Na-isolatie van bestaande muren: bouwfysische aandachtspunten

Prof. A. JanssensOnderzoeksgroep Bouwfysica

Vakgroep Architectuur en StedenbouwUniversiteit Gent

2

Overzicht• Renovatie: evoluties en eisen• Navulling van spouwmuren• Binnenisolatie• Buitenisolatie

3

De traditionele visie op na-isolatie

• Isolatie langs buiten:– Bouwfysisch uitstekend, maar vrij dure oplossing

• Isolatie langs binnen, navulling spouw:– Tal van risico’s en onzekerheden– Perceptie: in de meeste gevallen niet mogelijk…

• Maar: na-isolatie biedt oplossing voor actuele uitdagingen

Bron: WTCB-contact 2009

4

Het bestaande gebouwenpark

• Trage aangroei en vervanging– 22000 nieuwe

gebouwen/jaar (< 1%)– 22000 vergunde

renovaties/jaar (< 1%)– 6500 afbraak/jaar (0.3%)

• Oud gebouwenpark– ±90 jaar tussen bouw en

vergunde renovatie of afbraak

– Ontwerpbeslissingen hebben langdurige impact

0.0E+00

5.0E+05

1.0E+06

1.5E+06

2.0E+06

2.5E+06

3.0E+06

1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010

Aan

tal g

ebou

wen

in

Vla

ande

ren

opgericht na 1981

van 1971 tot 1981

van 1962 tot 1970

van 1946 tot 1961

van 1919 tot 1945

van 1900 tot 1918

voor 1900

Bron: NIS, Kadaster

5

De uitdagingen

• Gebouwgebruik = 40% eindenergieverbruik

• Europese doelstelling:– Energie-efficiëntie

verbeteren met 20% tegen 2020

• Pistes:– Grootschalige isolatie en

energierenovatie bestaande gebouwen

– Zeer goede energieprestatie nieuwbouw (bijna-energieneutaal)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1990 1995 1998 2001 2004 2007 2009

Ene

rgie

verb

ruik

geb

ouw

en

Vla

ande

ren

(PJ)

tertiair, electrisch

tertiair, fossiel

residentieel, electrisch

residentieel, fossiel

Bron: VITO, Energiebalans, genormaliseerd

6

Isolatie van bestaande woningen

0

25

50

75

100

1997 2000 2003 2006 2009

%

double glazing roof insulation

floor insulation wall insulation

• Verbetering isolatiegebouwschil

• Energierenovatie-programma 2020– Dubbele beglazing– Dakisolatie

• Achterstand muur-en vloerisolatie– Technisch moeilijker– Nog groot

besparingspotentiëel

Bron: REG-enquetes VEA

7

Prestaties van bestaande muren• Massieve muren

– < 1960

– U ≈ 2.0 W/m²K

• Ongeïsoleerdespouwmuren– 1950-2000

– U ≈ 1.5 W/m²K

• Matig geïsoleerdespouwmuren– 1975-2010

– U ≈ 0.6 W/m²K

Bron figuren: Arch & Climat UCL

8

De na-isolatietechnieken• Navulling van

ongeïsoleerdespouwmuren

• Binnenisolatie (+ nieuwebinnenafwerking)

• Buitenisolatie (+ nieuwegevelbekleding)– Op bestaand

gevelmetselwerk– Na afbraak bestaand

gevelmetselwerk

9

Aanpassen aan actuele eisen• EPB-eisen voor verbouwde en nieuwe delen

– Enkel haalbaar met binnen- of buitenisolatie

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

2010 2012 2014 2020?

Isol

atie

dikt

e (m

)

Umax = 0.40 0.35 0.30 W/m²K bijna-energieneutraal?

10

Kostenefficiëntie van na-isolatie• Navulling ongeïsoleerde

spouwmuren– Groot energie-

besparingspotentiëel bijvrijstaande woningen

– Goedkope techniek met snelle terugverdientijd

• Binnen- en buitenisolatie– Betere prestaties en

groter energie-besparingspotentiëel

– Langere terugverdientijddoor secundaire kostenvan gevelbekleding of herinrichtingswerken

Netto-contante waarde van energiebesparende maatregel bij initiëel ongeïsoleerde vrijstaande woning met standaard ketel (prijzen en subsidies dd. 2009, termijn 20 jaar)

Bron: Rummens, FEB, UGent

-5000

0

5000

10000

15000

0% 5% 10% 15% 20% 25%

Primaire energiebesparing (%)ne

tto c

onta

nte

waa

rde

20 ja

ar (

€)in

c. s

ubsi

dies

condensatieketel

spouwvulling

HR-glasdakisolatie

gevelrenovatie

vervanging ramen

PV

zonneboiler

11

Welk systeem onder welke omstandigheden?

