U-waarde is weerloos tegen onwetendheid Whitepaper
De energieprestatie van een gebouw is voor een groot deel afhankelijk van de thermische kwaliteit (U w -waarde) van de gevel. Bij de berekening daarvan, is het belangrijk te weten welke variabelen de uitkomst beïnvloeden. In de praktijk blijkt vaak nog onvoldoende kennis over dit onderwerp te bestaan, soms is er zelfs sprake van regelrechte misleiding. Dat kan leiden tot meer warmteverlies dan berekend, tot onvoorziene condensatie en zelfs tot een vervelende herstelkostendiscussie. Dit whitepaper legt uit, hoe de juiste keuzes vooraf, leiden tot een betrouwbaar resultaat zonder problemen achteraf. Maar wat in theorie haalbaar lijkt, valt in de praktijk soms tegen. Gebruikers worden na oplevering bijvoorbeeld geconfronteerd met condensvorming en een tegenvallende energierekening. Bij het zoeken naar de oorzaak kan blijken dat de gevel warmte lekt. De U w -waarde is niet 0,9 zoals was berekend, maar stijgt ver boven de 2 uit. Wat ging er mis? Hoe garandeer je als ontwerper dat de verschillende elementen in een gevel, samen een optimale en excellente energieprestatie leveren? En dat uiteraard zonder dat dit ten koste gaat van de creatieve vrijheid van de architect. Energieneutraal bouwen wordt de norm in Nederland. Een goed geïsoleerd casco is het halve werk als het om energie-efficiëntie gaat. Een slim ontwerp met goed presterende installaties leidt tot comfortabele en energie-efficiënte gebouwen. Technisch en theoretisch is het geen probleem om aan die eisen te voldoen. Het is nu al duidelijk dat gebouwen in de nabije toekomst zelfs energie op zullen leveren. EPC (energieprestatiecoëfficiënt) voor nieuwbouw wordt verlaagd van 0,6 maar 30 % Op weg naar energieneutraal Alle gebouwen in Nederland zorgen samen voor 30% van het totale energieverbruik. De Rijksoverheid heeft in het Lenteakkoord (2012) met de bouwsector afgesproken dat in 2015 de 0,4. Daarna gaat het stapsgewijs naar (bijna) 0 in 2020. Dat geldt zowel voor woningen als voor utiliteitsgebouwen. Nieuwe overheidsgebouwen moeten vanaf 2019 al helemaal energieneutraal zijn. In het Bouwbesluit 2012 is vastgelegd dat de U w (U-waarde, warmtedoorgangscoëfficiënt, het warmteverlies per m² via de gevel) van ramen, deuren en kozijnen niet hoger mag zijn dan U w = 1,65 W/m²K. Deze wordt berekend volgens NEN 1068:2012. Warmteverlies Bij bestaande gebouwen wordt 24% van het totale energieverlies toegeschreven aan de ramen. Transparantie en daglicht zijn natuurlijk onmisbaar voor een prettig binnenklimaat, maar energetisch gezien is elke glaspartij een warmtelek. De warmtedoorgangscoëfficiënt (U w ) beschrijft de warmtestroom door het totale raam, dat is opgebouwd uit kozijnen, stijlen, regels en glas. De kozijnen en het glas hebben elk een eigen U-waarde, die respectievelijk U f en U g worden genoemd. In de uitein- 24 % delijke U w -waarde van een compleet raam wordt ook de ψ-waarde (psi-waarde) van glas of paneel meegerekend. Die wordt bepaald door de thermische geleidbaarheid van het materiaal waaruit de afstandhouder tussen binnen- en buitenruit is samengesteld. De sterkte van een keten wordt bepaald door de zwakste schakel, ook in de bouwsector. Een goed eindresultaat hangt af van de kwaliteit van alle afzonderlijke elementen, maar óók van de verbindingen tussen de verschillende onderdelen. Bij het ontwerp van een goed geïsoleerde gevel is de thermische kwaliteit van het glas van groot belang. Maar ook de eigenschappen van het gekozen profielsysteem, de materialisering van de afstandhouders in het glas en de manier waarop alle aansluitingen zijn afgedicht. 2 3
