Innovatief isoleren 14 Vitrine: thermische isolatie Vitrine: thermische isolatie Innovatief isoleren Peter Ligthart Peter Ligthart is Projectmanager bij SBR. Info: www.sbr.nl. CO2-reductie staat tegenwoordig volop in de belangstelling. Politici vallen over elkaar heen om te getuigen van hun belangstelling voor energiebesparing. Kortom: duurzaamheid is hot. Hierdoor ontstaat er een gunstig klimaat voor technische innovaties. Maar niet alleen nieuwe technieken krijgen een kans. Ook oudere technieken ? soms al enkele decennia oud ? worden nu doorontwikkeld tot bruikbare en rendabele toepassingen. Sandwichgevelpaneel Innovatief isoleren 15 Vitrine: thermische isolatie Op het gebied van energiebesparing in gebouwen is de aandacht tot voor kort vooral uitgegaan naar installatietechnische oplossingen. Warmtete- rugwinning is de standaard om aan de strengere EPC-eis te kunnen vol- doen. Tegelijkertijd lijken veel particuliere eigenaren zich tegen dit soort systemen te verzetten. Installaties hebben namelijk een beperkte levens- duur, vergen onderhoud en gebruiken doorgaans zelf energie. De vergro- ting van de thermische isolatie van de schil van gebouwen lijkt een duurza- mere oplossing om het energiegebruik te reduceren. Immers, eenmaal aangebracht behoeft isolatie geen onderhoud en de levensduur van isola- tie zit in dezelfde ordergrootte als die van het bouwwerk zelf. Op 1 november jongstleden organiseerden SBR en PAO, samen met de climate design group van de faculteit bouwkunde van de TU Delft, een bijeenkomst met als thema `Innovatieve thermische isolatie'. Dit om een beeld te geven van de uiteenlopende ontwikkelingen op het gebied van de thermische isolatie. In dit artikel treft u een overzicht van deze ontwikke- lingen. Uit onderzoek van het Internationaal Energie Agentschap (IEA) blijkt dat een substantieel deel van de primaire energie wordt gebruikt voor de ver- warming van gebouwen. In totaal gaat het hier om meer dan 20 procent van de primaire energie die in de Europese Unie wordt opgewekt. Reductie van het energiegebruik voor verwarming van gebouwen is dus een effec- tieve manier om het totale energiegebruik te reduceren. Enerzijds kan dit worden bereikt door de implementatie van duurzame energiebronnen. An- derzijds kan het energiegebruik worden aangepakt door verbetering van AlEkSAnDRUgOREnkOV de thermische prestatie van de gebouwschil. Met traditionele isolatiemate- rialen betekent dit dat de isolatiepakketten in dikte zullen moet toenemen. Passiefhuizen Met de verlaging van de EPC-eis begin dit jaar en een verdere verlaging in het verschiet (in 2011 0,6, in 2015 0,4 = passiefhuisniveau), houden onderzoekers zich onder andere bezig met passiefhuizen. Hierbij hebben de gevels een warmteweerstand van 6 tot 10 m2.k/W. Op zichzelf stimule- ren strengere eisen de innovatie, maar technische ontwikkelingen vragen tijd. Intussen zullen ook oplossingen worden ontwikkeld op basis van de traditionele isolatiematerialen zoals minerale wol en kunststof schuim. Met een warmtegeleidingsco?ffici?nt (-waarde) in de orde van grootte van 0,04 W/m.k wordt de dikte van de isolatielaag 240 tot 400 mm. naast deze traditionele isolatiematerialen zijn ook isolatiematerialen met lage -waarden tot circa 0,021 W/m.k beschikbaar. De dikte van de isolatielaag wordt dan evenredig dunner. Behalve de Rc-waarde is ook de lineaire warmtedoor- gangsco?ffici?nt (-waarde) van belang. Dit lijnvormige warmteverlies dient volgens de internationale definitie van het passief huis beperkt te blijven tot maximaal 0,01 W/m.k. Echter het rekenmodel achter deze definitie komt niet geheel overeen met het rekenmodel uit nEn 1068. Feit blijft wel dat ook de details stap voor stap geoptimaliseerd moeten worden om het warmte- verlies te minimaliseren. Een derde onderwerp dat van belang is om de warmteverliezen te beperken, is de luchtdichtheid van de schil. De eis voor passiefhuizen is gelegd op 0,15 