1 Glazen kantoorgevels voor de tropen 27-11-2012 In bijna alle grote steden op de wereld zijn ze te vinden: hoge glazen kantoorgebouwen. Kennelijk hoor je er als stad pas bij als je een paar van die glazen torens hebt staan. Van oorsprong zijn ze ontworpen voor een gematigd klimaat, waarbij het grote raamoppervlak voor veel intern daglicht en een breed uitzicht is bedoeld. Maar functioneert dat nog wel in een tropische omgeving? Staan dichter bij de evenaar licht en warmte niet op gespannen voet met elkaar? En hoe is deze problematiek op te lossen zodat ook die landen hun statussymbolen kan worden gegund, terwijl toch een kwalitatief goede binnenomgeving wordt gecre?erd? Tekst ir. Frederick Brunninkdreef en prof.dr.ir. Jos Lichtenberg, beeld ir. Frederick Brunninkreef Tegenwoordig zijn de glazen torens in elk soort klimaat gewild vanwege het uitstralende imago van welvaart en status. Dergelijke torens presteren bouwfysisch gezien totaal anders in een tropisch klimaat dan in onze contreien. Veel glas betekent in de tropen een hoge warmtelast. Dit wordt meestal gecompenseerd met veelvuldig gebruik van actieve koeling en zonwerende coating op het glas. Hiermee is de binnentemperatuur wel op een behaaglijk niveau te krijgen, zij het tegen zeer hoge energiekosten. Een tweede probleem is dat tropisch daglicht veel verblinding geeft. In Soerabaja wordt dit fenomeen z? hinderlijk ervaren dat de zonwering vrijwel altijd gesloten is. De oorspronkelijke redenen voor een groot raamoppervlak zijn hiermee teniet gedaan; men kan niet meer naar buiten kijken. Bovendien gaat de verlichting binnen aan waarbij extra energie wordt gegenereerd die ook weer gekoeld moet worden. Het effect van een LCP op zonlicht. 2 Derdewereldlanden De leerstoel Productontwikkeling aan de TU Eindhoven richt zich veelal op innovatie voor de West-Europese markt, in het bijzonder de Nederlandse. Toch is er in het onderzoek ook plaats voor de problematiek in derdewereldlanden. Sowieso wordt in samenwerking met NGO's ? waaronder het Rode Kruis ? onderzoek gedaan naar snelle noodhulp bij rampen. Dat vraagt overigens om oorspronkelijke en vaak hightech-oplossingen. Ook specifieke bouwproblemen in de tropen vormen interessante bouwtechnische uitdagingen voor onderzoek. Zo ook het probleem van de glazen torens in Indonesi?. Met ondersteuning van de afdeling Bouwfysica (BPS) en met behulp van daglichtsimulatiesoftware, heeft Frederick Brunninkreef aan de leerstoel een onderzoek uitgevoerd, gericht op een technische oplossing voor deze problematiek. Het onderzoek liep parallel aan een promotieonderzoek naar de acceptatie van glazen kantoorgebouwen, uitgevoerd door Asri Dinapradipta in samenwerking met Institut Teknologi Sepuluh Nopember, de technische universiteit in Soerabaja. Verblinding Verblinding kent verschillende vormen. De belangrijkste twee voor dit onderzoek zijn 1) fysische verblinding, waarbij een felle lichtbron in het zichtveld het onmogelijk maakt om fijnere details te kunnen onderscheiden, en 2) psychologische verblinding, waarbij een sterk contrast aan luminanties in het zichtveld een visueel onbehagen veroorzaakt. Bij langdurige blootstelling aan verblinding kunnen klachten optreden als hoofdpijn, droge ogen en concentratieverlies. Het concept achter het tropische kantoorgevelontwerp. 3 Tropisch daglicht heeft ??n belangrijke eigenschap dat het risico op verblinding aanzienlijk vergroot. In Soerabaja staat de zon namelijk elke dag hoog aan de hemel. Met een bijna loodrechte invalshoek is het zonlicht het meest intens en legt het de kortste weg af door de atmosfeer. Op deze korte weg wordt er minder blauw licht verspreid via de atmosfeer. Daarom is het contrast tussen zonneschijn en schaduw (buiten en binnen) veel groter dan we gewend zijn in Nederland. Bovendien speelt het gereflecteerde zonlicht van de directe omgeving (het `albedo') een aanzienlijk grotere rol bij het verlichten van een binnenruimte. Simulaties Deze conclusie is getrokken na het simuleren van verschillende daglichtsystemen in zowel Nederlandse als Indonesische