Restauro, 2004, nr. 2, pp [5] Michalski, Stefan, Relative Humidity and Temperature Guidelines, What s Happening?, Ottawa, Canadian Conservation Institute, 1994 [6] Michalski, Stefan, Setting Standards for Conservation: New Temperature and Relative Humidity Guidelines Are Now Published, Ottawa, Canadian Conservation Institute, 1994 [7] Schellen, Henk, Heating Monumental Churches, Indoor Climate and Preservation of Cultural Heritage, Eindhoven, Technische Universiteit Eindhoven, 2002

8 Bouwfysica Zoutschade aan monumenten Mechanismen en onderzoek Zoutkristallisatie kan leiden tot ernstige aantasting van steen en metselwerk. Dit veelvoorkomende probleem vormt bij de zorg voor monumenten een blijvend punt van aandacht. In dit artikel wordt beschreven hoe het mechanisme van zoutkristallisatie werkt en ook op welke manieren zoutkristallisatie zich manifesteert. Het grote aantal factoren dat het schadebeeld kan beïnvloeden, maakt het soms lastig om de oorzaak van het probleem te achterhalen. Van geval tot geval moet bekeken worden welk soort materiaaltechnisch onderzoek en welk soort onderzoek naar de herkomst van vocht noodzakelijk is. Rob P.J. van Hees, TNO Bouw en Ondergrond, Delft Technische Universiteit Delft, Delft, Nederland Barbara Lubelli, Technische Universiteit Delft Inleiding Algemeen Metselaars spreken vanouds wel van salpeter in de muur. Daarmee doelen ze eigenlijk niet alleen op nitraten (salpeter), maar op alle zouten die in metselwerk voorkomen. Dat zijn nitraten (zout van salpeterzuur), sulfaten (zout van zwavelzuur) en chloriden (zout van zoutzuur). Het kan daarbij om vreemde, maar ook om materiaaleigen zouten gaan. Sulfaten dringen vooral in metselwerk door via het grondwater. Verder kan het stoken van steenovens met turf (in het verleden veel voorkomend bij de zogenaamde veldovens) leiden tot een hoge opname van sulfaat uit de turf. Sulfaat kan zich ook in de klei bevinden die voor baksteenproductie gebruikt is; daarbij geldt dat baksteen, die bij een lagere temperatuur gebakken is, een hoger sulfaatgehalte heeft. Chloriden worden onder andere afgegeven via zeewater dat direct of als aerosol inwerkt op gebouwen. Ook de muren van gebouwen die als zoutopslag dienen of hebben gediend en muren blootgesteld aan dooizout kunnen een hoge chloride belasting hebben. Nitraten kunnen voorkomen in riolen, stallen en andere plaatsen waar dierlijke uitwerpselen terechtkomen. Tenslotte kunnen ook onderhoudswerkzaamheden zorgen voor aanvoer van zouten. Te denken valt aan chemische gevelreiniging, de toepassing van alkalihoudende restauratiemortels en oppervlaktebehandelingen met bijvoorbeeld waterglas (een silicaat ofwel zout van kiezelzuur). Vormen van zoutschade; patronen van zout afzetting De meest voorkomende vormen van schade ten gevolge van kristallisatie processen, in zowel de praktijk als het lab zijn [2,7]: poederen en (af)zanden schilferen exfoliatie en delaminatie Schilferen komt vooral voor wanneer het materiaal een dunne laag aan het oppervlak bezit die enigszins afwijkt van de rest van het materiaal. Wanneer deze dunne laag is verdwenen gaat de schade meestal verder in de vorm van poederen. Los hiervan kan een duidelijke en specifiek schadetype optreden wanneer behandeling met b.v. hydrofbeermiddelen heeft plaatsgevonden: afspringen van een vrij dikke laag (spalling), meestal, maar niet altijd, de hydrofobe zone. Daarnaast kan sprake zijn van uitbloei van zouten aan het oppervlak. Kenmerkend voor uitbloei is dat het zout capillair, dat wil zeggen via het poriënsysteem van het materiaal (een en ander met als drijvende kracht verschillen in capillair potentiaal), naar het oppervlak wordt getransporteerd. Wanneer zoutkristallen zich afzetten aan het oppervlak van metselwerk, is er altijd een vochtbron in het spel. Een muur kan van twee kanten de inwerking van optrekkend vocht ondervinden: onderlangs uit de grond en zijdelings vanuit het maaiveld (de aanaarding tegen de muur). Het voor optrekkend vocht kenmerkende beeld van een golvende zoutafzetting ergens in de onderste meters van een muur ontstaat doordat het optrekkende water zout afzet aan de bovengrens van de vochtige zone, het verdampingsfront (fig. 1). Uitbloei, uitloging en afzetting Een muuroppervlak kan een witte uitslag vertonen, die sterk doet denken aan de bovenbeschreven zoutuitbloei. Dit probleem komt veelvuldig voor bij nieuwbouw metselwerk (fig. 2). Het gaat daarbij vaak om uitbloei van kalk of gips; de herkomst van dergelijke uitbloei kan zowel bij de mortel als bij de steen liggen. Vaak ontbrandt een strijd om de vraag waar de oorzaak van de uitbloei ligt: in de steen of in de mortel. In deze strijd kunnen aannemer en voeger betrokken raken, en zelfs de architect, die in het bestek de materialen heeft voorgeschreven. Wanneer over de hele gevel een grauwsluier optreedt, is gips veelal de oorzaak. Dit is een vervelend probleem, omdat deze afzetting van calciumsulfaat slecht in (regen)water oplost en dus moeilijk te verwijderen is. Ook oppervlakteafzettingen van andere sulfaten kunnen zich voordoen. Dit laatste type uitbloei is vaak van tijdelijke aard, doordat die wel vanzelf door de regen worden weggespoeld.

9 bouwfysica van monumenten Bouwfysica Verdampingsfront met afgezette zouten 2 Witte uitslag op nieuwbouwgevels 3 Uitloging en vervolgens afzetting van kalk op het muuroppervlak (b) en druipsteenvorming in de grotten van Castellana It (o). Ook lastig is het wanneer vrije of niet gecarbonateerde kalk, die rijkelijk in mortels aanwezig is, op het metselwerk wordt afgezet. Aan het oppervlak gekomen wordt de kalk door CO 2 uit de lucht in calciumcarbonaat omgezet, is dan moeilijk oplosbaar en zorgt voor de nodige (in dit geval esthetische) problemen. Een hoge waterbelasting kan ook leiden tot geleidelijke uitspoeling of uitloging van mortelbestanddelen. Uitloging komt alleen voor wanneer een hoge mate van inwatering optreedt en er in het metselwerk of in het materiaal voldoende ruimte is voor het doorsijpelen van water. Dat is bijvoorbeeld het geval bij niet vol en zat gemetseld metselwerk of bij scheurtjes in beton. Als gevolg hiervan lossen mortelbestanddelen (en met name vrije kalk) op. Die deeltjes worden met de uitstroom van water via naden en scheurtjes naar het muuroppervlak getransporteerd. Karakteristiek is dat dit transport vrijwel altijd langs de voeg (of via scheurtjes) naar het oppervlak komt. De kalkdeeltjes uit de mortel vormen witte uitlopers op het muurvlak (fig. 3). Het proces is vergelijkbaar met het vormen van druipsteen in de natuur. Kristallisatie op en onder het muuroppervlak Bovengenoemde verschijnselen zijn in principe van tamelijk onschuldige aard, omdat het hier een esthetische aantasting betreft, zonder gevolgen voor de bouwtechnische kwaliteit. Serieuzer zijn de gevolgen van zoutkristallisatie onder het oppervlak. In dat geval wordt gesproken van crypto-florescentie, wat letterlijk verborgen kristallisatie betekent. Crypto-florescentie kan leiden tot het verpoederen, verpulveren en wegdrukken van lagen steen en mortel, wat uiteindelijk zal leiden tot een aanzienlijk verlies aan materiaal. Het transportproces Algemeen: invloedsfactoren en randvoorwaarden Een aantal factoren is beslissend voor de aard van het kristallisatieproces. Vochtaanvoer, droogomstandigheden, droogsnelheid, temperatuur en wind, alsmede materiaaleigenschappen bepalen tezamen of zoutkristallisatie zich aan het muuroppervlak voordoet (efflorescentie) of binnenin (crypto-florescentie). Uit een laboratoriumtest blijkt dat uitbloei zich vooral via de voegen voordoet wanneer kalkmortel is toegepast (fig. 4). Het proefstuk rechts laat zien dat bij toepassing van een (dichtere) cementspecie de uitbloei vooral via de stenen optreedt. Ook bepaalde soorten gevelbehandeling kunnen kristallisatieschade beïnvloeden. Zo wordt het effect van zoutinwerking van binnenuit op gehydrofobeerde baksteen duidelijk bij een laboratoriumtest waarin de stenen met zout worden belast [6]. Het is niet toevallig dat de stenen juist achter de hydrofobe laag stuk gaan, omdat op dat punt het vochttransport naar het oppervlak wordt tegengehouden. Vergelijkbare schade als in de laboratoriumtest doet zich ook voor in de praktijk. Omdat na het hydrofoberen het transport van water naar het muuroppervlak stilstaat, zal bij aanwezigheid van zouten de concentratie achter de hydrofobe zone net zo lang toenemen tot de steen het uiteindelijk begeeft. Andere schademechanismen waarbij zouten betrokken zijn Wanneer voegwerk van traditioneel, tri-calciumaluminaat (C 3 A) houdend, wit cement in aanraking komt met zeezout, kan de verbinding trichloride ontstaan. Trichloride is een sterk zwellende verbinding, die tot het zwellen van de voeg kan leiden (fig. 5). Dergelijke zwellende verbin-

10 Bouwfysica strand gehaald. Er werd gewerkt met koraalstenen, met zand dat zouten bevatte, en zelfs met zeewater om de mortels mee aan te maken. Materialen zijn daardoor vaak vergeven van de zouten. Zelfs bij een geringe mate van vochttransport ontstaan dan al problemen. 4 Verschil in zoutuitbloei in een laboratoriumexperiment: links kalkmortel, rechts cementmortel Ook in de provincie Zeeland hebben monumenten te lijden van zoutkristallisatie. Als gevolg van de watersnoodramp in 1953, zijn veel historische constructies met zout belast geraakt. Het metselwerk in de kerk zichtbaar in figuur 8 bevat een grote hoeveelheid zeezouten, die zorgvuldig restauratiewerk in korte tijd weer teniet doen. Betrekkelijk kort na restauratie trad al weer schade aan het pleisterwerk op, ondanks het feit dat er een speciale restauratiemortel was toegepast. 5 Openbarsten van voeg als gevolg van de vorming van een zwellende verbinding, calciumacetaat, zoals kan worden afgeleid uit de XRD (röntgendiffractie) rechts dingen kunnen ook op andere manieren ontstaan, bijvoorbeeld wanneer voor gevelreiniging gebruik wordt gemaakt van zoutzuur of azijnzuur. Azijnzuur gaat door inwerking op de mortelbestanddelen over in de verbinding calciumacetaat. Zwellende verbindingen kunnen leiden tot het openbarsten van voegen, het zwellen van metselmortel tussen de stenen en uiteindelijk zelfs tot vervorming (bol staan) van de complete gevel. Een dergelijke vorm van chemische schade treedt ook op wanneer zouten (met name sulfaten) afkomstig uit de baksteen of uit luchtverontreiniging een verbinding aangaan met bestanddelen van mortels. Door drukopbouw binnenin het materiaal kunnen scheuren ontstaan in het metselwerk of kunnen er schollen afspringen (fig. 6). Samenvattend kunnen we zeggen dat schade door zoutbelasting zich voordoet wanneer een of enkele essentiële factoren in het spel zijn. Ten eerste de aanwezigheid van een of meer vochtbronnen, zoals optrekkend vocht of een overmaat aan regenwater; ten tweede de aanwezigheid (van een bron) van zouten, ten derde de mechanische sterkte van het materiaal, die bepaalt wanneer (bij welke hoogte van de zoutbelasting) de schade zal ontstaan. Voorbeelden uit de praktijk De synagoge in Willemstad (Curaçao) behoort tot de topmonumenten van het westelijk halfrond. Vanuit de gevelkolom waaiert vocht-zoutschade min of meer uit (fig. 7). De oorzaak is gelegen in een lekkage aan de hemelwaterafvoer die in de kolom is opgenomen. Op Curaçao doen zich vaak problemen met een hoge zoutbelasting voor [4]. In het verleden werden bouwmaterialen dikwijls van het Op Curaçao bevindt zich een patriciërshuis dat recentelijk van een restauratiepleister is voorzien. De eerste schade kondigde zich aan toen binnen een jaar het schilderwerk begon af te bladderen. Vervolgens nam de schade snel toe, het eerst nabij krimpscheurtjes in de pleisterlaag. Langs de scheurtjes verschenen de eerste zoutafzettingen. Hieromheen werd de mortel als het ware opgegeten en uiteindelijk resteerden complete gaten in de pleisterlaag (fig. 9). Een ander voorbeeld, gesitueerd in Scheveningen, maakt duidelijk hoe na restauratie opnieuw schade optreedt. Het getoonde muurvlak staat constant bloot aan zeezouten, aangevoerd als aerosol. Op de hoek is oude steen door nieuwe steen vervangen. Schade doet zich nu vooral voor waar de oude steen is gehandhaafd en alleen de voeg is vernieuwd (fig. 10). Vanuit de oude steen werkt het opgehoopte zout in op de nieuwe voeg, die al snel wordt aangevreten en vervolgens uitspoelt. Discussie en conclusies Het mechanisme, modellen en noodzakelijk onderzoek Voor veel problemen rond zoutschade zijn intussen praktische oplossingen aan te geven. Dat wil echter niet zeggen dat het zoutschademechanisme al volledig doorgrond is [3, 5]. Om schade te verklaren kan gebruik worden gemaakt van modellen. Zo is er een model dat uitgaat van de drukopbouw die optreedt door kristallisatie [1]. De poriën van steen en voegen komen vol te zitten met zouten. Zo ontstaat er druk, kristallisatiedruk, die wordt omgezet in trekspanningen op de poriewanden, waardoor het materiaal uiteindelijk bezwijkt. Het optreden van chemische aantasting door zeezout kan eveneens met behulp van een theoretisch model verklaard worden. In (kalk)mortel, maar ook in kalksteen, bevinden zich hardere, deeltjes in een massa van zachtere kalkdeeltjes. De harde stukken, het toeslaggedeelte (in een mortel is dat in het algemeen het zand), zijn ingebed in het zachte materiaal, in een mortel het bindmiddel, dat een structuur van capillairen vertoont. Wanneer kalk uit het bindmiddel reageert met binnendringend zout, ontstaat calciumchloride, een nieuwe verbinding die gemakkelijk