dm3/sm2, terwijl in de huidige bouwpraktijk een maximale waarde van 0,4 dm3/sm2 wordt gerealiseerd voor grondge- Vacu?misolatie is op dezelfde principe gebaseerd als een thermosfles. Doordat er gene medium tussen de binnen- en de buitencilinder zit is er (bijna) geen sprake van warmte-uitwisseling.VIP in een sandwichpaneel Innovatief isoleren 16 Vitrine: thermische isolatie bonden eengezinswoningen. John van den Engel van Adviesbureau nieman geeft aan dat dergelijke afmetingen consequenties hebben voor de detaille- ring. De details moeten nog worden ontwikkeld. De huidige set van bekende details, zoals bijvoorbeeld de SBR-Referentiedetails, voorzien niet in een substanti?le toename van de isolatie. Er zijn dus nog volop ontwerpvragen. Isolatiedikte Joris Berben van BuildDesk (voorheen EBM-consult) rekent voor dat de invloed van een hogere warmteweerstand op de energieprestatieco?ffi- ci?nt beperkt is. Extra isolatie levert vanaf een bepaalde dikte slechts een geringe bijdrage aan de beperking van de EPC. In bestaande bouw is deze invloed zelfs gemaximeerd. Dat wil zeggen dat boven een bepaalde dikte van de isolatie er geen verlaging van de EI (dit is de indicator voor be- staande bouw, vergelijkbaar met de EPC voor nieuwbouw) meer optreedt. De vraag die opgeroepen zou kunnen worden is of de rekenmethode voor de EPC/EI zoals die nu wordt voorgeschreven moet worden aangepast. De geringe bijdrage wordt echter verklaard doordat andere posten in het totale energieverbruik, zoals ventilatieverlies, relatief groot zijn. Pas als deze verliezen worden verholpen, is verdere toename van de hoeveelheid ther- mische isolatie effectief. Vacu?misolatie Met traditionele isolatiematerialen moet het isolatiepakket in dikte toene- men wil je betere prestaties behalen. Het alternatief is het ontwikkelen van effici?ntere vormen van isolatie. In dit kader kan de vacu?mtechniek wor- den geplaatst. Van de drie vormen van warmtetransport, geleiding, con- vectie en straling, zijn er twee afhankelijk van het medium (de stof die een ruimte vult, bijvoorbeeld lucht): geleiding en convectie. Als we het medium dus kunnen wegnemen, kan er alleen warmte worden overgedragen door middel van straling. En dit is dan ook het principe waarop vacu?misolatie is gebaseerd. De techniek is niet nieuw; de bekende thermoskan is op exact hetzelfde principe gebaseerd. Tussen cilinder waarin de warme of koude drank wordt bewaard en de houder is een vacu?m gecre?erd dat ervoor zorgt dat de warmte niet van de ene naar de andere kant gaat. In het geval van een thermoskan is zelfs helemaal geen isolatiemateriaal toegepast. Dezelfde techniek wordt ook al langer met succes toegepast in koelkasten waarin zogenaamde vacu?misolatie panelen (VIP) worden gebruikt. Zo'n VIP bestaat uit een kern, een barri?relaag en een `getter'. De kern is nodig om een afstand tussen de barri?relagen te waarborgen en om ervoor te zorgen dat een niet al te hoog vacu?m nodig is om het gewenste resultaat te verkrijgen. De barri?relaag bestaat uit luchtdichte folie waartussen het vacu?m wordt gerealiseerd. Een `getter' wordt gebruikt om gasmoleculen en vocht op te nemen. Het belangrijkste voordeel van vacu?misolatie is de geringe dikte. Een VIP met een dikte van 20 mm heeft een warmteweerstand die overeenkomt met een laag van circa 200 mm minerale wol. Complexer Inmiddels zijn ook andere vormen van vacu?misolatie ontwikkeld waarbij de folie is vervangen door platen (sandwichpaneel) en het vacu?m wordt bereikt via een ventiel. Wanneer de platen worden vervangen door glas en het kernmateriaal door afstandhouders ontstaat vacu?misolatieglas (VIg). Het proces van warmtetransport in dergelijke toepassingen is echter com- plexer dan eerder geschetst. We hebben te maken met poreuze materialen en hierdoor hebben we naast straling en geleiding door vaste stof ook te maken met geleiding en convectie door gasfase. Zonder vacu?m vormt geleiding door gasfase