Hoe hou je ­gebouwen duurzaam koel?

De effecten van klimaatverandering.

Drie methoden

Macke: ‘Bij het ontwerpen van een gebouw houden we uiteraard rekening met buitentemperaturen. Daarbij wordt als minimale ontwerpbuitentemperatuur -4 °C aangehouden, terwijl als maximale ontwerpbuitentemperatuur +32 °C geldt. Dat is althans de te hanteren maximale buitentemperatuur zoals we die in 2006 hebben afgesproken. Inmiddels zien we echter dat de huidige maximale buitentemperatuur daar met +35 °C al ruim boven ligt. In een ideale aanpak maak je gebruik van natuurlijke ventilatie en passieve koelmethoden om binnen de ontwerpeisen te blijven. Lukt dat niet, dan kun je kiezen voor een aanpak waarbij passieve en meer actieve vormen van koeling worden toegepast. Daar kan dus in theorie ook het toepassen van airconditioning bij horen, ware het niet dat we dat inmiddels ongewenst vinden in verband met de CO₂-uitstoot en het energiegebruik van airco’s.’
Er bestaan grofweg drie methoden om de temperatuur binnen een gebouw te reguleren: blokkeren, ventileren en verkoelen. ‘Met blokkeren haal je in de regel de meeste winst en kun je de grootste stap maken als het om koel houden van een gebouw gaat. Denk bij blokkeren letterlijk aan het buiten houden van warmte door schaduw te creëren in de vorm van bomen of bijvoorbeeld zonwering. Met ventileren kunnen we ook de temperatuur verlagen, al is die stap dan veelal kleiner dan bij blokkeren. Verkoelen helpt ook, maar levert nog minder temperatuurdaling op.’

Aanpassingen

Het is de vraag of bij het mechanisch koelen en ventileren nog veel winst te behalen valt, zegt Macke. ‘In veel gebouwen is de mechanische koeling al geoptimaliseerd en zal er niet zo vreselijk veel winst meer behaald kunnen worden. Veel systemen zitten inmiddels aan de top van hun capaciteit. Proberen daar nog meer uit te halen, brengt de nodige technische risico’s met zich mee, zoals oververhitting. Daarom zien we vaak dat al snel de stap wordt gemaakt naar airconditioning. Dat is geen goed idee, omdat we daarmee het probleem eigenlijk alleen maar groter maken. De extra uitstoot van greenhouse-gassen en het grotere elektriciteitsverbruik jaagt juist de klimaatverandering verder aan. Bij Arcadis kijken wij liever naar passieve vormen van koeling. We hebben bij een aantal gebouwen hittestudies gedaan, waarna we aanpassingen aan het gebouw hebben kunnen doen waardoor de binnentemperaturen nu weer binnen de ontwerpgrenzen vallen.’
De vraag dringt zich op of we nog wel uit de voeten kunnen met de bestaande ontwerpeisen? Macke wijst op het werk van onder andere NEN en het Overleg Standaarden Klimaatadaptatie (OSKA) om alle relevante richtlijnen, normen, standaarden tegen het licht te houden. Daarbij wordt onderzocht in hoeverre deze aangepast moeten worden als gevolg van klimaatverandering. Hierbij wordt gekeken naar zowel de binnenruimte van gebouwen als de buitenruimte. Veel standaarden en richtlijnen hebben aanpassingen nodig, zo is inmiddels duidelijk. Ze zijn vaak vooral op verwarmen en minder op koelen gericht. In een intentieverklaring is inmiddels vastgelegd dat standaarden voor nieuwbouw en renovatie rekening zullen houden met klimaatverandering. Deze afspraken zijn er vooral op gericht het gebruik van airco’s te vermijden.

Met welke temperatuurstijging moeten we in de stad rekening houden?

Tips en adviezen

‘In de architectuur wordt klimaatadaptief ontwerpen vaak gezien als een ruimtelijke opgave’, stelt Van Roosmalen van de BNA. ‘Gekeken wordt naar het klimaatbestendig inrichten van gebieden om wateroverlast, droogte en overstromingen te voorkomen. Maar dat maakt klimaatadaptatie niet het exclusieve domein van de stedenbouwkundige; een stad bestaat namelijk niet uitsluitend uit publiek domein met openbare en private gebouwen. Het overgangsgebied is groot, 40 procent van het stedelijk oppervlak is in bezit van particulieren. Ook het dak gebruiken als wateropslag draagt bij aan het verkoelen van gebouwen en steden en het opvangen van overvloedige neerslag. Potentieel is er voldoende, het arsenaal daken dat in Amsterdam voor vergroening in aanmerking komt, bestrijkt 2.000 voetbalvelden.’ Niet alleen in de hoofdstad, maar bijvoorbeeld ook in Rotterdam en Utrecht wordt hier al veel aandacht aan besteed.
Hoe kunnen we nu concreet aan de slag om nieuwe en bestaande gebouwen aan te passen aan klimaatverandering? Macke ziet voldoende mogelijkheden en geeft een aantal tips.

