Afstudeerverslag

Afstudeerverslag “De Wijk van Morgen” Roy Konings en Jos Puts Datum: 10-4-2008 3

Voorwoord Voor u ligt ons afstudeerverslag. Een samenvatting van 17 weken onderzoek, ontwerp en technische uitwerking. Voor ons als studenten deels bekende stof, maar voor een overgroot deel nieuwe materie betreffende duurzame bouw. Deze nieuwe stof maakten wij ons tijdens dit afstudeerproces eigen. Het betrof niet alleen een berg aan informatie over de ontwikkelingen in de duurzame energieopwekking en energiebesparing, maar ook nieuwe of alternatieve methoden van ontwerpen en construeren. Kortom: Een voor ons nieuwe manier van denken.

En niet alleen voor ons. Helaas denkt het overgrote deel van de architecten, adviesbureaus, aannemers, overheden, leveranciers etc. nog altijd volgens de

traditionele methoden. Ons is tijdens deze afstudeeropdracht wel duidelijk geworden dat hierin verandering moet komen.

In dit verslag kunt u lezen hoe wij middels onderzoek tot een ontwerp voor een woon- werkgebouw zijn gekomen. Dat ging volgens een geïntegreerde methode: alle afzonderlijke onderdelen van deze opdracht hingen zeer nauw met elkaar samen. Het ontwerp, energieconcept en constructieve oplossingen zijn stap voor stap samen tot ontwikkeling gekomen. De hoofdstukken in dit verslag zijn in een zo logisch mogelijke volgorde geplaatst, maar dit dus zeker niet de volgorde van aanpak.

Auteurs:

Roy Konings Studentnummer: 2045154

Jos Puts Studentnummer: 2055745

Bronnen:

SenterNovem www.senternovem.nl Boomer België www.boomerbvba.be Stiebel Eltron www.stiebel-eltron.nl Enicon www.enicon.nl Optwin www.optiwin.net

Meewerkende organisaties

Hogeschool Zuyd www.hszuyd.nl Betonson www.betonson.nl Solland Solar www.sollandsolar.nl

Begeleidende docenten:

Dhr. ir. H. Adams Mw. ir. W. Broers Dhr. R. Driessen Dhr. ir. L. Gommans Dhr. ir. J. Hendriks Dhr. ir. H. Sap Dhr. ir. R. de Theije

Dhr. ir. P. Wöltgens


Inhoudsopgave

1. Inleiding 6

Omschrijving opdracht 6

Programma van Eisen 6

2. Passieve Energie 7

3. Energiebesparing 8

Conclusie 9

4. Actieve Energie 10

Ruimteverwarming 10

Koeling 12

Warm tapwater 12

Elektra 13

5. Ventilatie 14

Ventilatiesystemen 14

Vraaggestuurd ventilatiesysteem 14

6. Bouwmethode 16

7. Isolatie 17

8. Wet- en Regelgeving (Bouwbesluit) 18

Oppervlaktes 18

Brandveiligheid 18

Daglichttoetreding 19

9. Ontwerpproces 20

Stedenbouwkundig plan. 20

Concept 20

Oriëntatie en relatie 21

Ontwerp 23

Uitwerking en materialen 24

Detailering 25

10. Energieschema 26

Ontwerpmaatregelen 26

Zonwering 27

Schema actieve energie 27

11. Constructie 28

Stramienen 28

Algemene opbouw staalconstructie 29

Verticale krachtsafdracht 30

Horizontale krachtsafdracht 32

12. Wand- en Vloeropbouw 34

Wand- en vloerpanelen 34

Integratie systemen 35

Wandopeningen 36

13. Afwerking 37

Exterieur 37

Interieur 38

14. Referentiebeelden 39

15. Demontage 40

Gedeeltelijke demontage 40

Volledige demontage 40

16. Samenvatting 41

Bijlagen 42

Gebruikte afbeeldingen 43

Index 44

6

1. Inleiding

Omschrijving opdracht

De afstudeeropgave, onderdeel van het project “De Wijk van Morgen”, bestaat uit het ontwerpen en technisch (bouwtechnisch, constructief, installatietechnisch) uitwerken van een flexibel, demontabel, uitbreidbaar, duurzaam, nulenergie woon-werkgebouw op het grensoverschrijdende bedrijfsterrein Avantis. Dit gebouw is de eerste van ca. 4 nulenergie gebouwen (van elk ca. 1000m3) op een aan de Hogeschool Zuyd ter beschikking gestelde kavel op Avantis.

Programma van Eisen

Een gebouw met een bruto vloeroppervlak van ca. 360 m2. Het gebouw is een voorbeeld hoe flexibele woon- en werkruimte in de echte wijken van morgen toegepast kan worden.

In onze real-life-lab omgeving wordt het kantoorgedeelte daadwerkelijk gebruikt als kantoor door een bedrijf dat verwantschap heeft met het project. De woning wordt gebruikt voor tijdelijk huisvesting van onderzoekers en bezoekers van het Avantis terrein. De bezoekers krijgen een eigen slaapvertrek maar maken gezamenlijk gebruik van de leefruimte, keuken, bad en toilet.

Beide functies(wonen en werken) dienen in zichzelf flexibel indeelbaar te zijn. De functies hoeven niet uitwisselbaar te zijn; er kan een vast kantoorgedeelte en een vast woninggedeelte ontworpen worden. De woonfunctie en kantoorfunctie dienen zelfstandig te kunnen functioneren. Wellicht zijn sommige functies/ruimtes uit het PvE te combineren.

Kantoorruimte

De kantoorruimte moet flexibel indeelbaar zijn bij oplevering in elk geval voorzien zijn van:

• Een eigen entree(hal) • Garderobe • Werkplek voor 8 personen (incl. balie) • Een vergaderruimte voor minimaal 8 personen • Een expositieruimte • Een opslagruimte (archief) • Een keuken • Een ruimte om te pauzeren • Toiletruimte • Installatieruimte • Meterkast Woonruimte

De woonruimte moet flexibel indeelbaar zijn en bij oplevering in elk geval voorzien zijn van:

• een eigen entree(hal) met garderobe • Woonkamer • 3 slaapkamers • Keuken • Eetkamer • Berging • Een badkamer • Een toilet • Stallingruimte voor een elektrisch voertuig. • installatieruimte • Meterkast

Figuur 1: Maquette van het stedenbouwkundig plan

Figuur 2: Plattegrond van het stedenbouwkundig plan


2. Passieve Energie

Wat is passieve energie?

Passieve energie is energie in de vorm van warmte en/of licht, die zonder tussenkomst van installaties benut kan worden. Deze energie is met name afkomstig van de zon. Door het zonlicht en de daarmee gepaard gaande warmte te benutten kan behoorlijk bespaard worden op het actieve (en dus kosten- en milieubelastende) energieverbruik.

Bij optimaal gebruik van deze passieve energie in combinatie met een zeer hoge isolatiewaarde wordt gesproken over een passiefhuis.

Zonlicht

Door voldoende daglicht in de verschillende ruimtes te realiseren kan het elektriciteitsverbruik t.b.v. kunstlicht verminderd worden. Dit geldt vanzelfsprekend met name voor de ruimtes die overdag gebruikt worden, zoals de woonkamer, keuken, eetkamer, maar vooral ook de werkruimten. Vooral bij deze laatste is diffuus daglicht aangenamer dan direct zonlicht.

Wanneer geen of weinig ramen gerealiseerd kunnen worden in een dergelijke verblijfsruimte, kan daglicht binnengelaten worden middels een dakraam, of lichtbuizen.

Zonnewarmte

Met het directe zonlicht gaat ook warmte gepaard. Door deze binnen te laten via glasoppervlakken, kan deze warmte in het gebouw benut worden. Deze glasoppervlakken dienen dus liefst richting het zuiden gericht te zijn. In de koudere seizoenen bespaart dit aanzienlijk op het energieverbruik t.b.v. ruimteverwarming.

Zonwering

In de warmere seizoenen is deze passieve warmteopbrengst echter erg hoog, terwijl in die

seizoenen juist helemaal geen ruimteverwarming nodig is. Het is dan ook de kunst om in de zomer het directe zonlicht uit het gebouw te vermijden. Dit is op te lossen middels goede zonwering die aan de buitenzijde van het glasoppervlak geplaatst wordt, of middels grote overstekken die de laagstaande winterzon doorlaten, maar de hoogstaande zomerzon tegenhouden. (Loof)bomen zijn ook zeer geschikt als zonwering in de zomer. (Zie Figuur 3)

Een andere optie is het “vasthouden” van de zonnewarmte middels een serre aan de zuidzijde.

Vide en lichtstraat

Middels een vide kan daglicht en zonnewarmte verder tot in het gebouw doordringen. Wanneer het licht en de warmte tot in de ruimtes op het noorden kunnen doordringen, wordt de zonnewarmte beter over het gebouw verdeeld en kunnen de ramen op het noorden (die voor warmteverlies zorgen) geminimaliseerd worden. (Zie Figuur 4).

Conclusie

Het is aan te bevelen zoveel mogelijk passieve energie te benutten, omdat dit tot energiebesparing leidt. Alleen bij toelating van zonnewarmte moet rekening gehouden worden met kans op oververhitting. Direct zonlicht kan als irritant ervaren worden.

Grote glasoppervlakken op het zuiden, zonwerende

voorzieningen op het zuiden en weinig glas op het

noorden zijn noodzakelijk in dit ontwerp, om het energieverbruik terug te dringen.

Het toepassen van een vide met lichtstraat is in dit project zeer gewenst, met name als gevolg van de noordelijke oriëntatie van het gebouw ten opzichte van de collectieve tuin.

Figuur 3: Mogelijkheden voor zonwering in de

zomer en lichttoetreding in de winter

Figuur 4: Het effect van een lichtstraat met vide

8

3. Energiebesparing

Isolatie / kierdichting

De isolatiewaarden die normaal zijn in de traditionele woningbouw zijn veel lager dan de normale isolatiewaarden die gebruikt worden bij nulenergie gebouwen of passiefhuizen. Kiezen voor een hogere isolatiewaarde resulteert in verlaagde mate van energieverlies. Hoe beter er wordt geïsoleerd, hoe meer warmte in de winter en koude in de zomer zal worden vastgehouden.

Echter, beter isoleren heeft ook consequenties: zowel op financieel gebied (isolatie kost geld) en technisch gebied (de wandopbouw verandert). Daarnaast zijn er grenzen: grote glasoppervlakken zorgen voor veel energieverlies, en zo ook deuren en kozijnen.

Koudebruggen dienen voorkomen te worden, en bij detaillering dient eraan gedacht te worden kieren en naden tot een minimum te beperken.

Voor meer informatie, zie hoofdstuk ”IsolatieIsolatie”.

Warmteaccumulatie

Het binnenklimaat kan positief beïnvloed worden door een grote massa aan materialen aan de binnenkant van het gebouw. Beton of staal kan veel warmte accumuleren. Hierdoor warmt het gebouw tijdens veel zonneschijn langzaam op, en verliest het de warmte bij afkoeling minder snel. De temperatuur in het gebouw blijft daardoor constanter.

De geaccumuleerde warmte kan indien nodig verspreid worden in het interieur, middels ventilatie.

Warmteterugwinning

Warmte die normaal gesproken verloren gaat via geventileerde lucht, of via warm water in afvoerleidingen kan terug gewonnen worden middels warmtewisselaars. Deze warmte wordt vervolgens

(her)gebruikt voor ruimteverwarming of warm tapwater.

Deze warmtewisselaars kunnen ook gebruikt worden als bron voor een warmtepomp. Hier wordt nader op ingegaan in het hoofdstuk “Actieve Energie”.