het grootste aandeel in het warmtetransport: zo'n 60 procent. Door vacu?mzuigen wordt dit aandeel weggenomen. Door bovendien de straling te reduceren door toepassing van materiaal met een lage emissieco?ffici?nt, wordt het totale warmtetransport teruggebracht tot ongeveer tien procent van dezelfde constructie zonder vacu?m. De toepassing van een luchtdichte folie zorgt echter voor een koudebrug langs de rand van het paneel, waardoor de thermische prestatie weer enigszins afneemt. Een belangrijk aandachtspunt van vacu?misolatie is de levensduur, aange- zien de werking is gebaseerd op het vacu?m. Wanneer dit vacu?m niet in stand kan worden gehouden, neemt de warmteweerstand snel af. Buiten eisen aan de te gebruiken materialen en het fabricageproces, vraagt het ook om een zeer zorgvuldige verwerking. De panelen worden vooraf op maat geproduceerd en moeten worden beschermd tegen doorboringen voor, tijdens en na de montage. Toch zal onder invloed van omgevingscon- dities het vacu?m geleidelijk afnemen. Op dit moment passen enkele Duitse fabrikanten vacu?mpanelen toe in gevelsystemen. Daarnaast zijn er toepassingen bekend van vacu?misolatie in renovatieprojecten. Een bestaande gevel wordt bekleed met op maat geproduceerde panelen en vervolgens afgewerkt met gevelstucwerk. In- middels zijn ook de eerste toepassingen in nederland bekend. PAO PAO ? of voluit Stichting PostAcademisch Onderwijs Civiele techniek en Bouwtech- niek, Vervoerswetenschappen en Verkeerskunde, gezondheidstechniek en Milieu- technologie ? is een onafhankelijke stichting opgericht door het kIVI en de Techni- sche Universiteiten. Het vormt een podium waar een wisselwerking plaatsvindt tussen de beroepspraktijk, het wetenschappelijk onderwijs en de overige kennisin- stellingen. Info: www.pao.tudelft.nl. Innovatief isoleren 17 Vitrine: thermische isolatie Dun en reflecterend Dunne reflecterende producten, meer in het bijzonder folies, staan mo- menteel in het middelpunt van de belangstelling. Bepaalde fabrikanten en deskundigen bestrijden elkaar als het gaat om de prestaties van deze pro- ducten. De dunne reflecterende producten bestaan uit een dunne materiaalkern en uit een kunststof schuim of een vezelmateriaal met aan beide zijden een reflecterende film. Doorgaans wordt voor de film aluminium of gealumini- seerde folie toegepast. In sommige gevallen bestaat het materiaal uit meer- dere lagen gescheiden door reflecterende folies. Door hun geringe dikte zijn deze producten populair in allerlei constructies, met name bij de reno- vatie van daken, gevels en vloeren. Door hun geringe afmetingen is de warmteweerstand van het materiaal zelf gering. De lage warmte-emissie van de folies kan de warmteweerstand van de spouw waarin de producten worden toegepast aanmerkelijk verbete- ren. In dit geval moet het product wel aan ten minste ??n zijde ? maar liever aan beide zijden ? aan een luchtspouw grenzen. Deze mogen niet worden geventileerd om warmteverlies door convectie te voorkomen. gilles Flamant van het laboratorium `Energetische aspecten gebouwen' van WTCB voerde een onderzoek uit naar de thermische prestaties. In het onderzoek vergelijkt het WTCB de resultaten van het eigen laboratorium met de meetwaarden uit proeven onder buitenomstandigheden. De pro- ducten zijn na levering zeer zorgvuldig aangebracht met aan beide zijden een luchtspouw. In het onderzoek is geen rekening gehouden met eventu- ele veroudering of vervuiling van de producten. Vergelijking Om de vergelijking met traditionele isolatiematerialen te kunnen maken, werden de warmteweerstanden van 100 mm, respectievelijk 200 mm, mi- nerale wol onder dezelfde omstandigheden gemeten en berekend. De warmteweerstand van de reflecterende producten met aan beide zijden 20 mm luchtspouw komt in de metingen niet hoger dan 1,7 m2.k/W. Een geringere luchtspouw levert zelfs een 15 tot 20 procent lagere waarde op. Bij 100 mm minerale wol wordt al een