11 bouwfysica van monumenten Bouwfysica Afspringende stukken steen, ten gevolge van drukopbouw in de mortel Vocht-zoutschade als gevolg van een lekkende hwa in de gevelkolom en de aanwezigheid van zouten in de muur 9 Ontwikkeling zoutschade aan een pleisterlaag 8 Verloop van zoutschade aan een pleisterlaag op een met zout belaste ondergrond 10 Zoutschade aan (hersteld) voegwerk nabij de zee in water oplosbaar is. Als gevolg hiervan spoelt dit materiaal weg en blijft in de steen of mortel een gaterige structuur achter. Schadegevallen die het beeld van deze modellen vertonen, zijn er zeker. In figuur 10 is te zien dat voegen deels zijn verdwenen en baksteen is verpoederd. Ondanks dit alles is er in veel praktijkgevallen echter nog steeds geen sluitende verklaring voor het de optredende zoutschade. Dat onderstreept nog eens het belang van verder (met name fundamenteel) onderzoek naar het exacte schademechanisme [5]. Daar zijn zowel fabrikanten van bouwmaterialen (produktontwikkeling) als onze gebouwen en zeker onze monumenten nadrukkelijk mee gediend. Aanpak zoutschade De aanpak van zoutschade is erg afhankelijk van de omstandigheden: zo ligt het vaak voor de hand de bron van vocht (en zout) aan te pakken (bijv. optrekkend vocht) en op die manier tegelijk de aanvoer van nieuwe zouten uit de bodem tegen te gaan. Andere maatregelen zijn bijvoorbeeld ontzouten en in situaties waar het (binnen)klimaat gereguleerd kan worden en geen vochtbron van buitenaf in het spel is, kan ingrijpen in het binnenklimaat worden overwogen. Zo kan door de RV beneden het hygroscopisch evenwichtsvochtgehalte van het in de muren aanwezige zoutmengsel te houden het aantal kristallisatiecycli sterk worden beperkt en daarmee het schaderisico. In elk individueel geval zal echter, vaak aan de hand van nader onderzoek, moeten worden vastgesteld welke maatregel of combinatie van maatregelen het meest effectief zal zijn. n bronnen [1] Correns C.W., Growth and dissolution of crystal under linear pressure, Discussion of the Faraday Society, 5, 1949, pp [2] Charola A.E., 2002, Salts in the deterioration of porous materials: an overview, JAIC 39, pp [3] L. Pel, H. Huinink, K. Kopinga, R.P.J. van Hees, O. Adan, Efflorescence pathway diagram: Understanding salt weathering, Construction & Building Materials, Vol. 18, Issue 5, June 2004, pp [4] Rob P.J van Hees, Paul van Rijswijk, Interventions In Salt Decayed Monuments At Curaçao. The Example Of The Historic Synagogue, in: L.G.W. Verhoef & R. van Oers eds., Proceedings of Symposium Dutch Involvement in the Conservation of Cultural Heritage Overseas, Delft, Dec 2004, DUP Science, Delft 2005, pp [5] Lubelli, B. Sodium chloride damage to porous building materials, PhD thesis, Delft University of Technology, 2006 [6] Rob P.J. van Hees, Barbara Lubelli, Analysis of transport of salts in restoration plasters, in: European Research on Cultural Heritage state of the art studies, eds. Stefan Simon & Milos Drdacky, Volume 5, ITAM, Prague 2006, pp [7] S. Naldini, R.P.J. van Hees and T. Nijland, Definitie van schade aan metselwerk, in PIM, Praktijkboek Instandhouding Monumenten, deel II-4, 19 p., afl. 28, August 2006

12 Bouwfysica Geluid en trillingen INLEIDING ir. L.C.V. van Luxemburg Level Acoustics bv, DHV bv Het onderwerp geluid en trillingen trok als vanouds veel belangstelling. We kunnen terugkijken op een interessante middag die veel deelnemers zeker zal uitdagen om zicht te verdiepen in de akoestische aspecten. Constant Hak nam ons mee in de wereld van het meten. Op een boeiende wijze heeft hij het gehoor duidelijk gemaakt welke mogelijkhe- den we nu hebben en in de toekomst mogen verwachten. Prof Hans Cauberg heeft ons kunnen aantonen dat met betrekking tot regengeluid we zeker niet van de regen in de drup zijn gekomen. Hij liet zien hoe we het aspect regengeluid in het ontwerp van een gebouw kunnen meenemen. Mede dankzij zijn inspanning beschikken we over een heuse norm voor het bepalen van regengeluid op bouwelementen. Bart van der Graaf tenslotte hield het publiek een spiegel voor inzake het omgaan met regels en richtlijnen met betrekking tot de impact van technische installaties is gebouwen. Alle drie de bijdragen zijn de moeite waard om nog eens nader ter hand te nemen. n Impulsresponsies en akoestiek ir. C.C.J.M. Hak Technische Universiteit Eindhoven De impulsresponsie vormt een zeer geschikte representatie van een akoestisch systeem als het gaat om meting, opslag en naslag. De eigenschappen in het tijddomein van de signaaloverdracht in een lineair systeem worden hiermee volledig beschreven. De impulsresponsie is als het ware het antwoord van het systeem op een impuls (Duits: Impulsantwort ), uitgezonden op een zekere positie en geregistreerd op een andere positie [1]. De energie van een akoestische impulsresponsie heeft vaak een negatief exponentieel verloop in de tijd (zie fig. 1). Systemen die op deze manier veelal worden gekarakteriseerd zijn ruimten waarin muziek of spraak moet worden overgedragen, maar ook constructies en elektro-akoestische installaties. Uit een impulsresponsie kunnen allerlei parameters worden afgeleid die de akoestische kwaliteit van het systeem (zaal, luidspreker, maar ook meetapparatuur) bepalen. Een probleem is dat een zuivere impuls, de zogenaamde Dirac δ-functie alleen in theorie bestaat. In de praktijk kunnen alleen benaderingen worden verkregen in de vorm van kortdurende, pulsachtige signalen. We denken hierbij b.v. aan revolverschoten in een ruimte en hamerslagen tegen een constructie. Omdat de reproduceerbaarheid van deze natuurlijke impulsen te wensen overlaat kunnen op deze manier veel metingen niet nauwkeurig genoeg worden uitgevoerd. Door gebruik te maken van deconvolutie-technieken [2] kan dit probleem worden omzeild. Een ander voordeel van deze meettechniek t.o.v. de traditionele technieken, waarbij stationaire ruis en/of ruisstoten worden gebruikt, is het feit dat door middeling de signaal-ruis-afstand kan worden verhoogd (theoretisch 3 db per verdubbeling van het aantal middelingen). Dit heeft als voordeel dat er in veel gevallen kan worden gemeten met minder zware apparatuur (qua vermogen en gewicht). Tegenwoordig kunnen in het frequentiegebied van 20 Hz tot 20 khz (met aanpassingen voor schaalmodelmetingen zelfs tot 100 khz) met een standaard PC en besturingssysteem impulsresponsies eenvoudig worden bepaald, hetzij direct (knal, hamerslag of vonk), hetzij via deconvolutie (MLS of sweep). Bestanden in het wereldwijd gebruikte wav-formaat bieden de mogelijkheid om meetcondities bij de impulsresponsies op te slaan. Omdat met een set impulsresponsies alle systeemeigenschappen kunnen worden vastgelegd, is het mogelijk om achteraf nader onderzoek te verrichten, bijvoorbeeld naar aanleiding van nieuwe theorieën of inzichten (vergelijk de DNAbank, die door voortschrijdend inzicht steeds opnieuw wordt geraadpleegd). Er zijn zeer veel (en steeds meer) akoestische parameters die uit impulsresponsies kunnen worden afgeleid. Hierbij kan worden gedacht aan bouwakoestische parameters die betrekking hebben op geluidisolatie, geluidabsorptie en geluidreflectie, zaalakoestische parameters die betrekking hebben op muziek- en spraakoverdracht [3 en 4], en elektro-akoestische parameters die betrekking hebben op het gedrag en de eigenschappen van luidsprekers en luidsprekersystemen in (open) ruimten.

13 geluid en trillingen (sessie F) Bouwfysica In sommige gevallen is het zeer lastig of zelfs ondoenlijk om op gebruikelijke wijze, via kabels ( gesloten lus meting: met interne synchrone signaalbron) een akoestische overdrachtmeting te verrichten; denk bijvoorbeeld aan het meten van de spraakverstaanbaarheid via omroepinstallaties op treinstations (zie fig. 2) of grote luchthavens, of het meten van impulsresponsies in grote evenementenhallen en voetbalstadions. In die gevallen kan er alleen worden gemeten met een externe signaalbron ( open lus meting: met asynchrone signaalbron). Figuur 3 geeft een geschematiseerde weergave van een gesloten en een open lus meting. Om een dergelijke meting te kunnen verrichten dienen de sample rate van de uitgezonden stimulus en de sample rate van het meetsysteem nagenoeg aan elkaar gelijk te zijn. Ruwweg kan worden gesteld dat voor het bepalen van de meeste akoestische parameters een verschil groter dan 10 ppm ( ppm = 1%) te groot is voor een MLS-meting. Voor een sweep-meting daarentegen is 1000 ppm nog toelaatbaar [5]. Het afspelen van een signaal (sweep of MLS) via een b.v. CD-speler of extra laptop was tot voor kort alleen mogelijk indien dit signaal was gecorrigeerd voor het snelheidsverschil (soms meer dan 5000 ppm) tussen de gebruikte externe bron en de ontvanger [6]. Door de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van impulsresponsie-metingen hoeven er nagenoeg geen eisen meer te worden gesteld aan de gebruikte externe geluidbronnen en kan er nauwkeurig worden gemeten, zelfs met verschillen tussen klokfrequenties van meer dan 5000 ppm. Een bijkomend voordeel is dat hiermee ook gecomprimeerde signalen als externe bron kunnen worden gebruikt. Het meest populaire en handzame 3 audiobestandsformaat is MP3, vergeleken met het wav-formaat een factor 10 kleiner en af te spelen via de meest uiteenlopende apparaten (qua type, prijs en afmeting). Recent onderzoek heeft aangetoond dat bij toepassing van software die nauwkeurig corrigeert voor het snelheidsverschil tussen bron en ontvanger, er nauwelijks verschillen optreden tussen parameterwaarden via impulsresponsies verkregen uit metingen met wavbestanden en parameterwaarden verkregen uit metingen met MP3-bestanden [7]. Er kan dus ook via een MP3-speler, een ipod, een PDA of een mobiele telefoon asynchroon (draadloos) worden gemeten door gebruik te maken MP3-stimuli. Hoewel er steeds meer vooruitgang wordt geboekt op het gebied van automatisering binnen de moderne akoestische meettechniek, moeten op dit moment zowel de gebruiker als de ontwikkelaar van meetapparatuur hun best blijven doen om onnodige of onzinnige keuzemogelijkheden tijdens het meten en/of de analyse te voorkomen en eenvoudige niet gebruikelijke meetresultaten in het veld te kunnen interpreteren of verklaren. Dit vraagt van de ontwikkelaar dat deze voeling houdt met de praktijk en van de gebruiker, nog steeds, een beetje inzicht in signaal- en systeemtheorie. n Overige lezing sessie Geluid en trillingen : CONSTRUCTIEGELUID GEBOUW GEBONDEN INSTALLATIES: REGEL GEVING, RICHTLIJNEN EN PRAKTIJK ing. B. van der Graaf, DGMR Arnhem 1. Impulsresponsie: het antwoord van een systeem op een impuls 2. Signaalbron (omroeper of meetsignaal) en luidsprekerbronnen (op perrons en in stationshallen) kunnen kilometers uit elkaar liggen 3. Afbeelding 1: Synchrone (gesloten lus) meting maakt gebruik van de interne signaalbron van het meetsysteem. Afbeelding 2: Asynchrone (open lus) meting maakt gebruik van een externe signaalbron Referenties [1] Acoustics Engineering: Measuring Impulse Responses Using Dirac. Technical Note 001, engineering.com/files/tn001.pdf [2] ISO 18233:2006 Acoustics - Application of new measurement methods in building and room acoustics [3] ISO/DIS :2006 Draft Acoustics - Measurement of room acoustic parameters Part 1: Performance rooms [4] IEC :2003 Sound system equipment - Part 16: Objective rating of speech intelligibility by speech transmission index [5] C.C.J.M. Hak, J.P.M. Hak: Effect of stimulus speed error on measured room acoustic parameters. International Congres on Acoustics Madrid (ICA 2007) [6] G.M.T. Tegelaers, M.C.J. Hornikx, C.C.J.M. Hak.: Akoestiesche studie naar de historische buitenlokatie van het parlement in IJsland. Bouwfysica 17, No 4 (2004) [7] C.C.J.M. Hak, J.S.Vertegaal: MP3 stimuli in room acoustics. International Congres on Acoustics Madrid (ICA 2007) 2