Elektrische energiebesparing

Dit project zal volledig gevoed worden vanuit de opgewekte energie uit de PV-cellen en evt. windenergie. Om het elektrisch energieverbruik tot een minimum te beperken kunnen een aantal maatregelen genomen worden:

• Verlichting

De nieuwste LED-verlichting geeft een aangenaam licht en verbruikt aanzienlijk minder energie dan traditionele gloeilampen. Zelfs spaarlampen zijn duidelijk minder efficiënt. Dit is ook te zien in het berekende energieverbruik in bijlagen. Middels een zogenaamde daglicht-dimschakeling is het resultaat van goede daglicht toetreding meteen merkbaar. Het licht wordt automatisch gedimd zodat de netto aanwezige lichtsterkte incl. daglicht voldoende is. Dit bespaart bij goede daglichttoetreding tot 60%. Een bewegingssensor kan ervoor zorgen dat in delen van het gebouw waar zich niemand bevindt, de verlichting automatisch wordt uitgeschakeld.

• Witgoed

Wasmachines en vaatwassers warmen water op d.m.v. elektrische elementen. Wanneer voorverwarmd water middels een zogenaamde “Hotfill” gebruikt wordt voor deze apparaten krijgen deze een hoger rendement.

• Computers

Computers met een LCD scherm, of laptops,

Figuur 5: LED-lampen en spaarlampen

Figuur 6: De werking van een douche-WTW


gebruiken minder energie dan traditionele computerschermen. Toevoeging van zogenaamde “Stand-by-Killers” zorgt ervoor dat computers in stand-by modus geen energie meer verbruiken. De stand-by-killers kunnen ook toegepast worden op televisies, beamers of andere apparaten die een stand-by modus hebben.

Conclusie

Zoveel mogelijk energie besparen is de eerste stap in de “Trias Energetica” (Figuur 7), de 3-stappen-richtlijn voor energiezuinig bouwen. De toepassing van een zeer goede isolatie ligt dan ook voor de hand.

Gekozen werd voor een isolatiewaarde van 6,0m2K/W. Deze waarde is voortgekomen uit een vergelijking in de programma’s EPW en trnsys, tussen warmtevraag, koelvraag en de dikte van het isolatiepakket. Voor de

keuze van het soort isolatiemateriaal wordt verwezen naar hoofdstuk “Isolatie”.

Uit de keuze van constructiesysteem (zie hoofdstuk “Constructie”) blijkt dat het toepassen van warmteaccumulatie beperkt mogelijk is. Er wordt gebruik gemaakt van stalen elementen, en wanneer deze zo ver mogelijk aan de binnenzijde van de thermische schil geplaatst worden, kan van de grote massa van het staal gebruik gemaakt worden van warmteaccumulatie.

Wat elektra betreft wordt LED verlichting toegepast in combinatie met bewegingssensoren en daglicht-

dimschakelingen. Op elektrische apparaten worden stand-by killers toegepast. De gebruikte computers zijn laptops of computers met LCD schermen en het witgoed bestaat uit A+ kwaliteitsmodellen met hotfill.

Figuur 7: De Trias Energetica

10

4. Actieve Energie

Wat is actieve energie?

Actieve energie wordt opgewekt middels installaties. Voor deze opwekking is energie nodig. Deze energie is afkomstig uit verschillende bronnen. Bij duurzaam bouwen is het natuurlijk een streven om deze benodigde energie zoveel mogelijk uit duurzame bronnen te laten komen.

Middels deze energiebronnen kunnen installaties gevoed worden die zorg dragen voor de aanvullende energievraag (naast de passieve energie) in het gebouw. De verschillende soorten energievraag staan hieronder verder toegelicht.

Ruimteverwarming

Een groot deel van de aanwezige ruimtes zal verwarmd moeten worden. Dit kan middels verschillende systemen:

• Open haard

De open haard verwarmt door middel van het stoken van hout. Het rendement is hierbij laag, en er wordt CO2 uitgestoten, al is dat minimaal. De haard is centraal geplaatst en er moet dus een koppeling zijn met een leidingsysteem (bijvoorbeeld ventilatie) om de warmte door het gebouw te verspreiden.

• Elektrische elementen in het ventilatiesysteem

Elektrische elementen kunnen verse buitenlucht voorverwarmen. Dit is een heel effectieve en eenvoudige oplossing. Het energieverbruik van deze elektrische elementen is echter erg hoog. Om die reden wordt het gebruik van elektrische naverwarmers in welke vorm dan ook afgeraden bij een dergelijk nulenergie project.

• Warmtepomp

Een warmtepomp(Figuur 8) werkt als een koelkast, maar dan omgekeerd (Zie Figuur 9). Middels verhogen en verlagen van de druk wordt het

kookpunt van een koelvloeistof verhoogd of verlaagd. Op deze manier kan warmte onttrokken worden aan een bron, en vervolgens gebruikt worden voor verwarming. Een warmtepomp heeft gemiddeld een COP van ongeveer 4. Dit wil zeggen dat de pomp uit 1 deel elektrische energie gemiddeld 4 delen warmte haalt. Dit gaat uiteraard wel ten koste van de brontemperatuur. Mogelijke bronnen: Ventilatielucht, oppervlaktewater, bodemsonde (diep) of bodemgrid (ondiep)

Conclusie ruimteverwarmingssysteem

De meest gunstige keuze uit bovenstaande systemen voor ruimteverwarming is zonder meer de warmtepomp. Deze heeft een zeer hoog rendement, en kan als één systeem ingezet worden voor zowel ruimteverwarming, koeling en (een deel van) het warm tapwater.

De warmtepomp haalt zijn warmte uit verschillende bronnen:

• Ventilatielucht

De warmte van afgevoerde ventilatielucht kan gebruikt worden als bron voor ruimteverwarming, en in de zomer voor koeling. Met name voor ruimteverwarming is dit een geschikt medium. De toepasbaarheid is echter afhankelijk van het type ventilatiesysteem (zie hoofdstuk “Ventilatie”.

• Bodemwisselaar

Middels een bodemwisselaar kan warmte in de winter en koude in de zomer uit de grond (of grondwater) gehaald worden. Dit gaat via een U-lus, een leiding met koelvloeistof die tot diep in de grond loopt. Het is essentieel dat de grond geregenereerd wordt: in de winter wordt meer warmte aan de grond onttrokken dan dat er in de zomer aan afgegeven wordt. Dit kan gecompenseerd

Figuur 8: Een 20 kW warmtepompset van Stiebel-Eltron

Figuur 9: Een schema van de werking van een

warmtepomp


worden middels diverse systemen. Regeneratie kan het rendement aanzienlijk verhogen.

Conclusie warmtepompbron

Gezien de keuze van ventilatiesysteem is een bodemwisselaar een geschikte bron voor de warmtepomp. De U-lus heeft echter een relatief lage energieopbrengst.

Een alternatieve bodemwarmtewisselaar is de Energy-

Heipaal. Dit is een prefab betonnen heipaal met daarin aangebrachte spiraalleidingen (zie Figuur 10). Deze leidingen hebben een grotere lengte per strekkende meter heipaal dan een normale U-lus. Dit zorgt voor een grotere energieopbrengst. Bovendien dient dit gebouw op palen gefundeerd te worden en is de Energy-Heipaal financieel ook aantrekkelijk.

Bodemregeneratie kan gebeuren middels een zonnecollector. Een alternatief voor een zonnecollector is het Energy-dak (Zie Figuur 11). Dit dak wordt vaak gecombineerd met de hierboven genoemde Energy-heipalen. Om die reden is het Energy-dak geoptimaliseerd voor deze combinatie. Het wordt geleverd in prefab elementen.

Voor meer informatie over de Energy-Heipaal en het Energy-Dak vindt u in de bijlagen.

De opgewekte warmte (of koude) kan op verschillende manieren in het gebouw verspreid worden. Wanneer gebruikt wordt gemaakt van LTV (lage temperatuur verwarming) wordt het temperatuurverschil tussen warmtepompbron en warm water verkleind, wat het rendement van de warmtepomp ten goede komt.

De verschillende verwarmingssystemen:

• Wandverwarming Wandverwarming zorgt voor een aangename warmtestraling. Door deze straling wordt de gevoelstemperatuur verhoogd, met als gevolg dat de minimumtemperatuur per ruimte verlaagd kan worden. Dit bespaart energie. De wandverwarming kan echter niet overal

worden toegepast: Waar grote glasoppervlakken zijn is geen verwarming nodig, terwijl daar juist wel het meeste warmteverlies optreedt. Daarnaast stijgt warmte op en zal de bovenkant van elke ruimte het snelst opwarmen. Dit is nadelig, met name omdat er vides in de woonkamer aanwezig zijn (zie hoofdstuk “Ontwerpproces”)

• Vloerverwarming Vloerverwarming verwarmt de ruimte gelijkmatiger dan andere verwarmingstypen. Echter, het onderste deel van de ruimte wordt het best verwarmd. Voor het gevoel is dat goed: Warme voeten en een fris hoofd. Vloerverwarming kan gelijkmatig over alle verwarmde ruimtes verdeeld worden. (Zie Figuur 12)

Conclusie verwarming

De keuze valt op vloerverwarming. Met name met het oog op het ontwerp van dit gebouw is vloerverwarming de meest gunstige variant.

Figuur 12: Verschil in temperatuurverdeling vloerverwarming of radiator / wandverwarming

Figuur 10: De Energy-Heipaal van Betonson

Figuur 11: Het Energy-dak

12

Koeling

Met name in de werkruimtes kan het noodzakelijk zijn om in het zomerseizoen te koelen. Door een eventueel verhoogde isolatiewaarde wordt warmte zo goed vastgehouden dat oververhitting in overdag intensief gebruikte ruimtes vrijwel niet uit te sluiten is zonder goede koeling.

• Warmtepomp Door een warmtepomp omgekeerd te laten werken wordt warmte uit de woning onttrokken en wordt de bron verwarmd. Indien het de koelvraag en de warmtevraag nagenoeg gelijk zijn, wordt de bron geregenereerd en blijft de brontemperatuur constant. Dit verhoogt het rendement. Bij een kleinere koelvraag dan de warmtevraag kan het noodzakelijk zijn de bron middels zonnecollectoren te regenereren. Regeneratie kan niet plaatsvinden bij gebruik van ventilatielucht als bron.

Conclusie koeling

De warmtepomp gebruiken voor koeling ligt voor de hand, gezien deze ook gebruikt wordt voor ruimteverwarming. De overtollige warmte uit het gebouw worden middels vrije koeling (kost geen elektrische energie) aan de bodem afgegeven middels de eerder omschreven Energy-Heipalen. Dat gekoeld wordt via de voor verwarming gebruikte vloerverwarming ligt ook voor de hand.

Warm tapwater

• Warmtepomp

De warmtepomp kan ingezet worden om warmte voor warm tapwater te verzorgen. Hoe lager het temperatuurverschil tussen de bron en de uiteindelijke warmte, hoe hoger het rendement van de warmtepomp. Vandaar dat gebruik gemaakt wordt van “zeer lage temperatuur verwarming”. Deze zeer lage temperatuur (ca. 30 °C) is niet voldoende voor warm tapwater.

Wegens risico op legionella dient de watertemperatuur minimaal 55°C te zijn. Vandaar

dat een toegevoegde warmtewisselaar het door de warmtepomp verwarmde water verder opgewarmd moet bijverwarmen.

• Zonneboiler Een zonneboiler haalt de warmte uit zonnecollectoren. Vloeistof in de collectoren kan zelfs in het winterseizoen zeer hoge temperaturen bereiken. Deze warmte wordt opgeslagen in de zonneboiler (Figuur 13), zodat ook tijdens minder zonnige dagen voldoende warm water aanwezig zal zijn.