• Energiebeleid vandaag– Drastische besparingen zijn nodig– Belang systematische verbetering bestaande gebouwenpark

• Elke na-isolatietechniek heeft specifieke mogelijkheden:

• Navulling: pragmatischeenergierenovatie– Aanpassen van ongeïsoleerd

gebouwenpark naarstandaardkwaliteit

– Toepasbaar op grote schaalen op korte termijn

– Tussenstap voorprojectmatige renovatie

• Binnen- en buitenisolatie: projectmatige renovatie– Vaak met bouwaanvraag,

typisch na verkoop,…– Thermische eisen afstemmen

op toekomstige ontwikkelingen– Binnenisolatie: stedelijke

omgeving, historischegebouwen

– Buitenisolatie: performante (lage-energie) gevelrenovatie

12

Overzicht• Renovatie: evoluties en eisen• Navulling van spouwmuren• Binnenisolatie• Buitenisolatie

13

Isolatieproces1. Beoordeling

spouwmuur

2. Boren vulopeningen

3. Vullen van de spouw

4. Opvoegenen nazorg

14

Isolatiematerialen voor navulling• Schuimen

– PUR: polyurethaan– UF: ureumformaldehyde

• Vezels– MW: rotswol, glaswol

• Korrels– EPS: polystyreenparels– EP: perliet– EV: vermiculiet– SLS: silicaatschuim

15

Wateropname isolatiematerialen(gedeeltelijke onderdompeling EN1609)

• Gemeten wateropname zeer klein– Kleiner dan maximaal toelaatbare wateropname van

regenwerende buitenpleister– Geen gevaar voor regendoorslag t.g.v. capillariteit

isolatiemateriaal

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

UF PUR EPS-w RW GW

Wat

erop

nam

e na

24

h (k

g/m

²)

Toelaatbare wateropname MW prEN 14064-1

Toelaatbare wateropname regenwerende buitenpleister

16

Thermische prestatiesMetingen case-studies• 23 projecten• Bouwjaar 1956-1994• Na-isolatie 1967-2009

– In helft cases uitgevoerdtijdens project

• Selectie:– Oproep energiefora– Contacten bedrijven

• Typologie: halfopen + open• Verschillende materialen:

– UF (5)– PUR (4)– EPS (5)– RW (4)– GW (3)– SLS (2)

17

Verzamelde gegevens per case• Gegevens:

– Plannen, energiefacturen– U-waardemeting– Gebouwluchtdichtheid en

thermografie– Binnenklimaat en

temperatuurfactorkoudebruggen

• Analyses voor en na uitvoering na-isolatie– In helft van cases (11)

18

Resultaten U-waarde

Nie

t-ge

ïsol

eerd

1.1

à>

2.1

W/m

²KN

a-ge

ïsol

eerd

0.35

à0.

65 W

/m²K

UF PUR EPS RW GW SLS

19

Resultaten U-waarde• Meetresultaten bevestigen berekende thermische

prestaties na-geïsoleerde spouwmuren:– 0.35 à 0.65 W/m²K (90% case-studies)– Reductie warmteverlies met factor 2 à 3

• Geen significante verschillen tussen oude en recentgerealiseerde projecten

• Beperkte verschillen tussen isolatiematerialen– Kwaliteitszorg belangrijker dan materiaalkenmerken

20

Voorbeeld energiebesparing• Vrijstaande woning °1994

– Beschermd volume 749 m³– Bruto vloeroppervlakte 265 m²

– Verliesoppervlakte 514 m²(200 m² spouwmuur)

• Oorspronkelijke isolatie:– Houten ramen - dubbel glas

– Dakisolatie 12 cm

• Navulling spouwmuur 2008– Ongevuld: U = 1.4 W/m²K– Nagevuld: U = 0.5 W/m²K

• Analyse energiegebruik: – Aardgasfacturen– Gegevens teller

21

Aantoonbare energiebesparingProject- en gebruiksafhankelijk

- 17%

22

Koudebruggen en navulling• Traditionele details met

spouwsluitingen• Koudebrug blijft, maar:

– Warmer binnenoppervlak– Kleiner risico op schimmel

& condensatie bij gelijkbinnenklimaat

Luchtspouw Nagevuldespouw

23

Beoordeling vorstbestendigheid

• Gevelmetselwerk met nagevuldespouw of binnenisolatie:– Lagere temperaturen– Hogere vochtgehaltes– Verhoogd risico op vorstschade indien

metselwerk niet vorstbestand• Oplossingen:

– Evalueren vorstgevoeligheid metselwerk• Visueel: aan slagregen en koude

blootgestelde geveldelen: dakranden, hoeken, schouwen,…

• Bij twijfel: directe of indirecte vorstproevenop metselwerkmonsters

– Of gevel beschermen tegen slagregen• Hydrofobering, gevelbekleding,

buitenpleister, …

24

Belang kwaliteitskader na-isolatie• Ervaring in buitenland: Groot-

Brittanië– Navulling: gesubsidiëerde

isolatietechniek

• Opvolging vanuit centrale garantie-instelling CIGA, gefinancierd door industrie– CIGA: Cavity Insulation

Guarantee Agency

• Aantal nagevulde woningensinds 1995: 3 miljoen– Momenteel 2500/dag– 25 jaar garantie per woning

25

Belang kwaliteitskader na-isolatie• Ervaring in buitenland: Groot-

Brittanië– Navulling: gesubsidiëerde

isolatietechniek

• Opvolging vanuit centrale garantie-instelling CIGA, gefinancierd door industrie– CIGA: Cavity Insulation

Guarantee Agency

• Aantal nagevulde woningensinds 1995: 3 miljoen– Momenteel 2500/dag– 25 jaar garantie per woning

• België: kwaliteitsbewakings-kader in ontwikkeling

• Geïntegreerde aanpak:– Prestaties en verwerking

grondstoffen

– Plaatsingstechniek en uitrusting

– Bekwaamheid uitvoerder

• Gebruiksgeschikte productenonder goedkeuring met certificatie brengen en uitvoerders na-isolatieerkennen en certificeren

26

Pragmatische tussenstapnaar lage-energierenovatie

• Woning Houthalen– °1956: ongeïsoleerd– 1975-1977:

energiebesparendemaatregelen K82

• Dubbel glas• Zolderisolatie 10 cm• Na-isolatie spouw UF

– U = 0.65 W/m²K

– 2008: lage-energierenovatie K29

• 10 cm binnenisolatiegelijkvloers

• 18 cm buitenisolatieverdieping

• 30 cm dakisolatie

27

Overzicht• Renovatie: evoluties en eisen• Navulling van spouwmuren• Binnenisolatie• Buitenisolatie

28

Binnenisolatie:bouwfysische aandachtspunten

• Correcte opbouw

• Aanpak koudebruggen

Belang projectmatige aanpak:optimalisatie prestaties met

behulp van rekentools

29

Correcte opbouw• Binnenisolatie botst met basisregels tegen inwendige

condensatie:– Sterkst isolerende en meest dampopen laag aan koude zijde

gebouwschil– Minst isolerende en meest dampdichte laag aan warme zijde

gebouwschil

• Correcte opbouw muur met binnenisolatie:– Gebruik van dampremmende isolatiematerialen:

• CG, XPS, PUR– Dampopen isolatiemateriaal met continu dampscherm– Capillair-actieve isolatie bij specifieke toepassingen

• Behoud volledige droogcapaciteit metselwerk

– Typisch in combinatie met hydrofobering of regenwerendeafwerking gevelmateriaal

30

Evaluatie vochtgedragVan Glaserdiagramma tot numerieke vochtmodellen

1 2 3

µd

temperatuur dampdruk

pv

pv,sat

minimale µd-waarde dampscherm

1 2 3

µd

temperatuur dampdruk

pv

pv,sat

minimale µd-waarde dampscherm

31

Resultaten geavanceerde modellen

Voorbeeld wand met binnenisolatie

0

50

100

150

200

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

afstand tot buitenvlak [m]

voch

tgeh

alte

[kg/

m³]

10 dagen15 dagen25 dagen30 dagen35 dagen

minerale wol

Bron figuur: Arch & Climat UCL

32

Resultaten geavanceerde modellen• Evaluatie vochtgehaltes

1 2 3

1

2 3

33

Belang uitvoeringskwaliteit

massieve muurisolatie +afwerkinggekleefd op muur

massieve muurisolatie +afwerkinggekleefd op muur

Bron: Labo Bouwfysica, K.U.Leuven

34

Evaluatie koudebruggenNumerieke berekening (2D)