14 Bouwfysica Regengeluid door lichte dakconstructies De toename van lichte dakconstructies boven gebruiksruimten zal de vraag is er overlast van regengeluid steeds vaker oproepen. Het steeds vaker optreden van intensieve regenbuien draagt hier ook toe bij. Onderzoek naar het ontstaan en voorspellen van regengeluid is tot nu toe vooral op incidentele basis uitgevoerd. Dit maakt het vergelijken van de resultaten en het daaruit afleiden van het te verwachten regengeluidniveau onzeker. De nieuwe ISO/DIS waarin een genormaliseerde test met betrekking tot de regengeluidafstraling is omschreven, maakt vergelijking tussen diverse constructies mogelijk. Ook worden criteria voor het toelaatbare regengeluidniveau binnen ontwikkeld die gebaseerd zijn op deze testmethode. Prof. ir. J.J.M. Cauberg Technische Universiteit Delft, Hoogleraar Klimaat ontwerp & Omgeving Directeur Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs B.V. Inleiding Aandacht voor het geluid dat ontstaat t.g.v. regen op daken is er al lang in tropische en subtropische landen. Dit komt door de combinatie van veel toegepaste zeer lichte daken zoals golfplaten van metaal of vezelcement in combinatie met hevige tropische regenbuiten die zich daar voordoen. Zelfs geluidafstraling naar andere gebouwen kan bij stalen dakbekleding een aandachtspunt zijn [1]. Ook in Nederland komt de vraag is er binnen overlast van regengeluid te verwachten steeds vaker aan de orde, vooral bij woon- en utiliteitsgebouwen met: glasdaken van atria; kunststof lichtkoepels en plaatmaterialen; REGEN intensiteit, druppelverdeling, valsnelheid lichte metalen dakpanelen; luchtkussens; foelies en membramen. Informatie over regengeluid is in de literatuur slechts beperkt te vinden; ze is zeer fragmentarisch doordat de gebruikte onderzoeksmethoden onderling sterk afwijken bijvoorbeeld door het gebruik van natuurlijke regen of niet gedefinieerde kunstmatige regen als akoestische aanstoting van de dakconstructie. Er zijn drie factoren die verantwoordelijk zijn voor het regengeluidniveau dat in een ruimte heerst, deze zijn in figuur 1 weergegeven. Hierop voortbouwend ontwikkelde Ballagh [2] een eenvoudig model om dit geluidniveau te berekenen: L p = F R + F C + F G (1) 1 DAKCONSTRUCTIE gewicht, vrijhangend plafond, textuur RUIMTE volume, nagalmtijd, dakoppervlak Factoren die verantwoordelijk zijn voor het regengeluid in een ruimte 2 Regengeluidabsorbers in het Orange Darlington Call Centre, met: L p = geluiddrukniveau in de ruimte in db F C = factor bepaald door de constructie van het dak (bijv. glasdak, staaldak etc.) in db F R = factor bepaald door de kenmerken van de regen, veelal door de regenintensiteit R in db F G = factor bepaald door de ontvangruimte in db Voor F G geldt de gebruikelijke relatie waarmede uitgaande van een geluidbron (hier het geluidafstralend dakoppervlak) het geluidniveau op een bepaalde afstand van het afstralend dakoppervlak berekend wordt. Voor het diffuse geluid geldt: F G 4S = 10 log (2) A met: S = oppervlakte van het geluidafstralende dakvlak in m 2 A = geluidabsorptie in de ontvangruimte in m 2 o.m Zeker voor hoge ruimten is het bestrijden van regengeluid direct bij de bron effectief. Figuur 2 geeft een voorbeeld van geluidabsorberende vlakken die direct bij de bron,

15 geluid en trillingen Bouwfysica Minuten Uren dagen x per jaar x per jaar x per jaar x per jaar Tabel 1: Overschrijdingsfrequentie van een hoeveelheid neerslag (in mm) gedurende de gegeven tijdperiode 1 Genormaliseerde kracht F (t)/ 4 π a 0, 1 1,6 2 Genormaliseerde tijd t/(5d/6v) b De kracht die een druppel uitoefent bij het treffen van een vlak volgens Petterson (a) respectievelijk Suga e.a. (b) zijnde lichtkoepel, zijn aangebracht. Omdat vooral de regengeluidproductie in de 500 Hz en 1000 Hz octaafband bepalend is, kan voor A de gemiddelde waarde van 500 Hz en 1000 Hz worden genomen. Regen Getalswaarden van de regenintensiteit R worden vooral uitgedrukt in mm/h. Deze getalswaarde wordt verkregen door de regenhoeveelheid in een bepaalde tijdsperiode (uren, dag, maand of minuten) te delen door de betreffende tijdsperiode. Tabel 1 geeft een statistisch overzicht van de regenintensiteit die in Nederland optreedt. Natuurlijke regen is geen stationair proces met goed gedefinieerde parameters. Voor de geluidproductie is in feite de regenintensiteit R een afgeleide grootheid; belangrijker zijn de regendruppeldiameterverdeling en de valsnelheid waardoor R tot stand komt. Het onderlinge verband wordt via statistische modellen beschreven waarvan enkele kenmerken zijn: Toenemende R betekent voor de druppeldiameterverdeling een verschuiving naar grotere diameters van de regendruppel. Een druppeldiameter D van meer dan 5 mm komt echter zelden voor. Een veelvuldig gebruikt model is het model van Marshall-Palmer [5]. De valsnelheid neemt toe met de grootte van de druppel maar anderzijds bestaat er een maximale snelheid van ca. 9 m/s. Voor de valsnelheid geldt volgens Atlas, Ulbrich: v = 3,777 D 0,67 in m/s Uitgaande van natuurlijke regen volgens het model van Marshall-Palmer is als functie van de regenintensiteit voor F R af te leiden [2]: F R = 15,3 log R/R o (3) Hierbij is verondersteld dat een regendruppel met zijn eindsnelheid op het dakoppervlak valt en vervolgens zijn volume door afvloeiing van het water verliest. De kracht die hierbij als functie van de tijd wordt uitgeoefend is in figuur 3 gegeven [6]. De beschrijving berust op de vergelijking F = ma, die vanwege de afhankelijkheid van zowel m als a met de tijd zich laten schrijven als F = m dv dm + v (4) dt dt Vermogensniveau in db (re IN 2 ) R =150 mm/h R = 60 R = R = K 2K 4K Frequentie (Hz) Er zijn twee fasen te onderscheiden vanaf het tijdstip dat een waterdruppel het oppervlak van de constructie raakt. De eerste fase beslaat de periode 0 D t. 3V De druppel maakt bij t=0 contact met het oppervlak en wordt in snelheid vertraagd door de reactiekracht die het vlak op de druppel uitoefent. Hierbij bouwt zich een druk in de druppel op met als resultaat dat de druppel bij D t = zijn samenhang verliest doordat de inwendige 3 v druk hoger wordt dan de oppervlaktespanning. De kracht die de druppel in deze fase op het dakvlak uitoefent wordt geacht gedurende deze (korte) tijd constant te zijn. Voor de kracht die op het dakvlak wordt uitgeoefend geldt: 1 F = 0 4 ρ D In de tweede periode, vanaf t = neemt door het uit 3 v π 2 2 D v (5) w elkaar vallen van de druppel de op het invallend vlak uitgeoefende kracht af middels: vt 4v t F () t = F0 + + (6) 2 9 3D D Voor 5D t geldt F(t) = 0. 6v Suga e.a. [4] gaan uit van een te verwaarlozen vertragingsfase van de regendruppel. Zij komen tot een iets ander verloop van de kracht die de regendruppel uitoefent (zie eveneens fig. 3): Vermogensspectrum van natuurlijke regen op een dakvlak

16 Bouwfysica Constructie M (kg/ m 2 ) Geluidisolatie in db C d (db(a)) mm enkel glas PVB gelamineerd 12 mm enkel glas Resin gelamineerd PVB EFTM transparant luchtkussen dak Tabel 2: Geluidisolatie en C d van enkele doorzichtige materialen Regentype Regenintensiteit mm/h { 1 ( 3v/ D) t} F ( t) = F0-4 Gemiddelde druppel diameter mm Valsnelheid m/s Intens 15 2,0 4,0 Zwaar 40 5,0 7,0 Tabel 3: Karakteristieke kenmerken kunstmatige regen conform ISO/DIS D 0 < t< (7) 3v De energiespectra volgend uit (a) en (b) van figuur 3 wijken maar beperkt van elkaar af. Met behulp van de Marshall Palmer verdeling kan het vermogensspectrum van de opvallende regen bepaald worden. Het resultaat geeft figuur 4. Belangrijkste gegeven dat hieruit volgt is dat het middenfrequentiegebied bepalend is. Praktijkmetingen door Dubout laten in plaats van 15,3 een factor 17,3 zien; de dakconstructie is een ongeïsoleerd staaldak. Bij laboratoriumonderzoek waarbij kunstmatige regen wordt gebruikt, blijkt deze factor te variëren tussen 10 en 20 [2]. Bij kunstmatige regen is vaak onduidelijk hoe een toename van R wordt veroorzaakt. Wordt een toename van de kunstmatige regenintensiteit veroorzaakt door per tijdseenheid meer druppels van dezelfde diameter te creëren dan is een afhankelijkheid volgens 10 log(r/r o ) te verwachten [4]. Dakconstructie Minder informatie is bekend over F C die in feite het ontstaan van de afstralende geluidintensiteit omschrijft t.g.v. een willekeurige (stochastische) puntaanstotingen van een (dak)vlak door regendruppels. Kijkend naar de geluidafstraling is het nuttig om een constructie te verdelen in het constructieve deel en het eventueel aanwezig vrijhangend verlaagd plafond. Dit laatste kan als een akoestische voorzetwand worden beschouwd. Bij doorzichtige dakvlakken zoals luchtkussens, daklichten en glasdaken is meestal alleen sprake van de primaire constructie. In 1960 heeft Dubout [3] praktijkmetingen uitgevoerd op een daksysteem van metalen dakplaten gevormd door geprofileerd 0,8 mm dik gegalvaniseerd staal. Hierbij blijkt de afgestraalde geluidintensiteit te voldoen aan: L I = 17,3 log R + 46 (8) In navolging van [2] kan de invloed van de massa verwerkt worden door (8) uit te breiden met 17,5 log M/M o ; dat wil zeggen de afhankelijkheid die via de massawet geldt voor de geluidisolatie van een enkelvoudige constructie. Met M o = 9,8 kg/m 2, (het gewicht van de door Dubout gemeten dakconstructie) kan (8) geschreven worden als: L I = ,3 log R -17,5 log M (9) of F c = 56 17,5 log H (10) Geluidsintensiteit L 1 in db Geluidsintensiteit L 1 in db d 45 a b 45 Gemeten afgestraalde geluidintensiteit van enkele lichte dakconstructies bepaald volgens ISO/DIS (lettercodes zie tabel 4) 5 c Frequentie in (Hz) 30 e f Frequentie in (Hz)

17 geluid en trillingen Bouwfysica Constructie Massa kg/m 2 L I db(a) a ETFE luchtkussen (± 1) 68,7 Door Suga [4] is via experimenteel onderzoek met behulp van kunstmatige regen met variatie van druppeldiameter en regenintensiteit een relatie afgeleid tussen de luchtgeluidisolatie R 125 t/m R 1000 van lichte dakconstructies en de afgestraalde regengeluidintensiteit. Hieruit is een grootheid C d af te leiden die de onderlinge verschillen met betrekking tot de afgestraalde geluidintensiteit in db(a) geeft. Voor C d geldt: Cd= 10log Σ 4 ( /10 C 10 Rn n ) (11) n= 1 met: C d = regengeluidconstante voor een lichte dakconstructie in db(a) n = 1, 2, 3, resp. 4 (de octaafbanden 125, 250, 500 resp Hz) R n = geluidisolatie van een lichte dakconstructie in db C n = constante bepaald door Suga Het blijkt dat vooral de geluidisolatie in 1000 Hz en 500 Hz octaafband bepalend is voor de waarde van C d. In tabel 2 is van een aantal doorzichtige materialen de geluidisolatie en de daaruit berekende C d gegeven. Recent is door ISO/DIS , als concept, uitgegeven [7] waarin een laboratoriummeting voor het bepalen van regengeluid onder genormaliseerde kunstmatige regencondities is omschreven.twee kunstmatige regencondities worden hierbij onderscheiden waarvan in tabel 3 de karakteristieken zijn gegeven. Toepassing van deze norm maakt productvergelijking onder gestandaardiseerde omstandigheden mogelijk. De meetopstelling omhelst in grote lijnen een waterbak met een regelmatig patroon van gaatjes in de bodem die de druppels genereren. De afstand tussen dakvlak en waterbak is eveneens vastgelegd om de gewenste druppelsnelheid te realiseren. Onder het dakvlak bevindt zich een nagalmkamer waardoor de afgestraalde geluidintensiteit via geluidniveau metingen kan worden bepaald. Figuur 5 geeft de meetresultaten van een aantal lichte dakconstructies weer; deze zijn vooral ontleend aan [8]. A-gewogen geeft tabel 4 een samenvatting van deze meetresultaten. Zoals in het schema van figuur 1 al is aangegeven, bepaalt de textuur van het oppervlak mede het afgestraald regengeluid. De metingen met betrekking tot het luchtkussen dak laten dit goed zien. Vanwege het zeer lage gewicht, ca. 1 kg/m 2, is de regengeluidafstraling hoog, nl. 68,7 db(a). Om dit te verminderen kan de textuur van de folie aan de buitenzijde worden aangepast waardoor er een laagje water op de folie wordt vastgehouden. Dit vergroot de massa en vermindert de kracht die door de vallende druppels wordt uitgeoefend. Het resultaat is een reductie tot 13 db. b ETFE luchtkussen + regen + suppressor 1 (± 1) 62,9 c ETFE luchtkussen + regen + suppressor 2 (± 1) 55,5 d Polycarbonaat plaat 25 mm 3,4 64,6 e Glas ,5 52 f Geprofileerd staaldak mm minerale wol + dakbedekking 52,6 Tabel 4: A-gewogen regengeluidintensiteit van enkele licht dakconstructies [8] bepaald conform ISO/DIS 140. Regenconditie: heavy (R = 40 mm/h) I II III IV Kwaliteitsklasse Voorbeeld ruimten Streefwaarde (db(a)) Fysieke arbeid met beperkte concentratie Niet fysieke arbeid met beperkte concentratie Arbeid met normale concentratie / communicatie redelijk belangrijk Arbeid met zeer hoge concentratie / communicatie belangrijk (Kleine) werkplaatsen, fitnessruimten Gegevensverwerking, tekenwerk, restaurant Programmeren, telefoniste, administratief werk Studiezaal / bibliotheek, beleidsmedewerker, lesgeven, vergaderen Beoordeling Om een relatie met geluidshinder in een ruimte te leggen kunnen twee situaties onderscheiden kunnen worden, nl. a) Een gemiddelde regenintensiteit gedurende een langere tijd. Het regengeluid is dan te beschouwen als onderdeel van het achtergrondniveau waarvan tabel 5 de streefwaarde geeft als functie van het werk dat wordt uitgevoerd. b) Een kortstondige regenintensiteit van enkele minuten. Bij korte en hevige regenbuien wordt het maximaal toelaatbare geluidniveau bepaald door het directe effect dat het heeft op de uitoefening van de taak. Het betreft dan bijvoorbeeld de op een normale afstand communicatie tussen twee personen respectievelijk telefoneren. Genormaliseerde criteria zijn er nog niet maar in sommige landen zijn wel toetsingscriteria ontwikkeld. In Engeland is aansluiting gezocht aan de beproeving volgens ISO Het geluidniveau dat in een ruimte zou ontstaan onder de regenconditie zwaar (heavy rain) mag maximaal 20 db(a) hoger zijn dat het toelaatbare respectievelijk gewenste binnengeluidniveau zoals dit bijvoorbeeld in tabel 5 is gegeven. De daarbij behorende regenintensiteit van 40 mm/h komt slechts beperkt voor zodat gesproken kan worden over een toetsing bij een kortstondige regenintensiteit. In Australië is er een toetsing gebaseerd op het Tabel 5: streefwaarden maximum achtergrondniveau in een ruimte met uitsluiting van het geluid gerelateerd aan eigen werkzaamheden