Conclusie warm tapwater

Voor ruimteverwarming wordt de warmtepomp gebruikt, en het is een logische stap om diezelfde warmtepomp ook voor warm tapwater te gebruiken. Omdat warm tapwater i.v.m. gezondheidsredenen een minimale temperatuur van 55 tot 60 graden moet hebben, gaat het rendement van de warmtepomp achteruit. Daarom kan een deel van het Energy-dak (geïntegreerde zonnecollector in het dak, die gebruikt wordt voor regeneratie van de bodem) gebruikt worden voor de verwarming van het tapwater.

Figuur 13: De werking van een zonneboiler


Elektra

Elektrische energie is (gezien de afwezigheid van een gasaansluiting) de bron van energie voor zowel de huishoudapparaten als de voorgenoemde systemen.

• Photo-Voltaïsche Cellen

PV-cellen zetten zonlicht om in elektrische energie. Dit is de meest voorkomende duurzame stroomopwekking. Het rendement van de cellen is echter nog niet heel hoog (dit is wel in ontwikkeling). Eén vierkante meter zonnecellen levert ongeveer 90 tot 100 Wattpiek. In Nederland moet deze waarde met 80% vermenigvuldigd worden om de daadwerkelijke hoeveelheid energie te berekenen. De zogenaamde Back Contact Cells van Solland Solar (Avantis) zijn op dit moment de nieuwste PV-cellen die te verkrijgen zijn (zie Figuur 14). Deze hebben een nieuwe indeling waardoor per oppervlakte zonnecel meer energie opgewekt kan worden. Dit heeft in eerste instantie geen hogere energieopbrengst als gevolg, maar een dunnere siliciumlaag. Dit heeft minder milieuvervuiling (productie) en lagere aanschafkosten tot gevolg. De energieopbrengst van de PV-cellen is afhankelijk van de ligging. Optimaal is het als de cellen naar het zuiden gericht zijn, onder een hoek van 36 graden (zie Figuur 16). Wanneer de cellen op een plat dak onder 36 graden worden gezet middels een frame, moet rekening worden gehouden met de schaduwval van de cellen, op de cellen daarachter. De rijen zonnecellen dienen daarom voldoende afstand t.o.v. elkaar te hebben. Het kan daarom rendabeler zijn de cellen onder een iets lichtere hoek te zetten. Een hoek van ongeveer 10 graden wordt aangeraden t.a.v. het wegspoelen van vervuiling dat de zonlichttoetreding kan verhinderen.

• Windenergie

Windturbines of windmolens zetten windenergie om in elektrische energie. Deze vorm van energie opwekken wordt voornamelijk toegepast op grotere schaal maar heeft ook voordelen voor particulier gebruik. Een windturbine levert gemiddeld 2000 kWh per jaar aan energie, hier zijn wel een aantal voorwaardes aan verbonden die tevens een aantal nadelen opleveren. Een windturbine dient op de betreffende locatie op een hoogte van 12 tot 18 meter boven maaiveld geplaatst te worden en wanneer er meerdere turbines geplaatst worden dienen deze ongeveer 6 maal de diameter van de rotorbladen uit elkaar te staan.

Conclusie Elektra

Voor het opwekken van elektrische energie wordt in eerste instantie gekozen voor PV-cellen. Beide vormen van energieopwekking zijn rendabel voor dit project, echter windturbines hebben een groot nadeel.

Windturbines moeten zoveel mogelijk wind vangen. Het is daarom niet te voorkomen dat de windturbines duidelijk in het zicht staan. Dit concurreert met de gestelde uitgangspunten voor het ontwerp (zie hoofdstuk “Ontwerpproces”.

Om die reden is gekozen voor PV-cellen voor elektrische energie.

Deze cellen zullen op een plat dak geplaatst worden, en worden zo laag mogelijk gehouden zodat ze uit het zicht blijven. Dit komt de flexibiliteit van het ontwerp ten goede: Het gebouw zou op dezelfde manier in een andere oriëntatie gebouwd kunnen worden. In verband met regenwater en vervuiling wordt gekozen voor een hellingshoek van 10 graden. Hierbij leveren de cellen nog 92% van hun vermogen dat met een hellingshoek van 36 graden gehaald zou worden.

Figuur 14: Back Contact Cell van Solland Solar

Figuur 15: Voorbeeld van een kleine windturbine voor

particulier gebruik

Figuur 16: Energieopbrengst afhankelijk van ligging PV-

cellen

14

5. Ventilatie

Ventilatiesystemen

Ventilatiesystemen zijn er in verschillende soorten en maten. De keuze van het juiste systeem is essentieel omdat er veel energie verloren kan gaan door ventilatie. Hieronder worden de meest gangbare systemen verduidelijkt.

Natuurlijke ventilatie

Bij natuurlijke ventilatie wordt geventileerd (zowel toevoer als afvoer) via ventilatieopeningen. De hoeveelheid geventileerde lucht is niet zelf te regelen. Bij de afvoer treedt veel warmteverlies op, en bij de toevoer komt in de winter koude buitenlucht binnen. Dit komt het energieverbruik niet ten goede, maar hier kan wat aan gedaan worden. Middels een grondbuis kan de toevoerlucht in de winter opgewarmd worden en in de zomer afgekoeld.

Mechanische afvoer, natuurlijke toevoer

Hierbij wordt in elke ruimte een gecontroleerde hoeveelheid lucht mechanisch afgezogen, die vanzelf (door onderdruk) wordt aangevuld met verse buitenlucht die via ventilatieroosters het gebouw binnen komt. Ook hier geldt dat er veel energieverlies optreedt, maar dat verlies kan verminderd worden middels een grondbuis. De warmte uit de afvoerlucht kan middels een warmtewisselaar en een warmtepomp gebruikt worden voor verwarming of warm tapwater.

Gebalanceerde ventilatie met WTW

Bij gebalanceerde ventilatie wordt zowel de toevoer als de afvoer mechanisch verwezenlijkt. Dit heeft als gevolg dat alles perfect gecontroleerd kan worden. Door een warmte terugwinning te gebruiken kan verse lucht opgewarmd worden met de warmte uit de afgevoerde lucht. Echter, uit gebruik van dit systeem is gebleken dat dit ernstige gevolgen kan hebben voor

de luchtkwaliteit, en dat komt de gezondheid van de bewoners niet ten goede.

Conclusie

Het meest energiezuinige systeem is gebalanceerde ventilatie, echter, door de gezondheidsrisico’s is niet gekozen voor dit systeem.

Vandaar dat de keuze gevallen is op de combinatie van mechanische afvoer en natuurlijke toevoer. Verse lucht is direct afkomstig van buiten en het is daarom ook minder schadelijk voor het energieverbruik als de bewoners een raam wensen open te zetten.

Vraaggestuurd ventilatiesysteem

Koude aangezogen lucht van buiten zorgt voor veel warmteverlies. Ventilatie is dus slecht voor het energieverbruik.

Omdat de afzuiging mechanisch gebeurt, is het mogelijk de ventilatiecapaciteit te sturen, afhankelijk van de vraag naar ventilatie. Wanneer geen ventilatie nodig is, wordt er ook niet afgezogen. Er wordt dan ook geen koude buitenlucht binnengelaten, en er vindt dus geen extra warmteverlies plaats.

Middels het zogenaamde Itho “DemandFlow” systeem kan deze vraaggestuurde ventilatie ook afzonderlijk per ruimte geregeld worden. Wanneer zich niemand in een slaapkamer bevindt, wordt daar ook niet geventileerd. Zo kan het warmteverlies door ventilatie enorm terug gebracht worden.

Om dit te realiseren moet op elke ruimte een afzuigpunt geplaatst te worden, en moeten per ruimte aparte leidingen gelegd worden naar de technische ruimte. Dit vergt een grote leidinglengte, waarvoor redelijk veel ruimte in de constructie vereist is.

Figuur 17: Itho DemandFlow ventilatie-unit

Figuur 18: Overzicht Demandflow systeem /

leidingen


Ventilatie-unit

In de technische ruimte wordt een ventilatie-unit geplaatst, waarop alle afzonderlijke leidingen aangesloten worden. De ventilatie-unit van het DemandFlow systeem (zie Figuur 17) zal elke 3 minuten een hele kleine hoeveelheid lucht van elke ruimte afzuigen. Dit luchtmonster wordt op verontreiniging gemeten. Na meting wordt automatisch bepaald of ventilatie vereist is.

Wanneer ventilatie nodig is, blijft de ventilatie-unit de ruimte ventileren totdat de dan constant lopende meting aangeeft dat ventilatie niet meer nodig is.

Naast het feit dat de afzuiging mechanisch en dus gecontroleerd is, kan de natuurlijke aanvoer ook gecontroleerd worden. De ventilatieroosters behorende bij het “DemandFlow” systeem kunnen in het kozijn, of in de wand geplaatst worden. Deze roosters kunnen middels een domotisch systeem gekoppeld worden aan de ventilatie-unit. Wanneer in een ruimte niet geventileerd wordt, worden in dat geval de ventilatieroosters in die ruimte kierdicht afgesloten.

Om het comfort te maximaliseren is het ook mogelijk de ventilatieroosters handmatig open te zetten.

Vanwege esthetische redenen is ervoor gekozen om de ventilatieroosters in de wand te verwerken. Afhankelijk van de wandafwerking is het mogelijk de roosters achter de wandafwerking te verbergen.

Afzuigpunten

De afzuigpunten dienen in elke ruimte op de juiste locatie geplaatst te worden. Verse lucht wordt nabij raamopeningen aangezogen. Door de afzuigpunten ver van de raamopeningen te plaatsen kan zoveel mogelijk luchtstroom gerealiseerd worden.

Hoe de afzuigpunten geplaatst zijn is zichtbaar in Figuur 20 en Figuur 19.

Figuur 20: Luchtstroom in de woonkamer

Figuur 19: Luchtstromen in de slaapkamers

16

6. Bouwmethode Er zijn verschillende bouwmethoden mogelijk voor een duurzaam gebouw als dit. Gezien de wens demontabel te bouwen is het een must om met prefab elementen te werken. De belangrijkste bouwmethoden die dit toelaten worden hieronder toegelicht:

Houtskeletbouw

De hele draagstructuur wordt vervaardigd uit houten balken. Alle balken hebben standaardafmetingen. Hout is een natuurlijk materiaal dat zich goed laat bewerken. Het hout is ook goed te hergebruiken of eventueel “terug te geven” aan de natuur. Verbranden levert eventueel ook nog energie op. Vandaar dat houtskeletbouw een milieuvriendelijke methode is die goed in de Cradle to Cradle gedachte past. De houten balken in combinatie met platen kunnen als prefab elementen worden vormgegeven zodat de bouwtijd ingekort kan worden.

Staalframebouw

Staalframebouw is als houtskeletbouw, maar maakt gebruik van dunne koudgevormde stalen profielen. Standaardafmetingen zijn er niet echt, maar omdat het staal zich koud goed laat vormen kan het meeste staal wel hergebruikt worden. Het past echter minder goed in het Cradle to Cradle principe dan houtskeletbouw. Staal is sterker dan hout en kan daarom veel lichter gedimensioneerd worden. In staalframebouw kunnen daarom grotere overstekken en overspanningen gerealiseerd worden.

Staalskeletbouw

Staalskeletbouw maakt gebruik van warmgewalste staalprofielen die in standaardmaten worden toegepast. De productie van deze profielen is

milieubelastend, maar gezien de standaard afmetingen en de zeer lange levensduur kan dit staal vaak hergebruikt worden. Staal kan zeer grote overspanningen aan en is daarom geschikt voor slanke constructies en voor overstekken. In het staalskelet moeten vervolgens (niet constructieve) wanden, vloeren en daken worden geplaatst.

Prefab betonbouw

Bij deze bouwmethode worden betonnen elementen (kolommen, balken, vloeren, daken en wanden) geprefabriceerd en op de bouwplaats in elkaar gezet. Beton is zeer sterk maar ook erg zwaar. Beton kan slechts gedeeltelijk worden hergebruikt (betongranulaat), maar bij hergebruik gaat dat ten koste van de kwaliteit. Beton heeft wel het voordeel dat het door zijn grote massa veel warmte kan accumuleren.