Resultaten:

1. Warmteverlies 2. Temperaturen (vochtgedrag)(αi = 8 W/m²K) (αi = 5 W/m²K)

Kengetal: Kengetal:

ei

esi2.0f θ−θ

θ−θ=

U1, L1

U2, L2

kleinste θsi

∑−θ−θ

Φ=Ψn

iiei

D2e )UL(

)(

35

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

12 14 16 18 20 22

Binnentemperatuur (°C)

Tem

pera

tuur

fact

or (-

)

1

3

2

4

Criteria voor vochtbeheersingMinimale temperatuurfactor ?

ei

eiD )8.0/p(f

θ−θθ−θ

≥Binnenklimaatklasse

36

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

12 14 16 18 20 22

Binnentemperatuur (°C)

Tem

pera

tuur

fact

or (-

)

1

3

2

4

Criteria voor vochtbeheersingMinimale temperatuurfactor ?

Veilig criterium voorwoongebouwen

Bij renovatie ev. aangepast criteriummogelijk na metingbinnenklimaat

ei

eiD )8.0/p(f

θ−θθ−θ

≥Binnenklimaatklasse

Ontwerpeis:f0.2 ≥≥≥≥ 0.7

37

‘Oplosbare’ koudebruggen door aangepaste detaillering

WEL

20 °C

10

0

NIET WEL

f0.2 = 0.58

Ψe = 0.25 W/mK

f0.2 = 0.70

Ψe = 0.08 W/mK

38

‘Structurele’ koudebruggen

Opleg zware vloerop massieve muurmet binnenisolatie

f0.2 = 0.67

Ψe = 0.63 W/mK

39

Invloed koudebruggen op warmteverliesdoor gevel met binnenisolatie‘Structureel’:• Vloeren• Binnenmuren• Fundering

40

Invloed koudebruggen op warmteverliesdoor gevel met binnenisolatie

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15

Isolatiedikte (m)

U-w

aard

e (W

/m²K

)Zonder koudebruggen

Met koudebruggen

‘Structureel’:• Vloeren• Binnenmuren• Fundering

Koudebruggen hypothekerenthermische prestaties

41

Elimineren koudebruggen

• Isolatie doortrekkentegen binnenmuren– Ψe = 0.13 W/mK

i.p.v. 0.34 W/mK– f0.2 = 0.87 i.p.v. 0.74

Bron: Eco’Hom Liege, arch. Piron

42

Elimineren koudebruggen

Bron: CPAS Forest, arch. Morero, A2M

43

Overzicht• Renovatie: evoluties en eisen• Navulling van spouwmuren• Binnenisolatie• Buitenisolatie

44

Buitenisolatie: performante oplossingen

• Grote isolatiedikteshaalbaar met diverse geveltechnieken

• Continuïteit isolatie t.p.v. bouwknopen eenvoudigte realiseren

• Buitenisolatie op ongeïsoleerdespouwmuur:– Spouw hermetisch afsluiten

of navullen– Luchtstroming vermijden

45

Systeemoplossingen• Voorbeeld isolatieplaat-

en pleistersystemen• Aangepaste

pleistereigenschappen:– Kleine A (waterabsorptie)– Kleine µd (diffusie-

weerstand, voorkomen van condensatie)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.2 0.4

A (kg/m²/h 0.5)

µd (

m)

Minerale pleister

Kunstharspleisters

46

Systeemoplossingen• Diverse systemen met technische

goedkeuringen en certificatie– Constante prestaties– Hoge betrouwbaarheid– Opvolging en controles

47

Besluit• Energiebeleid vandaag

– Drastische besparingen zijn nodig– Belang systematische verbetering bestaande gebouwenpark

• Elke na-isolatietechniek biedt oplossingen en heeft specifieke mogelijkheden:

• Navulling: pragmatischeenergierenovatie– Aanpassen van ongeïsoleerd

gebouwenpark naarstandaardkwaliteit

– Toepasbaar op grote schaalen op korte termijn

• Belang kwaliteitsbewaking

– Tussenstap voorprojectmatige renovatie

• Binnen- en buitenisolatie: projectmatige renovatie– Thermische eisen afstemmen

op toekomstige ontwikkelingen– Binnenisolatie: stedelijke

omgeving, historischegebouwen

• Belang projectstudie

– Buitenisolatie: performante (lage-energie) gevelrenovatie

• Systeemoplossingen