Intelligente thermische inertie in houtconstructies

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Intelligente thermische inertie in houtconstructies"

Elisabeth Simons
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Session B1 Innovative technologies construction solutions Intelligente thermische inertie in houtconstructies Arch. Piet Kerckhof voor Ligno Architecten

2 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen?

3 1. Risico op oververhitting Max. 5% temperatuursoverschrijdingsfrequentie boven 25 C Houtskeletbouw = geïsoleerde structuur o Groter isolatiepakket mogelijk o Eenvoudige bouwknopen o Prefabricatie mogelijk o Betere controle op luchtdichtheid In lichte constructies is er nagenoeg geen thermische massa

geïsoleerde structuur o Groter isolatiepakket mogelijk o Eenvoudige

4 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen?

5 2. Thermische energie-opslag : 2.1. Inleiding Sinds industriële revolutie : stijgende comforteisen grotere energie-vraag. De energie-vraag = warmte of koelte. - voedsel / drank bewaren in koelkast (diepvriezer), - Sanitair warm water (spectaculaire stijging), - verwarming / koeling van gebouwen, - verwarming / koeling bij industriële processen, - De opwekking van energie-vraag gebeurt met : - elektriciteit - fossiele brandstof - alternatieve energie

6 2. Thermische energie-opslag : 2.1. Inleiding Systemen voor thermische energie-opslag: Voorbeelden: - warm water boiler, - betonnen draagstructuur bij grote gebouwen, - metselwerk bij woningbouw, - aquifers- geothermie, - Het draagt hoofdzakelijk bij tot een verbetering m.b.t.energie- en kostenefficiëntie. + overbruggen van tijd tussen aanbod en vraag, + koppelen van lager vermogen bij aanbod aan hoger vermogen bij vraag, + combinatie van hernieuwbare en fossiele energiebronnen bij aanbod, +

gebouwen, - metselwerk bij woningbouw, - aquifers- geothermie, - Het draagt hoofdzakelijk bij tot een verbetering m.b.t.energie- en kostenefficiëntie.

7 2. Thermische energie-opslag : 2.2. Thermodynamica van een materiaal 1. opwarmen ijs (VAST) 2. smelten ijs (VAST VLOEIBAAR) 3. opwarmen water(vloeibaar) 4. verdampen water (VLOEIBAAR GAS) 5. opwarmen stoom (GAS) Voelbare warmte: toegevoegde energie creëert temperatuursstijging. 860 kj (-100 C tot 200 C) Latente warmte : toegevoegde energie creëert fazeverandering kj ( bij 0 C en 100 C)

opwarmen stoom (GAS) Voelbare warmte: toegevoegde energie creëert temperatuursstijging.

8 2. Thermische energie-opslag : 2.2. Thermodynamica van een materiaal VOELBARE WARMTE: warmte-opslag(vaste toestand - ijs) warmte-opslag(vloeibaar water) warmte-opslag(gas stoom) 2,20 kj / K 4,20 kj / K 2,00 kj / K LATENTE WARMTE(vast vloeibaar): ijs -water + beperkte volumeverandering en klein drukverschil + geen temperatuursverandering + hoge warmte-opslag 330 kj bij 0 C LATENTE WARMTE(vloeibaar gas): water -stoom + grote volumeverandering en/of groot drukverschil + geen temperatuursverandering + zeer hoge warmte-opslag kj bij 100 C technisch moeilijk toepasbaar

beperkte volumeverandering en klein drukverschil + geen temperatuursverandering + hoge warmte-opslag 330 kj bij 0 C LATENTE WARMTE(vloeibaar

9 2. Thermische energie-opslag : 2.3. Applicaties latente energie-opslag(vast vloeibaar) Temperatuur-stabilisator: = beheersing van ruimte-temperartuur, smelttemperatuur in functie van comforttemperatuur. Warmte / koelte buffering: = opslag van warmte / koelte met een hoge opslagdensiteit, binnen een klein temperatuursbereik.

beheersing van ruimte-temperartuur, smelttemperatuur in functie van

10 2. Thermische energie-opslag : 2.4. Commerciële applicaties met PCM s (kwaliteitslabel : A. PCM composietmaterialen - Rubitherm Technologies GmbH Powder PX silicapoeder + 60% PCM (dekens, medische sector) Granulaat GR poreuze klei-mineraal + 35% PCM (vb. vloerverwarming) Vezelplaat FB vezelplaat + 65% PCM (warmhouders voor voedsel B. PCM ingekapseld - DupontTM Energainpanel - Micronal - copolymeer + 60% paraffine (koelplafonds)

sector) Granulaat GR poreuze klei-mineraal + 35% PCM (vb.

11 2. Thermische energie-opslag : 2.4. PCM s: toepasbare voorbeelden A. BioPCMat : temperatuur-stabilisator Noppenplastiek, gevuld met PCM obvnatuurlijk vet, = temp.stabilisatorin ruimtes met hoog risico op oververhitting. Opslagdensiteit : 1 MJ/m² temperatuur tussen C

12 2. Thermische energie-opslag : 2.4. PCM s: toepasbare voorbeelden B. PowerTank GmbH : thermische batterij Een fles gevuld met paraffine + grafiet (smeltpunt 60 C, vermogen 10 kw aan output) Om een voldoende debiet te halen is een minimale opstelling van 6 flessen vereist. = perfect te combineren met thermische zonnecollectoren, WKK s,

(smeltpunt 60 C, vermogen 10 kw aan output) Om een voldoende debiet te halen is een

13 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen?