Conclusie

Gezien de overspanningen en uitkragingen van het ontwerp (zie hoofdstuk “Ontwerpproces”) is er gekozen voor een staalskeletbouwconstructie. Dit zorgt voor een zeer sterk en stabiel systeem dat licht gedimensioneerd kan worden. Door gebruik te maken van zoveel mogelijk dezelfde maten kunnen staalskelet onderdelen (portalen) prefab geleverd worden. De opvulling (wanden, vloeren, daken) kunnen prefab in hout uitgevoerd worden. Gezien de standaard afmetingen van het staalskelet kunnen de wanden vloerpanelen flexibel ingedeeld worden. De slanke dimensionering van het staalskelet en het feit dat de houten panelen niet constructief zijn zorgt voor veel plaats voor een dikke isolatielaag. Voor meer informatie zie hoofdstuk “Isolatie”.

Figuur 21: Voorbeeld staalframebouw

Figuur 22: Voorbeeld staalskeletbouw

Figuur 23: Voorbeeld houtskeletbouw


7. Isolatie Gezien het feit dat dit project zo weinig mogelijk milieubelastend moet zijn, en een zeer hoge isolatiewaarde gewenst is, zijn een aantal isolatiematerialen in onderstaande tabel naast elkaar gezet.

Conclusie

Uit deze tabel komt Cellulosewol (Isofloc) het beste uit de test. Deze isolatie wordt vervaardigd uit gerecycled

krantenpapier en is past dus goed in de Cradle to Cradle gedachte. De isolatiewaarde is zonder meer goed. Cellulosewol kan ingespoten worden, maar kan ook als bevochtigde “pap” op constructieonderdelen gespoten worden. Het materiaal is zeer geschikt voor prefab constructies en past dus ook uitstekend bij de gekozen bouwmethode (zie hoofdstuk “Bouwmethode”).

Isolatiesoort Lambda-

waarde

Ecobalans

fabricatie

Afbraak Prijs Duurzaamheid Brandbestendigheid Opmerkingen / Waardering

Geëxtrudeerde polystyreen 0,029 – 0,038 -- - €38,- / m3 - -- (M1) Giftig bij brand, niet ecologisch

Geëxpandeerde polystyreen

0,033 – 0,042 -- - €38,- / m3 - -- (M1) Giftig bij brand, niet ecologisch

Rotswol 0,040 - - €55,- / m3 + - (M0 of M1) Niet ecologisch

Perliet 0,045 - 0 €120,- / m3 ++ ++ (M0)

Vermiculiet 0,060 - 0 €40,70 / m3 ++ ++ (M0)

Geëxpandeerde klei

(Argex)

0,100 - + €41,50 / m3 ++ ++ (M0)

Houtwol 0,060 0 + €216,- / m3 + - (M2)

Cellulosewol 0,039 0 ++ €40,- / m3 + - (M2) Beste prijs-kwaliteit-verhouding

Geëxpandeerde kurk 0,033 0 ++ €227,- / m3 + - (M2)

Hennep 0,080 0 ++ €87,- / m3 + - ontvlambaar

Vlas 0,037 - ++ €180,- / m3 + - ontvlambaar Productie niet milieu-vriendelijk

Kokoswol 0,047 - 0 €220,- / m3 + - ontvlambaar Productie is vervuilend

Waardering: -- = zeer slecht - = slecht 0 =neutraal + = goed ++ = zeer goed

Brandbestendigheid: M0 = onbrandbaar M1 = ontvlambaar M2 = moeilijk brandbaar

Bron: Boomer – www.boomerbvba.be

Figuur 24: Het inspuiten van IsoFloc isolatie

18

8. Wet- en Regelgeving (Bouwbesluit)

Oppervlaktes

De totale oppervlakte van het verblijfsgebied dient minimaal 55% van de Gebruiksoppervlakte te zijn. In Figuur 25 is te zien dat dit percentage in dit gebouw 83% bedraagt. Aan deze eis wordt dus ruimschoots voldaan.

Brandveiligheid

Het kantoorblok is volledig gescheiden van het woondeel. Er wordt daarom gesproken van een apart brandcompartiment. Daarom wordt tussen de woning en het kantoor een brandscheiding geëist van 60 minuten WBDBO (bouwbesluit 2003 artikel 2.106 lid 1).

Gezien de constructieve opbouw van het gebouw ligt het voor de hand dat de scheidende wand tussen het kantoor en de woning opgebouwd is als een buitenwand. Met die opbouw voldoet deze wand aan de eisen t.a.v. brandwerendheid.

Het bouwbesluit bevat ook eisen t.a.v. het plaatsen van rookmelders. Deze rookmelder dient van niet ioniserende aard te zijn, aangesloten te zijn op het elektriciteitsnet en te zijn voorzien van een secundaire energiebron. Rookmelders zijn verplicht op de vluchtroute vanuit een brandcompartiment (bouwbesluit 2003 artikel 2.146 lid 7).

Dit betekent dat zowel de woning als het kantoor voorzien moeten zijn van tenminste één rookmelder. Deze rookmelders moeten geplaatst worden in de vluchtroute, oftewel in de hal van beide gebouwdelen.

Ruimtebeschrijving Oppervlakte

VR

Souterrain

Woon- / eetkamer 44,3 m² +

Technische ruimte 1,4 m²

Badkamer 1 6,1 m²

Gang 3,1 m²

Wasruimte 2 m²

Slaapkamer 1 13,2 m² +

Begane Grond

Toilet 1,2 m²

Hal 11,8 m²

Badkamer 2 3,4 m²



Werkruimten 41,4 m² +

1e verdieping

m²

Vergaderruimte 20,6 m² +

Keuken 6,2 m² +

Toiletten 1,5 m²

Totaal VG 149,3 m²

Totaal GO 179,8 m²

Percentage VG 83 %

Figuur 25: Bepaling VR, VG en GO


Daglichttoetreding

Het bouwbesluit stelt eisen aan de hoeveelheid daglicht die in een aantal ruimtes binnen komt. De daglichtberekening staat in onderstaande tabel. A_d;i is de oppervlakte per raam, C_b;i is de belemmeringsfactor, A_e;i is de totale daglichttoetreding per ruimte.

Souterrain Vloeroppervlak [m2]

A_d;i [m2] C_b;i A_e;i A_e Eis Resultaat

Woon- / eetkamer 44,30 27,27 4,43 VOLDOET

Raam Zuid 36,00 0,66 23,76

Raam West 4,08 0,86 3,51

Techniek 2,30 0,00

Badkamer 1 2,70 0,00

Gang 2,50 0,00

Wasruimte 1,50 1,05 0,00

Raam West 3,28 0,32 1,05

Slaapkamer 1 13,20 2,10 1,32 VOLDOET

Raam West 6,55 0,32 2,10

Begane Grond 0,00

Werkruimte 33,80 13,05 3,38 VOLDOET

Raam Oost 3,18 0,86 2,73

Raam West 12,00 0,86 10,32

Hal 11,80 4,31 0,00

Raam Oost 5,01 0,86 4,31

Meterkast 0,60 0,00

Toilet 1,20 0,00

Badkamer 2 3,40 0,00


Raam West 2,31 0,86 1,99


Raam Oost 2,31 0,86 1,99

1e Verdieping 0,00

Vergaderruimte 20,60 5,35 2,06 VOLDOET

Raam West 6,22 0,86 5,35

Keuken 6,20 8,94 0,62 VOLDOET

Raam Oost 10,40 0,86 8,94

Toiletten 6,00 0,00

20

9. Ontwerpproces

Stedenbouwkundig plan.

Het stedenbouwkundig plan is gegeven door de studenten van de Academie van Bouwkunst in Maastricht. Het plan biedt een grote uitdaging op ontwerpgebied vanwege de afwijkende oriëntatie. Deze situatie maakt dat aan de straatzijde een open karakter gewenst is en aan de achterzijde, aangrenzend aan de gemeenschappelijke tuin, juist een gesloten karakter. Gezien het doel een real-life lab voor “de wijk van morgen” biedt dit plan mogelijkheden om ontwerpen en ideeën te genereren om in te passen in iedere situatie.

Concept

Als eerste gedachtegang bij de opgave van “de wijk van morgen” hebben wij gedacht over een beeld van hoe wij in de toekomst een woonwijk zouden willen zien. De opgave van dit afstudeerproject biedt grote vrijheid in het ontwerp, verschillende principes van traditioneel tot hightech of ecologisch kunnen worden uitgewerkt. Onze visie op “de wijk van morgen” wijkt niet ver af van het beeld van de huidige nieuwbouw, het is niet ons doel om de gemiddelde huizenkoper een ander beeld op te leggen van een nieuwbouwwoning.

Als concept hebben wij er voor gekozen om met een minimale verandering een maximaal resultaat te bereiken. Om de woning in de toekomst ook daadwerkelijk aantrekkelijk te maken voor realisatie of verkoop hebben we er voor gekozen om de uiterlijke kenmerken van ons ontwerp niet te veel te laten afwijken van een traditioneel beeld van een moderne woning, het uiterlijk verandert weinig maar het resultaat op het gebied van verminderen van energieverbruik en terug dringen van milieubelasting wordt gemaximaliseerd.

Om de energievraag van een ontwerp te kunnen realiseren is een van de eerste stappen het ontwerp compact uitvoeren. Voor het ontwerp hebben we een tweede concept bedacht om het gebouw uit te voeren en te relateren aan een van de meest compacte voorwerpen van onze samenleving, het zwitsers zakmes. Een dergelijk zakmes is zeer compact vormgegeven maar bevat een groot aantal functies die aanwezig zijn wanneer met ze nodig heeft.

Figuur 28 Plattegrond van het stedenbouwkundig plan

Figuur 28 Concept

Figuur 28 Concept


Oriëntatie en relatie

Het ontwerp is vanuit een compacte vorm opgebouwd en aangepast aan de situatie en de daarbij behorende oriëntatie. Voor iedere functie is afgewogen welke oriëntatie en welke relatie met de omgeving deze dient te hebben. Om een voorbeeld te noemen de woonkamer heeft vanuit het oogpunt van passieve energie een groot glas oppervlak nodig gericht op het zuiden maar een relatie met buiten is wel gewenst. Deze relaties zijn verwerkt in een schema. Aan de hand van deze schema’s zijn de keuzes gemaakt voor de plaatsing van de ruimtes en hun relatie met de omgeving.

Noord Oost Zuid West

Kantoor

Entrée 0 0 0 0

Werkplekken + + - +

Kantine 0 + 0 +

Vergaderriumte + + - +

Woning

Entrée 0 0 - 0

Woonkamer - - + 0

Keuken - + 0 +

Slaapkamer 0 + - +

Badkamer 0 + 0 +

Kantoor Entrée Werkplekken Kantine Vergaderruimte Buitenruimte

Entrée X 0 - 0 -

Werkplekken 0 X 0 + 0

Kantine - 0 X + +

Vergaderruimte 0 + + X -

Buitenruimte - 0 + - X

Woning Entrée Woonkamer Keuken Slaapkamer Badkamer Buitenruimte

Entrée X + + + 0 -

Woonkamer + X + - - 0

Keuken + + X - - 0

Slaapkamer + - - X + 0

Badkamer 0 - - + X -

Buitenruimte - 0 0 0 - X

22

Vanuit deze tabellen hebben we de oriëntatie van de ruimtes afgeleid. De woonruimtes zijn georiënteerd op het zuiden met een aangrenzende buitenruimte en de slaapvertrekken zijn oost-west georiënteerd zodat er overdag niet te veel zonnewarmte de ruimte binnen dringt. Het kantoor heeft ook een oost-west orientatie wat betreft de raamopeningen vanwege het open karakter naar de entree en een snelle voor verwarming van de ruimtes in de ochtenduren maar wanneer de zon op mijn hoogst staat is het kantoor dat voornamelijk koeling nodig heeft volledig afgeschermd van de passieve zonnewarmte. Met behulp van schuimblokjes hebben we een aantal transformaties uitgevoerd op een standaard kubus die de compacte vormgeving uitbeeld. Deze transformaties zijn gemaakt met de gegevens van de bovenstaande tabellen in ons achterhoofd. Vanuit de tabellen en massastudies hebben we voor een plattegrond voor de woningen het kantoor relatieschema’s opgesteld. Het onderstaande schema is de laatste variant en ook de variant waarvan we zijn uitgegaan bij het ontwerp van de plattegrond. Voor het kantoorgedeelte hebben we deze schema’s in afgeslankte vorm gemaakt, omdat dit deel als vrij indeelbaar is ontworpen en een grote ruimte omhelst.