daglichtsituaties. Alle simulaties zijn gedaan met Radiance 4.0. Dit is een open source-softwarepakket dat licht simuleert aan de hand van natuurkundige wetten voor wetenschappelijke doeleinden. De standaardopstelling betreft een gevelsegment van 3,6 m breed met daarachter een kamer met drie werkplekken. Van de drie geteste systemen ? een lichtplank, een serie horizontale lamellen en een Laser Cut Panel (LCP) ? slaagde geen enkele erin om aan de gestelde verblindingseisen te voldoen. De lichtplank heeft alleen effect bij een laaghangende zon, terwijl de lamellen in vrijwel elke situatie het contrast alleen maar verergeren. De simulaties met het LCP bieden wel perspectief. Het LCP is een perspex plaat met daarin een serie gesneden groeven. Licht dat via het transparante perspex de groeven bereikt, zal weerspiegeld worden dankzij totale interne reflectie. Voor elk van de drie daglichtsystemen is een alternatieve opstelling gesimuleerd met het doel meer grip te krijgen op de mogelijkheden van de software en de invloed van de volumes en materialen op het daglicht. Links: daglichtsimulatie van het kantoorgevelontwerp met zoninstraling om 14.00 uur 's middags. Rechts: verblindingstoetsen waarbij het effect van kunstverlichting, een bredere ruimte en implementatie van het gevelontwerp, gevolgen heeft voor de intensiteit ervan. Verblindende lichtbronnen zijn aangegeven in een schaal van rood tot geel. 4 Door de gunstige eigenschappen van de verschillende systemen samen te brengen, is het gelukt om tot een ruimtelijk ontwerp te komen dat de verblindingstoetsen doorstaat. Bovendien is de verlichtingssterkte aanzienlijk beter verdeeld over de werkvloer; er valt meer daglicht op het bureauoppervlak dat zich ver van de gevel bevindt. Het daglichtsysteem dat heeft geleidt tot deze verbetering heeft een standaard vliesgevel als basis, met daarbij drie hoofdonderdelen. Voor de bovenste helft van het glas hangen LCP's. Halverwege de verdiepingsvloer bevindt zich een externe lichtplank van 1 m breed. Aan de binnenzijde moet de eerste 1,8 m systeemplafond plaatsmaken voor een concaaf gebogen spiegelend oppervlak. In de illustraties is te zien hoe de lichtstralen van verschillende lichtbronnen, dankzij de gevel, gelijkmatig verdeeld worden over de werkplekken. Uitvoerbare kantoorgevel Om tot een technisch ontwerp te komen dat mogelijk uitvoerbaar is, zijn de implicaties van de Indonesische bouwcultuur onderzocht. De meeste kantoorgebouwen in Soerabaja hebben een betonnen draagconstructie. De basis van het gevelontwerp is een standaard vliesgevel die op de bouwplaats geassembleerd kan worden tegen de borstwering van een reeds bestaande betonvloer. De verschillende onderdelen van het daglichtsysteem hangen aan de bovenliggende betonvloer en zijn individueel te (de)monteren. Prefab bouwen komt niet veel voor omdat arbeid op de bouwplaats relatief goedkoop is. Bovendien is de lokale infrastructuur niet optimaal voor het vervoeren van grote bouwcomponenten. Het organisatorisch vermogen om een dergelijk project van de grond te krijgen, is zeker aanwezig. Verschillende Indonesische bouwbedrijven bieden design & build geveloplossingen. Omdat het in Soerabaja gedurende het hele jaar ongeveer 30?C is, is het belangrijk om passieve verwarming door de zon te vermijden. De LCP's blokkeren al een groot deel van de uv-straling, terwijl ze het zichtbare deel van het spectrum doorlaten. Daaronder wordt het zonlicht geblokkeerd door de lichtplank. De resterende onderste rij ramen krijgt zonwerende coating. Het eindresultaat van dit project is een uitvoerbare, integraal ontworpen kantoorgevel, die de gestelde eisen van de verblindingstoetsen doorstaat. Radiance 4.0 is een uitstekend hulpmiddel gebleken om tot een daglichtconcept te komen. De verbeterde daglichtvoorziening en de beperkte passieve verwarming zorgen voor een gezondere werkplek en een energiezuinig gebouw. De LCP's en de lichtplanken zijn individueel te (de)monteren. De hoek van de lichtplanken is verstelbaar zodat hij als zonwering kan fungeren en het onderhoud vergemakkelijkt.