18 Bouwfysica daadwerkelijk regengeluidniveau in een ruimte. Dit mag uitgaande van R = 30 mm/h maximaal 5 à 10 db(a) boven het gewenste binnengeluidniveau liggen. Voor kantoren, scholen etc. is ook een criterium ontwikkeld dat het L 90 geluidniveau ten gevolge van regen niet hoger mag zijn dan het toelaatbare stoorniveau in relatie tot de uitgeoefende functie. Voor Australië betekent dit een toetsing bij R = 10 mm/h. De beoordeling van regengeluid in Nieuw Zeeland is gebaseerd op een gestandaardiseerde regenbui van 30 minuten waarbij in een periode van 6 à 12 minuten ca 35 à 50% van de totale regenhoeveelheid valt. Dit betekent dat het toetsingsgeluidniveau 5 db hoger wordt genomen dan behorende bij de gemiddelde regenintensiteit in deze 30 minuten periode. Deze gemiddelde regenintensiteit is gebiedsafhankelijk gedefinieerd. n bronnen [1] Travelgar Centre Development and Upgrade study. Opus International Consultants Limited NZ, 2005 [2] K.O. Ballagh. Noise of simulated rainfaill on roofs. Applied Acoustics 31 (1990) blz [3] P. Dubout. The sound of rain on a steel roof. Journal Sound Vibration 10 (1969) blz [4] H. Suga, H. Tachibana. Sound radiation characteristics of leightweight roof constructions excited by rain. Building Acoustics [5] J.S. Marshall, W. Mck Palmer. The distribution of raindrops with size. Journal of meteorology 5 (1948), blz [6] B. Petterson. On the structural acoustic effects of liquid drop impacts. Department of Engineering Acoustics, Lund Institute of Technology Report TVBA-3020, ISSN [7] ISO/DIS Laboratory measurements of sounds generated by rainfall on building elements. International organisation for standardisation 2005 [8] C. Hopkins. Rain noise from glazed and lightweight roofing. BRE IP 2/06 [9] S. Jhagroe. Regenluid op luchtkussendaken. Afstudeerverslag TUD/CiTG, januari De PERMASTEELISA GROUP is wereldwijd marktleider van geveloplossingen op maat. De groep realiseert prestigieuze projecten in binnen- en buitenland en behaalt met 6000 medewerkers een omzet van 1,1 miljard Euro. De R&D afdeling van Permasteelisa is georganiseerd als een wereldwijd netwerk van kenniscentra. Het kenniscentrum Bouwfysica, Energie en Comfort in de Benelux heeft momenteel verschillende nieuwe R&D projecten en is daarom op zoek naar enthousiaste (m/v): R&D Ingenieurs Bouwfysica, Energie & Comfort en/of HVAC U bent Bouwkundig Ingenieur, Ingenieur Civiele Techniek, Werktuigbouwkundig of Natuurkundig Ingenieur met een sterke interesse in bouwfysica en energiezuinig bouwen. U spreekt vlot Nederlands en Engels en bent uiteraard een uitgesproken doorzetter die steeds op zoek gaat naar betere oplossingen. Dit combineert u met sterke communicatieve en analytische vaardigheden, met oog voor detail en deadlines. Na een intensieve inwerkperiode met gespecialiseerde opleidingen, zult u multidisciplinaire R&D projecten uitvoeren over bouwfysica, energiezuinig bouwen, hernieuwbare energie, HVAC installatietechniek, thermische behaaglijkheid, luchtkwaliteit en visueel comfort. Hierbij werkt u nauw samen met de andere R&D ingenieurs en met externe onderzoeksinstellingen. U kan beschikken over de meest geavanceerde software tools in ons werkveld en over de faciliteiten van onze eigen testsites. Permasteelisa biedt u een internationaal georiënteerde high-tech werkomgeving en geeft u volop mogelijkheden om uw expertise te vergroten. Vanzelfsprekend hoort hier een competitief salaris bij dat in de lijn ligt met uw ervaringen en kennis. U kunt in Middelburg (NL), Wetteren (B) of Heerlen (NL) tewerkgesteld worden. Uw kandidatuur kunt u per sturen naar sschouwenaars@scheldebouw.com Inlichtingen bij Ir. Stijn Schouwenaars 0118 /

19 bouwfysica en gezondheid Bouwfysica Bouwfysica en Gezondheid INLEIDING ir. A.C.(Kees) van der Linden Technische Universiteit, Delft Faculteit Bouwkunde, Sectie Climate Design Heeft u iets te delen met uw vakbroeders? Publiceren in de nieuwe rubriek Lezers voor lezers. redactie@nvbv.org Mensen in onze moderne samenleving verblijven het grootste deel van hun leven in een gebouw, om te wonen, te werken, te recreëren. Dat betekent dat het binnenmilieu van de gebouwen een grote invloed kan uitoefenen op hun gezondheid en welbevinden. De eisen die we stellen aan een woon/werkomgeving moeten we in deze context dan ook niet alleen beschrijven als niet schadelijk voor de gezondheid, maar als bevorderlijk voor het welzijn. Daarmee gaat het niet alleen om aspecten van gezondheid, maar komt ook comfort om de hoek kijken. Een gezonde en comfortabele werkomgeving is niet alleen belangrijk of prettig voor de mensen die in het gebouw verblijven, maar ook economisch interessant. Dat een ongezonde werkomgeving leidt tot ziekteverzuim is duidelijk, maar ook staat vast dat een niet comfortabele werkomgeving tot productiviteitsverlies leidt. De aspecten waar het om gaat zijn onder andere: thermisch binnenklimaat (in winter en zomer) luchtkwaliteit (voldoende fris/vers; afwezigheid vreemde stoffen) licht (daglicht en kunstlicht; comfort én gezondheid) uitzicht geluid Overige lezingen sessie Bouwfysica en gezondheid : Ventileren en gezondheid in woningen en scholen ing. W.F. de Gids TNO Delft Als op één van de aspecten de gewenste waarden sterk worden over- of onderschreden dan zullen er gerichte klachten ontstaan en is het duidelijk wat er moet gebeuren. Voor het totale gevoel van welbevinden/comfort spelen echter alle aspecten een rol. Soms kan het daardoor erg moeilijk zijn te onderkennen waar de schoen wringt. Door voortdurend onderzoek worden steeds meer invloeden duidelijk en wordt het mogelijk zaken te verklaren waar eerder geen verklaring voor was. In drie lezingen is een verdieping gegeven op de volgende aspecten: Licht en de inmiddels echt aangetoonde relatie tussen het fysiologisch functioneren van de mens en de lichtomstandigheden waarin hij/zij verkeert; Ventilatie, waarbij het niet alleen gaat om ventilatiehoeveelheden, maar met name om een goed ontwerp, goed onderhoud en goede voorlichting; Thermoregulatie van de mens, waarbij meer inzicht in hoe een mens reageert op het aangeboden klimaat nieuwe inzichten kan opleveren voor ontwerp van gebouw en installatie. n FYSIOLOGIE EN BOUWFYSICA dr. W. van Marken Lichtenbelt Universiteit Maastricht, Gezondheidswetenschappen Humane Biologie

20 Bouwfysica Licht en Gezondheid bij Senioren Dat licht nodig is voor visuele waarnemingen is algemeen bekend. Ook is al langere tijd bekend dat licht of juist het ontbreken daarvan negatieve invloed heeft op onze fysieke gesteldheid, denk bijvoorbeeld aan het omzetten van vitamine D middels licht op de huid en het onderdrukken van winterdepressies middels lichttherapie. Door de ontdekking van een derde fotoreceptor in het oog die in directe verbinding staat met onze biologische klok kan de invloed van licht op andere lichaamsprocessen worden verklaard. Deze nieuwe inzichten zouden aanleiding moeten geven voor een andere manier van bouwen. Bij de unit BPS aan de TU/e en bij TNO Bouw en Ondergrond wordt zowel applicatie gericht onderzoek verricht naar de invloed van licht in een kantooromgeving als ook naar de invloed van licht op senioren. In dit artikel wordt nader ingegaan op de mogelijke gezondheidsverbetering door middel van licht bij senioren. Geconcludeerd kan worden dat de gemeten lichtniveaus onvoldoende zijn afgestemd op het verouderde oog. De resultaten van de hieronder behandelde onderzoeken geven voldoende aanleiding om te veronderstellen dat de visuele en de niet-visuele aspecten van licht verbeterd kunnen worden om ertoe bij te dragen dat senioren langer zelfstandig kunnen blijven wonen. Ir. M.P.J. Aarts, Universitair Docent Licht en Verlichting, Unit Building Physics and Systems, Faculteit Bouwkunde, Technische Universiteit Eindhoven (m.p.j.aarts@bwk.tue.nl) Ir. A.C.Westerlaken, TNO Bouw en Ondergrond, Business Unit Bouw en Installaties, Delft Inleiding Nederland is sterk aan het vergrijzen. Het hoogtepunt, met een kwart van de bevolking boven de 65-jarige leeftijd, wordt verwacht rond Daarnaast worden mensen gemiddeld ouder. Dit betekent dat er in de toekomst meer middelen nodig zijn om voor deze groep zorg te dragen, denk aan verplegend en verzorgend personeel, medicatie maar ook de bouw van verpleeg- en verzorgingshuizen. Een gedeeltelijke oplossing voor dit probleem is senioren zo lang mogelijk zelfstandig te laten wonen. Licht zou hierbij op verschillende manieren een rol kunnen spelen. In de periode van hebben een tweetal grootschalige veldstudies plaatsgevonden in verpleeg- en verzorgingshuizen[1]: 1. Onderzoek naar visuele en biologische lichtcondities en lichtbehoeften van senioren in verzorgingshuizen (TU/e afstudeerverslag A.C. Westerlaken, 2003) 2. Onderzoek naar visuele en biologische lichtcondities en lichtbehoeften van zelfstandig wonende senioren (TU/e onderzoeksrapport, A.C. Westerlaken, M.P.J. Aarts, S.H.A. Begemann, 2004). Het doel van beide onderzoeken was inzicht verkrijgen in de leef- en woonsituatie van ouderen met betrekking tot licht. In een vervolgonderzoek is in een veldstudie onderzocht of meer licht een positieve invloed heeft op het slaapwaakritme van zelfstandig wonende ouderen [2]. Onderzoeksmethode Bij het eerste onderzoek waren 37 personen (43% man, 57% vrouw) betrokken uit 10 verschillende verzorgingshuizen. De gemiddelde leeftijd was 83 jaar. Per deelnemer werden zowel dag- als kunstlichtmetingen verricht op relevante plaatsen. Daarnaast werd een interview afgenomen waarin o.a. gevraagd werd naar het gebruik van kunstlicht, de beleving van daglicht, de meest frequent gebruikte positie in de kamer, de mobiliteit en zelfstandigheid (Groningen Activiteiten Restrictie Schaal, GARS [3]), of en hoe vaak en wanneer men buiten kwam, hoeveel en hoe vaak men dutjes deed, slaapkwaliteit, visuele testen (visus, kleurenblindheid), gebruik van zonwering, duur en uitvoering van specifieke oogtaken en seizoensgebonden depressies (Seasonal Pattern Assessment Questionnaire, SPAQ-schaal [4]). Aan het tweede onderzoek namen in totaal 91 personen deel (31% man, 69% vrouw) met een gemiddelde leeftijd van 77 jaar. Allen woonden in één van de 7 onderzochte zelfstandige woonvormen. Vergelijkbare lichtmetingen en een interview met de bewoner(s), zoals gebruikt in het eerste onderzoek, vonden in de woningen plaats. Bij deze groep senioren is wat betreft slaap-waak gedrag, gebruik gemaakt van de gevalideerde vragenlijsten van de Pitsburgh Sleeping Quality Index (PSQI-schaal, [5]) De verlichtingssterkte werd gemeten middels Hagner Lichtmeetcellen, type SD2. Data analyse vond plaats middels het statische analyse programma SPSS Lichtsituatie voor oogtaken Bij het ouder worden, treden overal in het lichaam verouderingsprocessen op. Zo ook met betrekking tot het zien. Tot ons 40 e levensjaar is deze veroudering nauwelijks merkbaar. Hierna wordt dit vaak hinderlijk [6].