Figuur 29 Massastudies

Figuur 32 relatieschema begane grond Figuur 32 relatieschema souterrain Figuur 32 relatieschema kantoor


Ontwerp

Vanuit de massastudies en de relatieschema’s hebben we plattegronden opgezet, deze plattegronden zoals afgebeeld hier onder omvatten het relatieschema en zijn afgestemd op een optimale oriëntatie, zo zijn de woonkamer en keuken lichtelijk geroteerd vanwege een maximale zon instraling in de winter situatie. De ruimtes die een relatie met een buitenruimte of de gemeenschappelijke tuin hebben gekregen bevinden zicht in het souterrain de overige ruimtes zoals bijvoorbeeld de tienerslaapkamers bevinden zicht op de begane grond. Hierdoor ontstaat in het souterrain een woonruimte met keuken, badkamer en slaapkamers. Door op deze verdieping de hoofdbadkamer te realiseren worden de leiding lengtes voor het water en dergelijke beperkt en treed er weinig warmte verlies op. Voor een comfortabel ontwerp te realiseren hebben we bij de tienerslaapkamers een afzonderlijk toilet en een afzonderlijke doucheruimte gerealiseerd.

Het kantoor is volledig evenwijdig met de straat gepositioneerd met de entreezijde in het oosten. Vanwege het grote glasoppervlak in deze gevel warmt het kantoor in de ochtend snel op en heeft het een herkenbare gevel voor de mensen die het gebied binnen rijden. Het grote gevelvlak aan de voorzijde geeft eventueel de mogelijkheid voor het plaatsen van een bedrijfslogo of een bedrijfspromotie naar eigen invulling.

Figuur 33 Plattegronden

24

Uitwerking en materialen

Het ontwerp is uitgewerkt volgens een gestandaardiseerde maatvoering, de keuze voor een vast constructieprincipe met een vaste maatvoering. Met de cradle to cradle gedachte voor de keuze van materialen hebben we gekozen voor reeds gebruikte of uit productie afval resten samengestelde materialen. Door een staalskelet van hergebruikt staal en wand panelen van OSB-platen te gebruiken kunnen we een standaard afmeting aan de verschillende wandpanelen toekennen. Op deze manier ontstaat een flexibel systeem met weinig uitzonderingen in detaillering en constructieprincipe. Dit wordt verder toegelicht bij de hoofdstukken wand en vloer opbouw en constructie.

Om het ontwerp op meerdere manieren toe te kunnen passen en een vrij invulbaar beeld van de woning te creëren hebben we de afwerking van de gevels ingevuld met materialen die aan de buitenkant van de wanden bevestigd kunnen worden. Omdat iedere situatie of opdrachtgever kan verschillen is in principe ieder materiaal toe te passen. Wij hebben een keuze gemaakt wat betreft materialen met 3 bepaalde beelden; modern, traditioneel en duurzaam. Door toepassing van verschillende materialen kan ieders wens wat betreft uitstraling worden ingevuld.

De gevels zijn verder zonder specifieke kenmerken van stijl of bouwmethode vormgegeven. Een duidelijk patroon van de standaard afmetingen in de constructie is bewust niet herkenbaar gemaakt in het gevelbeeld om dit niet vooraf te beïnvloeden met een bepaald patroon wat er herkenbaar in terug komt. Aan de buitenzijde hoeft dus niet getoond te worden welk constructieprincipe is toegepast. Op deze manier kan iedere bewoner of gebruiker een eigen invulling geven aan het gebouw.

Figuur 37 gevels


Detailering

Samen met het ontwerp hebben we een constructieprincipe ontwikkeld, de vormgeving van het gebouw is samen met de maatvoering van de constructie ontwikkeld om een zo compleet mogelijk ontwerp met een zo klein mogelijk aantal uitzonderingen in de detaillering te maken. De onderstaande doorsneden zijn volledig uitgewerkt in de bijgevoegde tekeningen. Op deze pagina is een detail voorbeeld gegeven van de gevelopbouw dit geeft een duidelijk beeld van de bouwkundige opzet van het gebouw. Ook deze details zijn in bijgevoegde tekeningen groter en overzichtelijk uitgewerkt.

Figuur 39 doorsneden Figuur 38 Opbouw detaillering

26

10. Energieschema Dit hoofdstuk geeft weer welke maatregelen in het ontwerp genomen zijn om de energievraag in alle aspecten te realiseren. De keuzes voor deze maatregelen zijn verduidelijkt in de hoofdstukken “Passieve Energie”, “Energiebesparing” en “Actieve Energie”.

Ontwerpmaatregelen

In het ontwerp zijn een aantal maatregelen getroffen die het energieverbruik ten goede komen. Deze staan in Figuur 28 afgebeeld. Ter verduidelijking zijn enkele 3D-impressies toegevoegd.

Oriëntatie van de ruimtes: Warmtevragende ruimtes aan de zuidkant, kantoordeel

aan de noordkant

Figuur 40: Zonstudie: Wintersituatie t.p.v. overstek

Figuur 41: Zonstudie: Zomersituatie t.p.v. overstek

Figuur 42: Ontwerpmaatregelen voor energiezuinig bouwen

Overstek: houdt direct zonlicht in de zomer tegen. De open vormgeving laat wel veel diffuus daglicht binnen

Groot glasoppervlak op het zuiden resulteert in veel zonnewarmte – extra zonwering nodig om in de zomer overtollige warmte buiten te houden

Dichte gevel op het zuiden in het kantoorblok ter voorkoming van overtollige warmte


Zonwering

Boven de ramen die op het zuiden gericht zijn bevindt zich een overstek. Dit overstek bestaat uit slanke stalen kokertjes, met een tussenruimte. Het overstek houdt direct zonlicht tegen, maar laat diffuus daglicht toetreden tot de woning.

Dit is echter niet voldoende om te voorkomen dat met name de woonkamer in de zomer ernstig oververhit raakt. Dit is vastgesteld middels berekeningen uit de programma’s EPW en Trnsys. Om oververhitting te voorkomen moet extra buitenzonwering toegepast worden. Dit gebeurt middels screens. Screens zijn textiele doeken die op verschillende manieren voor het raam gespannen kunnen worden.

Wanneer zonwering van boven naar beneden afgelaten wordt, wordt eerst het diffuse daglicht tegengehouden, en later pas het directe zonlicht. Vervolgens moet de kunstverlichting ingeschakeld worden om voldoende licht in de woning of het kantoor te krijgen. Het is dus beter als de zonwering van beneden naar boven zou kunnen gaan. Screens kunnen een verstelbare onder- EN bovenrand hebben, waardoor het vlak in het raam waarin de zon geweerd wordt geheel verstelbaar is.

Schema actieve energie

De gemaakte keuzes voor de actieve energie zijn in het gelijknamige hoofdstuk terug te vinden. Uit deze conclusies is al af te leiden dat er zoveel mogelijk geïntegreerd gebruik wordt gemaakt van dezelfde systemen (in dit geval de warmtepomp).

Wanneer de verschillende onderdelen nauw met elkaar samenwerken kan het beste resultaat bereikt worden. Vandaar dat ook andere onderdelen van het actieve energieschema in verband met elkaar staan. Hieronder is schematisch weergegeven hoe zowel ruimteverwarming, koeling, warm tapwater en elektra in het gebouw werken.

Figuur 45: Het Energieschema

Figuur 44: Soltis 92 screens

Figuur 43: Zonwering die bovenaan

geopend kan worden laat meer diffuus daglicht door

Het bedrijf Soltis levert screendoeken die voorzien zijn van een dunne reflecterende metaalcoating, waardoor maarliefst 95% van de zonnewarmte tegengehouden wordt, terwijl diffuus daglicht nog goed doorgelaten

wordt.

Dit energieschema is ook afgedrukt op A2 formaat in de tekeningenset (zie bijlagen), op blad BT.14

28

11. Constructie

Stramienen

De plaatsing van stramienen is de eerste stap naar de realisatie van de constructie. Voor dit project is er aandacht aan besteed zoveel mogelijk vergelijkbare maten te hanteren zodat de houten panelen waarmee de wanden en vloeren opgebouwd worden, zoveel mogelijk dezelfde maten hebben en dus gestandaardiseerd kunnen worden.

Zoveel mogelijk dezelfde afmetingen hanteren heeft positieve gevolgen op het verminderen van het materiaalgebruik, en het standaardiseren van wanden, vloeren, maar ook vloerverwarming, ruimte indelingen, enzovoorts.

Uit de afmetingen van het schetsontwerp is gebleken dat het afronden van de stramienmaten op hele meters het gunstigst uitkwam. Bij een vrije hoogte (bouwbesluit) van 2600 mm blijkt een verdiepinghoogte van precies 3000 mm ook goed haalbaar is. Op deze manier is het gebouw eenvoudig en logisch te maatvoeren.

De stramienen zijn in drie blokken verdeeld (A, B en C, te zien aan de nummering). Dit zijn het kantoorblok (groen), het woonblok (blauw) en het slaapkamerblok (rood).

In dit geval ligt blok C in het verlengde van blok A. Het is echter mogelijk dat, wanneer dit ontwerp op een andere locatie (oriëntatie) geplaatst zou worden, deze blokken ten opzichte van elkaar zouden draaien. Zo kan de oriëntatie op het zuiden geoptimaliseerd worden. Bij een dergelijke aanpassing zou de constructie en de indeling van de wandpanelen echter opnieuw onderzocht moeten worden.

Figuur 46: Stramienen


Algemene opbouw staalconstructie

Zoals in het hoofdstuk “Bouwmethode” werd omschreven is gekozen voor staalskeletbouw. Hiernaast (Figuur 33) is te zien hoe deze staalconstructie vormgegeven is.

Er is zoveel mogelijk gebruik gemaakt van gelijke staalprofielen. Het betreft voornamelijk IPE160 profielen, die als kolommen en liggers portaalconstructies vormen. De liggers waarop vloeren liggen zijn uitgevoerd als kokers 160 x 80 x 6 mm. Deze kokers zijn wringstijf. Daardoor wordt het mogelijk vloeren asymmetrisch op te leggen zonder nadelige consequenties voor de constructie.

De gehele staalconstructie heeft scharniervormige verbindingen. Zoals het staalskelet hiernaast is afgebeeld, is het dus instabiel (t.a.v. horizontale krachten). Wanneer er echter wanden vloerelementen in deze constructie worden bevestigd, nemen deze de stabiliteit van de constructie voor hun rekening.

Tijdens het bouwproces, voordat de wanden vloerelementen geplaatst worden, zal deze constructie tijdelijk geschoord moeten worden.

Figuur 47: Perspectief staalconstructie

30

Verticale krachtsafdracht

Door overstekken en plaatselijk ongelijke overspanningen dienen extra maatregelen getroffen te worden om verticale krachten af te dragen naar de fundering.