‘Met blokkeren haal je in de regel de meeste winst’

Passieve maatregelen

Allereerst kunnen we passieve maatregelen toepassen. Daar vallen met name zonwering en het gebruik van andere materialen onder. Voorbeelden van goede zonwerende aanpassingen zijn:
• vaste zonwering aan de gevel. Denk aan grotere of kleinere panelen die op architectonische wijze aan de gevels zijn gemonteerd.
• handmatig of geautomatiseerd bediende zonwering zijn zeker niet op elk gebouw aanwezig, maar hebben wel degelijk een gunstig effect op de binnentemperatuur.
• volledig dynamische zonwering is nog beter. Bij dynamische zonwering moeten we op het meest basale niveau denken aan elke vorm van zonwering die kan worden aangepast aan de omstandigheden, in tegenstelling tot een statische oplossing zoals getint glas. Een echt dynamisch systeem is echter een zonwering die autonoom kan reageren op de veranderende omstandigheden.
• natuurlijke schaduw door het planten van bomen. Dit is uiteraard vooral een optie bij lagere gebouwen of wanneer een groene gevel in het gebouw wordt geïntegreerd.
• creëer tuinen en andere groene gebieden rondom het gebouw. Het voordeel hiervan is dat deze voor een betere luchtvochtigheid zorgen en daarmee helpen om de buitentemperatuur rondom een gebouw te verlagen. Hierdoor behoeft het gebouw zelf ook minder gekoeld te worden.
• openingen in het gebouw toepassen die voor natuurlijke luchtstromingen door het gebouw heen zorgen en daarmee de stijging van de temperatuur in het gebouw helpen tegengaan.

Daarnaast speelt de keuze van materialen een belangrijke rol. Pas gevel- en andere materialen toe met een betere U-waarde. De U-waarde (vroeger ook wel de K-waarde genoemd) drukt de hoeveelheid warmte uit die in de tijd per m² en per graad temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een wand(constructie) doorgelaten wordt. Materialen met een betere U-waarde helpen ook bij extreem hoge buitentemperaturen om een gebouw koel te houden. Interessant genoeg zal de juiste keuze van materialen hier ook zorgen dat een gebouw in de winter warmer blijft. Anders gezegd, kies materialen die voor een goede isolatie van het gebouw zorgen.

Verbeterde HVAC

Er is nog meer mogelijk, stelt Macke: ‘We kunnen namelijk ook kijken naar het verbeteren van de HVAC-aanpak die in het gebouw wordt toegepast. Overweeg bijvoorbeeld het gebruik van adiabatische koeling. Bij adiabatisch koelen wordt water direct in het ventilatiesysteem ingebracht. Dit zorgt voor een extra koelend effect.’
‘Dit kan als generieke maatregel voor het gehele gebouw worden toegepast. Daarnaast is het mogelijk om enkel water toe te voegen aan het ventilatiesysteem in bepaalde warme delen van een gebouw. Het toepassen van deze vorm van koelen vereist wel het plaatsen van extra apparatuur. Een punt van aandacht is ook dat we goed op de waterkwaliteit moeten letten en er ook legionellamaatregelen noodzakelijk zijn.’
‘Een andere optie is het gebruik van phase change materials, ofwel PCM. Dit soort materialen is in staat energie op te slaan en ook weer vrij te geven. Het bekende voorbeeld is natuurlijk water dat bij lagere temperaturen in ijs verandert en bij hogere temperaturen waterdamp vormt. Er zijn echter meer materialen die bij temperatuurwijzigingen faseveranderingen doormaken en daarmee warmte opnemen of juist afgeven. Hierdoor krijgt het gedeelte van het gebouw waar dit soort materiaal wordt toegepast een grotere thermische massa dan we gewend zijn van steen of beton. We kunnen deze materialen bijvoorbeeld integreren met ventilatiekanalen. Het is technisch een goede oplossing, al liggen de kosten nu nog relatief hoog.’

Infographic van de gemeente Utrecht over de maatregelen die de stad heeft genomen om de impact van klimaatverandering op te vangen.