21 bouwfysica en gezondheid Bouwfysica % v.d. ouderen Dagelijkse activiteit TV Lezen Handwerk Staren Verzorgingshuis Zelfstandig wonend Veroudering van het visuele systeem uit zich onder andere in: afname van de lichtinvang door het oog. Door vertroebeling en vergeling van de lens en het glasachtig lichaam, worden deze minder transparant en waardoor minder licht het netvlies bereikt. Vooral het kortgolvige licht (blauw/groen) verdwijnt. Daarnaast neemt de pupildiameter af. Dit heeft te maken met een verslapping van de kringspier in het oog. Ten gevolge hiervan neemt de lichtinvang met een factor 3-4 af. vermindering accomodatievermogen. De ooglens verstart waardoor de kringspier niet meer voldoende in staat is de lens te bollen met als gevolg dat de mogelijkheid om dichtbij te zien afneemt. meer lichtverstrooiing. De transparantie van zowel de lens, glasachtig lichaam en het hoornvlies nemen af door vertroebeling, verdikking en vergeling. Het gevolg hiervan is dat er verstrooiing van het licht in het oog plaats vindt wat leidt tot een vorm van verblinding en contrasten verminderen. neurologie. Het aantal fotoreceptoren neemt af. Eveneens treedt er een verslechtering van de zenuwverbindingen op. Het gevolg hiervan is dat er meer en duidelijkere signalen nodig zijn om eenzelfde resultaat te bereiken. oogziektes. Naast de normale verouderingsprocessen vormen diverse oogziektes voor een vermindert gezichtsvermogen. Bekende ziektes zijn: diabetes, staar en glaucoom. Hoewel niet exact bekend is hoeveel meer licht op de specifieke oogtaken nodig is, lijkt een factor 3 hiervoor een realistische waarde. In de veldstudies is er dan ook van uitgegaan dat een factor 3 meer licht gelijkwaardig is aan de waardes die worden aanbevolen in de Europese norm voor werkplekverlichting [7]. Dit betekent op een normale leestaak zo n 1500 lux en voor inspannende werkzaamheden 2400 lux. Resultaten lichtsituatie oogtaken De mensen in verzorgingshuizen brachten hun tijd veelal binnenshuis door. De meeste ouderen brachten dagelijks een periode door met staren, lezen, tv kijken en handwerken. Deze activiteiten vonden meestal in de raamzone plaats. De gemiddelde verlichtingssterkte ten gevolge van daglicht was goed voor een normaal, gemiddeld oog maar onvoldoende voor het verouderde oog, uitgaande van een factor 3 hogere lichtbehoefte. Vrijwel geen enkele deelnemer schakelde overdag de kunstverlichting aan. Ook in de avondsituaties was er met gemiddeld 110 lux, onvoldoende licht aanwezig voor het uitvoeren van de oogtaken voor een langere periode. De helft van de deelnemers had een visus lager dan 0,5 (gemeten in de situatie waarbij de deelnemers hun normale hulpmiddelen zoals brillen op hadden). Ter indicatie, bij een dergelijke waarde mag men niet meer autorijden. Waarschijnlijk tengevolge van de lage visus in combinatie met de te lage verlichtingssterkte gaf 56% van de deelnemers aan dat ze geen hobbies met kleine details meer konden uitvoeren. De zelfstandig wonende ouderen zijn duidelijk mobieler en actiever dan de mensen in de verzorgingshuizen. Zo brachten ze, binnenshuis, vooral hun tijd door met lezen en televisie kijken. Vrijwel alle deelnemers gaven aan voor hun eigen boodschappen te zorgen. De lichtsituatie was weliswaar minder dramatisch als in de verzorgingshuizen; met een gemiddelde van 800 lx overdag in de raamzone is dit eveneens onvoldoende om inspannende oogtaken voor langere tijd vol te houden. In de avondsituatie bij kunstlicht lagen de gemiddelden op een vijfde van de ideale situatie. Ondanks deze lage waarde gaf 85% aan dat ze tevreden waren over de verlichtingssituatie. Of deze lage waardes daadwerkelijk een probleem vormen is in dit onderzoek niet onderzocht. Wel is bekend dat de mens wat betreft licht een ruime tolerantie grens kent en men zich pas realiseert dat het beter kan als men daarmee geconfronteerd wordt. Iets vergelijkbaars gaat op voor de visus. De mogelijkheid om scherp te stellen neemt met leeftijd versneld af. Middels brillen e.d. kan dit gecompenseerd worden. De controle frequentie zou voor ouderen groter moeten worden naarmate men ouder wordt. Bij goed afgestelde hulpmiddelen en meer verlichting, verwachten we dat senioren oogtechnisch gezien, in staat zijn om oogtaken zoals lezen, puzzelen en handwerken langer vol te houden. Vallen en valangst In Nederland worden jaarlijks zo n senioren (55+) behandeld ten gevolge van een val. Ongeveer 1700 senioren komen dientengevolge te overlijden. Een groot aantal ongevallen (23%) wordt veroorzaakt doordat de senioren struikelen of uitglijden en ongeveer 10% wordt veroorzaakt door een val van een vaste trap. Een derde van de valincidenten vindt plaats binnen de woning. De senioren die in het ziekenhuis belanden ten gevolge van een val zijn daarna vaak niet meer in staat om zelfstandig te blijven wonen. Goede verlichting kan bijdragen tot het verminderen van het valrisico onder senioren [8]. Resultaten vallen en valangst De resultaten uit het onderzoek bij zelfstandig wonende senioren lieten zien dat de algemene verlichting in de woonsituatie op geen enkele manier is aangepast aan het verminderde zicht. Waar waardes rond de 300 lux op de looproute toereikend zou moeten zijn om senioren veilig door de woning te begeleiden bleek gemiddeld slechts één tiende van het licht daadwerkelijk aanwezig (fig. 2). Het is dus niet verwonderlijk dat een groot aantal van de valincidenten bij senioren in de woning plaatsvindt. Daarnaast bleek dat de meerderheid van de senioren die s nachts uit bed moet, bijvoorbeeld om naar het toilet te gaan, geen verlichting aandoet. Een oplossing hiervoor

22 Bouwfysica Verlichtingssterkte [lux] Kunstlicht Emin [lux] Eavg [lux] Emax [lux] Daglicht Verlichtingssterkte op looproute Achter zone Midden zone zou een lichtschakeling bij het bed kunnen zijn of een automatisch gestuurde loopverlichting. Wel dient hierbij rekening te houden dat de lichtniveaus en de lichtkleur geen melatonine onderdrukking tot gevolg heeft (zie uitleg over dit onderwerp in volgende paragraaf niet visuele fotoreceptie ). Dit om ervoor te zorgen dat het slaapritme niet verder verstoord wordt. Een goed verlichte looproute kan daadwerkelijk een positief resultaat opleveren mits ook de verslechterde visus van senioren zo goed mogelijk gecompenseerd wordt door goed aangepaste hulpmiddelen zoals brillen. Dit stelt mensen in staat om de omgeving beter waar te nemen waardoor men valrisico s kan mijden. Hoewel de verlichtingssterkte op de looproute in verzorgingshuizen niet gemeten is, gaf 50% van de mensen aan bang te zijn om te vallen. Deze angst om te vallen beperkt senioren in hun mobiliteit en dus ook hun zelfstandigheid. Niet-visuele fotoreceptie In het menselijk oog vinden twee typen fotoreceptie plaats; de visuele en de niet-visuele. De eerste zorgt dat beelden (bestaande uit licht/donker en kleuren) doorgestuurd worden naar de hersenen, het zogenaamde zien. Hiervoor zijn de staafjes en de kegeltjes die zich bevinden in het netvlies, verantwoordelijk. De niet-visuele fotoreceptie beïnvloedt o.a. het circadiane ritme. In de hypothalamus, een onderdeel van de hersenen, bevind zich de biologische klok of de suprachyrasmatische kern (SCN). Mede aangestuurd door licht, worden vanuit de biologische klok verschillende lichaamsprocessen aangestuurd waaronder lichaamstemperatuur, en slaap/waakritme. Daarnaast vindt daar productie van hormonen plaats waaronder Melatonine (slaap-hormoon) en Cortisol (stress-hormoon). Beide hormonen zijn van invloed op de gezondheid, stemming, welbevinden en prestatie. In 2001 [9,10] werd vastgesteld dat het melatonine niveaus in mensen het best werden onderdrukt bij blootstelling aan monochromatisch blauw licht met een golflengte rond de nm. Dit impliceerde een nieuw type lichtpigmentcellen in het oog dat in 2003 [11] de naam Melanopsin kreeg. Andere studies toonden recentelijk aan dat Melanopsin het pigment is dat verantwoordelijk is voor de lichtreactie van de Intrinsically photoreceptive ganglion cells (iprgc). Het vrijkomen van het hormoon Melatonine wordt gestuurd door de biologische klok. Dit hormoon is 105 Raam zone 251 Weekly time outside (hours) 3 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 n = 15 n = 29 n = > 1 Naps per day Boxplot dutjes per dag versus de tijd per week buiten o.a. belangrijk voor ons slaap-waak ritme. Bij normale, gezonde mensen is de melatonineconcentratie tijdens de slaap het hoogst en gedurende onze waak-fase vrijwel nihil. Licht is in staat om de melatonineproductie, gedurende de slaap, te onderdrukken waardoor men wakkerder wordt. Over de hoeveelheid en samenstelling en richting van het licht is men het nog niet eens. Uit onderzoeken van Van Someren [12] is bekend dat senioren slecht slapen. Hieruit blijkt verder dat er sprake kan zijn van een verstoord slaap-waakritme. Te verwachten is dat een deel van deze problemen een oorzaak kent in te weinig licht gedurende de dag waardoor melatonine onvoldoende onderdrukt wordt, wat vermoeidheid tot gevolg heeft; de biologische klok loopt niet meer synchroon. Phipss-Nelson et al [13] toonde aan dat 1000 lux van een full-spectrum lichtbron, op een normaal oog een biologische stimulatie bewerkstelligt. Ervan uitgaande dat ouderen ook hierbij een factor 3 meer licht nodig hebben, hebben we aangenomen dat het verouderde oog een waarde van 3000 lux nodig heeft. Resultaten niet-visuele fotoreceptie De resultaten uit de verzorgingshuizen lieten zien dat er een verband leek te bestaan tussen slaap en buiten zijn. De vraag daarbij was óf blootstellling aan daglicht ten gevolge van het verblijven in de open lucht met waardes E hor. > lux voldoende zou zijn om het slaap-waak ritme in positieve zin te beïnvloeden. In de verzorgingshuizen leek er inderdaad een positief effect zichtbaar; mensen die meer tijd buiten waren of in de raamzone doorbrachten gaven aan beter te slapen en minder te dutten overdag dan mensen die minder buiten kwamen of niet in de raamzone doorbrachten. Hierbij is van de veronderstelling uitgegaan dat mensen die meer dutten een enigszins ontregelt slaap-waak ritme vertonen. Van de mensen in verzorgingshuizen gaf 60% aan dat ze alleen nog maar bij goed weer buiten kwamen. 3 Deelnemers gaven aan het gehele jaar door niet buiten te komen. Van de mensen die het gehele jaar door buiten kwam deed 80% geen dutjes. De resultaten uit de PSQI gaven aan dat ze ook s nachts beter sliepen.