Knelpunt 1 t.g.v. verticale krachten:

Slaapkamer 2 (de slaapkamer aan de westkant, op de begane grond) steekt 3 meter over het terras. Om dit overstek te realiseren zijn op 3 plaatsen staalstrippen aangebracht die trekkrachten voor hun rekening nemen. Dit is zichtbaar in Figuur 34. De rode krachten geven de massa’s van het overstek (puntlasten) aan, de blauwe pijlen geven aan hoe de reactiekrachten vervolgens werken en hoe die krachten zich naar de fundering verplaatsen. Uit de uiteindelijke constructieberekeningen kan blijken dat de kolommen die op extra drukkracht belast worden groter gedimensioneerd moeten worden. Knik en buiging kunnen worden tegengegaan door de stabiliteit die de wandpanelen aan de constructie zullen geven. Ter verduidelijking staat naast Figuur 34 het statisch schema van dit constructieonderdeel.


In Figuur 35 is de krachtsafdracht t.p.v. het overstek van het kantoorblok weergegeven. Wederom stellen de rode pijlen de puntlasten van de massa van het kantoorblok voor. De directe reactiekrachten (groen) worden via de liggers onder het kantoorblok (groen) overgedragen aan de schuine ligger (blauwe lijn). Via kolommen onder deze schuine ligger worden deze krachten afgedragen aan de fundering (blauwe pijlen).

Figuur 48: Verticale krachtsafdracht overstek slaapkamer

Figuur 49: Verticale krachtsafdracht overstek kantoorblok

F

R;a R;b

F

R;a R;b



In de woonkamer, waarboven zich een vide bevindt, zijn geen kolommen gewenst. Het kantoorblok, dat gedeeltelijk in de woonkamer steekt, dient echter wel ondersteund te worden. Door een grotere kolomvrije overspanning kan dit niet zomaar gerealiseerd worden.

De ligger (in Figuur 36 blauw gekleurd), die 9 meter overspant, kan groter gedimensioneerd worden om dit probleem op te lossen. Een andere, goedkopere mogelijkheid, is het toepassen van trekstrips die in principe een extra steunpunt voor deze ligger kunnen realiseren. Hierdoor kan deze ligger kleiner gedimensioneerd worden, maar wordt de kolom waaraan de staalstrip bevestigd is zwaarder belast. Door deze maatregel wordt de vrije overspanning van de ligger beperkt tot 6 meter, en voldoet een IPE300 profiel (bepaald d.m.v. vuistregels).

Wanneer een soortgelijke trekstrip ook aan de andere zijde aangebracht zou worden, zou de vrije overspanning van de ligger terug gebracht kunnen worden naar 3 meter. Echter, de kolommen staan daar niet recht boven elkaar, wat ervoor zou zorgen dat er een grote momentkracht in deze knoop zou ontstaan.

Figuur 50: Verticale krachtsoverdracht in woonkamer

F R;b R;a F

32

Horizontale krachtsafdracht

Horizontale krachten, t.g.v. windkrachten kunnen door deze staalconstructie niet worden opgenomen: Alle verbindingen tussen stalen elementen zijn scharnierend uitgevoerd. Tijdens de bouw betekent dat dat het staalskelet als een kaartenhuis in elkaar zou vallen. Het skelet moet daarom tijdelijk geschoord worden. Na montage van de wanden vloerpanelen zullen deze de horizontale stabiliteit overnemen.

Vrijwel alle wanden vloerpanelen kunnen de krachten t.b.v. windbelasting opnemen, met uitzondering van de panelen die doorbroken worden door grote raamopeningen. Deze grote raamopeningen bevinden zich met name in de zuidgevel, en in de kopse kanten van het kantoorblok (entreepartij en L-vormig raam).

Omdat de wanden vloerpanelen zorgen voor de horizontale stabiliteit moeten deze op een bepaalde manier bevestigd worden, zodat de krachten goed aan de staalconstructie worden doorgevoerd. Hoe dit opgelost is wordt nader toegelicht in hoofdstuk “Wand- en vloeropbouw”.

Hieronder wordt per gebouwblok beschreven hoe het zijn stabiliteit verkrijgt. In de afbeeldingen zijn kruizen getekend om aan te geven waar de stabiliteitselementen zich bevinden. Deze stabiliteitselementen zijn de wanden vloerpanelen. Er worden dus geen windkruizen in de stalen constructie geplaatst.

Stabiliteit in het C-blok

Het blok waarin zich de slaapkamers, badkamers, hal, technische ruimte en toilet bevinden (in de tech. tekeningen het blok aangegeven met de C-stramienen, in dit verslag vanaf nu C-blok genoemd) is volledig gestabiliseerd met wanden vloerelementen.

Hiervoor is het essentieel dat in dit C-blok het dak, en minstens 3 wandvlakken als stabilisatiewand fungeren.

Figuur 51: Horizontale stabiliteit in het C-blok

Figuur 52: Horizontale stabiliteit in het B-blok


Hoe dat in dit blok gerealiseerd is, is aangegeven in Figuur 37. Met lichtblauw is het blok aangegeven. De rode kruizen geven de daken wandvlakken aan die essentieel zijn voor de stabiliteit van dit blok. Al deze wanden vloerelementen hebben geen of nauwelijks raamopeningen.

Stabiliteit in het B-blok

Het B-blok (het schuine blok met daarin de woonkamer) is gekoppeld met het C-blok, en ontleent hieraan zijn stabiliteit voor wind uit het oosten en westen. Voor wind uit het noorden en zuiden zijn de beide kopse kanten van het blok geschoord (zie Figuur 38).

Een probleem is, dat het dak van dit blok niet geschoord kan worden: Het dak is namelijk gesplitst in twee bouwlagen, omdat dit blok word doorsneden door het A-blok. Daarnaast bevindt zich in het dak een lichtstraat die de stabiliteit van het dak onmogelijk maakt. De oplossing ligt in de stabiliteit van het zwevende A-blok. Wanneer de vloer van het A-blok gekoppeld wordt aan de geschoorde kopse kanten van het B-blok, ontstaat daar ook een stabiel element.

Stabiliteit in het A-blok

Het A-blok (het kantoorblok) heeft zijn eigen stabiliteitselementen. Het is net als het C-blok volledig stabiel middels een gesloten dak en 3 wandelementen. Dit is te zien in Figuur 39.

Er is hier echter een probleem: Het kantoorblok heeft geen verbinding met de fundering. De krachtsafdracht zal dus via een ander blok naar de fundering afgedragen moeten worden.

Dit gebeurt via het B-blok, dat een groot deel van zijn dak deelt met de vloer van het A-blok (zie ook Figuur 38). De vloer van het A-blok en het dak van het B-blok omvatten dezelfde vloerpanelen. Via deze panelen en de schuine ligger in het A-blok kunnen de horizontale krachten in het A-blok doorgegeven worden aan de fundering onder het B-blok. Dit is verduidelijkt in Figuur 40.

Figuur 53: Horizontale stabiliteit in het A-blok

Figuur 54: Samenhang vloer A-blok en dak B-blok

34

12. Wand- en Vloeropbouw In dit gebouw worden wanden en vloeren opgebouwd uit prefab panelen die opgebouwd zijn als een soort niet-dragende HSB-wanden. Dit zorgt voor een lichte opbouw, die geheel in de fabriek vervaardigd kan worden. Bij het ontwerpen van het staalskelet is hier al rekening mee gehouden: De panelen hebben dezelfde afmetingen als de stramienen. Deze stramienen hebben vaak dezelfde maten, waardoor het mogelijk wordt veel gelijksoortige panelen te gebruiken. Dat bespaart geld, afvalmateriaal en bouwtijd.

Wand- en vloerpanelen

De wanden en vloeren van dit gebouw hebben meerdere functies:

• Het zorgen voor een isolerende schil om het gebouw

• Het zorgen voor een kierdicht gebouw zodat warmteverlies en tocht voorkomen worden

• Het zorgen voor een waterdichte schil om het gebouw

• Het verzorgen van de stabiliteit t.a.v. krachten in horizontale richting van de constructie

Deze verschillende punten zullen hieronder worden toegelicht.

Het zorgen voor een isolerende schil om het gebouw

Omdat dit een nul-energie woning is, is een zeer hoge isolerende waarde vereist. Door middel van berekeningen met het programma EPW en trnsys is bekeken wat deze isolatiewaarde voor een effect heeft op de algehele prestatie van de woning.

Algemeen geldt de regel: hoe meer isolatie, hoe beter de prestatie. Echter, boven een bepaald punt heeft het toevoegen van meer isolatie weinig invloed op de prestaties.

De reden hiervoor is, dat de wanden vloeropbouw slechts een deel van het warmteverlies kunnen beperken. Een groot deel van de inwendige warmte zal verloren gaan door kozijnen, kieren, en via ventilatie.

Uit de eerder genoemde computerprogramma’s is gebleken dat een isolatiewaarde (R-waarde) van 6,0 m2K/W een goed optimum is. Vandaar dat voor deze waarde gekozen is binnen dit project.

In de wanden vloerpanelen bevinden zich constructieve elementen (houten balken) die plaatselijk de isolatielaag verdringen. Ter plaatse van deze balken zal de isolatiewaarde dan ook minder bedragen dan de gewenste waarde.

Om dit teniet te doen is ervoor gekozen de algehele isolatiewaarde te verhogen naar 6,5 m2K/W, zodat het gemiddelde nog altijd rond de 6,0 m2K/W zal liggen.

Bij gebruik van de isolfloc isolatie (zoals omschreven in hoofdstuk ”Isolatie”), met een lambda-waarde van 0,039, is een isolatielaag van 250 mm vereist om een R-waarde van 6,5 m2K/W te halen.

Omdat houten stijlen in een paneel de thermische schil volledig zouden doorbreken, is er gekozen voor een stijlen- en regelwerk, als zichtbaar in Figuur 42: Opengewerkte wandpanelen in het staalskelet. Op deze manier is de plaatselijke verdunning van de thermische schil minimaal, en de isofloc isolatie kan probleemloos overal in de panelen doordringen.

Het zorgen voor een kierdicht gebouw zodat

warmteverlies en tocht voorkomen worden

De wanden vloerpanelen bestaan uit constructieve elementen (balken), een isolatielaag, en uit platen die de panelen zichtzetten (zie Figuur 41).

Dit dichtzetten zorgt er in eerste instantie voor dat de isolatievlokken op hun plaats blijven. De isofloc isolatie dringt bij inspuiting door tot in de kleinste naden en kieren, wat ervoor zorgt dat de panelen vrij eenvoudig naaddicht te krijgen zijn.

Constructieve elementen

Isolatiepakket

Platen

Figuur 55: Onderdelen van een wand- / vloerpaneel

Figuur 56: Opengewerkte wandpanelen in het staalskelet


Het zou dus een voordeel kunnen zijn, de panelen aan de kopse kanten open te laten en de isofloc in-situ in te spuiten. Dat zorgt ervoor dat de overgangen tussen de verschillende panelen ook met zekerheid kierdicht zijn.

Dan moet er alleen nog voor gezorgd worden, dat de isolatievlokken er niet uit kunnen ter plaatse van de paneelovergangen. Dit zou kunnen door de panelen deels in elkaar te laten schuiven middels standaard messing en groef aansluitingen zoals die op OSB platen zijn aangebracht. Echter, er is dan maar een overlapping van ongeveer 1 cm, en er zou meer bouwmateriaal verloren gaan omdat alleen op maat gezaagde platen met een messing of groefkant bruikbaar zouden zijn.

Uitgaande van een recht afgezaagde kant van de platen, en van eventuele maatafwijkingen is ervoor gekozen de panelen op de kopse kanten te voorzien van een compriband (Figuur 43), die de naden tussen verschillende panelen dicht zet.