Het gaat bij het bepalen van een EPC om de isolerende kwaliteit van de complete gevel. De hoeveelheid warmte die naar buiten kan lekken, de Uw-waarde, wordt bepaald door de energieprestatie van het complete raam, inclusief vulling, kozijnen en randen. Het gaat om de juiste keuze van materialen, die gecombineerd in één gevelsysteem, samen de beste prestatie leveren. Triple glas Enkel glas, zoals dat 50 jaar geleden werd gebruikt, heeft een U g -waarde die rond de 5 schommelt. Dubbel glas (sinds de jaren zeventig populair) scoort rond de 2,8. Het HR++ glas dat de laatste decennia de norm is, haalt een U g -waarde van 1,1. Het nieuwste tripleglas (dat in Scandinavië en Duitsland al veel wordt toegepast) zit op een U g -waarde van 0,7. Glas lekt! Een moderne gevel bestaat over het algemeen voor meer dan 50% uit glas. Energetisch gezien is dat een probleem. Via glas verdwijnt ongelofelijk veel warmte naar buiten, zelfs bij HR++ glas gaat het om acht keer zoveel verloren warmte als er via een even groot gesloten geveldeel verloren zou gaan. Daar staat tegenover, dat de zon via glas een ruimte kan binnenkomen voor gratis opwarming, wat weer gunstig is voor de EPC. Omdat daglicht en dus het toepassen van veel glas nu eenmaal noodzakelijk zijn voor een prettig binnenklimaat, is het van belang dat de detaillering bij alle aansluitingen heel zorgvuldig gebeurt, omdat daar anders nog veel meer warmte weg lekt. Warmteverlies - Om energieverlies langs de omtrek van het glas te beperken worden de afstandhouders in glas met de laagste U g -waarde niet in aluminium, maar in -beter isolerend- kunststof uitgevoerd. Hierdoor kan het warmteverlies langs de rand met een factor 3 worden verminderd. De U g -waarde die een fabrikant opgeeft geldt alleen voor het glas. Langs de randen, bij de afstandhouders, is het warmteverlies natuurlijk groter. 4 5
Inbouwdiepte en aanzichtbreedte van profielen U f in W/m 2 K bij verschillende profielbreedtes en dieptes. De U f -waarde van een kozijn (afgeleid van U-frame) valt - in vergelijking met die van glas - meestal relatief ongunstig uit en ligt nu in het beste geval rond de 0,9. Om de U w -waarde van een compleet raam te verbeteren is het natuurlijk mogelijk om de profielen dieper te maken en de isolatiezone te verhogen. Dat resultaat wordt versterkt door extra dichtingen toe te passen in de glassponningen. Ook het integreren van isolatieschuim tussen de binnen- en buitenkant van een profiel (zodat die elkaar niet meer kunnen zien ), betekent minder stralingsverlies. Kunststof verbindingsstrippen met isolatieschuim zorgen voor een thermische ontkoppeling tussen de beide profieldelen, binnen en buiten. Als op zichzelf staand element is een diep en breed profiel energetisch gezien, gunstig. Er is namelijk een lineair verband tussen de breedte (het aanzicht) van het profiel en de U f -waarde van datzelfde profiel. Het is dus niet zo, dat alle profielen uit één bepaald systeem dezelfde vaste U f -waarde hebben. Grafiek van U f (inbouwdiepte 75 mm) als afhankelijke van profielverhouding binnen/buiten (b/b) Aanzichtbreedte Inbouwdiepte 76 mm 84 mm 94 mm 104 mm 124 mm 65 mm 1.75 1.75 1.74 1.73 1.72 70 mm 1.49 1.43 1.37 1.46 1.51 75 mm 1.37 1.30 1.24 1.19 1.12 90 mm - 1.10 (86 mm) 1.00 0.95 0.91 (114 mm) Dat alleen is natuurlijk niet van doorslaggevend belang voor de ontwerper. Bovendien: bij het berekenen van de U-waarde van een gevelelement of gevelsysteem gaat het om de combinatie van kozijn én glas. Om een zo laag mogelijke U-waarde voor het raam of de gevelwand als geheel te krijgen, is het juist raadzaam om zo weinig mogelijk profiel en zoveel mogelijk glas in de gevel te verwerken. Gewogen gemiddelde 1,90 1,70 U f The devil is in the details, om Mies van der Rohe te parafraseren en dat geldt zeker bij het totaalontwerp voor een thermische schil. Bij het berekenen van de U-waarde zijn meerdere variabelen van invloed: 1,50 1,30 1,10 0,80 Breedte, diepte en materialisering van het gekozen kozijn en de profielen Materialisering van de afstandhouder tussen het glas 0,70 0,50 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 b/b Type en oppervlakte van het glas Doorbrekingen in de isolatielaag (koudebruggen) 6 7