23 bouwfysica en gezondheid Bouwfysica Bij de zelfstandig wonende senioren werden overdag ten gevolge van daglicht verticale verlichtingssterktes gemeten van ~1000 lux in de raamzone. Deze zouden voldoende moeten zijn voor het niet-verouderde oog maar theoretisch onvoldoende voor senioren. Aan de hand van diverse vragen ontstaat er een score. Bij een score > 5 spreekt men van een slechte slaper. Tevens is gekeken of slechte slapers meer dutjes overdag doen. Dit wordt echter niet onderbouwd door de gegevens. Wel blijkt er een trend te zijn dat mensen die langer buiten komen, gemiddeld minder dutjes doen [Figuur 3 Boxplot dutjes per dag versus de tijd per week buit Sleep efficiency [%] Influence of high exposure duration on sleep efficiency Winter Summer Deze correlatie is echter niet significant (r=-0,24, n=50, p=0,09) Een, weliswaar niet-significante, relatie is gevonden tussen de tijd dat mensen buiten doorbrachten en de PSQI-score. Bij deze resultaten dient opgemerkt te worden dat deze op antwoorden uit vragenlijsten gebaseerd zijn en dus een mindere mate van betrouwbaarheid kennen. Vandaar dat additioneel een 6-tal personen (3 slechte en 3 goede slapers volgens PSQI) gevraagd is voor 7 opeenvolgende dagen in de winter, een actiwatch [Camebridge Neurotechnology Actiwatch, type actiwatch L-plus] te dragen. Een actiwatch wordt gedragen om de pols en registreert beweging. Daarnaast meet een lichtgevoelige cel de verlichtingssterkte met een maximum van lx. De sample tijd was elke 15 seconde. Uit het type en duur van de beweging kan middels bijbehorende software [Actiwatch Activity & Sleep Analysis 5, version 5.11] iets gezegd worden over de slaap, activiteit, dutjes, etc. Dit om objectieve gegevens aangaande het slaap-waak gedrag van senioren te krijgen. Hieruit bleek dat deze 6 personen gemiddeld 19 minuten per dag >1000 lux op de pols registreerde en slechts 1,5 minuut > 3000lux. Helaas werden er geen relaties gevonden tussen slaap-waakritme en lichtblootstelling. Gebrek aan licht kan ook een oorzaak zijn van Seasonal Affective Disorder (SAD). In dit onderzoek vonden we dat 3% van de senioren leiden aan SAD of winterdepressie. Dit wijkt echter niet af van het landelijke gemiddelde. Ook verbleven deze senioren gemiddeld niet korter buiten dan de overige senioren. Dit is opmerkelijk te noemen; de verwachting was dat dit percentage veel hoger zou zijn vanwege het verouderde oog en de beperkte tijd die senioren aan hoge lichtniveaus blootgesteld. De vraag blijft of mensen überhaupt wel aan voldoende licht worden blootgesteld om het systeem te beïnvloeden. Kan er een positieve relatie gevonden worden tussen blootstelling aan hoge lichtniveaus en slaap-waakritme? Daily exposure to >1000 lux [min] Relatie tussen blootstellingsduur aan lichtniveaus >1000 lux en slaapefficiëntie In de vervolgstudie zijn in totaal 14 senioren (9 mannen en 5 vrouwen) met een gemiddelde leeftijd van 67 jaar (SD±4,1) gevraagd om gedurende de zomersituatie 1 week en gedurende de wintersituatie 1 week een actiwatch te dragen. De helft van de deelnemers had een PSQI hoger dan 5, wat hen aanmerkte als slechte slaper. Er werd hen gevraagd een slaapdagboek bij te houden en een logboek waarin men noteerde wanneer en hoe lang men zich buiten bevond. De resultaten lieten inderdaad zien dat men in de zomer significant langer blootgesteld was aan hoge lichtniveaus dan in de winter. Ook bleken de personen die in de zomer vaak aan hoge lichtniveaus waren blootgesteld ook in de winter aan hoge lichtniveaus worden blootgesteld. De hypothese was dat, omdat men in de zomer blootgesteld werd aan hogere lichtniveaus dan in de winter, men in de zomer beter zou slapen dan in de winter. Voor deze hypothese werd geen bewijs gevonden. Wel werd er een significant verband [voor >1000lux: r=.31, p=.003, N=88] gevonden tussen de blootstellingsduur aan hoge lichtniveaus (>1000 lux) en de slaapefficiëntie. Dit gold zowel voor de zomer als voor de wintersituatie. De respondenten met een hoge lichtblootstellingsduur, hadden een betere slaap efficiëntie. Er werd overigens geen vergelijkbare correlatie gevonden tussen activiteit en slaapefficiëntie, waaruit geconcludeerd kan worden dat deze verbeterde slaapefficiëntie niet het gevolg was van een hoge activiteit op de dag. Conclusie en discussie Visueel De verlichting in de woningen van senioren in verzorgingshuizen en in mindere mate zelfstandig wonende senioren, is onvoldoende voor het uitvoeren van oogtaken. Alleen de hoeveelheid daglicht in de raamzone komen in buurt van de benodigde waardes en zijn sterk afhankelijk van het type woonruimte, de belemmering en het weer. In de overige zones is deze duidelijk onvoldoende. Ook de hoeveelheid kunstlicht in de avondsituatie is onvoldoende voor het langere tijd kunnen volhouden van oogtaken zoals lezen, puzzelen en handwerken. Een meer verontrustende situatie is de minimaal verlichte looproute, zeker gezien het feit dat de gevolgen van een val voor deze groep senioren de weg terug naar zelfstandigheid drastisch verkleint. Ook het gegeven dat zelfstandig wonende als ze s nachts het bed uit moeten geen verlichting aanschakelen(dit is niet gevraagd en gemeten in het onderzoek in de verzorgingshuizen) maakt dit tot een serieus aandachtspunt. Het geeft verder aan dat mensen zich ook hierbij niet bewust zijn van de gevaren en de mogelijkheden die licht hierin kan bieden. Regelmatigere oogtesten is bij deze doelgroep noodzakelijk.

24 SIGHT adviseurs voor milieu en landschap b.v. is een middelgroot adviesbureau dat gevestigd is in Zetten en Den Haag. Vanuit diverse disciplines worden overheden en bedrijfsleven geadviseerd over juridische, beleidsmatige en technische vraagstukken. Het gaat dan niet alleen om de kwaliteit van de oplossing, maar ook om het draagvlak dat er voor die oplossing bij de diverse partijen in het proces is. Binnen SIGHT werken vier marktgroepen aan de kwaliteit van de omgeving, te weten de marktgroepen Rentmeesterij, Ontwikkeling Groene Ruimte, Urbane Ruimte en Milieu en Industrie en Milieu. Onze werksfeer wordt gekenmerkt door plezier en gedrevenheid, werken vanuit eigen verantwoordelijkheid en een proactieve werkhouding. Ter versterking van onze marktgroepen Urbane Ruimte en Milieu en Industrie en Milieu zoeken wij voor onze vestigingen in Zetten en Den Haag adviseurs geluid (m/v) die samen met zo n 40 collega s mee willen werken aan de verdere groei van het bureau rond de totstandkoming van onze sectorale en integrale adviesproducten, waarbij het accent naast de techniek vaak ook op beleidsmatige en juridische aspecten ligt. Van een adviseur wordt verwacht dat hij/zij in teamverband kan werken. Onder begeleiding van een projectleider zal hij/zij belast worden met het uitvoeren van geluids metingen en het opstellen van akoestische rekenmodellen, voor zowel industrie- als weg- en railverkeerslawaai. Daarnaast wordt verwacht dat de adviseur geluid onder begeleiding van de projectleider mee zal werken aan de totstandkoming van de akoestische rapporten en dat hij/zij waar nodig ook op de andere vakgebieden binnen het project meedenkt om een optimaal, integraal resultaat te bereiken. Wij gaan ervan uit dat je voor deze functie: minimaal een Hbo-opleiding hebt gevolgd, bijvoorbeeld richting bouwkunde, milieukunde of werktuigbouwkunde; affiniteit hebt met specialistische geluidssoftware zoals Geonoise; ervaring hebt met AutoCad, Arcvieuw en/of ArcGis; minimaal 4 dagen per week beschikbaar bent; in het bezit bent van rijbewijs B. Gevraagde competenties: praktische inslag, brede interesse en maatschappelijke betrokkenheid; goede mondelinge en schriftelijke uitdrukkingsvaardigheid; communicatief, analytisch en samenwerkingsgericht. Van onze kant menen wij de juiste kandidaten een leuke, uitdagende en afwisselende baan te bieden. Het salaris dat wij bieden, is marktconform en passend bij ervaring en opleiding. SIGHT biedt tevens goede secundaire arbeidsvoorwaarden. Voor nadere informatie kun je bellen met een van de marktgroepleiders, de heer Chris Weevers (Ruimte) of de heer Peter de Vries (Industrie). Bij de eventuele gesprekken zal ook de vakgroepleider Geluid van SIGHT, de heer Ed Goudriaan, aanwezig zijn. Schriftelijke sollicitaties kunnen worden verstuurd naar SIGHT adviseurs voor milieu en landschap b.v., Postbus 52, 6670 AB Zetten of naar het adres info@sight.nl, onder vermelding van sollicitatie geluid. Ons bezoekadres is Wageningsestraat 43 te Zetten. In Den Haag hebben wij een vestiging aan de Neherkade 1.

25 bouwfysica en gezondheid Bouwfysica Niet-visueel De verlichtingssterktes die gemeten zijn in de woningen zijn theoretisch onvoldoende om het niet-visuele systeem te prikkelen en als Zeitgeber te dienen om het eventueel verstoorde slaap-waakritme weer volgens het 24-uurs ritme te laten lopen. Zelfs de mensen die aangeven regelmatig buiten te komen, lijken geen voordeel te ondervinden aan de hoge daglichtniveaus, wat betreft slaap-waakritme en winterdepressies. Dit roept een aantal nieuwe onderzoeksvragen op, te weten: Hoe lang en hoeveel licht is nodig om deze symptonen te bestrijden? Is dit überhaupt wel mogelijk met het daglichtaanbod in ons klimaat? Om inzicht te krijgen in de werking van licht op het nietvisuele systeem bij ouderen, is meer onderzoek op dit gebied noodzakelijk. Een grote praktijkproef waarbij de juiste verlichting voor ouderen geïmplementeerd wordt zou moeten uitwijzen of licht inderdaad een gunstige bijdrage levert aan een langere zelfstandigheid van ouderen. n bronnen [1] Aarts MPJ, Westerlaken AC. Field study of visual and biological light conditions of independently-living elderly people. Gerontechnology 2005; 4 (3): [2] Aarts MPJ, Schoutens AMC, Stapel J.C. Natural light exposure, healthy elderly people and sleep- a field study. Proceedings of the 2 nd CIE Expert Symposium on Lighting and Health. Ottawa 2006; CIE Vienna [3] Kempen GIJM, Doeglas DM, Suurmeijer TH PBM. Het meten van problemen met zelfredzaamheid op verzorgend en huishoudelijk gebied met de Groningen Activiteiten Restrictie Schaal, 1993; een handleiding, Rijks Universiteit Groningen, Groningen [4] Mersch PPA, Middendorp HM, Bouhuys AL, Beersma DGM, Hoofdakker RH van den. Seasonal affective disorder and latitude; a review of the literature. Affective Disorders 1999; 53: [5] Buysse DJ, Reynolds III CF, Nonk TH, Berman SR, Kupfer DJ. The Pittsburg Sleep Quality Index: A new instrument for Psychiatric Practice and Research, Journal of Psychiatric Research.1989;28(2): [6] Melore GG. Treating Vision Problems in the Older Adult 1997; Mosby, St. Louis [7] NEN-EN Light and lighting -Lighting of work places-part 1: indoor work places NEN, Delft [8] Consument en Veiligheid. Valongevallen (55-plussers). Website:[ [9] Brainard GC, Rollag MD, Hanifin JP. Photic regulation of melatonin in humans: ocular and neural signal transduction. Journal of Biological Rhythms 1997;12: [10] Thapan K, Arendt J. Skene DJ. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans, Journal of Physiology 2001;535.1: [11] Hattar S. Lucas R.J. Mrosovsky N. Thompson S. Douglas R.H. Hankins M.W. Lem J. Biel M. Hofmann F. Foster R.G. Yau K.W. Melanopsin and rod-cone photoreceptive systems account for all major accessory visual functions in mice, Nature 2003; 424 (6944) [12] Someren EJW van. Circadian and sleep disturbances in the elderly, Experimental Gerontology 2000;35: [13] Phipps-Nelson J, Redman JR, Dijk D-J, Rajaratnam SMW. Daytime exposure to bright light, as compared to dim light, decreases sleepiness and improves psychomotor vigilance performance. Sleep 2003;26(6):1-6

26 Bouwfysica energieconcepten Voorbij energie efficiënte technieken: blik in een mogelijke toekomst Dr. L.C.M. Itard Technische Universiteit Delft Maar liefst 18% van het totale energiegebruik in Nederland is nodig voor het verwarmen en koelen van gebouwen. Het energiebeleid in Nederland is gericht op voorzieningszekerheid en het behalen van de Kyoto doelstellingen. Daarvoor is een uitgebreid scala aan instrumenten ontwikkeld, van de European Energy Performance Directive tot aan energietransitie. Een belangrijke doelstelling van het energietransitie programma is om in 2050 in een energieneutrale gebouwde omgeving te leven door een drastische vermindering van het energiegebruik voor verwarming, koeling en apparatuur waarbij de resterende energievraag ingevuld wordt met duurzame energie. Een efficiënte manier om deze doelstellingen te realiseren is het gebruik van de driestappen strategie, ook wel Trias Energetica genoemd. Deze strategie impliceert dat eerst de energievraag wordt gereduceerd tot een minimum door passieve maatregelen. Vervolgens wordt deze energievraag ingevuld met duurzame energie en als dat niet volledig kan, wordt in stap 3 voor de resterende vraag niet-duurzame energie gebruikt met behulp van zo efficiënt mogelijk technieken. In de huidige praktijk blijkt echter dat deze laatste stap, gecombineerd met enige reductie van de energievraag, vaak ook de enige stap is naar energiebesparing. Stap 2, duurzame energie, wordt meestal overgeslagen. Toch zal het moeilijk zijn om een duurzame gebouwde omgeving te bereiken als wij niet de voorwaarden scheppen die nodig zijn om deze stap te kunnen maken. De lezingen gehouden in sessie energieconcepten gaven een goed beeld van de huidige situatie (Toolkit Duurzaam Bouwen van A. Kalkman), van mogelijkheden de energievraag extreem te reduceren (Passiefhuizen in Nederland van C. Boonstra) en van duurzame energietechnieken (W. Gilijamse). n Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving Dr. W. (Wim) Gilijamse Lector Duurzame Energievoorziening, Saxion Hogescholen De opgave Duurzame energie is sterk in opkomst. De doelstellingen van de Nederlandse overheid zijn onlangs aangescherpt: in 2020 moet 20% van onze energie opgewekt worden uit duurzame energiebronnen zoals zon, wind of bioenergie. Duurzame energie die gewonnen wordt in en rond onze gebouwen kan fors bijdragen aan deze doelstelling. Al in 1990 werd in Zandvoort een energieneutrale woning gebouwd Zonnewarmte en -stroom Met zonnecollectoren kan warmte worden opgewekt uit zonlicht. Het meest gebruikelijke type is de vlakke plaatcollector met een gemiddeld rendement van rond de 50%, werkend in de temperatuurrange tot 100 o C. Hogere temperaturen kunnen behaald worden met parabolische collectoren of vacuümcollectoren. De meest bekende toepassing in gebouwen is de zonneboiler: een collectoroppervlak van 2-3 m 2 in combinatie met een warmte-opslagvat, waarmee ongeveer de helft van de energiebehoefte voor warm tapwater in een woning kan worden gedekt. In zonnecellen wordt met behulp van het fotovoltaïsch effect (naar de engelse benaming afgekort tot PV) elektriciteit opgewekt uit zonlicht. De meest toegepaste types zonnecellen op basis van multikristallijn silicium hebben een rendement van 13-14%, zodat per m 2 module-oppervlak ongeveer 100 kwh/jaar kan worden geproduceerd. Door producenten en architecten is veel aandacht besteed aan een goede gebouwinpassing van PV, bijvoorbeeld door integratie in dak- en gevelelementen of toepassing als lichtdoorlatend element. Omgevingswarmte en -koude Een warmtepomp met omgevingswarmte als warmtebron kan warmte leveren voor ruimteverwarming of warm tapwater. Het meest toegepast zijn elektrisch aangedreven warmtepompen die de bodem als warmtebron gebruiken. Vanaf enkele meters diepte ligt de temperatuur van de bodem rond de 10 o C. We onderscheiden open systemen waarbij een aquifer (ondergrondse watervoerende zandlaag) als bron wordt gebruikt, en gesloten systemen waarbij een leidinglus in de bodem wordt ingebracht. De COP (Coefficient of Performance) van dit soort systemen ligt rond de 4, hetgeen inhoudt dat met 1 kwh elektriciteit 4 kwh warmte wordt geproduceerd. Hetzelfde systeem kan in de zomer koude onttrekken aan de bodem. De energie-input daarvoor is minimaal omdat een circulatiepomp voldoet. Door de koude-onttrekking loopt de bodemtemperatuur zomers op hetgeen het rendement van de warmtepomp in de winter verbetert. De marktsituatie Van de bovengenoemde opties is de benutting van bodemwarmte en -koude op dit moment het meest rendabel. Voor nieuwe utiliteitsbouw is deze optie in de meeste gevallen