Wandopeningen worden prefab in panelen gemaakt. Kozijnen worden in de fabriek in het paneel gelijmd. Dit zorgt voor minder bouwwerk op de bouwplaats. Verlijmen verzekert een goede naaddichting rondom kozijnen. Glas en deuren worden later geplaatst.

Het zorgen voor een waterdichte schil om het gebouw

Voor het buiten houden van vocht, en het naar buiten transporteren van damp, zijn folies nodig in een wand en vloer. Deze folies worden in-situ aangebracht op de panelen.

Het verzorgen van de stabiliteit t.a.v. krachten in

horizontale richting van de constructie

Omdat de staalconstructie geen voorzieningen heeft voor horizontale stabiliteit, nemen de wanden vloerpanelen deze functie voor hun rekening.

Dit ligt voor de hand: De panelen moeten een zekere stevigheid hebben omdat ze met een bouwkraan op

hun plaats gehangen zullen worden. Deze stevigheid kan dan meteen gebruikt worden voor de stabiliteit.

Haar eigen stabiliteit verleent een wandpaneel aan de platen aan de binnen- en buitenzijde. Die platen moeten dus goed bevestigd worden aan de houten stijlen in het paneel. Dit gebeurt middels schroeven, die om de 500 mm geplaatst worden.

De stijlen en regels die de platen op afstand van elkaar houden, worden prefab met elkaar verlijmd.

De wandpanelen moeten, om de stabiliteit van de constructie goed te kunnen verzorgen, zowel aan de zijkanten als aan de boven- en onderkant goed bevestigd worden aan de staalconstructie. Dit geldt ook voor de vloerpanelen, die behalve oplegging ook verankerd dienen te worden.

Deze verankering wordt gerealiseerd middels aan de staalconstructie gelaste stalen platen. Middels bouten worden de regels en stijlen van de panelen met die stalen platen verbonden. Hierdoor ontstaat tevens de mogelijkheid de wanden vloerpanelen in alle drie de dimensies te stellen, zodat eventuele maatafwijkingen geen problemen kunnen vormen.

Om deze boutverbindingen te kunnen maken, moet het op de bouwplaats mogelijk zijn dat een bouwvakker deze bouten in het paneel kan vastzetten. Om die reden is ervoor gekozen de binnenste houten plaat van wandpanelen, en de onderste houten plaat van vloerpanelen nog niet te bevestigen in de fabriek.

Integratie systemen

Het feit dat de binnenste platen van de panelen in-situ geplaatst worden, geeft tevens de mogelijkheid leidingen achteraf in de panelen te verwerken. Het is uiteraard mogelijk dat leidingen prefab in de panelen gezet worden.

Figuur 57: Compriband

Figuur 58: Opbouw wandpaneel prefab

Figuur 59: Opbouw vloerpaneel prefab

36

Hierbij dient (met name bij verlichting) rekening te worden gehouden met de isofloc isolatie, die wellicht niet in aanraking mag komen met elektrische elementen vanwege brandgevaar.

Een systeem dat zeker prefab geïntegreerd wordt in de vloerpanelen, is de vloerverwarming. In een deel van het dak geldt hetzelfde voor het Energy-Dak systeem. De leidingen hiervoor worden op de vloerpanelen bevestigd (voorzien van contactgeluid-isolatie) en vervolgens afgedekt middels een gipsvezelplaat, om het lopen over de platen tijdens de bouw mogelijk te maken.

Wandopeningen

Zoals al in de vorige paragraaf vermeldt, worden kozijnen prefab in de panelen bevestigd.

Van het gehele gebouw wordt een goede isolatiecapaciteit verwacht. Zo ook van de kozijnen. Standaard houten kozijnen zouden een te grote koudebrug vormen voor dit gebouw. Om die reden is gekozen voor een beter isolerend type kozijn:

Het Optiwin Passiefhuis kozijn (zie Figuur 47). Dit kozijn is opgebouwd uit houten delen, met daartussen een laag kurk. Kurk heeft een veel betere isolatiewaarde vergeleken met hout. Deze samenstelling geeft het

kozijn een U-waarde van 0,7 W/m2K.

Figuur 61: Het Optiwin Passiefhuis Drei3Holz kozijn Figuur 60: Montagevolgorde en detaillering panelen


13. AfwerkingVan de gebruikte materialen zijn in hoofdstuk “Referentiebeelden” afbeeldingen geplaatst.

Exterieur

Ten aanzien van het materiaalgebruik in het exterieur van het gebouw zijn een drietal varianten uitgewerkt. Deze varianten hebben heel verschillende uitstralingen, echter bij elke variant is het kleurcontrast tussen het woon- en het werkgedeelte duidelijk zichtbaar.

Variant 1: Traditioneel

De traditionele variant geeft het gebouw een huiselijke uitstraling door gebruik te maken van voor de bewoner bekende materialen. Dit sluit aan bij de ontwerpgedachte een woning te maken die er niet uitziet als een milieuvriendelijke nul-energiewoning, maar als een modern woonhuis.

Onderdeel Materiaal

Gevel woning Leemstuc met olie-coating (wit)

Gevel kantoor Rietpakket

Kozijnen woning Hout, antraciet

Kozijnen kantoor Hout, antraciet

Zonwering zuidgevel Staal, antraciet

Leemstuc is de milieubewuste vervanging van normaal stucwerk. Leemstuc is verkrijgbaar in veel verschillende kleuren. Het is echter niet geschikt voor buiten, tenzij het een coating van olie krijgt. Door deze coating wordt het stucwerk waterafstotend. Het stucwerk kan op een primer aangebracht worden op de buitenplaten van de wandpanelen.

Het rietpakket aan het kantoor geeft het een groot contrast met het strakke stucwerk op de woning. Riet kan ondanks zijn grove structuur zeer strak afgewerkt

worden bij hoekomzettingen en gevelopeningen. Riet werd al sinds jaren gebruikt als dakbedekking bij traditionele dakkappen, maar kan ook goed verticaal tegen gevels gezet worden. Het wordt op een regelwerk bevestigd, en kan daarom eenvoudig tegen de buitenkant van de wandpanelen bevestigd worden.

Variant 2: Modern

De moderne variant bevat moderne materialen die het gebouw een zeer strak uiterlijk geven. Dit past het beste bij het geometrisch ogende gebouw. De uitstraling wordt echter minder traditioneel en meer gedurfd.

Onderdeel Materiaal

Gevel woning Lariks horizontale latten

Gevel kantoor Cortenstaal panelen




Lariks is een licht gekleurde naaldhoutsoort die in Europa veel voorkomt. In milieuopzichten is Lariks dus geschikt als gevelafwerking. De horizontale latten kunnen bevestigd worden op een houten verticale regelwerk. Door paneeltjes van 50 cm hoog te maken kunnen deze prefab aangeleverd worden en hoeven ze op de bouwplaats slechts (blind!) vastgeschroefd te worden.

Ook Cortenstaal kan op een regelwerk bevestigd worden, en behoeft dus geen ingewikkelde afwijkende detaillering. Staal klinkt niet zo milieubewust als riet of hout, echter, Cortenstaal is in standaardafmetingen verkrijgbaar, heeft een zeer lange levensduur (kan dus hergebruikt worden), en heeft bovendien nagenoeg geen onderhoud nodig.

Figuur 63: Variant 2: Cortenstaal en Larikshout

Figuur 62: Variant 1: Riet en Stucwerk

38

Variant 3: Duurzaam

De duurzame variant laat met zijn materialen duidelijk zien dat het om een duurzaam gebouw gaat. De gebruikte materialen geven een natuurlijke of bijzondere uistraling aan het gebouw. Dit is in principe in strijd met de ontwerpgedachte een gebouw te ontwerpen waaraan niet zichtbaar is dat het om een nul-energie gebouw gaat.

Deze ontwerpopdracht is echter deels fictief: Het gebouw zal niet gebruikt worden als echt woonhuis, maar als een real-life-lab (zie Inleiding).

Onderdeel Materiaal

Gevel woning Plantengevel

Gevel kantoor Stalen persroosters




Een plantengevel is overduidelijk duurzaam verantwoord. De gevel heeft een drainagelaag nodig, maar inclusief die drainagelaag kan de plantengevel vrij eenvoudig op de buitenkant van de wandpanelen bevestigd worden. Onderhoud van deze gevel is zeer gering.

Stalen persroosters worden voor veel doeleinden gebruikt, en ze zijn er dan ook in groten getale. De meeste persroosters worden gebruikt voor tijdelijke functies en worden dus verhuurd of hergebruikt. Omdat ze een zeer lange levensduur hebben en na hun functie gewoon weer ergens anders gebruikt kunnen worden zijn ze erg duurzaam. Ze hebben een open structuur. Achter deze roosters wordt een donkere folie geplaatst. Ook dit kan bevestigd worden op een regelwerk, dat net als andere materiaalkeuzes eenvoudig op de houten wandpanelen bevestigd kan worden.

Interieur

In het interieur zijn geen varianten gemaakt. Bij de drie verschillende buitengevel varianten hoort dus steeds hetzelfde interieur.

Wand / Plafondafwerking

Binnenwanden en plafonds worden afgewerkt middels MDF panelen, met uitzondering van de toiletten, badkamers en waskamer. De MDF panelen zijn prefab op maat gemaakt en kunnen blind bevestigd worden op de wandpanelen.

MDF kan op meerdere manieren bewerkt worden. Ze kunnen glad geleverd worden, maar ook geperforeerd, of 3D-gefreesd. Bij deze laatste optie kan elke willekeurige textuur aan de MDF platen gegeven worden.

Binnen dit gebouw is er naar gestreefd een lichte, moderne uitstraling te creëren. Het grootste deel van de MDF platen krijgen dan ook een witte kleur, en krijgen een textuur die vergelijkbaar is met stucwerk.

Het kantoorblok, dat in de woonkamer steekt, moet van binnenuit ook zichtbaar zijn. Daarom hebben de binnenwanden, die eigenlijk tot het kantoorblok behoren, een andere textuur en kleur. Hierbij zijn talloze opties mogelijk, en kan dus ook gevarieerd worden aan de hand van de keuze van het exterieur.

Vloerafwerking

Alle vloeren, met uitzondering van de toiletten, badkamers en waskamers, worden afgewerkt met een bamboe-parket vloer. Bamboe is de snelst groeiende houtsoort ter wereld. Bamboe is daarom een erg milieubewuste keuze. Van bamboe worden smalle repen gezaagd, die vervolgens geperst worden tot platen of latten. Uit deze platen is het parket vervaardigd.

Natte cellen

Sanitaire ruimtes (natte cellen) worden betegeld met antraciet kleurige vloertegels en witte wandtegels

Figuur 64: Variant 3: Persroosters en Plantengevel

14. Referentiebeelden

Figuur 70: Cortenstaal Figuur 70: Lariks gevelafwerking Figuur 70: Verzinkt stalen persroostes

Figuur 70: Plantengevel Figuur 70: Rietgevel Figuur 70: Bamboe Parket

40

15. Demontage Een van de wensen van de opdrachtgever was, dat het gebouw demontabel moest zijn. Dit bespaart afval, energie, en nieuwe grondstoffen (Figuur 57). Er zijn verschillende maten van mogelijkheden tot demonteren. In deze opdracht is er zeer veel rekening gehouden met deze mogelijkheid, echter enkele onderdelen zijn onmogelijk te demonteren.

Gedeeltelijke demontage

Het gebouw bestaat grotendeels uit prefab onderdelen die op de bouwplaats aan elkaar bevestigd worden. Die bevestiging gaat via schroeven en bouten. Al deze verbindingen zijn probleemloos uit elkaar te halen wanneer het gebouw haar functie vervuld heeft.

Met uitzondering van de betonnen poeren, die in-situ gestort worden, en (in geval van gevelvariant 1) het stucwerk, kunnen alle prefab onderdelen uit elkaar gehaald worden en elders weer gebruikt worden om hetzelfde gebouw (of een soortgelijk gebouw) opnieuw op te bouwen.