De U w -waarde van een kozijn is in feite het gewogen gemiddelde van het warmteverlies door de samenstellende delen: profiel, glas en de randaansluiting daarvan. Zoals vastgelegd in DIN EN ISO 10077-1. Daarbij wordt de U f -waarde vermenigvuldigd met het van buiten zichtbare oppervlak aan aluminium (A f ), de U g -waarde vermenigvuldigd met het zichtbare oppervlak aan glas (A g ) en de ψ-waarde vermenigvuldigd met de lengte van de glasrandaansluiting (l g ). Zo ontstaat het berekende warmteverlies (in W/K) over het gehele oppervlak van het kozijn (A w in m 2 ). Door deze twee grootheden op elkaar te delen, ontstaat de gemiddelde U w -waarde voor dit kozijn, wederom uitgedrukt in W/m 2 K. U w in W/m 2 K (kozijnmaat b: 1230 mm x h: 1480 mm) bij verschillende profielbreedtes en -dieptes. Aanzichtbreedte Inbouwdiepte U g ψ-waarde 76 mm 84 mm 94 mm 104 mm 124 mm 65 mm 1.0 0.068 1.30 1.31 1.33 1.34 1.37 70 mm 0.7 0.050 0.95 0.96 0.96 0.92 1.05 75 mm 0.7 0.050 0.92 0.92 0.92 0.92 0.93 90 mm 0.7 0.050-0.90 (86 mm) 0.89 0.89 0.88 (114 mm) A w Hoe goed de kwaliteit van alle autonome onderdelen ook is: als de constructieve verbinding tussen die elementen thermisch niet klopt, is het eindresultaat nooit A f,i A g,i optimaal. Bij ramen en deuren is er natuurlijk altijd extra warmteverlies bij de lineaire aansluitingen van kozijn en glas, kozijn en paneel of kozijn en deur. Omdat inzichtelijk is hoe groot de invloed van de diverse variabelen is op de U-waarde, slagen systeemleveranciers er steeds beter in om de gevel als geheel energetisch I g gezien, optimaal te laten presteren. U f ψ g U g A f,a A g,a U w = ((A f x U f ) + (A g x U g ) + (ψ g x l g )) / A w 8 9
Luchtdicht bouwen Zo luchtdicht als mogelijk bouwen kan alleen door in te zoomen op de details en die te perfectioneren, bijvoorbeeld door extra aandacht te schenken aan de afdichtingen aan de binnen- en buitenzijde van een gevel. Het gebruik van dichtingen met een vin (waardoor gesloten luchtkamers ontstaan), verbetert de U f bij gelijke aanzichten en diepte. Dit effect wordt nog sterker bij dichtingen, waarvan de tegen het glas liggende zijde een soort schuimrubber is, dat via coëxtrusie met EPDM tot één geheel wordt samengevoegd. Een isothermenberekening maakt duidelijk waar en wanneer condensatie kan optreden. Onderstaand voorbeeld laat zien hoe een wijziging in profieldiepte en het toepassen van ander glas met een andere afstandhouder (samengevat: een lagere U f, een lagere U g en een lagere ψ-waarde) de isolatiewaarde van alle samenstellende delen en dus ook van het element als geheel verbeteren. Hierdoor wordt het condensatiepunt naar buiten verlegd. Met een U w -waarde berekening is condensatie niet aan te tonen, omdat luchtvochtigheid en temperatuursverschillen hierin ook betrokken moeten worden. De steeds hogere eisen waarmee de bouwwereld te maken krijgt op het gebied van duurzaamheid, vragen om een meer integrale manier van denken en calculeren. Eén onderdeel met een lage U-waarde lijkt aantrekkelijk, maar zegt niets over de energieprestatie van de gevel als geheel. Calculaties op dit vlak moeten al vroeg in het bouwproces plaats vinden: doet deze gevel wat noodzakelijk is in deze specifieke situatie? Voldoet de combinatie van