27 energieconcepten Bouwfysica goedkoper dan een traditionele oplossing met CV-ketel en compressiekoeling. Benutting van zonnewarmte begint naast toepassingen zoals zwembadverwarming ook langzamerhand een marktpositie te veroveren in woningen. Regelgeving zoals de energieprestatienorm in de nieuwbouw en het energielabel voor bestaande woningen kunnen deze marktpositie nog verbeteren. PV is de duurste optie, maar de prijs hiervan daalt snel onder invloed van ambitieuze marktstimuleringsprogramma s in andere landen zoals Duitsland en Spanje. Energieneutrale gebouwen Door de genoemde duurzame energie maatregelen te combineren met maatregelen ter beperking van het energiegebruik zoals isolatie, efficiënte ventilatie en efficiënte verlichting kan het gehele energiegebruik van een gebouw met duurzame energiebronnen worden gedekt. We spreken dan van een energieneutraal gebouw. In het algemeen is daarbij nog wel een elektriciteitsaansluiting aanwezig, zodat het overschot aan zonnestroom in de zomer aan het net kan worden geleverd, en tekorten in de winter weer uit het net kunnen worden aangevuld. Om geheel zelfvoorzienend, zonder aansluiting op het elektriciteitsnet, te kunnen functioneren zijn vrij omvangrijke energietoeslag systemen nodig. We spreken dan van energie-autarkie. Om energieneutrale of energie-autarke gebouwen te realiseren kunnen naast de reeds genoemde duurzame energie bronnen ook nog bio-energie uit afvalstromen vanuit het gebouw of kleine windturbines worden toegepast. n Toolkit Duurzame woningbouw ir. A.J. (Arie) Kalkman Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV, Rotterdam Inleiding Onze moderne maatschappij staat voor een belangrijke opgave: het realiseren van een verregaande verduurzaming van onze leefomgeving. Eén van de meest belangrijke sectoren hierbij is de energievoorziening. Belangrijke argumenten voor verduurzaming van de energievoorziening zijn: reductie van de uitstoot van broeikasgassen als CO 2 verantwoord omgaan met schaarser wordende fossiele energiebronnen beheersing van de energiekosten bij stijgende tarieven voor energie Om tot een verregaande verduurzaming van onze energievoorziening te komen werken marktpartijen, maatschappelijke organisaties en de overheid samen aan de Energietransitie, met als doel om in 2050 over een volledig duurzame energievoorziening te beschikken. De Gebouwde Omgeving is één van de zes thema s waarop de Energietransitie zich richt. Eén van de initiatieven om de verduurzaming van de gebouwde omgeving te stimuleren en ondersteunen is de Toolkit Duurzame woningbouw. Toolkit Duurzame Woningbouw De Toolkit Duurzame Woningbouw is een instrument dat is ontwikkeld door en voor project ontwikkelaars met als doel om in een vroegtijdig stadium van de planontwikkeling van nieuwbouwprojecten duurzaamheidsambities bespreekbaar te maken. Vaak wordt voor een nieuwbouwlocatie door lokale overheden gewerkt met nog abstract geformuleerde duurzaamheids ambities, in termen van een te behalen score op een energieindicator. Energieindicatoren die hierbij vaak worden 1 Toolkit Duurzame woningbouw (www. toolkitonline.nl) toegepast zijn bijvoorbeeld EPC, EPL, CO 2 emissie, GPR etc. Om de met deze score beoogde duurzaamheid ook daadwerkelijk te behalen is het van belang dat de projectontwikkelaar vroegtijdig inzicht krijgt in het hiervoor benodigde maatregelenpakket. Dat maatregelenpakket dient te bestaan uit een samenhangend en evenwichtig pakket aan installatie- en bouwkundige maatregelen. Zo n samenhangend maatregelenpakket noemen we een energieconcept. De Toolkit beschrijft een groot aantal energieconcepten, en de daarmee gerealiseerde duurzaamheid in termen van o.a. EPC, CO 2 emissiereductie en GPR score. Andere relevante beslissingsparameters zoals investeringsniveau, jaarlijkse energielasten, comfort en gezondheid zijn eveneens opgenomen. Daarnaast is het natuurlijk van belang dat een eenmaal gekozen concept ook zodanig wordt uitgevoerd dat de beoogde duurzaamheidsprestatie ook in de praktijk wordt gerealiseerd. Ook hiervoor geeft de Toolkit aanwijzingen, zoals bijvoorbeeld verwijzingen naar relevante publicaties met kwaliteitseisen en themabladen met informatie over specifieke technieken. Lange termijn doelstellingen De huidige Toolkit is een momentopname van de op dit moment ontwikkelde kennis op het gebied van energieconcepten. Uiteraard staan de ontwikkelingen niet stil, zowel ten aanzien van kennisopbouw en praktijkervaringen als ten aanzien van de ontwikkeling van nieuwe technieken. De Toolkit zal dan ook voortdurend actueel worden gehouden door bijvoorbeeld het opnemen van nieuwe concepten op basis van verbeterde technieken. De Toolkit fungeert op deze manier als rol marktplaats voor duurzame energie technieken, maar bijvoorbeeld ook als kenniscentrum. De doelgroep waarop de Toolkit zich richt is dan ook breder dan alleen de projectontwikkelaar: ook architecten, aannemers, installateurs en studenten kunnen hun voordeel doen met de verzamelde kennis. Op dit moment is alleen een Toolkit beschikbaar voor de woningnieuwbouw. In de bestaande bouw is echter een veel grote besparingspotentieel aanwezig, en ook in de utiliteitsbouw liggen nog grote kansen. Op dit moment wordt daarom tevens nagedacht over Toolkits voor deze sectoren, welke op korte termijn beschikbaar zullen komen. n Overige lezing sessie Energieconcepten : Passiefhuizen in nederland ir. C. Boonstra DHV bv

28 Bouwfysica fire safety engineering Regelgeving of brandfysica? ir. R.A.P. van Herpen Adviesburo Nieman BV Zwolle De regelgeving op het gebied van brandveiligheid wordt in het algemeen als star en ingewikkeld ervaren. Misschien komt dat omdat deze regelgeving technisch van karakter is. Dat leidt tot een imagoprobleem. In de algemeen heersende opinie zitten techneuten op een eigen eilandje en begrijpen de rest van de wereld niet. Zo wordt in de advertentie van de TU Delft voor de Master of Public Safety zelfs gesteld dat deze opleiding een uitmuntende balans geeft op het snijvlak van bestuurlijk politieke flexibiliteit en technisch operationele onbuigzaamheid. Dat is een volledig onterechte stelling. Enerzijds heeft techniek niet alleen op operationeel vlak betekenis, anderzijds kan onbuigzaamheid en starheid juist door techniek worden voorkomen. Fire (Safety) Engineering vormt hierbij een belangrijk hulpmiddel. Fire Safety Engineering beschouwt brandveiligheid vanuit een meer fysische achtergrond, waarbij het veiligheidsniveau volgens de regelgeving gewaarborgd dient te worden. Dit houdt in dat in afwijking van de voorgeschreven eenvoudige bepalingsmethoden met bijbehorende grenswaarden, gebruik wordt gemaakt van brandfysische modellen. Deze modellen vormen de bouwstenen voor een brandbeveiligingsconcept. Dit brandbeveiligingsconcept is een visie waarin de brandveiligheid optimaal op het gebouw, de installaties, de inrichting en het gebruik wordt afgestemd. Het betreft dus een geïntegreerde, gebouwgebonden maatwerkoplossing. Hierin moeten de verschillende modellen kunnen worden ondergebracht en onderling worden afgestemd. Fire Safety Engineering maakt dus juist technische flexibiliteit mogelijk zonder concessies te doen aan het veiligheidsniveau. De sprekers in de parallelsessie Fire Engineering maken dat ook duidelijk. Bruno van Burik over sprinklerinstallaties als gelijkwaardige oplossing voor bouwkundige compartimentering. Jur van Oerle over de toepassing van Computational Fluid Dynamics (CFD) voor de bepaling van de verspreiding van rook en warmte. Ralph Hamerlinck over de toepassing van een fysisch zonemodel voor de bepaling van materiaaltemperaturen en bezwijkrisico s in geval van brand. n Brandveiligheid en de toepassing van sprinklerbeveiliging Ir. B. (Bruno) van Burik Unica Automatic Sprinkler Toepassing en gelijkwaardigheid De toepassing van sprinklerbeveiliging biedt vele mogelijkheden, maar is juist door zijn vele toepassingsvormen altijd maatwerk. In de huidige (bouw)regelgeving is sprinklerbeveiliging alleen opgenomen in het Vuurwerkbesluit als beveiliging voor vuurwerkopslag. In alle andere gevallen is er sprake van inzet als gelijkwaardige oplossing voor een Bouwbesluiteis. Dit biedt mogelijkheden, maar vraagt ook expertise in het aantonen van de gelijkwaardigheid ten genoegen van B & W. Op de volgende gebieden kan een gecertificeerde sprinklerbeveiliging als gelijkwaardige oplossing ingezet worden: Brandcompartimentering. Dit geeft bijvoorbeeld esthetische vrijheid aan architect en gebruiker om transparante en open gebouwen te ontwerpen met toepassing van atria. Ontvluchting. In een aantal gevallen kunnen de loopafstanden worden verlengd. Hoofddraagconstructie. Hierdoor kan slank in staal gebouwd worden, zonder brandwerende omkleding van de constructie. Overslag. Het opwaarderen van gevels of doorvoeringen vanwege dicht op elkaar staande panden. Brandklasse materialen. Als alternatief voor toepassing van materialen die onvoldoende onbrandbaar zijn. De moeilijkheid zit vaak in het aantonen van de gelijkwaardigheid. Moderne computersimulaties zoals CFD maken het aantonen enerzijds eenvoudiger, doch vragen veel meer kennis van de beoordelaar dan voor het alleen toetsen op harde regels nodig is. Hier zit een duidelijke klem tussen benodigde en beschikbare kennis. Voor de eisen voor brandcompartimentering en ontvluchting is een goede tussenweg gevonden in de recent door VROM uitgegeven Handreiking grote brandcompartimenten. Hierin zijn de grenzen van diverse maatregelenpakketten qua gelijkwaardigheid gevat in een aantal tabellen. Deze gelijkwaardigheden zijn hiermee onomstreden en overal in den lande op dezelfde wijze inzetbaar.