In dat geval dient de bouwvolgorde (Figuur 46, pagina 36) achterwaarts doorlopen te worden. Hierbij moet opgemerkt worden dat de ingespoten cellulose isolatie ook weer uit de constructie gezogen kan worden en elders weer ingespoten kan worden. Er moet dan wel rekening mee gehouden worden dat een klein deel van de isolatie verloren kan gaan, maar dit is milieu- en kostentechnisch te verwaarlozen.

Wandafwerkingen zijn ook volledig te verwijderen, met uitzondering van de lijm waarmee tegels bevestigd zijn.

Volledige demontage

Wanneer verdere demontage gevraagd wordt, oftewel, wanneer het geheel uit elkaar gehaald zou moeten worden tot de oorspronkelijke materialen, waarbij ook de prefab elementen uit elkaar gehaald zouden moeten worden tot de oorspronkelijke balken, platen, enz., is de mogelijkheid tot demonteren een ander verhaal.

De prefab wanden vloerpanelen zijn deels verlijmd: De regels en stijlen in de panelen zijn met elkaar via lijm bevestigd, en hetzelfde geldt voor de bevestiging van de kozijnen. Deze zullen dus moeilijk (of niet) te demonteren zijn. Dit is een nadeel, maar de lijmverbinding biedt in dit geval veel voordelen voor de kierdichting van het gebouw.

De staalconstructie kan, net als bij gedeeltelijke demontage, volledig uit elkaar gehaald worden tot standaardprofielen. Er moeten dan wel koppelplaten en dergelijke middels flexen verwijderd worden.

Met uitzondering van de gestorte funderingselementen en het eventuele stucwerk kan verder alles volledig gedemonteerd worden.

Figuur 71: Onnodig energieverbruik en afvalproductie


16. Samenvatting Voor de afstudeerproject “De Wijk van Morgen” werd de opdracht geformuleerd een energie-neutraal woon-werk gebouw te ontwerpen en technisch uit te werken. Dit vergde een geïntegreerde aanpak van zowel het ontwerpproces, de energie-analyse en de constructieve en bouwtechnische uitwerking. Tijdens ontwerpproces moest rekening gehouden worden met maatregelen die het gebruik van passieve energie zo optimaal mogelijk maken.

Voor actieve energieopwekking zijn er talloze systemen op de markt. De kunst is het, deze verschillende systemen met elkaar te integreren om zo tot een optimaal rendement te komen. Het gebruik van een warmtepomp voor ruimteverwarming en warm tapwater is een vrij logische keuze, maar voor de keuze voor warmte en koudebronnen is een uitgebreider onderzoek nodig.

Voor deze woning is gekozen voor de combinatie van het Energy-heipaal en Energy-dak concept van het bedrijf Enicon. Deze systemen werken goed met elkaar samen. Door integratie van het Energy-dak met de PV-cellen wordt deze samenwerking nog verbeterd en verhoogt het rendement van de PV cellen.

Het ontwerp geeft een duidelijke scheiding weer tussen kantoor (werk) gebouwdeel, en het woongedeelte. Echter, beide delen zijn ontworpen met het doel het passiefhuis-gehalte van dit gebouw buiten beeld te laten. Het gebouw heeft een uitstraling van een “normaal” modern woonhuis gekregen.

Constructief bestaat dit gebouw uit een stalen skelet, waarin houten gevel- en wandpanelen met standaardafmetingen worden geplaatst. Dit geheel zorgt voor een flexibel indeelbaar gebouw, zowel in gevel als in plattegrond. Door deze opbouw is het mogelijk het gebouw zeer snel te monteren en ook weer te demonteren, en daardoor ook eenvoudig aan te passen aan de gewenste situatie.

42

Bijlagen Als bijlagen treft u de volgende documenten aan:

I. Bepaling / berekening elektrisch energieverbruik

II. Betonson / Enicon Energy-palen en Energy-dak, TNO testrapport

III. Betonson berekening benodigde lengte Energy-palen en oppervlakte Energy-dak

IV. EPW berekening met PV-cellen

V. EPW berekening zonder PV-cellen

VI. Deel verslag studenten werktuigbouwkunde (Trnsys berekeningen)

VII. Itho DemandFlow productinformatie

VIII. TNO gelijkwaardigheidverklaring Itho DemandFlow ventilatiesysteem

IX. Optiwin Drei3Holz kozijn productinformatie

X. MOSO bamboeparket productinformatie


Gebruikte afbeeldingen Figuur 1: Maquette van het stedenbouwkundig plan 6

Figuur 2: Plattegrond van het stedenbouwkundig plan 6

Figuur 3: Mogelijkheden voor zonwering in de zomer en lichttoetreding in de winter 7

Figuur 4: Het effect van een lichtstraat met vide 7

Figuur 5: LED-lampen en spaarlampen 8

Figuur 6: De werking van een douche-WTW 8

Figuur 7: De Trias Energetica 9

Figuur 8: Een 20 kW warmtepompset van Stiebel-Eltron 10

Figuur 9: Een schema van de werking van een warmtepomp 10

Figuur 10: De Energy-Heipaal van Betonson 11

Figuur 11: Het Energy-dak 11

Figuur 12: Verschil in temperatuurverdeling vloerverwarming of radiator / wandverwarming 11

Figuur 13: De werking van een zonneboiler 12

Figuur 14: Back Contact Cell van Solland Solar 13

Figuur 15: Voorbeeld van een kleine windturbine voor particulier gebruik 13

Figuur 16: Energieopbrengst afhankelijk van ligging PV-cellen 13

Figuur 17: Itho DemandFlow ventilatie-unit 14

Figuur 18: Overzicht Demandflow systeem / leidingen 14

Figuur 19: Luchtstromen in de slaapkamers 15

Figuur 20: Luchtstroom in de woonkamer 15

Figuur 21: Voorbeeld staalframebouw 16

Figuur 22: Voorbeeld staalskeletbouw 16

Figuur 23: Voorbeeld houtskeletbouw 16

Figuur 24: Het inspuiten van IsoFloc isolatie 17

Figuur 25: Bepaling VR, VG en GO 18

Figuur 26 Plattegrond van het stedenbouwkundig plan 20

Figuur 27 Concept 20

Figuur 28 Concept 20

Figuur 29 Massastudies 22

Figuur 30 relatieschema begane grond 22

Figuur 31 relatieschema souterrain 22

Figuur 32 relatieschema kantoor 22

Figuur 33 Plattegronden 23

Figuur 34 gevel met larikshout en cortenstaal 24

Figuur 36 gevel met stucwerk en riet 24

Figuur 35 gevel met stalen persroosters en planten 24

Figuur 37 gevels 24

Figuur 38 Opbouw detaillering 25

Figuur 39 doorsneden 25

Figuur 26: Zonstudie: Wintersituatie t.p.v. overstek 26

Figuur 27: Zonstudie: Zomersituatie t.p.v. overstek 26

Figuur 28: Ontwerpmaatregelen voor energiezuinig bouwen 26

Figuur 29: Zonwering die bovenaan geopend kan worden laat meer diffuus daglicht door 27

Figuur 30: Soltis 92 screens 27

Figuur 31: Het Energieschema 27

Figuur 32: Stramienen 28

Figuur 33: Perspectief staalconstructie 29

Figuur 34: Verticale krachtsafdracht overstek slaapkamer 30

Figuur 35: Verticale krachtsafdracht overstek kantoorblok 30

Figuur 36: Verticale krachtsoverdracht in woonkamer 31

Figuur 37: Horizontale stabiliteit in het C-blok 32

Figuur 38: Horizontale stabiliteit in het B-blok 32

Figuur 39: Horizontale stabiliteit in het A-blok 33

Figuur 40: Samenhang vloer A-blok en dak B-blok 33

Figuur 41: Onderdelen van een wand- / vloerpaneel 34

Figuur 42: Opengewerkte wandpanelen in het staalskelet 34

Figuur 43: Compriband 35

Figuur 44: Opbouw wandpaneel prefab 35

Figuur 45: Opbouw vloerpaneel prefab 35

Figuur 46: Montagevolgorde en detaillering panelen 36

Figuur 47: Het Optiwin Passiefhuis Drei3Holz kozijn 36

Figuur 48: Variant 1: Riet en Stucwerk 37

Figuur 49: Variant 2: Cortenstaal en Larikshout 37

Figuur 50: Variant 3: Persroosters en Plantengevel 38

Figuur 53: Cortenstaal 39

Figuur 51: Lariks gevelafwerking 39

Figuur 52: Verzinkt stalen persroostes 39

Figuur 54: Plantengevel 39

Figuur 55: Rietgevel 39

Figuur 56: Bamboe Parket 39

Figuur 57: Onnodig energieverbruik en afvalproductie 40

44

Index actieve energie ............. 27

Actieve Energie ............. 10

Afwerking ........................ 37

Afzuigpunten .................. 15

bewegingssensoren ........ 9

Bodemwisselaar ............. 10

Bouwbesluit ..................... 18

Bouwmethode ............... 16

Brandveiligheid .............. 18

Computers ........................ 9

Conclusie ........................ 41

Constructie ..................... 28

daglicht-

dimschakelingen ......... 9

Daglichttoetreding ........ 19

DemandFlow .................. 14

Demontage .................... 40

Elektra .............................. 13

Elektrische elementen .. 10

Energiebesparing ............ 8

Energieschema .............. 26

Exterieur ........................... 37

Gebalanceerde ventilatie ...................................... 14

Horizontale krachtsafdracht ......... 32

Houtskeletbouw ............. 16

Interieur ............................ 38

Isolatie .......................... 8, 17

isolerende schil ............... 34

Kantoorruimte ................... 6

kierdicht ........................... 34

kierdichting ....................... 8

Koeling ............................. 12

LCD schermen .................. 9

LED verlichting .................. 9

lichtstraat ........................... 7

Mechanische afvoer ..... 14

Natte cellen .................... 38

natuurlijke toevoer ......... 14

Natuurlijke ventilatie ...... 14

Ontwerpmaatregelen ... 26

Open haard .................... 10

Oppervlaktes .................. 18

Passieve Energie .............. 7

Photo-Voltaïsche Cellen13

Prefab betonbouw ........ 16

Programma van Eisen ..... 6

Referentiebeelden ......... 39

Ruimteverwarming ......... 10

staalconstructie .............. 29

Staalframebouw ............ 16

Staalskeletbouw ............. 16

stabiliteit ........................... 35

Stabiliteit .................... 32, 33

stand-by killers ................. 9

Stramienen ...................... 28

Trnsys .......................... 27, 42

Ventilatie ......................... 14

Ventilatielucht ................. 10

ventilatiesysteem ..... 10, 14

Ventilatiesystemen ......... 14

Ventilatie-unit .................. 15

Verlichting ......................... 8

Verticale krachtsafdracht ...................................... 30

Vide .................................... 7

Vloerafwerking ............... 38

Vloerverwarming ............ 11

Vraaggestuurd ............... 14

Wand / Plafondafwerking ...................................... 38

Wand- en Vloeropbouw ...................................... 34

Wand- en vloerpanelen 34

Wandopeningen ............ 36

Wandverwarming ........... 11

Warm tapwater .............. 12

Warmteaccumulatie ....... 8

Warmtepomp ........... 10, 12

warmtepompbron ......... 11

Warmteterugwinning ....... 8

waterdichte schil ............ 35

Wet- en Regelgeving ..... 18

Wijk van Morgen ............... 6

Windenergie .................... 13

Witgoed.............................. 8

Woonruimte ....................... 6

WTW .................................. 14

Zonlicht ............................... 7

Zonneboiler ..................... 12

Zonnewarmte ................... 7

Zonwering ....................7, 27

Afstudeerverslag

Business

Transcript of Afstudeerverslag