14 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.1. Inleiding Huidige toestand: A. Publieke + industrie- gebouwen Meerdere decennia evolutie naar metaal-of betonskelet met gevel sandwichpanelen (glas architectuur) B. Residentieel - Traditioneel : spouwmuur met gevelsteen in metselwerk, betonnen gewelven en vloeren, houten dakconstructie, - Lichte constructie : houtskeletbouw, houtmassiefbouw, staal skeletbouw, paal- en balkenstructuur,

15 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.2. Indeling constructietypes volgens EPB Massief 100 kg/m²tot aan - Luchtspouw - thermische laag(<0,20w/mk) A. Zwaar Heel weinig (zoniet geen) gebouwen hebben een zware constructie B. Matig tot halfzwaar Traditionele woning C. Licht Alle lichte constructies

16 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 3.3. Lichte constructies Voordelen + Sterke reductie van materiaalgebruik + Lager totaal gewicht ( m.b.t. stabiliteit) + Betere en efficiëntere isolatie-mogelijkheden(eenvoudige isolatietechnieken) + Snelle en droge bouwmethode + Dunnere constructie dikte + Gemakkelijker luchtdicht te maken + Eenvoudigere bouwknopen + Nadelen Zeer lage inertie Slecht zomercomfort door verhoogd risico op oververhitting Toenemend belang van technieken

bouwmethode + Dunnere constructie dikte + Gemakkelijker luchtdicht te maken + Eenvoudigere bouwknopen + Nadelen

17 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen?

18 4. Case-studie 4.1. Omschrijving behandeld project Vrijstaande woning met eenvoudige geometrie (6,50m x 9,00m x 6,00m) - Compactheid 1,16 m - Bruto-vloeroppervlak 117,00 m² - Beschermd volume 351,00 m³ - Totaal verliesopp. 297,58 m² 0,31 W/m²K Vloer : 58,50 m² 0,22 W/m²K Buitenmuur : 155,41m² 0,17 W/m²K Plat dak : 58,50 m² 0,13 W/m²K Ramen / deur : 25,17 m² 1,76 W/m²K K-29 E-41 (traditioneel) E-46 (houtskeletbouw)

Compactheid 1,16 m - Bruto-vloeroppervlak 117,00 m² - Beschermd volume 351,00 m³ - Totaal verliesopp.

19 4. Case-studie 4.2. Berekeningsmethode Inertie in EXCELen 1. Volgens opdeling van constructietypes in EPB-software: De totale warmteopslagcoëfficiënt per wandtype volgens de twee criteria : - Alle wanddelen tot aan een luchtspouw, -Alle wanddelen tot aan een isolatielaag met U < 0,20W/m²K 2. Tot een diepte van 5cm : Gezien de lage warmtetransmissiecoëfficiënt wordt de totale warmteopslagcoëfficiënt berekend tot max. 5cm diepte. 3. HSK concept met PCM s: Effect van PCM s: hoe evalueren? - Max. comfort-temperatuur is 25 C Warmteopslagcapaciteit (=1.000 kj/m² tussen 23 C en 26 C), dus 330 kj/m² K - Alle binnen-, buitenmuren en plafonds met PCM s(biopcmat).

luchtspouw, -Alle wanddelen tot aan een isolatielaag met U < 0,20W/m²K 2.

20 4. Case-studie 4.3. Resultaten : berekening inertie Inertie volledig volgens EPB [MJ/K] Inertie tot 5cm diep [MJ/K] TRAD TRAD + HSK HSK concept tussenvloer binnenmuur plat dak TRAD TRAD + HSK HSK concept crepie + PCM's buitenmuur crepie + PCM's vloer

tot 5cm diep [MJ/K] 100 90 80 70 100 90 80 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 10 0

21 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Conclusie 6. Vragen?

22 5. Conclusie 5.1. PCM als temperatuur-stabilisator Lichte constructies + PCM risico op oververhitting beheersbaar Wamtecapaciteit + smelt/stol temperatuur zijn nauwkeurig te bepalen o s zomers : minder oververhitting (regeneratie door nachtkoeling noodzakelijk) o s winters : stoken tot onder smelt temperatuur van PCM o Stookseizoen : grotere opslag van zonnewinsten Nood aan dynamische software om PCM te dimensioneren

23 Agenda : 1. Risico op oververhitting 2. Thermische energie-opslag 3. Nieuwbouw in Vlaanderen 4. Case-studie 5. Vragen?

Vergelijkbare documenten

T h e r m i s ch e i n e r t i e i n l i ch t e c o n s t ru c t i e s. vrijdag 16 mei 2014 1

T h e r m i s ch e i n e r t i e i n l i ch t e c o n s t ru c t i e s. vrijdag 16 mei 2014 1 vrijdag 16 mei 2014 1 vrijdag 16 mei 2014 2 Agenda : 0. Inleiding : Omkadering? 1. Thermische energie-opslag. 2. Nieuwbouw in Vlaanderen. 3. Case-study. 4. Conclusie. vrijdag 16 mei 2014 3 1. Koolstof