materialen en de gekozen uitvoering daarvan, aan de eisen die in dit specifieke geval worden gesteld? Denk bijvoorbeeld eens aan een fabrieksgebouw met een vochtig en warm binnenklimaat. Als condensatie zich pas in de praktijk openbaart, is de ellende niet te overzien. Het kan leiden tot onaangename discussies tussen architect, aannemer en opdrachtgever over oorzaak en gevolg en waar de verantwoordelijkheid ligt. Daar is niemand in de sector bij gebaat. In het uiterste geval moet een gevel mogelijk helemaal worden vervangen, wat uiteraard veel overlast en extra kosten met zich meebrengt. Isothermenverloop bij raamprofiel met inbouwdiepte van 70 mm met HR++-glas en RVS-afstandhouder (links) en bij 75 mm met triple-glas en kunststof afstandhouders (rechts) bij een hoge luchtvochtigheid (bijv. zwembadomgeving). 10 11
Daarom is het belangrijk te beseffen, dat de U-waarde van een gevel de controleerbare uitkomst is van een rekenkundige formule, die steeds afhankelijk is van de volgende factoren: De indeling van de gevel. De breedte van de profielen. De diepte van de isolatiezone. De samenstelling van het glas. De afstandhouder tussen binnen- en buitenruit. Op deze wijze is eenvoudig te verifiëren of de gekozen invulling voldoet aan een vooraf gestelde eis. Daarnaast is het raadzaam te zorgen voor een uitgebalanceerde afstemming van de verschillende componenten, zodat het warmteverlies gelijkmatig over de gehele gevel verdeeld is. Triple beglazing in een matig geïsoleerd systeem kan weliswaar als geheel voldoen aan een bepaalde lage U w -waarde, toch kan plaatselijk condens ontstaan door de grote verschillen in thermische geleiding. Aanpassingen achteraf Tijdens het ontwerpproces hebben alle keuzes met betrekking tot één van de variabelen die meetellen bij het bepalen van de U-waarde, invloed op die uiteindelijke waarde. Steeds moet de vraag worden meegenomen: wat is het effect van juist déze aanpassing? Aanpassingen achteraf kunnen de energieprestatie van een gevel ook nadelig beïnvloeden. Denk aan het toevoegen van een luifel bij de entree, het ophangen van een reclamebord aan de zichtkant van een gebouw of het monteren van extra zonwering aan de buitenkant van de gevel. Wanneer dit gebeurt via een brute onderbreking in het isolatiesysteem, kunnen de gevolgen dramatisch zijn en alle berekeningen die vooraf gedaan zijn, verliezen hun geldigheid. Het zit m in de details. 12 13
Gebruikte afkortingen EPC De energieprestatiecoëfficiënt geeft aan hoe energiezuinig een gebouw of woning is. De waarde 1,0 is wat een gemiddelde woning in 1990 presteerde. Vanaf 2015 is de EPC 0,4 dat betekent dat een woning nog maar 40% van de energie mag gebruiken van wat zo n zelfde gebouw in 1990 verbruikte. U-waarde De warmtegeleidingscoëfficiënt, de hoeveelheid warmte die per seconde, per m² en per graad temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een constructie of wand wordt doorgelaten. Om de U w - (window) van een hele gevel te bepalen moeten zowel de U g als de U f -waarden (zie hieronder) mee worden genomen in de berekening. U g (ook wel Uglas) De hoeveelheid warmte die per m² glas naar buiten wegvloeit bij één graad temperatuurverschil tussen beide kanten. U f (Uframe) De hoeveelheid warmte die per m² via een kozijnconstructie naar buiten weglekt. ψ (psi-waarde) Het warmteverlies in W/mK als gevolg van de randverbinding tussen binnen- en buitenruit. Afhankelijk van het materiaal waaruit deze is gemaakt (aluminium, RVS of kunststof) Breedte van een profiel Het buitenaanzicht Diepte van een profiel De afstand tussen binnen- en buitenzijde Voor meer informatie Schüco Nederland BV - www.schueco.nl - Technisch advies T +31 297 23 3670