29 fire safety engineering Bouwfysica Fabels en feiten over sprinklers Ter afsluiting enige fabels en feiten over de toepassing van sprinklers. Sprinklers worden te weinig toegepast Uit recent onderzoek blijkt dat 63% van Brandweer/verzekeraars het hiermee eens is. Slechts 29% van de architecten/adviseurs heeft dezelfde mening hierover. Sprinklers zijn duur Per m2 zijn sprinklers niet duurder dan vloerbedekking. Volgens het eerder aangehaalde NFPA onderzoek wordt door sprinklerbeveiliging de gemiddelde kans op overlijden door een brand teruggebracht tot de helft tot driekwart en wordt de gemiddelde materiele schade teruggebracht met de helft tot tweederde, vergeleken met branden waarbij geen sprinklerbeveiliging aanwezig was. Duur is dus een relatief begrip. Op andere gebieden en bij overschrijding van deze grenzen blijft echter gedegen kennis van Fire Safety Engineering noodzakelijk. Hier is een duidelijke opleidingsbehoefte waar te nemen. De noodzaak en het belang van certificering Volgens Amerikaans onderzoek (US Experience with sprinklers., NFPA, augustus 2005) was bij brand in slechts 7% van de gevallen de sprinklerbeveiliging niet effectief. In vrijwel alle gevallen is hierbij sprake van menselijke fouten (Buiten bedrijf gestelde installatie, onvoldoende onderhoud, ander gebruik dan voorzien in het ontwerp). Certificering van de beveiliging is van groot belang voor de waarborging van de kwaliteit hiervan. Niet alleen tijdens de realisatie van de installatie, maar vooral bij de in stand houding gedurende de gebruiksperiode. Elk half jaar wordt op deze wijze geverifieerd of de brandbeveiliging nog in voldoende staat verkeerd. In die zin is de kwaliteit van een gecertificeerde sprinklerbeveiliging hoger dan een willekeurige bouwkundige oplossing. In de praktijk wordt de kwaliteit van bijvoorbeeld een bouwkundige brandwerende scheiding zelden periodiek geïnspecteerd. Terwijl iedereen weet dat dit na verloop van tijd een gatenkaas is geworden. Verzekeraars houden hun loss-scenario zelfs standaard rekening met het vervallen van de brandwerendheid van een scheiding na verloop van tijd. Concluderend Sprinklers koppelen architectonische vrijheid aan verhoogde brandveiligheid. De uitdaging hierbij is het aantonen van de gelijkwaardigheid volgens het bouwbesluit. Zowel bij indiener als toetser is hier voldoende kennis van Fire Safety Engineering voor nodig. n Een sprinkler geeft veel kans op waterschade In 80% van de gevallen wordt een brand geblust door maximaal vier sprinklers. Door de langere opkomsttijd en de minder gerichte bestrijding zal de Brandweer bij niet gesprinklerde objecten zo n 100 keer meer water nodig hebben. De statische kans dat een sprinkler ten onrechte afgaat is minder dan 1 op Sprinklers zijn lelijk Sprinklers zijn verkrijgbaar in alle soorten, maten en kleuren. Zelfs de toepassing van vrijwel onzichtbare verborgen sprinklers is mogelijk. Bij deze systemen worden leidingen en sprinklers weggewerkt in betonvloeren. Overige lezingen sessie Fire safety engineering : cfd-berekeningen brandoverslag en opwarming van de constructie ir. N.J. van Oerle Peutz bv, Mook Fire Engineering voor constructies dr.ir. R. Hamerlinck Bouwen met Staal

30 Bouwfysica Warmte, lucht en vocht Experimenteel onderzoek is onmisbaar prof.dr.ir. M.H. de Wit Technische Universiteit Eindhoven De eisen gesteld aan comfort, energiegebruik, luchtkwaliteit en duurzaamheid worden steeds hoger. Bouwfysisch onderzoek is nodig om aan de steeds hogere eisen gesteld aan comfort, energiegebruik, luchtkwaliteit en duurzaamheid te kunnen voldoen. De financiering van dit onderzoek bij de universiteit is een hoge mate afhankelijk van de wetenschappelijkheid van de resultaten. De wetenschappelijkheid wordt bepaald aan de hand van het aantal publicaties in internationale wetenschappelijke tijdschriften. Tijdschriften die voor het bedrijfsleven meestal te theoretisch of fundamenteel zijn m.a.w. niet relevant op een korte termijn. Deze hoge eisen m.b.t. de wetenschappelijkheid staan op gespannen voet met het praktische karakter van de bouwfysica als typische ingenieurswetenschap. Voor het meer direct toepasbare onderzoek is de financiële bijdrage van o.a. het bedrijfsleven onmisbaar. De gebouwde omgeving is geometrisch enorm complex, heeft vele moeilijke poreuze inhomogene anisotrope materialen en heeft randvoorwaarden met grote onzekerheden (bijv. het buitenklimaat en grootheden die van het gebruik afhangen). Door die complexiteit zijn computermodellen niet weg te denken. In deze modellen zit veel kennis verstopt dat verkregen is met experimenteel onderzoek. Verschillende onderdelen van een dergelijk model kunnen erg verschillende nauwkeurigheden hebben. Modellen zijn vereenvoudigingen van de werkelijkheid en de betrouwbaarheid kan alleen experimenteel worden vastgesteld. Juist dit essentiële experimentele onderzoek staat onder druk: het is erg duur vergeleken met onderzoek dat geheel met de computer wordt gedaan en het aantal publicaties dat uit experimenteel onderzoek volgt is geringer. De voordrachten in deze sessie vormen een duidelijke illustratie van het belang van meten voor de ontwikkeling en validatie van computermodellen. n Modelvorming en simulaties dr.ir.ing. A.W.M. (Jos) van Schijndel Technische Universiteit Eindhoven Simulatieprogramma s om te rekenen aan het binnenklimaat of het energieverbruik van gebouwen zijn er legio. Maar de meeste programmatuur bekijkt slechts een deelaspect van het gebouw of van de verschijnselen. HAMLab (Heat, Air and Moisture simulation Laboratory [1]) is een geïntegreerd totaalpakket, waarmee het mogelijk is om zowel naar het grote geheel te kijken, als naar de details. Van de windpatronen rond een kerk, tot de vochtigheid van het hout van het kerkorgel. Problemen in monumenten vormen de drijvende kracht achter het ontwikkelen van het bovengenoemde pakket. Aan het binnenklimaat van monumenten worden namelijk een hele hoop eisen gesteld, en die zijn soms moeilijk met elkaar te verenigen. Wat qua luchtvochtigheid en temperatuur goed is voor het gebouw, is misschien wel helemaal niet goed voor de kunstcollectie. Of voor het menselijk comfort. Daarom is lokale regeling van het binnenklimaat nodig, die niet alleen gemiddeld genomen - voor de hele ruimte - goed is, maar die ook op specifieke plekken voldoet Temperatuurverdeling van 3 analoge constructies zonder luchtstroming (top), infiltratie (linksonder) en exfiltratie (rechtsonder). Vochtverdeling van 3 analoge constructies zonder luchtstroming (top), infiltratie (linksonder) en exfiltratie (rechtsonder). 1 2

31 warmte, lucht en vocht Bouwfysica aan specifieke eisen. Dus is ook lokale simulatie een noodzaak, om een zo efficiënt mogelijke luchtbehandeling te kunnen ontwerpen. Die efficiency is omwille van energiezuinigheid en lage investeringskosten al van belang, maar in monumenten is er nog een extra reden om de installaties zo klein mogelijk te houden: we willen deze oude gebouwen zo intact mogelijk laten, dus zo min mogelijk gaten maken voor kanalen en pijpen. Een van de bijzonderheden van HAMLab is dat het pakket kan kijken naar verschillende schalen, zowel qua tijd als qua ruimte. Als je kijkt naar windstroming rond een gebouw, dan praat je over dimensies van maximaal een kilometer. Vochttransport in constructies daarentegen, dat is typisch millimeterwerk. Wat tijd betreft is de maximale tijdsschaal een jaar - bijvoorbeeld voor de vraag hoeveel koeling je nodig hebt in de zomer en hoeveel verwarming in de winter. Aan de andere kant van het tijdsspectrum kan HAMLab simulaties draaien die kijken naar het schakelgedrag van verwarmingsinstallaties. En dan heb je het weer over secondes. Vooral deze integratie van verschillende tijdsschalen is lastig. Vroeger rekenden alle modellen met stappen van een uur, maar dit rekenen in stappen, ook wel discreet genoemd, past niet goed bij snelle processen, zoals bijvoorbeeld het schakelgedrag van installaties. De snelle processen worden daarom continu berekend. Een recent onderzoekproject is opgestart over de vraag of luchtstromingen door de constructie van een gebouw van belang zijn voor vochtberekeningen. In figuur 1 is het temperatuurverloop weergeven van 3 analoge constructies met variabele luchtstroming. We zien (zoals verwacht) dat luchtstroming nauwelijks effect heeft op de temperatuurverdeling. Echter, als we hetzelfde doen voor het vochtverloop (relatieve vochtigheid) krijgen we een totaal ander resultaat: Hoewel de luchtsnelheden erg laag zijn en we tot nu toe er altijd vanuit zijn gegaan dat het effect ervan verwaarloosbaar is, is het nog maar de vraag of dit voor het aspect vocht ook zo is. Bron [1] A.W.M. van Schijndel, 2007, Integrated Heat Air and Moisture Modeling and Simulation, Proefschrift Technische Universiteit Eindhoven, ISBN , available at pdf CFD voor Bouwfysica en Wind Engineering Bert Blocken. Building Physics and Systems, Technische Universiteit Eindhoven Een correcte toepassing van Computational Fluid Dynamics (CFD) kan leiden tot betere inzichten in de complexe windstroming rond gebouwen en de daaraan verbonden atmosferische processen. Voorbeelden zijn windhinder voor voetgangers, slagregenbelasting op gebouwgevels en dispersie van schadelijke uitlaatgassen. CFD wordt hier aangewend om een aantal misverstanden op het grensvlak tussen Bouwfysica en Wind Engineering aan te duiden. Een gebruikelijke term om verhoogde windsnelheden in doorgangen tussen gebouwen te verklaren is het Venturi-effect. Strikt genomen is deze term echter enkel van toepassing voor stromingen tussen vaste begrenzingen, zoals in leidingen en kanalen ( confined flows ). De vraag is deze term gebruikt kan worden voor stromingen in doorgangen tussen gebouwen, omdat de wind in plaats van tussen de gebouwen ook rond en over de gebouwen kan stromen ( non-confined or open flows ). CFD-simulaties, gevalideerd met windtunnelmetingen [3, 4] tonen aan dat het Venturi-effect in dergelijke doorgangen erg klein is. Het effect dat voornamelijk de stroming tussen en rond gebouwen bepaalt is het wind-blocking effect. Deze term verwijst naar de stroomopwaartse invloed van gebouwen, waarbij de windstroming in belangrijke mate wordt afgeremd en afgebogen vooraleer ze de gebouwen effectief bereikt. Slagregen is regen die onder invloed van de wind schuin naar beneden valt [7, 6]. Het is een belangrijke randvoorwaarde voor de hygrothermische analyse van gebouwgevels. Omdat de windsnelheid in de atmosferische grenslaag toeneemt met de hoogte, en omdat de slagregenintensiteit toeneemt met de windsnelheid, wordt algemeen aangenomen dat hoge gebouwen een grotere slagregenbelasting ondervinden. CFD-simulaties tonen echter aan dat dit niet noodzakelijk het geval is. Hogere gebouwen leiden meestal tot een grotere stroomopwaartse zone waar ze het windveld afremmen (wind-blocking effect). Hierdoor neemt in deze zone de drijvende kracht voor slagregen af en dus ook de slagregenbelasting. Op deze manier kan gesteld worden dat hoge en brede gebouwen zichzelf in zekere mate beschermen tegen slagregenbelasting [2]. Figuur 1 toont de verdeling van de catch ratio op een hoogbouwgevel bepaald met CFD. De catch ratio is de verhouding tussen de hoeveelheid slagregen die op de gevel valt en de hoeveelheid neerslag in het vrije veld. U 10 is de referentiewindsnelheid op 10 m hoogte en R h is de vrije-veld neerslagintensiteit. Door het wind-blocking effect ontvangt een groot deel van de gevel slechts een zeer kleine hoeveelheid slagregen. Informatie over het transport en de dispersie van polluenten uit schoorstenen en afvoeropeningen is belangrijk voor het ontwerp en de selectie van ventilatieopeningen van gebouwen. Algemeen wordt aangenomen dat polluenten stroomafwaarts (met de wind mee) worden getransporteerd, maar CFD-simulaties tonen aan dat dit niet altijd het geval is. Als bijvoorbeeld het momentum van de uitstoot uit een dakopening te laag is, kan deze uitstoot gevangen worden in de recirculatiezone ( separation bubble ) op het dak, en alzo langsheen het dakoppervlak tegen de algemene windrichting in worden getransporteerd [5]. Deze drie studies tonen aan dat CFD-simulaties, op voorwaarde dat ze grondig geverifi- Overige lezing sessie Warmte, lucht en vocht : resultaten binnenklimaatmetingen allergeenarme woningen barendrecht ir. R.J. van Schie Gemeente Den Haag ir. J.S. Bosch Gemeente Rotterdam

32

33 warmte, lucht en vocht Bouwfysica Links: Hoogbouw met de brede gevelzijde blootgesteld aan de aanstromende wind Rechts: Verdeling van de catch ratio over de gevel 1 eerd en gevalideerd zijn, een krachtig hulpmiddel kunnen zijn voor beter inzicht in de complexe stromingsfenomenen in de gebouwde omgeving. n medeauteurs Ted Stathopoulos b, Jan Carmeliet a,c (a) Building Physics and Systems, Technische Universiteit Eindhoven (b) Department of Building, Civil and Environmental Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada (c) Laboratorium Bouwfysica, Departement Burgerlijke Bouwkunde, Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, België Bronnen [1] Blocken B, Carmeliet J A review of wind-driven rain research in building science. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 92(13): [2] Blocken B, Carmeliet J The influence of the wind-blocking effect by a building on its wind-driven rain exposure. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 94(2): [3] Blocken B, Carmeliet J, Stathopoulos T. 2007a. CFD evaluation of the wind speed conditions in passages between buildings effect of wall-function roughness modifications on the atmospheric boundary layer flow. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn.. In press (doi: /j.jweia ) [4] Blocken B, Stathopoulos T, Carmeliet J. 2007b. Wind environmental conditions in passages between two long narrow perpendicular buildings. Journal of Aerospace Engineering - ASCE. Submitted. [5] Blocken B, Stathopoulos T, Saathoff P, Wang X. 2007c. Numerical evaluation of pollutant dispersion in the built environment: comparisons between models and experiments. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn.. Accepted for publication. [6] van Mook FJR Driving rain on building envelopes. Ph.D. thesis. Building Physics Group, Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven University Press, Eindhoven. [7] Wisse JA Driving rain, a numerical study. Proc. 9th Symp. Building Physics and Building Climatology, Dresden. Adverteren in Bouwfysica? Neem contact op met de redactie voor de scherpe tarieven.