waarde van ruim 3 m2.k/W bereikt. De gemeten waarden wijken minder dan zes procent af van de volgens nBn-En-ISO 6946 berekende waarden. WTCB bekeek ook de toepassing van de dunne reflecterende producten in verschillende constructies. Daarbij speelt de lucht- en dampdichtheid van de folies een belangrijke rol. Dit stelt eisen aan de dichtheid van de naden. Bovendien blijkt het in veel gevallen lastig om ten minste ??n onge- ventileerde luchtspouw te cre?ren. Als op zichzelf staande vorm van isolatie in dakconstructies voldoet geen van de onderzochte producten. Maar, in combinatie met traditionele isola- tiematerialen kan een reflecterend product een opwaardering van de warmteweerstand opleveren van 0,6 tot 1,5 m2.k/W. In dat geval moet het reflecterende product aan de binnenzijde worden aangebracht om inwen- dige condensatie te voorkomen. Toepassing van deze producten aan de buitenzijde geeft een condensatierisico. Dynamische isolatie Jos de Vries van adviesbureau Cauberg-Huygen gaat in op een nieuw con- cept van thermische isolatie: dynamische isolatie. Deze methode van iso- leren maakt gebruik van warmte-uitwisseling in de isolatielaag en combi- neert thermische isolatie met ventilatie. Door lucht van buiten door de luchtdoorlatende isolatie te laten stromen, wordt de in de isolatie opgeno- men warmte gebruikt om de lucht te verwarmen. normaal gesproken gaat deze warmte verloren door geleiding naar buiten toe. Hiermee slaan we twee vliegen in ??n klap: het warmteverlies door geleiding wordt beperkt en de binnenkomende ventilatielucht wordt voorverwarmd. Het principe van dynamische isolatie is niet nieuw. Al in de jaren 60 werd deze techniek toegepast in plafonds van stallen in noorwegen. Min of meer bij toeval werd ontdekt dat er sprake was van warmte-uitwisseling in het hooi dat op de zolders van de stallen was opgeslagen. Pas twintig jaar later startte een onderzoek naar de fysica van dynamische isolatie. De resulta- ten waren spectaculair. In een noors onderzoek werd een U-waarde van 0 bereikt door warmteterugwinning uit de isolatie. Japans onderzoek wees uit dat een reductie van 50 procent van het transmissieverlies zou kunnen worden gehaald. Het eerste dynamisch ge?soleerde gebouw staat in Aber- deen. De 200 mm dikke houtvezelisolatie in gevels en dak was zodanig ontworpen dat er lucht in alle ruimten kon stromen. Door luchtlekken in scheuren en verbindingen was dit experiment uiteindelijk geen succes. Het eerste grotere gebouw waarin dynamische isolatie werd toegepast is een vrijetijdscentrum in Callendar, Schotland. De luchtstroom door de dy- namische isolatie in het dak van het zwembad en de onderdruk die nodig is om de luchtstroom te genereren hebben als bijkomend voordeel dat het ontstaan van condensatie in de isolatie wordt voorkomen. In de tweede helft van de jaren 90 en het begin van deze eeuw zijn proto- typeconstructies ontworpen en getest. De belangrijkste conclusie was dat het verlies van warmte door geleiding afneemt met een toename van het debiet van de luchtstroom. Bij een luchtstroom van ongeveer 40 m3/h nam de U-waarde af van 0,26 W/m2.k in een statische, ongeventileerde situatie tot ongeveer 0,1 W/m2.k met dynamische isolatie. Deze resultaten geven aan dat dynamische isolatie mogelijkheden heeft, maar andere omgevingsfactoren dienen in verdere onderzoeken te worden betrokken om een betrouwbaarder beeld te geven. Zo moet er rekening worden gehouden met de naverwarming van de instromende lucht om deze op kamertemperatuur te brengen. Ook de temperatuur van de bin- nenoppervlakte neemt af naarmate de luchtstroom toeneemt. Dit heeft ef- fect op de warmteverdeling in de ruimte. SBR SBR verzamelt kennis en informatie die bouwpartners in hun dagelijks werk nodig hebben en stelt deze op verschillende manieren ter beschikking. Dit gebeurt met behulp van publicaties, infobladen, handboeken, studiebijeenkomsten, CD-roms en internet. Info: www.sbr.nl.