Buitenkant

‘Uiteraard is het ook mogelijk om een gebouw koeler te krijgen door voor een aangepast ontwerp te kiezen’, zegt Macke. ‘Interessant genoeg begint dat al buiten het gebouw. Veel gebouwen zijn omgeven door parkeerplaatsen die onder warme omstandigheden vooral bijdragen aan de opwarming van het gebouw. Brengen we daarentegen in de directe omgeving van het gebouw bomen en planten aan, dan zal de buitentemperatuur rondom het pand omlaag gaan. Dit is een gevolg van verdamping, wat een temperatuurverlagend effect heeft. Ook bieden bomen natuurlijke schaduw, wat weer een gunstig effect op de binnentemperatuur.’
Ook effectief kunnen reflecterende coatings op gevels en daken zijn. Hierdoor dringt zonlicht en warmte minder gemakkelijk het pand binnen en warmt het gebouw minder snel op. Er zijn tegenwoordig coatings beschikbaar in vele kleuren, zodat de architectonische kwaliteit van het gebouw er niet onder lijdt.’

Ontwerp aanpassen

De BNA constateerde het al, ook de architect kan een bijdrage leveren aan het beter beheersen van de binnentemperatuur van een gebouw:
selecteer materialen die een bredere temperatuurtolerantie kennen, zowel in- als extern. Denk hierbij niet alleen aan de gevel of het dak van een gebouw, maar ook aan de materialen die worden gebruikt voor de waterhuishouding in een gebouw of de elektriciteitsvoorziening. Er dient bij de keuze van materialen rekening gehouden te worden met hogere temperaturen en grotere temperatuurverschillen. Gebeurt dit niet, dan neemt de kans toe op beschadiging van constructies en ruimtes.
Positioneer de inlaat van een ventilatiesysteem in die delen van het gebouw die koeler zijn. Hierdoor zal de temperatuur van lucht die het ventilatiesysteem instroomt ook lager zijn.
Creëer hogere ruimtes. Warme lucht stijgt en kan hierdoor buiten het werkgebied van mensen terecht komen.
Pas geen volledig glazen gevels meer toe. Een glazen gevel zorgt niet alleen voor hogere binnentemperaturen gedurende de zomer, maar ook voor lagere binnentemperaturen tijdens koudere periodes. Probeer te komen tot een zo stabiel mogelijke binnentemperatuur.

‘Klimaatadaptatie niet het exclusieve domein van stedenbouwkundige’

De mens

Tenslotte wil Macke ook de rol van de mensen die in een gebouw aanwezig zijn aan de orde stellen. ‘Of het nu om een nieuw gebouw gaat of een gebouw dat gerenoveerd wordt, praat met de uiteindelijke gebruikers over de vraag hoe zij het gebouw zullen gebruiken. Hierdoor snapt iedereen ook veel beter waarom we bepaalde maatregelen nemen.’ Dat kan variëren van deuren sluiten om ongewenste vermenging van koele en warme lucht te voorkomen, tot het dimmen van verlichting als er niemand in een ruimte aanwezig is. Veel van dit soort maatregelen kan geautomatiseerd worden via het toepassen van sensoren en systemen voor gebouwautomatisering.
‘Heel interessant vind ik zelf deze maatregel: geef de gebruikers realtime inzicht in de condities binnen het gebouw. Dit kan door beeldschermen in het gebouw op te hangen of informatie via bijvoorbeeld een intranet zichtbaar te maken’, zegt Macke. ‘Geef gebruikers vervolgens ook de vrijheid om op basis van dit soort informatie te kiezen waar zij willen werken. Soms is een lagere temperatuur voor iemand erg belangrijk, in andere gevallen wil iemand misschien vooral af en toe naar buiten kunnen kijken, ook al is de temperatuur in dat deel van het gebouw wat hoger. Hierdoor kunnen warmere delen van een gebouw wellicht toch nuttig gebruikt worden, terwijl de mensen die voor deze locaties kiezen toch prettige werkomstandigheden ervaren.’
Een laatste tip heeft betrekking op gebouwen waar de koel- en ventilatiesystemen toch aan hun maximale capaciteit zitten. ‘Probeer dan het gebouw in te delen in zones met een lagere en een hogere temperatuur. Gebruik de beschikbare koel- en ventilatiecapaciteit vooral om de koele gebieden koel te houden. Kies vervolgens voor het concentreren van bepaalde activiteiten in de minder koele delen die daar het meest geschikt voor zijn of het minste hinder ondervinden van een wat hogere temperatuur. Al zitten er natuurlijk grenzen aan de temperatuur waaronder mensen nog prettig en productief kunnen werken.’

Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: iStock